專(zhuān)利名稱(chēng)：一種連續(xù)波雷達(dá)泄露對(duì)消系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種連續(xù)波雷達(dá)泄露對(duì)消系統(tǒng)及方法，是針對(duì)著陸導(dǎo)航連續(xù)波測(cè)速 雷達(dá)的視頻泄露信號(hào)對(duì)消技術(shù)，是一種新的泄露信號(hào)抑制方法。
背景技術(shù)：
微波泄漏對(duì)消技術(shù)是解決雷達(dá)發(fā)射機(jī)信號(hào)直接泄露到接收機(jī)的信號(hào)之間的隔離 即收發(fā)隔離問(wèn)題的主要技術(shù)，也是幾乎所有要求較高的連續(xù)波雷達(dá)所必須采用的。微波 泄漏對(duì)消技術(shù)的重要性不僅在于其對(duì)微波泄漏信號(hào)有一定的抑制作用，而且在于其能保 證雷達(dá)回波信號(hào)有適中的動(dòng)態(tài)。當(dāng)前解決連續(xù)波雷達(dá)隔離度的泄露抑制技術(shù)主要包含射頻對(duì)消、中頻對(duì)消以及 視頻對(duì)消，但目前國(guó)內(nèi)外幾乎都采用射頻對(duì)消或中頻對(duì)消，或者射頻對(duì)消與中頻對(duì)消相 結(jié)合的技術(shù)，之所以要利用射頻對(duì)消，是由于天線(xiàn)隔離度太低導(dǎo)致泄露信號(hào)足以使得接 收機(jī)前端的放大器飽和，此時(shí)必須利用射頻對(duì)消，而采用中頻對(duì)消和視頻對(duì)消的場(chǎng)合是 在射頻前端未存在飽和的前提條件下，能夠利用對(duì)消技術(shù)獲得良好的信號(hào)動(dòng)態(tài)。另外， 由于泄露信號(hào)會(huì)隨著電磁環(huán)境的變化而變化，需要自適應(yīng)調(diào)整以獲得較高的對(duì)消比。無(wú) 論是那種對(duì)消技術(shù)，實(shí)質(zhì)上都是基于相位補(bǔ)償?shù)南嘞夹g(shù)，即產(chǎn)生一個(gè)對(duì)消信號(hào)調(diào)整其 幅度和相位使其與泄露信號(hào)抵消，從而降低發(fā)射信號(hào)到接收機(jī)的泄露，保證雷達(dá)系統(tǒng)正 常工作。在連續(xù)波測(cè)速雷達(dá)中，當(dāng)對(duì)低速測(cè)量甚至零速測(cè)量精度要求較高時(shí)，就對(duì)載波 泄露抑制提出較高的要求，因此，如何獲得高的泄露抑制比是連續(xù)波雷達(dá)的一個(gè)關(guān)鍵技 術(shù)。早期的連續(xù)波泄露信號(hào)對(duì)消采用的是模擬信號(hào)，但是利用模擬信號(hào)完成實(shí)時(shí)自 適應(yīng)對(duì)消處理就存在較大的難度，而隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，連續(xù)波泄露信號(hào)對(duì)消開(kāi)始在 數(shù)字域完成，從而能夠完成實(shí)時(shí)自適應(yīng)調(diào)整并獲得高的泄露抑制比。在美國(guó)apollo登月著陸雷達(dá)中采用的泄露抑制技術(shù)為視頻對(duì)消技術(shù)，它是通過(guò) 分立元器件搭建泄露濾波器完成的，未實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)自適應(yīng)處理，其所能實(shí)現(xiàn)的對(duì)消抑制比 僅僅為35dB 45dB，總之，連續(xù)波雷達(dá)視頻實(shí)時(shí)自適應(yīng)對(duì)消技術(shù)目前并無(wú)公開(kāi)的具體資 料。Kaihui Lin 在 IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORYAND TECHNIQUES, VOL.54, N0.12, DECEMBER 2006 發(fā)表的題為 “AKa-Band FMCW Radar Front-End With Adaptive Leakage Cancellation”文中針對(duì)單站調(diào)頻連續(xù)波的泄露信號(hào)
抑制問(wèn)題，提出一種實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理的方法來(lái)對(duì)消發(fā)射機(jī)泄露到接收機(jī)前端的信號(hào)， 從而獲得高的隔離度。提出的外差法方案很好地克服了直流偏置的問(wèn)題，它首先將誤差 信號(hào)轉(zhuǎn)換到參考頻率，從而利用帶通濾波器將模擬混頻器的直流偏置從誤差信號(hào)中分離 出來(lái)，由于獲得調(diào)制的誤差信號(hào)包含泄露信號(hào)的幅度和相位信息，這樣通過(guò)比較調(diào)制的 誤差信號(hào)和參考的外差信號(hào)獲得誤差矢量，從而完成泄露信號(hào)的對(duì)消。
前面敘述的連續(xù)波雷達(dá)泄露信號(hào)對(duì)消方法有三點(diǎn)不足a泄露信號(hào)對(duì)消比較低， 最高達(dá)到50dB左右；b對(duì)消設(shè)備實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜；c泄露信號(hào)快速準(zhǔn)確匹配實(shí)現(xiàn)較為困 難。對(duì)于著陸器導(dǎo)航雷達(dá)而言，其最主要的是能夠獲得精確的速度(頻率)測(cè)量結(jié)果， 尤其是有時(shí)需要獲得低速(低頻)測(cè)量精度，由于泄露信號(hào)的存在，其一，它可能會(huì)大于 回波信號(hào)，這將導(dǎo)致回波信號(hào)的動(dòng)態(tài)較小，從而影響測(cè)量精度；其二、由于泄露信號(hào)對(duì) 應(yīng)的是頻率為零頻，而目標(biāo)信號(hào)對(duì)應(yīng)的多普勒信號(hào)為窄帶信號(hào)，且存在一定的帶寬，此 時(shí)，泄露信號(hào)和回波信號(hào)的頻譜會(huì)混疊在一起，在進(jìn)行低速測(cè)量時(shí)，泄露信號(hào)會(huì)影響到 測(cè)量的精度，因此，將對(duì)消后的泄露信號(hào)控制在低于目標(biāo)信號(hào)15dB以上，對(duì)于高精度測(cè) 速極其重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種連續(xù)波雷達(dá)泄露對(duì) 消系統(tǒng)及對(duì)消方法，可在每個(gè)測(cè)量周期對(duì)I、Q兩個(gè)通道分別進(jìn)行泄露信號(hào)的估算，進(jìn)而 實(shí)現(xiàn)對(duì)泄露信號(hào)的對(duì)消處理，通過(guò)加入易于實(shí)現(xiàn)的放大調(diào)理電路實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)所要求的高 隔離度。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種連續(xù)波雷達(dá)泄露對(duì)消系統(tǒng)，包括發(fā)射天線(xiàn)、接收天線(xiàn)、發(fā)射通道、接收通 道和信號(hào)處理器，所述發(fā)射通道由濾波放大模塊、上變頻模塊以及功率放大器組成；所 述接收通道由低噪聲放大器、下變頻模塊、濾波放大模塊以及正交解調(diào)模塊組成；所述 信號(hào)處理器包含模擬信號(hào)調(diào)理電路和數(shù)字信號(hào)處理電路；將中頻信號(hào)同時(shí)送入發(fā)射通道中的濾波放大模塊中和接收通道中的正交解調(diào)模 塊中，在發(fā)射通道中，所述中頻信號(hào)通過(guò)濾波放大模塊進(jìn)行濾波放大，之后通過(guò)上變頻 模塊將信號(hào)上變頻至所需要的射頻信號(hào)，然后通過(guò)功率放大器的放大最終由發(fā)射天線(xiàn)將 信號(hào)發(fā)射出去；同時(shí)，接收天線(xiàn)將接收雷達(dá)回波信號(hào)并將雷達(dá)回波信號(hào)輸入到接收通道 中的低噪聲放大器中對(duì)雷達(dá)回波信號(hào)進(jìn)行低噪聲放大，之后將低噪聲放大的信號(hào)送入下 變頻模塊進(jìn)行下變頻處理，之后再通過(guò)濾波放大模塊進(jìn)行濾波放大，將放大之后的信號(hào) 送入正交解調(diào)模塊進(jìn)行正交解調(diào)處理，將解調(diào)后的同相信號(hào)I和正交信號(hào)Q輸出到信號(hào)處 理器；由信號(hào)處理器的模擬信號(hào)調(diào)理電路和數(shù)字信號(hào)處理電路將接收通道輸出的信號(hào)進(jìn) 行視頻放大，即對(duì)經(jīng)過(guò)解調(diào)后的信號(hào)通過(guò)運(yùn)算放大器進(jìn)行放大，并在放大后分別獲得對(duì) 同相信號(hào)I和正交信號(hào)Q這兩路泄露信號(hào)電平的進(jìn)行估算，所述對(duì)泄露信號(hào)電平進(jìn)行估算是指根據(jù)預(yù)先設(shè)定的采樣點(diǎn)數(shù)，分別選擇I、Q兩 路信號(hào)中的離散信號(hào)電平，然后將所述離散信號(hào)電平與A/D的最大采樣電平進(jìn)行比較， 若離散信號(hào)電平大于等于A(yíng)/D的最大采樣電平，則所述離散信號(hào)電平即是泄露信號(hào)電 平，將離散信號(hào)電平進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換之后送入運(yùn)算放大器的負(fù)反饋端，通過(guò)運(yùn)算放大器中 進(jìn)行反向和求和運(yùn)算對(duì)泄露信號(hào)進(jìn)行對(duì)消和補(bǔ)償；若離散信號(hào)電平小于A(yíng)/D的最大采樣
ι N-Iι N-I
電平，則根據(jù)公式巧=77[/(")，" = 0,1，".,"-1和4=7722(")," = 0,1，...，#-1計(jì)算泄
N =οN 二0
露電平，并將該泄露電平經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換之后送入運(yùn)算放大器的負(fù)反饋端，通過(guò)運(yùn)算放大 器中進(jìn)行反向和求和運(yùn)算對(duì)泄露信號(hào)進(jìn)行對(duì)消和補(bǔ)償；信號(hào)處理器對(duì)經(jīng)過(guò)泄露對(duì)消和補(bǔ)償之后的模擬回波信號(hào)進(jìn)行采集，并通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理電路輸出進(jìn)而完成雷達(dá)測(cè)量。所述模擬信號(hào)調(diào)理電路包括第一級(jí)運(yùn)算放大器、第二級(jí)運(yùn)算放大器、第三級(jí)運(yùn)
算放大器，以及多路A/D轉(zhuǎn)換器和多路D/A轉(zhuǎn)換器，當(dāng)接收通道輸出的I、Q信號(hào)輸入
至模擬信號(hào)調(diào)理電路后，首先依次經(jīng)過(guò)所述的第一級(jí)運(yùn)算放大器、第二級(jí)運(yùn)算放大器和
第三級(jí)運(yùn)算放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，然后通過(guò)A/D進(jìn)行采樣，將采樣后的信號(hào)送入數(shù)字
信號(hào)處理電路中，由數(shù)字信號(hào)處理電路計(jì)算出泄露電平的估算值，再將獲得的估算值通
過(guò)D/A轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，再送至運(yùn)算放大器的負(fù)反饋端，實(shí)時(shí)對(duì)泄露信號(hào)進(jìn)行對(duì)消和補(bǔ) m
te ο所述數(shù)字信號(hào)處理電路由FPGA芯片實(shí)現(xiàn)。一種連續(xù)波雷達(dá)泄露對(duì)消方法，步驟如下(1)判斷雷達(dá)系統(tǒng)是否收到測(cè)量信號(hào)的指令，若未收到，則繼續(xù)等待所述測(cè)量信 號(hào)的指令；若收到測(cè)量信號(hào)的指令，則雷達(dá)系統(tǒng)同時(shí)進(jìn)行信號(hào)發(fā)射和信號(hào)接收，并由接 收通道最終輸出同相信號(hào)I和正交信號(hào)Q，之后進(jìn)入步驟(2)；(2)由信號(hào)處理器中的運(yùn)算放大器對(duì)步驟⑴中的同相信號(hào)I和正交信號(hào)Q進(jìn)行 放大，經(jīng)過(guò)A/D采樣之后進(jìn)入步驟(3)；(3)根據(jù)步驟(2)中得到的A/D采樣之后的信號(hào)，若所述A/D采樣之后的信號(hào) 電平值小于A(yíng)/D的最大采樣電平，則通過(guò)公式
權(quán)利要求
1.一種連續(xù)波雷達(dá)泄露對(duì)消系統(tǒng)，其特征在于包括發(fā)射天線(xiàn)、接收天線(xiàn)、發(fā)射通 道、接收通道和信號(hào)處理器，所述發(fā)射通道由濾波放大模塊、上變頻模塊以及功率放大 器組成；所述接收通道由低噪聲放大器、下變頻模塊、濾波放大模塊以及正交解調(diào)模塊 組成；所述信號(hào)處理器包含模擬信號(hào)調(diào)理電路和數(shù)字信號(hào)處理電路；將中頻信號(hào)同時(shí)送入發(fā)射通道中的濾波放大模塊中和接收通道中的正交解調(diào)模塊 中，在發(fā)射通道中，所述中頻信號(hào)通過(guò)濾波放大模塊進(jìn)行濾波放大，之后通過(guò)上變頻模 塊將信號(hào)上變頻至所需要的射頻信號(hào)，然后通過(guò)功率放大器的放大最終由發(fā)射天線(xiàn)將信 號(hào)發(fā)射出去；同時(shí)，接收天線(xiàn)將接收雷達(dá)回波信號(hào)并將雷達(dá)回波信號(hào)輸入到接收通道中 的低噪聲放大器中對(duì)雷達(dá)回波信號(hào)進(jìn)行低噪聲放大，之后將低噪聲放大的信號(hào)送入下變 頻模塊進(jìn)行下變頻處理，之后再通過(guò)濾波放大模塊進(jìn)行濾波放大，將放大之后的信號(hào)送 入正交解調(diào)模塊進(jìn)行正交解調(diào)處理，將解調(diào)后的同相信號(hào)I和正交信號(hào)Q輸出到信號(hào)處理 器；由信號(hào)處理器的模擬信號(hào)調(diào)理電路和數(shù)字信號(hào)處理電路將接收通道輸出的信號(hào)進(jìn)行 視頻放大，即對(duì)經(jīng)過(guò)解調(diào)后的信號(hào)通過(guò)運(yùn)算放大器進(jìn)行放大，并在放大后分別獲得對(duì)同 相信號(hào)I和正交信號(hào)Q這兩路泄露信號(hào)電平的進(jìn)行估算，所述對(duì)泄露信號(hào)電平進(jìn)行估算是指根據(jù)預(yù)先設(shè)定的采樣點(diǎn)數(shù)，分別選擇I、Q兩路信 號(hào)中的離散信號(hào)電平，然后將所述離散信號(hào)電平與A/D的最大采樣電平進(jìn)行比較，若離 散信號(hào)電平大于等于A(yíng)/D的最大采樣電平，則所述離散信號(hào)電平即是泄露信號(hào)電平，將 離散信號(hào)電平進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換之后送入運(yùn)算放大器的負(fù)反饋端，通過(guò)運(yùn)算放大器中進(jìn)行反 向和求和運(yùn)算對(duì)泄露信號(hào)進(jìn)行對(duì)消和補(bǔ)償；若離散信號(hào)電平小于A(yíng)/D的最大采樣電平， 則根據(jù)公式 6=TZ^"),"=0,1, 1和 4=TFZ^"),"=0,1,.", ν—1 計(jì)算泄露電 平，并將該泄露電平經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換之后送入運(yùn)算放大器的負(fù)反饋端，通過(guò)運(yùn)算放大器中 進(jìn)行反向和求和運(yùn)算對(duì)泄露信號(hào)進(jìn)行對(duì)消和補(bǔ)償；信號(hào)處理器對(duì)經(jīng)過(guò)泄露對(duì)消和補(bǔ)償之 后的模擬回波信號(hào)進(jìn)行采集，并通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理電路輸出進(jìn)而完成雷達(dá)測(cè)量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)波雷達(dá)泄露對(duì)消系統(tǒng)，其特征在于所述模擬信 號(hào)調(diào)理電路包括第一級(jí)運(yùn)算放大器、第二級(jí)運(yùn)算放大器、第三級(jí)運(yùn)算放大器，以及多路 A/D轉(zhuǎn)換器和多路D/A轉(zhuǎn)換器，當(dāng)接收通道輸出的I、Q信號(hào)輸入至模擬信號(hào)調(diào)理電路 后，首先依次經(jīng)過(guò)所述的第一級(jí)運(yùn)算放大器、第二級(jí)運(yùn)算放大器和第三級(jí)運(yùn)算放大器對(duì) 信號(hào)進(jìn)行放大，然后通過(guò)A/D進(jìn)行采樣，將采樣后的信號(hào)送入數(shù)字信號(hào)處理電路中，由 數(shù)字信號(hào)處理電路計(jì)算出泄露電平的估算值，再將獲得的估算值通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換為模擬信 號(hào)，再送至運(yùn)算放大器的負(fù)反饋端，實(shí)時(shí)對(duì)泄露信號(hào)進(jìn)行對(duì)消和補(bǔ)償。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)波雷達(dá)泄露對(duì)消系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)字信 號(hào)處理電路由FPGA芯片實(shí)現(xiàn)。
4.一種連續(xù)波雷達(dá)泄露對(duì)消方法，其特征在于步驟如下(1)判斷雷達(dá)系統(tǒng)是否收到測(cè)量信號(hào)的指令，若未收到，則繼續(xù)等待所述測(cè)量信號(hào)的 指令；若收到測(cè)量信號(hào)的指令，則雷達(dá)系統(tǒng)同時(shí)進(jìn)行信號(hào)發(fā)射和信號(hào)接收，并由接收通 道最終輸出同相信號(hào)I和正交信號(hào)Q，之后進(jìn)入步驟(2)；(2)由信號(hào)處理器中的運(yùn)算放大器對(duì)步驟(1)中的同相信號(hào)I和正交信號(hào)Q進(jìn)行放 大，經(jīng)過(guò)A/D采樣之后進(jìn)入步驟(3)；(3)根據(jù)步驟(2)中得到的A/D采樣之后的信號(hào)，若所述A/D采樣之后的信
全文摘要
一種連續(xù)波雷達(dá)泄露對(duì)消系統(tǒng)及方法，包括天線(xiàn)裝置、發(fā)射通道、接收通道以及信號(hào)處理器，其中天線(xiàn)裝置由發(fā)射天線(xiàn)和接收天線(xiàn)組成；發(fā)射通道由濾波放大模塊、上變頻模塊和功率放大器組成；接收通道由低噪聲放大器、下變頻模塊、濾波放大模塊和正交解調(diào)模塊組成；信號(hào)處理器包含模擬信號(hào)調(diào)理和數(shù)字信號(hào)處理單元兩部分電路。通過(guò)對(duì)正交解調(diào)后的信號(hào)進(jìn)行采樣以及信號(hào)的實(shí)時(shí)自適應(yīng)對(duì)消，實(shí)現(xiàn)對(duì)泄露信號(hào)的抑制，提高了系統(tǒng)的測(cè)量精度。同時(shí)，本發(fā)明中的視頻對(duì)消系統(tǒng)還具有方案簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01S7/36GK102023292SQ20101053267
公開(kāi)日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2010年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月1日
發(fā)明者黨紅杏, 孫嘉, 歐祥榮, 牛文博, 王科, 譚小敏, 韓濤 申請(qǐng)人:西安空間無(wú)線(xiàn)電技術(shù)研究所