CN102680949A

CN102680949A - 一种正弦波嵌入式混沌雷达探测装置

Info

Publication number: CN102680949A
Application number: CN2012101878917A
Authority: CN
Inventors: 张朝霞; 张东泽; 周俊杰; 傅正
Original assignee: Taiyuan University of Technology
Current assignee: Taiyuan University of Technology
Priority date: 2012-06-08
Filing date: 2012-06-08
Publication date: 2012-09-19

Abstract

一种正弦波嵌入式混沌雷达探测装置，属于雷达测量仪技术领域；解决的技术问题是：提供一种可以同时提高探测距离和分辨能力的正弦波嵌入式混沌雷达探测装置；采用的技术方案是：混沌激光源的信号输出端与电吸收调制器的输入端相连，电吸收调制器的输出端串接光电探测器后与功分器的输入端相连，电吸收调制器的调制信号端与正弦波发生器相连，功分器的发射信号输出端串接放大器后与发射天线相连，低噪声放大器的输出端依次串接匹配滤波器、第一模数转换器和相关器后与数字信号处理模块的输入端相连，功分器的参考信号输出端依次串接第二模数转换器和延迟线后与相关器的输入端口相连；本发明适用于各种雷达探测领域。

Description

一种正弦波嵌入式混沌雷达探测装置

技术领域

本发明一种正弦波嵌入式混沌雷达探测装置，属于雷达测量仪技术领域。

背景技术

现代雷达技术的发展对雷达探测的作用距离和分辨能力等性能指标提出了越来越高的要求，其中测距精度和距离分辨力主要取决于信号的频率结构；为了提高测距精度和距离分辨力，要求信号具有大的带宽，而测速精度和速度分辨力则取决于信号的时域结构，为了提高测速精度和速度分辨力，要求信号具有大的时宽，除此之外，为提高雷达系统的探测能力，要求信号具有大的能量。

由此可见，为了提高雷达系统的探测能力、测量精度和分辨能力，要求雷达信号具有大的时宽、带宽、能量乘积；但是，在系统的发射和峰值功率受限制的情况下，大的信号能量只能靠加大信号的时宽来得到，测距精度和距离分辨力同测速精度和速度分辨力以及作用距离之间存在着不可调和的矛盾。

由于在普通体制的雷达装置中，用于传输的信号的时宽带宽乘积接近于1，因此不能同时兼顾雷达的距离分辨力和速度分辨力两项性能指标，也解决不了雷达探测的作用距离与分辨能力之间的矛盾；为解决以上矛盾，需要发射大时宽-带宽积信号，而大时宽-带宽积信号可以通过在脉宽内进行调频、调相或调幅来得到，其中以线性调频脉冲信号（LFM）的研究与应用最为广泛；作为常用的脉冲压缩技术，线性调频脉冲信号对多普勒频移不敏感，即当回波信号有较大的多普勒频移时，输出响应将出现与多普勒频移成正比的附加延时，这在对探测精度有严格要求时是不允许的；总之，合理且有实用价值的信号设计需要综合平衡雷达系统的各种因素，如各种技术要求，技术实现的难易程度及需要付出的硬件代价等，但是，目前还未发现适用于各种应用场合且诸性能指标俱佳的“最优波形”。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题是：提供一种可以同时提高探测距离和分辨能力的正弦波嵌入式混沌雷达探测装置。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种正弦波嵌入式混沌雷达探测装置，包括：混沌激光源、正弦波发生器、电吸收调制器、光电探测器、功分器、放大器、发射天线、接收天线、低噪声放大器、匹配滤波器、第一模数转换器、相关器、数字信号处理模块、控制电路模块、第二模数转换器和延迟线；

所述混沌激光源的信号输出端与电吸收调制器的输入端相连，所述电吸收调制器的输出端串接光电探测器后与功分器的输入端相连，电吸收调制器的调制信号端与正弦波发生器相连，所述功分器的发射信号输出端串接放大器后与发射天线相连；

所述接收天线与低噪声放大器的输入端相连，所述低噪声放大器的输出端依次串接匹配滤波器、第一模数转换器和相关器后与数字信号处理模块的输入端相连，所述数字信号处理模块连接有控制电路模块；

所述功分器的参考信号输出端依次串接第二模数转换器和延迟线后与相关器的输入端口相连。

所述控制电路模块连接有液晶显示屏、指示灯、启动开关、复位开关、信号发射调节按钮和信号接收调节按钮。

所述数字信号处理模块连接有外置接口。

所述正弦波嵌入式混沌雷达探测装置安装在主机箱中。

所述混沌激光源、正弦波发生器、电吸收调制器、光电探测器、功分器、放大器、低噪声放大器、匹配滤波器、第一模数转换器、相关器、数字信号处理模块、控制电路模块、第二模数转换器和延迟线均安装在主机箱内部，所述液晶显示屏、指示灯、启动开关、复位开关、信号发射调节按钮和信号接收调节按钮安装在主机箱的前部，所述发射天线和接收天线安装在主机箱的侧部，所述外置接口安装在主机箱的后部。

所述主机箱的顶部设有提手。

本发明与现有技术相比具有的有益效果是：

一、本发明以正弦波调制后的混沌信号作为发射信号，依靠该信号的大时宽特性可提高雷达的探测深度，本发明在雷达信号接收端用匹配滤波器分离出混沌信号与正弦信号，依靠混沌信号的大带宽特性，提高了雷达的分辨率，达到了同时提高探测距离和分辨能力的效果；

二、本发明的数字信号处理模块采用Hilbert-Huang Transform算法进行数据处理，依靠液晶显示屏和控制电路模块进行显示和控制，并且可以通过外置接口与电脑相连进行离线数据处理，整个雷达探测数据准确翔实，操作和读取方便，是一种十分理想的雷达探测装置；

三、本发明安装在主机箱中，主机箱上设置有提手，整个装置外观简洁，操作方便，携带方便，实用性强。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明：

图1是本发明的电路结构示意图；

图2是本发明中主机箱外壳结构示意图；

图中：1为混沌激光源、2为正弦波发生器、3为电吸收调制器、4为光电探测器、5为功分器、6为放大器、7为发射天线、8为接收天线、9为低噪声放大器、10为匹配滤波器、11为第一模数转换器、12为相关器、13为数字信号处理模块、14为控制电路模块、15为第二模数转换器、16为延迟线、17为液晶显示屏、18为指示灯、19为启动开关、20为复位开关、21为信号发射调节按钮、22为信号接收调节按钮、23外置接口、24主机箱、25提手。

具体实施方式

如图1所示，本发明一种正弦波嵌入式混沌雷达探测装置，包括：混沌激光源1、正弦波发生器2、电吸收调制器3、光电探测器4、功分器5、放大器6、发射天线7、接收天线8、低噪声放大器9、匹配滤波器10、第一模数转换器11、相关器12、数字信号处理模块13、控制电路模块14、第二模数转换器15和延迟线16。

所述混沌激光源1的信号输出端与电吸收调制器3的输入端相连，所述电吸收调制器3的输出端串接光电探测器4后与功分器5的输入端相连，电吸收调制器3的信号调制端与正弦波发生器2相连，所述功分器5的发射信号输出端串接放大器6后与发射天线7相连；

所述接收天线8与低噪声放大器9的输入端相连，所述低噪声放大器9的输出端依次串接匹配滤波器10、第一模数转换器11和相关器12后与数字信号处理模块13的输入端相连，所述数字信号处理模块13连接有控制电路模块14；

所述功分器5的参考信号输出端依次串接第二模数转换器15和延迟线16后与相关器12的输入端口相连。

所述控制电路模块14连接有液晶显示屏17、指示灯18、启动开关19、复位开关20、信号发射调节按钮21和信号接收调节按钮22，所述数字信号处理模块13连接有外置接口23，数字信号处理模块13可以通过外置接口23与电脑相连进行离线数据处理，以得出最终的探测信息。

如图2所示，所述正弦波嵌入式混沌雷达探测装置安装在主机箱24中，所述混沌激光源1、正弦波发生器2、电吸收调制器3、光电探测器4、功分器5、放大器6、低噪声放大器9、匹配滤波器10、第一模数转换器11、相关器12、数字信号处理模块13、控制电路模块14、第二模数转换器15和延迟线16均安装在主机箱24内部，所述液晶显示屏17、指示灯18、启动开关19、复位开关20、信号发射调节按钮21和信号接收调节按钮22安装在主机箱24的前部，所述发射天线7和接收天线8安装在主机箱24的侧部，所述外置接口23安装在主机箱24的后部，所述主机箱24的顶部设有提手25。

上述混沌激光源1通过电吸收调制器3嵌入正弦波发生器2产生的正弦波后，输出的混沌激光序列注入到光电探测器4后转换为正弦波嵌入式混沌电信号，经功分器5均分为发射信号和参考信号，发射信号经放大器6放大，由发射天线7进行发射，产生超带宽的混沌信号；

上述接收天线8接收回波信号，低噪声放大器9对接收天线8接收的回波信号进行放大后，经匹配滤波器10匹配滤波和第一模数转换器11模数转换操作后，由相关器12对回波信号与经延迟线16进行延迟的参考信号进行相关操作，最后由数字信号处理模块13进行信号处理，并由液晶显示屏17进行显示，数字信号处理模块采用Hilbert-Huang Transform算法进行数据处理。

上述Hilbert-Huang Transform为希尔伯特-黄变换，简称为HHT，应用希尔伯特-黄变换时，需执行两个基本步骤：首先，用EMD（Empirical Mode Decomposition，简称为EMD)方法把信号分解成一些本征模态函数(Intrinsic Mode Function，简称为IMF)，接着，对分解得到的IMF分量进行Hilbert变换，从而得出时频平面上的能量分布谱图(Hilbert谱)；具体方法如下：

EMD方法假设任何信号都由不同的本征模态函数IMF组成，每个IMF可以是线性的，也可以是非线性的，IMF分量必须满足下面两个条件：一是其极值点个数和过零点数相同或最多相差一个，二是其上下包络关于时间轴局部对称，这样任何一个信号就可以分解为有限个IMF之和；分解过程基于以下假设：一、信号最少有一个极大值和一个极小值；二、时域特性由极值间隔决定；三、如果数据序列完全缺乏极值但是仅包含拐点，那么它也可通过求导一次或多次来揭示极值点，而最终结果可以由这些成分求积分来获得。

通过以上方法将信号s(t)分解成有限个IMF分量的和：

然后分别对每一个IMF分量用Hilbert变换进行谱分析，最后得到信号的瞬时频率表示：

这里Re表示取实部，称上式右边为Hilbert时频谱，简称Hilbert谱，记作：

它是瞬时振幅在频率，时间平面上的分布。

用Hilbert谱可以进一步定义边际谱为：

这里由HHT得到的边际谱与Fourier频谱有相似之处，从统计观点上来看，它表示了该频率上振幅（能量）在时间上的累加，能够反映各频率上的能量分布，但因为瞬时频率定义为时间的函数，不同以往Fourier等需要完整的振荡波周期来定义局部的频率值，而且求取的能量值不是全局定义的，因此对信号的局部特征反映更准确，在这方面优于Fourier谱，尤其是在分析非平稳信号时，这种定义对于频率随时间随时变化的信号特征来说，能够反映真实地振动特点。

上述主机箱24内的控制电路模块14与主机箱24前部的液晶显示屏17、指示灯18、启动开关19、复位开关20、信号发射调节按钮21和信号接收调节按钮22相连，对整个装置进行调节控制。

上述混沌激光源1采用型号为GKLASER GKNPL-532的激光源，上述电吸收调制器2采用型号为JKY M315502的电吸收调制器，上述光电探测器4采用型号为EOT ET-3010的光电探测器，上述功分器5采用型号为REBES RS2W0560的功分器，上述放大器6采用型号为AXELWAVE XBG-24-100N的放大器，上述第一模数转换器11和第二模数转换器15采用型号为TI ADS1240的数模转换器，上述低噪声放大器9采用型号为HALA00325的放大器，上述延迟线16采用型号为CAT1025YE 25TE13的延迟线，上述匹配滤波器10采用型号为DP-1A11W的匹配滤波器。

本发明以正弦波调制后的混沌信号作为发射信号，依靠该信号的大时宽特性可提高雷达的探测深度，在雷达信号接收端用匹配滤波器10分离出混沌信号与正弦信号，依靠混沌信号的大带宽特性，提高了雷达的分辨率，数字信号处理模块采用Hilbert-Huang Transform算法进行数据处理，大幅度地同时提高了雷达探测的作用距离和分辨能力；本发明安装在主机箱中，主机箱上设置有提手，整个装置外观简洁，操作方便，携带方便，实用性强。

Claims

1.一种正弦波嵌入式混沌雷达探测装置，包括：混沌激光源（1）、正弦波发生器（2）、电吸收调制器（3）、光电探测器（4）、功分器（5）、放大器（6）、发射天线（7）、接收天线（8）、低噪声放大器（9）、匹配滤波器（10）、第一模数转换器（11）、相关器（12）、数字信号处理模块（13）、控制电路模块（14）、第二模数转换器（15）和延迟线（16）；

其特征在于：所述混沌激光源（1）的信号输出端与电吸收调制器（3）的输入端相连，所述电吸收调制器（3）的输出端串接光电探测器（4）后与功分器（5）的输入端相连，电吸收调制器（3）的调制信号端与正弦波发生器（2）相连，所述功分器（5）的发射信号输出端串接放大器（6）后与发射天线（7）相连；

所述接收天线（8）与低噪声放大器（9）的输入端相连，所述低噪声放大器（9）的输出端依次串接匹配滤波器（10）、第一模数转换器（11）和相关器（12）后与数字信号处理模块（13）的输入端相连，所述数字信号处理模块（13）连接有控制电路模块（14）；

所述功分器（5）的参考信号输出端依次串接第二模数转换器（15）和延迟线（16）后与相关器（12）的输入端口相连。

2.根据权利要求1所述的一种正弦波嵌入式混沌雷达探测装置，其特征在于：所述控制电路模块（14）连接有液晶显示屏（17）、指示灯（18）、启动开关（19）、复位开关（20）、信号发射调节按钮（21）和信号接收调节按钮（22）。

3.根据权利要求2所述的一种正弦波嵌入式混沌雷达探测装置，其特征在于：所述数字信号处理模块（13）连接有外置接口（23）。

4.根据权利要求3所述的一种正弦波嵌入式混沌雷达探测装置，其特征在于：所述正弦波嵌入式混沌雷达探测装置安装在主机箱（24）中。

5.根据权利要求4所述的一种正弦波嵌入式混沌雷达探测装置，其特征在于：所述混沌激光源（1）、正弦波发生器（2）、电吸收调制器（3）、光电探测器（4）、功分器（5）、放大器（6）、低噪声放大器（9）、匹配滤波器（10）、第一模数转换器（11）、相关器（12）、数字信号处理模块（13）、控制电路模块（14）、第二模数转换器（15）和延迟线（16）均安装在主机箱（24）内部，所述液晶显示屏（17）、指示灯（18）、启动开关（19）、复位开关（20）、信号发射调节按钮（21）和信号接收调节按钮（22）安装在主机箱（24）的前部，所述发射天线（7）和接收天线（8）安装在主机箱（24）的侧部，所述外置接口（23）安装在主机箱（24）的后部。

6.根据权利要求4所述的一种正弦波嵌入式混沌雷达探测装置，其特征在于：所述主机箱（24）的顶部设有提手（25）。