本发明涉及雷达探测，具体而言，涉及一种相控阵雷达可扩展可重构设计方法及系统。
背景技术：
1、相控阵雷达利用电子扫描的灵活性、快速性和按时分割原理和多波束，同时形成多个独立控制的波束，同时完成对不同方向和不同高度的多批目标的搜索、跟踪、捕获、识别、引导等功能，适用于多目标、多方向、多层次的环境。
2、传统的相控阵雷达发射天线和接收天线通常分时复用同一个天线阵列，采用开关或者环形器之类的器件实现发射和接收的分时工作，这样存在功耗大、噪声系数大的现象。并且天线收发的分时复用会导致时间盲区问题；由于天线收发的分时复用，设计相控阵雷达工作模式时需要同时兼顾收发两套天线的发射波束和接收波束的指标，这样增加了设计复杂度。
技术实现思路
1、鉴于此，本发明的目的在于通过雷达系统的创新设计，降低损耗和噪声系数，避免时间盲区问题，实现发射天线和接收天线在设计需求上的解耦。
2、本发明提供一种相控阵雷达可扩展可重构设计方法，包括以下步骤：
3、a、将发射天线和接收天线在空间上分置、相互独立设计，通过扩展和重构所述发射天线和所述接收天线的天线阵列单元，以及切换发射天线和接收天线的天线阵列馈电开关，进行可扩展可重构设计；
4、所述相控阵雷达可扩展可重构设计方法包括：积木式堆积，通过天线阵列单元的增多或减少对天线阵面扩大或缩小，以及对天线阵面做共形天线阵列设计；
5、b、增强发射和接收的收发隔离度，采用矢量信号形式对射频信号做对消：
6、s1=a1cos（2πf0t+φ1） （1）
7、s2=a2cos（2πf0t+φ2） （2）
8、s12= s1+ s2 （3）
9、s12=a0cos（2πf0t+φ0） （4）
10、式（1）-（4）中，s1表示发射至接收的泄漏信号，s2表示主动产生的对消信号，s12表示s1与 s2的合路信号，即对消后的残余信号；a1 、a2分别表示泄漏信号与对消信号的幅度，φ1、φ2表示泄漏信号与对消信号在对消时各自的相位，a0、φ0分别表示合路信号的幅度与相位，f0表示射频信号的频率；
11、c、根据矢量信号对消原理及加法法则得到合路信号的幅度：
12、 （5）
13、对a0分别求关于a1、φ1偏导，求解a0最小值：
14、 （6）
15、 （7）
16、a1 、a2不为零，当满足φ2-φ1=nπ时，合路信号的幅度a0实现最小值，同时得到a1=a2，
17、d、通过延时和数控衰减主动产生与泄漏信号幅度相等、相位相差180°的整数倍的对消信号，将对消信号与泄漏信号进行合路对消；
18、得出理想对消的条件是泄漏信号与对消信号的幅度相等、相位相差180°的整数倍。
19、进一步地，所述a步骤的所述相控阵雷达可扩展可重构设计方法包括：极化可重构、方向图可重构中的一种或多种。
20、进一步地，所述增强发射和接收的收发隔离度的方法为：
21、b1、在发射天线与接收天线之间设置隔离板用以隔离空间波；所述空间波的耦合强度方程式为:
22、（8）
23、式（8）中: g 2 为自由空间波增益; ｒ'为收发天线间的距离；
24、b2、在发射天线与接收天线之间设置扼流槽用以隔离表面波；所述表面波的耦合强度方程式为:
25、（9）
26、式（9）中: g 1 为表面波增益；
27、表面波耦合和空间波耦合相等时存在一个临界点，临界点的位置为 :
28、（10）
29、b3、设置所述发射天线与所述接收天线的收发隔离间距；发射天线与接收天线的收发天线远场区隔离度计算公式为：
30、（11）。
31、本发明还提供一种相控阵雷达可重构设计系统，使用如上述所述的相控阵雷达可重构设计方法，包括：接收天线、发射天线、接收通道、发射通道、频率综合组件、波形产生组件、定时同步组件、信号处理组件；
32、其中，所述接收天线为全数字阵列天线，所述全数字阵列天线的每个天线辐射组件后面连接一个数字接收机；
33、所述发射天线为阵列天线，与所述接收天线呈上下分布或者左右分布，发射天线口径≤接收天线口径，所以发射波束的宽度≥接收波束的宽度；
34、所述发射天线和接收天线分别包括：天线阵列单元、天线阵列馈电开关；
35、优选地，所述发射天线和接收天线阵列在空间上分置，接收天线与发射天线之间设置有隔离墙和扼流槽，用以实现收发隔离。
36、进一步地，所述频率综合组件包括：对消信号模块，用于主动产生与泄漏信号幅度相等、相位相差180°的整数倍的对消信号，将对消信号与泄漏信号进行合路对消。
37、进一步地，所述信号处理器与所述发射通道和接收通道之间电连接，实现雷达波束信号的目标检测处理。
38、进一步地，所述接收天线和所述发射天线采用微带天线或者偶极子天线设计，引脚的阻抗匹配为50ω。
39、进一步地，还包括供电组件，所述供电组件与所述波形产生组件和所述雷达信号处理组件之间电连接，为所述波形产生组件以及雷达信号处理组件提供电能量。
40、进一步地，还包括用于模拟数字信号转换的adc采集滤波组件，所述adc采集滤波组件包括adc转换器。
41、进一步地，还包括用于将噪声和杂波干扰信号滤除掉的的数字滤波器，所述adc转换器的内部包括用于把采样数据缓存下来进行数字处理的adc数据缓存器
42、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
43、本发明采用发射与接收天线分置的方式设计相控阵雷达系统，取消了传统相控阵雷达的天线和通道之间的开关或者环形器，大幅降低了损耗和噪声系数，同时避免了传统雷达收发天线复用导致的时间盲区问题；接收天线和发射天线均采用可任意扩展可任意重构的阵列天线，两套天线可以按照各自的设计需求独立开展设计，利于雷达工作模式的灵活设计和雷达结构的共形设计，实现了雷达发射和接收在设计需求上的解耦，为可扩展可重构相控阵雷达提供了一种优卓的设计方法和系统说明。具有可应用在复杂的电磁环境中、能够机动防止电磁干扰、提高系统可靠性、增加系统安全性、节省输入能量等优点。
44、
技术特征：1.一种相控阵雷达可扩展可重构设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的相控阵雷达可重构设计方法，其特征在于，所述a步骤的所述相控阵雷达可扩展可重构设计方法包括：极化可重构、方向图可重构中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的相控阵雷达可重构设计方法，其特征在于，所述增强发射和接收的收发隔离度的方法为：
4.一种相控阵雷达可重构设计系统，其特征在于，使用如权利要求1-3任一项所述的相控阵雷达可重构设计方法，包括：接收天线、发射天线、接收通道、发射通道、频率综合组件、波形产生组件、定时同步组件、信号处理组件；
5.根据权利要求4所述的相控阵雷达设计系统，其特征在于，所述频率综合组件包括：对消信号模块，用于主动产生与泄漏信号幅度相等、相位相差180°的整数倍的对消信号，将对消信号与泄漏信号进行合路对消。
6.根据权利要求4所述的相控阵雷达设计系统，其特征在于，所述信号处理器与所述发射通道和接收通道之间电连接，实现雷达波束信号的目标检测处理。
7.根据权利要求4所述的相控阵雷达设计系统，其特征在于，所述接收天线和所述发射天线采用微带天线或者偶极子天线设计，引脚的阻抗匹配为50ω。
8.根据权利要求4所述的相控阵雷达设计系统，其特征在于，还包括供电组件，所述供电组件与所述波形产生组件和所述雷达信号处理组件之间电连接，为所述波形产生组件以及雷达信号处理组件提供电能量。
9.根据权利要求4所述的相控阵雷达设计系统，其特征在于，还包括用于模拟数字信号转换的adc采集滤波组件，所述adc采集滤波组件包括adc转换器。
10.根据权利要求4所述的相控阵雷达设计系统，其特征在于，还包括用于将噪声和杂波干扰信号滤除掉的的数字滤波器，所述adc转换器的内部包括用于把采样数据缓存下来进行数字处理的adc数据缓存器。
技术总结本发明提供了一种相控阵雷达可扩展可重构设计方法及系统，所述方法包括以下步骤：发射天线和接收天线在空间上相互分开，相互独立设计，功能解耦，取消了传统雷达天线和通道之间的开关或者环形器；所述相控阵雷达可扩展可重构设计方法包括极化可重构、方向图可重构的一种或多种。本发明设计方法大幅降低了损耗和噪声系数，同时避免了传统雷达收发天线复用导致的时间盲区问题。接收天线和发射天线均采用可任意扩展可任意重构的阵列天线，两套天线可以按照各自的设计需求独立开展设计，利于雷达工作模式的灵活设计和雷达结构的共形设计，实现了雷达发射和接收在设计需求上的解耦，为可任意扩展可任意重构相控阵雷达提供了一种设计方法和系统说明。
技术研发人员：石绍琪
受保护的技术使用者：石绍琪
技术研发日：技术公布日：2024/1/13