旋轉(zhuǎn)場式全向天線、低空近程雷達(dá)系統(tǒng)及信號處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無線電偵測技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種旋轉(zhuǎn)場式全向天線、低空近程雷達(dá)系統(tǒng)及相應(yīng)的信號處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]20世紀(jì)70年代時,機(jī)械掃描的平面陣列體制天線已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于三坐標(biāo)雷達(dá)和機(jī)載雷達(dá)中。自60年代中后期,電子掃描體制的相控陣天線開始應(yīng)用于某些軍用雷達(dá)領(lǐng)域,該體制天線是所有體制天線中應(yīng)用最廣泛的,但同時也是最昂貴和復(fù)雜的。(記載于《雷達(dá)系統(tǒng)導(dǎo)論》,電子工業(yè)出版社,第3版,2006年7月I日)
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中,無論機(jī)械掃描體制天線還是相控陣體制天線,均為有一定方向性的窄波束定向天線。由于這種天線副瓣低、測角精度高,因此能夠?qū)崿F(xiàn)多目標(biāo)分辨?,F(xiàn)有的探測距離為20km?30km范圍內(nèi)的低空近程雷達(dá)絕大多數(shù)工作于L波段或S波段、采用機(jī)械掃描或相控陣體制的天線、車載機(jī)動或固定陣地架設(shè)。
[0004]上述現(xiàn)有技術(shù)的主要缺點(diǎn)是:傳統(tǒng)的低空近程雷達(dá)大部分采用陣面定向天線和機(jī)掃、或機(jī)掃-相掃結(jié)合體制,其結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜,特別是相控陣相掃體制天線的加工工藝要求很高,這增加了系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜度、重量和成本;而采用多面陣、圓陣體制的全向探測技術(shù),在方位上仍需要數(shù)字波束掃描,其波束多、通道數(shù)多,因此系統(tǒng)設(shè)計和處理比較復(fù)雜。由于存在上述的缺點(diǎn),現(xiàn)有的低空近程雷達(dá)不能實(shí)現(xiàn)便攜。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]針對傳統(tǒng)體制雷達(dá)系統(tǒng)的缺點(diǎn),為了實(shí)現(xiàn)雷達(dá)系統(tǒng)的便攜性,本發(fā)明提供了一種旋轉(zhuǎn)場式全向天線、低空近程雷達(dá)系統(tǒng)及相應(yīng)的信號處理方法。
[0006]在本發(fā)明的第一方面,旋轉(zhuǎn)場式全向天線包括交叉放置的兩對對稱偶極子;其中,各偶極子的饋電幅度相同,相鄰偶極子之間的夾角為90°,每對對稱偶極子的間距為雷達(dá)工作波長;各偶極子的天線方向圖為余弦形式,每對對稱偶極子組合后的方向圖為“8”字形,所述全向天線穩(wěn)態(tài)時的方向圖為圓形。
[0007]優(yōu)選地,所述全向天線采取垂直面組陣方式布置和/或采取俯仰相掃方式工作。
[0008]優(yōu)選地,所述全向天線在直桶狀外殼內(nèi)配置有多層。
[0009]優(yōu)選地,所述全向天線通過三腳架布置在地面或載體上。
[0010]在本發(fā)明的另一方面,還同時提供一種低空近程雷達(dá)系統(tǒng),所述系統(tǒng)包括如上所述的旋轉(zhuǎn)場式全向天線,以及射頻處理機(jī)和顯控終端;其中,所述旋轉(zhuǎn)場式全向天線耦接所述射頻處理機(jī),在所述射頻處理機(jī)的控制下向全空域輻射射頻信號并接收全空域的回波信號;所述射頻處理機(jī)產(chǎn)生射頻信號并根據(jù)接收的回波信號處理得到全空域的點(diǎn)跡信息;所述顯控終端也耦接所述射頻處理機(jī),將點(diǎn)跡信息顯示給用戶和接收用戶的系統(tǒng)控制命令發(fā)給射頻處理機(jī)。
[0011]優(yōu)選地,所述射頻處理機(jī)包括發(fā)送與接收模塊、預(yù)放大器、接收機(jī)、信號源和信號處理機(jī)。
[0012]優(yōu)選地,所述系統(tǒng)中的所述射頻信號工作在L波段。
[0013]在本發(fā)明的再一方面,還提供了一種信號處理方法,所述方法對如上所述的系統(tǒng)中的四路中頻信號進(jìn)行處理,包括步驟:
[0014]分別對所述四路中頻信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)字下變頻處理,得到四路基帶信號;
[0015]通過通道合成,將所述四路基帶信號合成為L通道和R通道的雙通道數(shù)據(jù);
[0016]分別對所述L通道和所述R通道的數(shù)據(jù)進(jìn)行脈沖壓縮、相參積累和恒虛警檢測處理,采用模板匹配方法對恒虛警檢測處理后得到的點(diǎn)跡進(jìn)行點(diǎn)跡匹配;
[0017]對于匹配上的點(diǎn)跡,通過比相求出目標(biāo)的方位角。
[0018]優(yōu)選地,所述方法還包括步驟:
[0019]對各個偶極子的回波信號經(jīng)過接收機(jī)混頻、濾波處理得到所述四路中頻信號。
[0020]優(yōu)選地,所述中頻信號為60MHz中頻信號。
[0021]本發(fā)明的技術(shù)方案提出的全向天線體積小、重量輕,實(shí)現(xiàn)了雷達(dá)系統(tǒng)的便攜性,同時可以實(shí)現(xiàn)快速高效的全向探測,大大提高了低空近程雷達(dá)系統(tǒng)的機(jī)動性和可靠性。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明的一個實(shí)施例中低空近程雷達(dá)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0023]圖2為本發(fā)明的另一個實(shí)施例中旋轉(zhuǎn)場式全向天線的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0024]圖3為本發(fā)明的另一個實(shí)施例中全向天線中的方向圖示意;
[0025]圖4為本發(fā)明中全向天線的水平方向圖不圓度測試效果圖;
[0026]圖5為本發(fā)明中全向天線的垂直(俯仰)方向圖測試效果圖;
[0027]圖6為本發(fā)明中全向天線的兩通道水平相位方向圖測試效果圖;
[0028]圖7為本發(fā)明的再一個實(shí)施例中信號處理方法的流程示意圖;
[0029]圖8為本發(fā)明的信號處理方法的測角測試效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖,對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。顯然,所描述的實(shí)施例為實(shí)施本發(fā)明的較佳實(shí)施方式,所述描述是以說明本發(fā)明的一般原則為目的,并非用以限定本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn),基于本發(fā)明中的實(shí)施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例,都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。其中,下文所涉及的部分縮略語對應(yīng)為:AD:模擬到數(shù)字信號轉(zhuǎn)換器;DDC:數(shù)字下變頻;PC:脈沖壓縮;MTD:相參積累;CFAR:恒虛警檢測;LPF:低通濾波。
[0031]1、低空近程可攜行雷達(dá)系統(tǒng)
[0032]本發(fā)明的實(shí)施例1提供了一種新體制的低空近程雷達(dá)系統(tǒng),其能夠?qū)崿F(xiàn)便攜性。如圖1的結(jié)構(gòu)圖所示,該低空近程雷達(dá)系統(tǒng)包括旋轉(zhuǎn)場式全向天線1、射頻處理機(jī)2和顯控終端3 ;其中,旋轉(zhuǎn)場式全向天線I耦接射頻處理機(jī)2,在射頻處理機(jī)2的控制下向全空域輻射射頻信號并接收全空域的回波信號;射頻處理機(jī)2包括T/R(Transmit/Receive,發(fā)送與接收模塊)、預(yù)放(預(yù)放大器,又稱前置放大器)、接收機(jī)、信號源和信號處理機(jī),產(chǎn)生L波段射頻信號并根據(jù)接收的回波信號處理得到全空域的點(diǎn)跡信息;顯控終端3也耦接射頻處理機(jī)2,將點(diǎn)跡信息顯示給用戶和接收用戶的系統(tǒng)控制命令發(fā)給射頻處理機(jī)2。通過這種一體化的結(jié)構(gòu)設(shè)計,提高了系統(tǒng)的便攜性。在圖1中,旋轉(zhuǎn)場式全向天線I通過三腳架11布置在地面或載體上。
[0033]本發(fā)明的低空近程可攜行雷達(dá)系統(tǒng)能夠工作于L波段,其采用旋轉(zhuǎn)場式全向天線,不需要機(jī)械伺服或相控陣波束控制即可實(shí)現(xiàn)方位的全向探測,減少了相應(yīng)的處理硬件,節(jié)省了成本、減輕了天線重量、縮小了安裝空間、提高了系統(tǒng)可靠性。因此,本發(fā)明的技術(shù)方案能夠?qū)崿F(xiàn)該系統(tǒng)的快速架設(shè)、撤收,具有很強(qiáng)的機(jī)動性;該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對目標(biāo)回波的長時間積累,這大大提高目標(biāo)回波信號的頻譜分辨率,從而提高了信雜比改善因子。
[0034]這里所說的T/R、預(yù)放、多通道接收機(jī)和信號源均采用目前成熟的設(shè)計技術(shù),因此以下著重闡述旋轉(zhuǎn)場式全向天線和對應(yīng)的信號處理機(jī)制。本發(fā)明的雷達(dá)系統(tǒng)采用旋轉(zhuǎn)場式全向天線,取消了傳統(tǒng)掃描體制天線的伺服旋轉(zhuǎn)裝置,可以減小系統(tǒng)體積、降低系統(tǒng)成本和提尚系統(tǒng)可靠性。
[0035]2、旋轉(zhuǎn)場式全向天線
[0036]由于雷達(dá)的天線體制在很大程度上決定了雷達(dá)系統(tǒng)的體制,為改善在發(fā)明背景部分所述的傳統(tǒng)體制雷達(dá)系統(tǒng)的缺點(diǎn),本發(fā)明的實(shí)施例2進(jìn)一步提出一種旋轉(zhuǎn)場式全向天線,當(dāng)其應(yīng)用于上述低空近程可攜行雷達(dá)系統(tǒng)中