零拍连续波雷达阵列及其测角方法

摘要

本发明涉及一种零拍连续波雷达阵列及其测角方法，该零拍连续波雷达阵列由发射天线、发射机、接收阵列天线、零拍接收机，模/数转换器(A/D)，信号处理器、频率综合器构成，发射机的输出端接发射天线的输入端，接收阵列天线的输出端接零拍接收机的输入端，零拍接收机的输出端接模/数转换器的输入端，模/数转换器的输出端接信号处理器的输入端，频率综合器的输出端接发射机、零拍接收机的输入端。测角方法的步骤分为幅度与相位校正、数字波束合成(DBF)、傅里叶变换、正频率取模后恒虚警(CFAR)检测、波束间同一频点幅度最大波束和次大波束之间的比幅测角。

权利要求

1.一种采用零拍连续波雷达阵列进行的测角方法，所述的零拍连续波雷达阵列包括发射天线、发射机、接收阵列天线、n个零拍接收机、n个A/D转换器、信号处理器和频率综合器；

发射机的输出端接发射天线的输入端，接收阵列天线包括n个阵元天线，每个阵元天线连接一个零拍接收机后再连接一个A/D转换器，n个A/D转换器输出到信号处理器，频率综合器的输出信号功分两路，分别作为发射机的激励信号和零拍接收机的本振信号；接收阵列天线的阵元天线之间的间距小于发射机工作频率对应波长的1/2；在发射天线和接收阵列天线之间增加吸波材料或扼流槽；其特征在于步骤如下：步骤1：发射机输出发射信号，发射天线对发射信号进行定向辐射，遇到目标产生回波信号，回波信号经过各接收通道的接收天线、零拍接收机、A/D转换器转化为数字信号；

步骤2：信号处理器对各接收通道的数字信号进行幅度、相位校正；

步骤3：将进行过幅度、相位校正后的各接收通道的数字信号分别进行数字波束合成；

步骤4：对各合成的数字波束分别进行快速傅里叶变换，舍掉变换之后的负频率，保留正频率，对正频率取模；

步骤5：对取模后的正频率进行频域的目标检测；

步骤6：当检测到目标频点之后，进行目标频点在各个数字波束中的幅度最大波束和次大波束之间的比幅测角，确定目标角度。

说明书

零拍连续波雷达阵列及其测角方法

技术领域

[0001] 本发明属于雷达技术，具体涉及一种零拍连续波雷达阵列及其测角方法。

背景技术

[0002] 连续波雷达常用于飞机测高计、近距防撞等场合，一般通过测频方式实现对目标的测速、测距功能。连续波雷达接收机较多采用零拍接收机结构，将信号直接从载频搬移到零频，具有结构简单的优势。由于不再经过中频，所以传统的I/Q正交下变频、数字下变频技术不能再继续应用，信号处理器直接处理的不再是复信号，而是实信号。如果采用I/Q双通道接收机的话，将使接收机的数目增加一倍，这对于阵列雷达来说，每个单元的接收机数目都要翻倍，将导致体积、功耗、散热、成本等一系列问题，代价难以接受。

[0003] 对于连续波阵列雷达，如果信号处理器直接处理实信号，那么进行接收数字波束合成(DBF)时，将在正负角度上同时形成互相对称的两个波束，处理器无法判明目标到底处于哪个波束，也就无法确定目标的真实方位。本发明提出一种零频连续波阵列雷达结构及其信号处理方法，解决目标的测角问题。

发明内容

[0004] 要解决的技术问题

[0005] 连续波雷达通常采用零拍接收机，当零拍接收机应用于相控阵雷达时，由于每个接收通道只能提供实信号，当应用传统处理流程时，无法正确完成测角，而测角是雷达必备的一项基本功能，这制约了零拍接收机在连续波雷达阵列中的应用。

[0006] 为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种零拍连续波雷达阵列及其测角方法。

[0007] 技术方案

[0008] 一种零拍连续波雷达阵列，其特征在于包括发射天线、发射机、接收阵列天线、n个零拍接收机、n个A/D转换器、信号处理器和频率综合器；发射机的输出端接发射天线的输入端，接收阵列天线包括n个阵元天线，每个阵元天线连接一个零拍接收机后再连接一个A/D转换器，n个A/D转换器输出到信号处理器，频率综合器的输出信号功分两路，分别作为发射机的激励信号和零拍接收机的本振信号。

[0009] 接收阵列天线的阵元天线之间的间距小于发射机工作频率对应波长的1/2。

[0010] 在发射天线和接收阵列天线之间增加吸波材料或扼流槽。

[0011] 一种采用所述的零拍连续波雷达阵列进行的测角方法，其特征在于步骤如下：

[0012] 步骤1：发射机输出发射信号，发射天线对发射信号进行定向辐射，遇到目标产生回波信号，回波信号经过各接收通道的接收天线、零拍接收机、A/D转换器转化为数字信号；

[0013] 步骤2：信号处理器对各接收通道的数字信号进行幅度、相位校正；

[0014] 步骤3：将进行过幅度、相位校正后的各接收通道的数字信号分别进行数字波束合成；

[0015] 步骤4：对各合成的数字波束分别进行快速傅里叶变换，舍掉变换之后的负频率，保留正频率，对正频率取模；

[0016] 步骤5：对取模后的正频率进行频域的目标检测；

[0017] 步骤6：当检测到目标频点之后，进行目标频点在各个数字波束中的幅度最大波束和次大波束之间的比幅测角，确定目标角度。

[0018] 步骤2中幅度、相位校正属于本领域的公知常识，参见“赵树杰.雷达信号处理技术[M].清华大学出版社，2010，P319-320”。

[0019] 步骤3中数字波束合成属于本领域的公知常识，参见“马晓岩，向家彬.雷达信号处理[M].湖南科学技术出版社，1999，P78”。

[0020] 步骤5中频域的目标检测属于本领域的公知常识，参见“何友，关键，彭应宁.雷达自动检测与恒虚警处理[M].清华大学出版社，1999，P259-260”。

[0021] 有益效果

[0022] 本发明提出的一种零拍连续波雷达阵列及其测角方法，能够应用于零拍连续波雷达阵列，完成测角功能，促进零拍接收机在连续波雷达阵列中的实际应用。

附图说明

[0023] 图1零拍连续波雷达阵列框图

[0024] 图2测角方法实现的流程图

具体实施方式

[0025] 现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

[0026] 零拍连续波雷达阵列由发射天线、发射机、接收阵列天线、零拍接收机、模/数转换器(A/D)、信号处理器、频率综合器构成，发射机的输出端接发射天线的输入端，接收阵列天线的输出端接零拍接收机的输入端，零拍接收机的输出端接模/数转换器的输入端，模/数转换器的输出端接信号处理器的输入端，频率综合器的输出端接发射机、零拍接收机的输入端。每个接收阵列天线的阵元之后都接有单独的零拍接收机、模/数转换器(A/D)，所有的模/数转换器(A/D)的输出端共同接入信号处理器的输入端进行处理。发射信号的形式需要满足使感兴趣的目标回波信号占据载频的上边带(或者下边带)。发射机输出发射信号，发射天线对发射信号进行定向辐射，遇到目标产生回波，回波经过接收天线、零拍接收机、模/数转换器(A/D)，最终变为数字信号。信号处理器中对各路数字信号进行综合处理：首先对各路信号进行幅度、相位校正，然后进行数字波束合成(DBF)，形成均匀分布的若干个接收波束，得到各个波束的合成信号。对各合成信号进行傅里叶变换，然后舍掉负频率，仅取正频率，取模后进行恒虚警(CFAR)检测，判断出目标回波频点，然后进行波束间同一频点幅度最大波束和次大波束之间的比幅测角，确定目标的角度。

[0027] 参见附图1，发射机2通过发射天线1对信号进行定向辐射，遇到目标后产生回波信号，被接收阵列天线3接收。发射天线1和接收阵列天线3是独立的，这样有利于提高收发天线之间的隔离度。在收发天线独立的基础上，还考虑在收发天线之间增加吸波材料、扼流槽等措施进一步增大隔离度。

[0028] 为了保证后续处理的正确性，要求回波信号的频率必须处于载波的上边带。接收阵列天线的阵元之间的间距必须小于发射机工作频率对应波长的1/2，接收信号通过零拍接收机4进行接收、放大、直流抑制，直接变为零中频信号。

[0029] 零拍接收机4之后是模/数转换器(A/D)5，负责对信号进行采样，最终转变为数字信号，交由信号处理器6进行处理。接收阵列天线3的阵元、与阵元对应的零拍接收机4、模/数转换器(A/D)5是回波信号和信号处理器之间的桥梁，将它们统一称作一个接收通道。

[0030] 为了简化结构，降低成本，每个阵元的信号仅通过一个接收通道进行接收，这一点与正交双通道接收机相区别。

[0031] 为了降低连续波雷达发射泄露的影响，要求发射机2的激励信号和零拍接收机4的本振信号必须同源，使泄露信号的边带噪声能够在零拍接收机4中产生相关对消。为了达到这一点，发射机2的激励信号和零拍接收机4的本振信号由同一个频率综合器7产生，频率综合器7的输出信号功分两路，分别接到发射机2和零拍接收机4，保证了二者的同源性。

[0032] 信号处理器6应具备数字计算功能，必须能实现加权、快速傅里叶变换(FFT)等基本运算。处理流程参见附图2。由于生产制造过程中的各种因素，各接收通道的传输函数会存在幅度、相位上的不一致性，信号处理器6对各接收通道进行数字波束合成(DBF)之前，必须首先进行通道校正，参见“赵树杰.雷达信号处理技术[M].清华大学出版社，2010，P319-320”。

[0033] 之后再进行数字波束合成(DBF)，参见“马晓岩，向家彬.雷达信号处理[M].湖南科学技术出版社，1999，P78”。由于每个接收通道产生的都是实信号，对于同一个目标，在每一时刻，同一组波束加权系数理论上会在对称的两个角度上形成峰值，所以无法判断目标到底处于哪个角度上。为了解决这个问题，本发明在数字波束合成(DBF)之后，进一步对各波束的合成信号进行快速傅里叶变换(FFT)，舍掉变换之后的负频率，仅保留正频率。因为目标回波处于载波的上边带，所以正频率部分完整包含了回波信号的全部信息，舍掉负频率，就可以排除数字波束合成(DBF)时在错误角度上形成的虚假峰值。然后对正频率部分取模，进行频域的恒虚警(CFAR)检测，参见“何友，关键，彭应宁.雷达自动检测与恒虚警处理[M].清华大学出版社，1999，P259-260”。当检测到目标频点之后，进行相同频点幅度最大波束和次大波束之间的比幅测角，最终确定目标角度。