CN101105525A - 纯相位型宽频带微波辐射源测向装置及测向方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种纯相位型宽频带微波辐射源测向装置及测向方法。包括数字接收机、瞬时测频接收机和信号处理器，数字接收机的每一个通道的组成包括天线、滤波器、混频器和中频放大器，中频放大器连接数字接收机，与处理器相连的本振源产生的与入射信号频率有固定频差的微波信号与滤波器的输出信号一起输入混频器，得到具有固定频率的中频信号。采用纯相位的微波辐射源测向方法在相位干涉仪测向的基础上，利用长基线和短基线的相位差，构造出虚拟的短基线，结合物理可实现的长、短基线进行解模糊，解决了相位干涉仪覆盖带宽和测角范围之间的矛盾，仅利用相位信息即可实现宽频带内对空间微波辐射源的快速精确测向。

Description

纯相位型宽频带微波辐射源测向装置及测向方法

技术领域

本发明涉及的是一种微波辐射源探测装置及探测方法。

背景技术

现代雷达系统的工作频段范围很宽，覆盖米波波段至毫米波波段，因此被动雷达探测装置也必须具有较宽的频率覆盖范围，同时要具有足够的测角精度以及较快的信号处理速度。现有的宽频带被动雷达探测装置大都采用比幅、比相相结合的测向体制，用比幅测向消除相位干涉仪的高频段测向多值模糊，用比相测向提高测向精度，整个系统分为比相支路和比幅支路，通道的相位平衡性和幅度平衡性很难同时得到满足，所以用这种方法难以保证在宽频带内精确测向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种探测覆盖频域广、定位精确的纯相位型宽频带微波辐射源测向装置。本发明的目的还在于提供一种纯相位型宽频带微波辐射源的测向方法。

本发明的目的是这样实现的：本发明的纯相位型宽频带微波辐射源测向装置的组成包括数字接收机和连接于数字接收机后的信号处理器，输入数字接收机的每一个通道的组成包括天线、与天线相连的滤波器、与滤波器相连的混频器和与混频器相连的中频放大器，中频放大器连接数字接收机，与处理器相连的本振源产生的与入射信号频率有固定频差的微波信号与滤波器的输出信号一起输入混频器，产生固定频率的中频信号。

本发明的纯相位型宽频带微波辐射源测向装置还可以包括：

1、所述的天线是双臂平面螺旋天线。

2、输入数字接收机的通道为5个，5个天线排列成L型，各天线之间的距离符合d₁₂＞d₂₃，d₁₄＞d₄₅。

本发明的纯相位型宽频带微波辐射源测向方法为：天线接收由微波辐射源发出的微波信号，经高频滤波器滤除带外噪声，本振源受信号处理器控制，产生与入射信号频率有固定频差的微波信号，与入射信号一起经过混频器，产生固定中心频率的中频信号，此中频信号经过中频放大器放大后，进入数字接收机，数字接收机对接收到的中频信号进行A/D采样后，对采样数据进行处理，得到任意两个通道间的相位差，瞬时测频接收机测量微波辐射源的频率，信号处理器利用通道间的相位差和辐射源的频率，在相位干涉仪测向原理基础上，采用虚拟短基线算法，先用构造的虚拟短基线测向解最短基线的测向多值模糊，再用最短基线解次短基线，依次解最长基线的多值模糊，实现宽频带范围内、大角度范围内精确测向。

本发明是一种宽频带微波辐射源测向系统，它由天线，滤波器，混频器，中频放大器，本振源，数字接收机，信号处理器等整件组成。首先由微波辐射源发出的微波信号经过6个天线，其中5个接收信道被数字接收机接收，一个接收信道用于瞬时测频接收机测量微波辐射源的频率。天线采用双臂平面螺旋天线，覆盖宽频带和大的角度测量范围。5个接数字接收机的天线后面分别接高频滤波器，滤除带外噪声，本振源受信号处理器控制，产生与入射信号频率有固定频差的微波信号，与入射信号一起经过混频器，产生固定中心频率的中频信号，此中频信号经过中频放大器放大后，进入数字接收机。数字接收机对接收到的中频信号进行A/D采样后，对采样数据进行处理，可得到任意两个通道间的相位差。信号处理器利用通道间的相位差和微波辐射源的频率，在相位干涉仪测向原理基础上，采用虚拟短基线算法，先用构造的虚拟短基线测向解最短基线的测向多值模糊，再用最短基线解次短基线，依次解最长基线的多值模糊，仅利用相位信息即可实现宽频带大角度范围内精确测向。本发明是一个纯相位型宽频带微波辐射源测向系统，仅利用微波辐射源到达各天线的相位差信息，就可以实现宽频带内微波辐射源的大角度范围内的测向。本发明的本振源采用频率综合器技术，具有精细的步进频率和低相位噪声的特点，产生与入射信号频率有固定频差的微波信号，本发明的混频器能将载波频率变换为中频频率，而保持调制规律不变，是一个下变频混频器；数字接收机接收到的信号经过A/D变换后，采用相应的软件算法，得到同时到达各天线支路微波信号的相位，从而可得到微波信号到达任意两天线的相位差，相位差值在(-π，π)或(0，2π)之间；信号处理器是采用虚拟短基线算法，先用构造的虚拟短基线测向解最短基线的测向多值模糊，再用最短基线解次短基线，依次解最长基线的多值模糊，仅利用相位信息即可实现宽频带大角度范围内的精确测向，最终输出微波辐射源的方位角度和俯仰角度信息。

本发明在相位干涉仪测向的基础上，利用长基线和短基线的相位差，构造出虚拟的短基线，结合物理可实现的长、短基线进行解模糊，仅利用相位信息即可实现宽频段内对空间目标的快速精确测向。整个系统结构简单，易于工程实现。

本发明可以探测覆盖频域内的所有辐射源，并进行精确测向，进而对其进行精确定位，还可以根据需要对移动辐射源进行跟踪、定位。同时还可用于船只的定位及海上搜救，民航机场雷达的探测和干扰信号的测向等。

附图说明

图1是本发明的天线结构图；

图2是本发明的系统实现框图。

图3至图14是本发明对宽频带微波辐射源测向的实际测试曲线。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细的描述：

结合图1，连接数字接收机的5个天线排列成L型，天线0用于连接瞬时测频接收机，测量微波辐射源的频率，并有d₁₂＞d₂₃，d₁₄＞d₄₅，并且d₁₂-d₂₃＜d₂₃，d₁₄-d₄₅＜d₄₅。天线1、2、3用于方位面测向，天线1、4、5用于俯仰面测向。根据测角系统的频带覆盖范围和测角范围和信噪比，天线1、2，2、3，1、4，4、5之间的间隔必须满足一定的关系。以方位面的天线摆放为例，假设系统覆盖最高频率对应的波长为λ_min，覆盖角度为(-θ，+θ)，系统信噪比SNR，入射信号波长λ，则天线1、2之间的距离与天线2、3之间的距离之差d和最短基线长度d₂₃必须满足如下关系式

$\sqrt{\mathrm{SNR}}>\frac{3\×\frac{\mathrm{\λ}}{{\mathrm{\λ}}_{\min }}(\frac{\sqrt{2}}{2}+\frac{d}{{2d}_{23}})}{\mathrm{\π}\cos \mathrm{\θ}\arcsin (\frac{\mathrm{\λ}}{{\mathrm{\λ}}_{\min }}\·\frac{d}{{2d}_{23}})}$

构造的虚拟短基线才能正确的解最短基线的测角模糊，从而依次解最长基线的模糊。

若从系统的测向精度方面考虑，在体积允许的情况下，可以增加一个天线3′来构成最长基线13′，从而获得更高的测角精度。

结合图2，纯相位型宽频带微波辐射源测向装置由天线0～5，滤波器6～10，混频器11～15，中频放大器16～20，数字接收机21，信号处理器22，本振源23，瞬时测频接收机24等整件组成。天线0～5采用双臂平面螺旋天线，覆盖宽频带。天线后面分别接高频滤波器6～10，滤除带外噪声，本振源23受信号处理器控制，产生与入射信号频率有固定频差的微波信号，与入射信号一起经过混频器11～15，产生固定中心频率的中频信号，此中频信号经过中频放大器16～20放大后，进入数字接收机21。数字接收机21对接收到的中频信号进行A/D采样后，对采样数据进行处理，可得到任意两个通道间的相位差。瞬时测频接收机24用于测量微波辐射源的频率。信号处理器22利用通道间的相位差和辐射源的频率，在相位干涉仪测向原理基础上，采用虚拟短基线算法，即先用物理可实现的短基线构造出虚拟短基线，利用虚拟短基线测向解最短基线的测向多值模糊，再用最短基线解次短基线模糊，依次解最长基线的多值模糊，最后输出辐射源的方位面和俯仰面的角度信息。本发明是一个纯相位型宽频带微波辐射源测向系统，仅利用微波辐射源到达各天线的相位差信息，就可以实现宽频带内微波辐射源的大角度范围内的精确测向。

结合图3至图14，为了验证该纯相位型宽频带微波辐射源测向装置及测向方法的有效性和测角精度，在微波暗室里对该装置进行测角范围及测角精度测试，得到一组不同频率(1，1.5，2.3，2.8，3.3，3.8，4.3，4.8，5.3，5.8，6GHz)的测角曲线以及通道之间的相位差曲线，角度测量曲线图的横坐标为辐射源的实际角度，纵坐标为测向装置的测量角度。5个天线按照图1所示的L型摆放，其中d₁₂＝d₁₄＝140mm，d₂₃＝d₄₅＝90mm，测试时辐射天线与目标探测器的距离为8.0m，脉冲信号宽度为2us，脉冲重复频率为1.3ms，信号源辐射功率为25dBm，等效为天线接收的信号的功率为-27.20dBm。选择了带宽0.8GHz～6GHz内的一些频点进行测试，在每个频点下天线盘从-30°～+30°以步长2°步进，在每个位置记录30个数据，取这30个数据的平均值作为该位置处的测量值。以方位面的测角误差为例计算测角精度，取-10°～+10°内的测量数据计算测角误差，统计结果如表1所示。

表1方位面测角误差

频率(GHz)	测角误差(度)
		1.0	1.51
1.5	0.78
		1.8	0.57
2.3	0.38
		2.8	0.84
3.3	0.13
		3.8	0.38
4.3	0.36
		4.8	0.30
5.3	0.32
		6.0	0.30

Claims (4)

1.一种纯相位型宽频带微波辐射源测向装置，它包括数字接收机、瞬时测频接收机和连接于两者之后的信号处理器，其特征是：输入数字接收机的每一个通道的组成包括天线、与天线相连的滤波器、与滤波器相连的混频器和与混频器相连的中频放大器，中频放大器连接数字接收机，与信号处理器相连的本振源产生的与入射信号频率有固定频差的微波信号，同滤波器的输出信号一起输入混频器，产生固定频率的中频信号。

2.根据权利要求1所述的纯相位型宽频带微波辐射源测向装置，其特征是：所述的天线是双臂平面螺旋天线。

3.根据权利要求1和2所述的纯相位型宽频带微波辐射源测向装置，其特征是：输入数字接收机的通道为5个，5个天线排列成L型，各天线之间的距离符合d₁₂＞d₂₃，d₁₄＞d₄₅，并且d₁₂-d₂₃＜d₂₃，d₁₄-d₄₅＜d₄₅。

4.一种纯相位型宽频带微波辐射源的测向方法，其特征是：天线接收由微波辐射源发出的微波信号，经高频滤波器滤除带外噪声，本振源受信号处理器控制，产生与入射信号频率有固定频差的微波信号，与入射信号一起经过混频器，产生固定中心频率的中频信号，此中频信号经过中频放大器放大后，进入数字接收机，数字接收机对接收到的中频信号进行A/D采样后，对采样数据进行处理，得到任意两个通道间的相位差，瞬时测频接收机测量微波辐射源的频率，信号处理器利用通道间的相位差和辐射源的频率，在相位干涉仪测向原理基础上，采用虚拟短基线算法，先用构造的虚拟短基线测向解最短基线的测向多值模糊，再用最短基线解次短基线，依次解最长基线的多值模糊，在宽频带内、大角度范围内实现精确测向。

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