CN105827258B - 一种多路接收系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多路接收系统，包括N单元低频段天线、M单元高频段天线、N+M个低噪声放大器、交换网络单元、下变频单元、数字化处理单元、两个本振功分网络。下变频单元包含L通道回波输入端、L通道本振信号输入端、L通道中频输出端。N、M、L均为正整数且L不小于N与M中较大的数值。N+M个低噪声放大器的一端分别与N单元低频段天线、M单元高频段天线相连，另一端分别与交换网络单元的N+M个输入端相连，交换网络单元的L个输出端分别连接L通道回波输入端。通道本振信号输入端分别与本振功分网络一相连，通道本振信号输入端与本振功分网络二相连，L通道中频输出端分别连接数字化处理单元的L个输入端。

Description

一种多路接收系统
技术领域
本发明涉及雷达、通讯、电子对抗系统中信号接收技术领域的一种多路接收系统，具体涉及一种基于DBF技术的超宽带低成本可重构的多路接收系统。
背景技术
接收机在天线阵面接收到的噪声、杂波和干扰信号中检测到有用回波信号，并进行必要的处理，通过变频把回波信号变成中频信号送入数字接收机进行数字域处理。一部接收系统主要包括通道接收机，频率源，数字接收机三个组成部分。通道接收机主要由低噪声放大器，下变频单元构成，频率源提供本振信号、基准时钟等信号，数字接收机将模拟信号进行数字化处理。
相控阵雷达，当采用DBF(数字波束合成)技术时，通道接收机是多通道的，通过DBF技术的应用，可有效增强接收系统性能，实现灵活的后处理应用。在超宽带DBF系统的架构中，有N单元的低频段天线，M单元的高频段天线，常规的超宽带接收系统的构成架构为，N单元低频段天线对应N通道的接收、N通道的数字化处理，M单元高频天线对应M通道的接收、M通道的数字化处理，共N+M个接收通道，N+M个数字化处理通道。常规的超宽带接收系统存在如下问题。
1.DBF技术在应用的同时，往往需要采用多路接收通道进行数字化处理，为发挥DBF技术性能，其接收通道数量常与宽带天线阵元数量相同。采用子阵数字化方法虽然可以有效降低通道数量，进而降低成本，但是该设计方法常常伴随着DBF性能指标的牺牲。
2.常规超宽带接收系统实现中，常因工作带宽过宽，且有总体指标、功能要求限制，有时必须采用两个超宽带天线分高低频段组合实现系统工作带宽。要在整个工作频段内实现原定功能，因天线的物理通道数的增加会导致对应的接收通道数增加，成本迅速上升。
3.常规超宽带接收系统实现中，系统的最大瞬时工作带宽受到通道设计、A/D采样器件性能指标的限制，要实现更宽的瞬时工作带宽，需要在一定程度上牺牲通道指标，提升A/D采样速率实现。而高端超高速A/D采样器件的成本与常规A/D器件的成本相差巨大。
超宽带接收系统中天线单元的数量往往对应着接收通道的数量，使成本高而不下，而系统的瞬时工作带宽受到器件性能指标、通道设计的限制而不能达到更宽的带宽，常规的超宽带接收系统工作模式单一，无法满足当代对低成本、高性能雷达的需求，因此需要设计一种低成本的多工作模式的超宽带的多路接收系统。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种基于DBF技术的超宽带低成本可重构的多路接收系统。
本发明的解决方案是：一种多路接收系统，其包括：N单元低频段天线，M单元高频段天线，N+M个低噪声放大器，具有N+M个输入端且L个输出端的交换网络单元，下变频单元，具有L个输入端的数字化处理单元，本振功分网络一，本振功分网络二；其中，N、M、L均为正整数，且L不小于N与M中较大的数值；所述下变频单元包含L通道回波输入端、L通道本振信号输入端、L通道中频输出端，且N＝M时，L＝N＝M；N≠M时，L取则取N与M中较大的数值；N单元低频段天线分别与N个低噪声放大器的一端相连，M单元高频段天线分别与M个低噪声放大器的一端相连；N+M个低噪声放大器的另一端分别与交换网络单元的N+M个输入端相连，交换网络单元的L个输出端分别连接L通道回波输入端；在L通道本振信号输入端中，通道本振信号输入端分别与本振功分网络一相连，通道本振信号输入端与本振功分网络二相连，L通道中频输出端分别连接数字化处理单元的L个输入端。
作为上述方案的进一步改进，所述多路接收系统的工作频段覆盖N单元低频段天线、M单元高频段天线接收的低频段回波信号和高频段回波信号；交换网络单元根据控制指令实现来自N单元低频段天线的N路低频段信号和来自M单元高频段天线的M路高频段信号的分时输出，N/2路低频段信号和M/2路高频段信号的同时输出，分时将N/2路低频段信号由交换网络单元的N个输出端输出，M/2路高频段信号由交换网络单元的M个输出端输出。
进一步地，所述下变频单元的每个端口单独可控。
作为上述方案的进一步改进，本振功分网络一与本振功分网络二提供两组相干的变频本振信号。
进一步地，两组变频本振信号的频率相同且单独可控。
作为上述方案的进一步改进，该多路接收系统还包括控制电源和电源；低噪声放大器、交换网络单元、下变频单元、数字化处理单元、本振功分网络一、本振功分网络二均由控制电源控制，该电源对整个多路接收系统供电。
作为上述方案的进一步改进，所述交换网络单元的工作频段覆盖低频段天线和高频段天线，其中，N路低频信号标记为A1～AN ，M路高频信号标记为B1～BM ，且在N大于等于M 时，实现下列信号的模式输出：
A模式：输出N路A1～AN 信号；
B模式：输出M路B1～BM 信号；
C模式：输出N/2路A1～AN/2 信号，同时输出N/2路B1～BN/2 信号；
D模式：将A1～AN/2 路信号分成两路，分别从1～N/2端口，(1+N/2)～N端口输出；
E模式：将B1～BN/2 路信号分成两路，分别从1～N/2端口，(1+N/2)～N端口输出；
F模式：将A1+N/2～AN 路信号分成两路，分别从1～N/2端口，(1+N/2)～N端口输出；
G模式：将B1+N/2～BM路信号分成两路，分别从1～N/2端口，(1+N/2)～N端口输出；
H模式：输出A1～AN 中n路信号，其余N-n路低频信号为N-n低频信号和M路高频信号中的某些通道；
I模式：输出B1～BN 中的m路信号，其余N-m路高频信号为N低频信号和M-m路高频信号中的某些通道；
其中，经过所述交换网络单元的通道选择后，信号送入所述下变频单元，在所述下变频单元中结合两个本振功分网络的本振信号的变化实现超宽带低成本可重构的多路接收系统。
进一步地，当所述交换网络单元输出A或B模式信号时，分别对应不同的本振信号，实现同一中频输出，实现多路接收系统的高、低频段分时工作模式；
当所述交换网络单元输出C模式信号时，A1～AN/2路信号对应本振功分网络一的本振信号，B1～BN/2路信号对应本振功分网络二的本振信号，实现系统高、低频同时工作模式，即用同一套系统实现了频段的拼接；
当所述交换网络单元输出D、F模式信号时，两个本振功分网络的两个频率源工作于不同的扫描频率上，实现系统低频段带内双扫频工作模式；通道对频率源的选择能控制双扫工作时两个扫描频率上工作的通道数量；
当所述交换网络单元处于E、G模式下时，所述两个频率源工作于不同的扫描频率上，实现系统高频段带内双扫频工作模式；通道对频率源的选择能控制双扫工作时两个扫描频率上工作的通道数量；
当所述交换网络单元处于D、F模式或者E、G模式下时，所述两个频率源输出频点间隔正好等于系统的瞬时工作带宽BW1，且L/2的通道使用本振功分网络一的频率源，另外L/2的通道使用本振功分网络一的频率源，使得系统一半的通道工作于F0频段，另外一半通道工作于F0+BW1频段；
当所述交换网络单元处于H模式下，n路信号对应的本振功分网络一的频率源的n路固定的本振信号；L-n路信号对应本振功分网络一的频率源的其它本振信号和本振功分网络二的频率源的本振信号，L-n路本振信号是扫频的。
本发明在接收通道链路上使用了一个通道交换网络，通过开关控制通道的输出，使N+M个通道输入转换为L个(L不小于N与M中较大的数值，一般L＝N)通道输出到下变频单元，减少接收通道路数及数字化处理单元的路数，并利用通道交换网络灵活的通道选择功能，以及因工作模式需要而输出不同频率的本振信号的结合实现频段的拼接、带宽的拼接、模式的拼接，并能实现边接收便侦察的系统工作模式，达成低成本可重构的接收系统。
本发明的有益效果在于：使用通道交换网络进行通道的切换控制，改变了常规基于DBF技术的超宽带多路接收系统架构，在有效降低成本的同时兼顾了系统指标的实现，并为系统增加了灵活的工作模式及重构功能。具体该系统可重构的模式有：1.高、低频段分时工作模式；2.高、低频段同时工作模式；3.低频段带内双扫频工作模式；4.高频段带内双扫频工作模式；5.顺时带宽翻倍的拼接工作模式；6.边接收边侦察的系统工作模式。
附图说明
图1为本发明提供的多路接收系统的构架框图。
图2为图1中交换网络单元的工作示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明的多路接收系统包括：N单元低频段天线，M单元高频段天线，N+M个低噪声放大器，具有N+M个输入端且L个输出端的交换网络单元，下变频单元，具有L个输入端的数字化处理单元，本振功分网络一，本振功分网络二，控制单元，电源。
其中，N、M、L均为正整数，且L不小于N与M中较大的数值。在此系统架构中，一般N＝M，在两阵列单元数量不同时，取较大的天线单元数为通道数。即，N＝M时，L＝N＝M；N≠M时，L取则取N与M中较大的数值。在本实施例中，L＝N>M。
N单元低频段天线与N个低噪声放大器相连，M单元高频段天线与M个低噪声放大器相连。N+M个低噪声放大器与N通道交换网络(即交换网络单元)的N+M个输入端相连，N通道交换网络输出端连接N通道下变频单元(即下变频单元)的回波输入端。
下变频单元包含N通道回波输入端、N通道本振信号输入端、N通道中频输出端。在N通道本振信号输入端中，通道本振信号输入端分别与本振功分网络一相连，通道本振信号输入端与本振功分网络二相连。N通道中频输出端分别连接数字化处理单元的N个输入端，即N通道中频输出端与N通道数字化处理(即数字化处理单元)相连。
频率源一(即本振功分网络一的频率源)、频率源二(即本振功分网络二的频率源)分别与本振功分网络一、本振功分网络二相连。上述单元均可由电源单元供电，且均可被控制单元控制。
在此系统架构中，针对N单元低频天线，M单元高频天线，一般N＝M，在两阵列单元数量不同时，取较大的天线单元数为通道数。N通道交换网络即交换网络单元是一个开关交换网络，通过控制单元对其控制，实现对输入信号的通道选择。
N通道下变频单元的每一个下变频通道单独可控，可进行N单元低频回波、M单元高频回波的下变频。两个本振功分网络的频率源一和频率源二为两组相干的变频本振信号，产生相同的频率，且输出频率是单独可控的。
本发明的工作原理是：
通道交换网络将低噪声放大器处理的N路低频段和M路高频段回波信号进行通道选择，主要实现N路低频段，M路高频段信号分时输出，N/2路和M/2路信号同时输出，以及N/2路低频信号N路输出，M/2路高频信号M路输出。在下变频单元里，根据系统工作模式的需要送入下变频单元不同或相同频率的本振信号1、本振信号2，使变频后的中频信号是固定中频，实现一定的瞬时工作带宽、翻倍的瞬时工作带宽。
请再次参阅图1，N单元低频段天线接收低频段回波信号，M单元高频段天线接收高频段回波信号，低频段和高频段回波信号送入N+M路低噪声放大器中检出有用信号并进行放大处理。N+M路低噪声放大器可以是宽带的，即能处理低频段和高频段的回波信号，也可以N路低频段低声放大器和M路高频段低噪声放大器。
N+M路低噪声放大器的输出端分别对应N路的通道交换网络，在此单元由系统的功能要求进行频段或者通道数的选择，以实现是否处理哪个频段，处理哪些通道。
被选择的通道送入N通道下变频单元，在此单元结合本振源进行混频，将回波信号下变频为中频信号送往N通道数字接收机进行数字化处理。
N单元低频天线与M单元高频段天线接收到回波信号送入N+M路低噪声放大器进行射频信号处理，抑制杂波，放大有用信号。然后N+M路射频信号送入N通道的交换网络，一般N＝M，在两者阵元数量不同时，取数量多的通道数。
N通道交换网络，N+M通道输入，N通道射频输出(N≥M的情况)，N通道交换网络的通道输出受控制单元控制，此情况分为：N通道低频信号和M通道高频信号分时输出，低频信号的某些通道与高频信号的某些通道同时输出。
如图2所示，进一步对通道交换网络(即交换网络单元)的工作方式进行叙述。通道交换网络工作频段覆盖低频段天线和高频段天线，其中，N路低频信号标记为A1～AN ，M路高频信号标记为B1～BM ，且在N大于等于M时，实现下列信号的模式输出：
A模式：输出N路A1～AN 信号；
B模式：输出M路B1～BM 信号；
C模式：输出N/2路A1～AN/2 信号，同时输出N/2路B1～BN/2 信号；
D模式：将A1～AN/2 路信号分成两路，分别从1～N/2端口，(1+N/2)～N端口输出；
E模式：将B1～BN/2 路信号分成两路，分别从1～N/2端口，(1+N/2)～N端口输出；
F模式：将A1+N/2～AN 路信号分成两路，分别从1～N/2端口，(1+N/2)～N端口输出；
G模式：将B1+N/2～BM路信号分成两路，分别从1～N/2端口，(1+N/2)～N端口输出；
H模式：输出A1～AN 中n路信号，其余N-n路低频信号为N-n低频信号和M路高频信号中的某些通道；
I模式：输出B1～BN 中的m路信号，其余N-m路高频信号为N低频信号和M-m路高频信号中的某些通道；
经过通道交换网络的通道选择后，信号送入N通道的下变频单元，在此单元结合频率源即本振信号的变化实现超宽带低成本可重构的接收系统。
1：当通道交换网络输出A，B模式信号时，分别对应不同的本振信号，实现同一中频输出，实现多路接收系统的高、低频段分时工作模式；
2：当所述交换网络单元输出C模式信号时，A1～AN/2路信号对应本振功分网络一的本振信号，B1～BN/2路信号对应本振功分网络二的本振信号，实现系统高、低频同时工作模式，即用同一套系统实现了频段的拼接；
3：当该通道交换网络输出D、F模式信号时，频率源一与频率源二工作于不同的扫描频率上，实现系统低频段带内双扫频工作模式；通道对频率源的选择可以控制双扫工作时两个扫描频率上工作的通道数量；
4：当该通道交换网络处于E、G模式下时，频率源一与频率源二工作于不同的扫描频率上，实现系统高频段带内双扫频工作模式；通道对频率源的选择可以控制双扫工作时两个扫描频率上工作的通道数量；
5：当该通道交换网络处于D、F模式或者E、G模式下时，频率源一与频率源二输出频点间隔正好等于系统的瞬时工作带宽BW1，且N/2的通道使用频率一，另外N/2的通道使用频率二，使得系统一半的通道工作于F0频段，另外一半通道工作于F0+BW1频段。两组信号数字化后，在数字域进行一一对应的拼接，最终实现系统以F0+BW1/2为中心频点，2*BW1瞬时带宽的信号接收处理能力。实现系统瞬时带宽翻倍的拼接工作模式；
6：当通道交换网络处于H模式下，n路信号对应的频率源一的n路固定的本振信号；N-n路信号对应频率源一的其它本振信号和频率源二的本振信号，N-n路本振信号是扫频的。此工作模式下，n路低频段天线处于接收、通讯工作模式，N-n路天线和M路高频天线处于低频段+高频段的整个频段下的侦察模式。同理当通道交换网络处于I模式下，此系统处于m路通道高频段接收、通讯工作模式，其余通道处于侦察工作模式下。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多路接收系统，其特征在于：其包括：N单元低频段天线，M单元高频段天线，N+M个低噪声放大器，具有N+M个输入端且L个输出端的交换网络单元，下变频单元，具有L个输入端的数字化处理单元，本振功分网络一，本振功分网络二；其中，N、M、L均为正整数，且L不小于N与M中较大的数值；所述下变频单元包含L通道回波输入端、L通道本振信号输入端、L通道中频输出端，且N＝M时，L＝N＝M；N≠M时，L取则取N与M中较大的数值；N单元低频段天线分别与N个低噪声放大器的一端相连，M单元高频段天线分别与M个低噪声放大器的一端相连；N+M个低噪声放大器的另一端分别与交换网络单元的N+M个输入端相连，交换网络单元的L个输出端分别连接L通道回波输入端；在L通道本振信号输入端中，通道本振信号输入端分别与本振功分网络一相连，通道本振信号输入端与本振功分网络二相连，L通道中频输出端分别连接数字化处理单元的L个输入端。
2.如权利要求1所述的多路接收系统，其特征在于：所述多路接收系统的工作频段覆盖N单元低频段天线、M单元高频段天线接收的低频段回波信号和高频段回波信号；交换网络单元根据控制指令实现来自N单元低频段天线的N路低频段信号和来自M单元高频段天线的M路高频段信号的分时输出，N/2路低频段信号和M/2路高频段信号的同时输出，分时将N/2路低频段信号由交换网络单元的N个输出端输出，M/2路高频段信号由交换网络单元的M个输出端输出。
3.如权利要求2所述的多路接收系统，其特征在于：所述下变频单元的每个端口单独可控。
4.如权利要求1所述的多路接收系统，其特征在于：本振功分网络一与本振功分网络二提供两组相干的变频本振信号。
5.如权利要求4所述的多路接收系统，其特征在于：两组变频本振信号的频率相同且单独可控。
6.如权利要求1所述的多路接收系统，其特征在于：该多路接收系统还包括控制电源和电源；低噪声放大器、交换网络单元、下变频单元、数字化处理单元、本振功分网络一、本振功分网络二均由控制电源控制，该电源对整个多路接收系统供电。
7.如权利要求1所述的多路接收系统，其特征在于：所述交换网络单元的工作频段覆盖低频段天线和高频段天线，其中，N路低频信号标记为A1~AN，M路高频信号标记为B1~BM，且在N大于等于M时，实现下列信号的模式输出：
A模式：输出N路A1~AN信号；
B模式：输出M路B1~BM信号；
C模式：输出N/2路A1~AN/2信号，同时输出N/2路B1~BN/2信号；
D模式：将A1～AN/2 路信号分成两路，分别从1～N/2端口，(1+N/2)～N端口输出；
E模式：将B1～BN/2 路信号分成两路，分别从1～N/2端口，(1+N/2)～N端口输出；
F模式：将A1+N/2～AN路信号分成两路，分别从1～N/2端口，(1+N/2)～N端口输出；
G模式：将B1+N/2～BM路信号分成两路，分别从1～N/2端口，(1+N/2)～N端口输出；
H模式：输出A1~AN中n路信号，其余N-n路低频信号为N-n低频信号和M路高频信号中的某些通道；
I模式：输出B1~BN中的m路信号，其余N-m路高频信号为N低频信号和M-m路高频信号中的某些通道；
其中，经过所述交换网络单元的通道选择后，信号送入所述下变频单元，在所述下变频单元中结合两个本振功分网络的本振信号的变化实现超宽带低成本可重构的多路接收系统。
8.如权利要求7所述的多路接收系统，其特征在于：
当所述交换网络单元输出A或B模式信号时，分别对应不同的本振信号，实现同一中频输出，实现多路接收系统的高、低频段分时工作模式；
当所述交换网络单元输出C模式信号时，A1～AN/2 路信号对应本振功分网络一的本振信号，B1～BN/2路信号对应本振功分网络二的本振信号，实现系统高、低频同时工作模式，即用同一套系统实现了频段的拼接；
当所述交换网络单元输出D、F模式信号时，两个本振功分网络的两个频率源工作于不同的扫描频率上，实现系统低频段带内双扫频工作模式；通道对频率源的选择能控制双扫工作时两个扫描频率上工作的通道数量；
当所述交换网络单元处于E、G模式下时，所述两个频率源工作于不同的扫描频率上，实现系统高频段带内双扫频工作模式；通道对频率源的选择能控制双扫工作时两个扫描频率上工作的通道数量；
当所述交换网络单元处于D、F模式或者E、G模式下时，所述两个频率源输出频点间隔正好等于系统的瞬时工作带宽BW1，且L/2的通道使用本振功分网络一的频率源，另外L/2的通道使用本振功分网络一的频率源，使得系统一半的通道工作于F0频段，另外一半通道工作于F0+BW1频段；
当所述交换网络单元处于H模式下，n路信号对应的本振功分网络一的频率源的n路固定的本振信号；L-n路信号对应本振功分网络一的频率源的其它本振信号和本振功分网络二的频率源的本振信号，L-n路本振信号是扫频的。
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