CN107037495A - 一种超宽带双模毫米波主被动复合探测器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及毫米波主被动复合探测领域，特别涉及一种超宽带双模毫米波主被动复合探测器，收发天线用于探测信号的收发工作；环流器用于收发信号的单向传输；调制器用于将调制信号调制到载波信号上以产生主动通道调频信号；混频器用于含有目标信息的差频信号以及被动通道参考信号的提取，滤波器用于主、被动信号的分频处理。本发明中主、被动复合探测器工作在同一频段，不同频率，兼具射频频分及中频频分的优势，根据系统信号频率，通过设计合理的滤波器中心频率及带宽，在主动信号始终敏感目标的基础上，充分分离主被动信息，减小了主被动信号之间的相互干扰。通过主被动信息复合利用，获得的目标信息量多，有利于目标识别。

Description

一种超宽带双模毫米波主被动复合探测器

技术领域

本发明涉及毫米波主被动复合探测领域，特别涉及一种超宽带双模毫米波主被动复合探测器。

背景技术

以下对本发明的相关技术背景进行说明，但这些说明并不一定构成本发明的现有技术。

毫米波探测器按其工作方式可分为主动探测和被动探测。主动式即毫米波雷达，其通过发射毫米波信号探测目标，具有较远的作用距离，而且能获得丰富的目标信息。但在近距离工作时，由于目标结构比较复杂，采用雷达探测容易产生“角闪效应”。被动式探测又称毫米波辐射计，是一种高灵敏度毫米波辐射信号接收机。它不发射信号，工作频带宽，具有抗干扰能力强、隐蔽、无目标闪烁等优点。但其工作距离近、获得的目标信息量少。结合雷达和辐射计的优点，将主动探测技术与被动探测技术相互融合，组成主被动复合体制探测器。这样不仅提高了探测距离、消除了目标闪烁效应，而且能够获得更丰富的目标信息。充分将主动探测与被动探测相互融合，实现优势互补。

常见的毫米波主被动复合体制主要有：主被动轮流时分同频复合体制，先主动、后被动同频复合体制，中频分频式同频复合体制，双频主被动复合体制等。主被动时分复合体制结构简单，较容易实现，但是该体制不能保证主动信号始终敏感目标，目标识别率较低且存在信息利用不充分的情况。至于频分复合体制，对于公开发表的双频主被动复合毫米波近程探测系统、对地毫米波主被动复合探测系统信号处理等材料，材料1为主被动异频复合体制，其采用双频天线，主动和被动通道分别工作于不同的波段，克服了时分体制主被动通道不能同时工作的不足，但天线的加工和系统各个部件的设计具有一定的难度，工程实现成本较高。材料2采用同频频分制主被动复合体制，探测器的主被动通道共用系统天线，混频器等部件，在充分利用了目标信息的情况下减小了系统体积，但其主被动工作于同一频率，仅在中频通过窄、宽滤波器进行主被动信号分离处理难以保证主被动信号的充分隔离。

在缩小系统体积的基础上为了保证主被动信号始终同时敏感目标，获得良好的探测识别效果，本发明提供了一种超宽带双模毫米波主被动复合探测器。该装置工作于同一频段的不同频率，采用射频频分、中频频分方式保证主动雷达始终工作，避免了由主被动转换造成的目标信息丢失问题，通过中频滤波电路参数选取，有效分离主被动回波信号。

发明内容

为解决现有技术中毫米波主被动复合探测领域内主动信号始终敏感目标的问题，提出一种超宽带双模毫米波主被动复合探测器，特别是在频分体制的基础上，在满足主、被动信号始终同时工作又保证主被动通道充分隔离、互不干扰，以获得良好的探测识别效果。

在本发明的一个优选的实施例中，一种超宽带双模毫米波主被动复合探测器，包括收发天线、环流器、调制器、混频器和带通滤波器；收发天线用于探测信号的收发工作；环流器用于收发信号的单向传输；调制器用于将调制信号调制到载波信号上以产生主动通道调频信号；混频器用于含有目标信息的差频信号以及被动通道参考信号的提取，滤波器用于主、被动信号的分频处理。

进一步地，收发天线为收发一体的超宽带天线，为主、被动通道共用。

进一步地，收发天线为3mm波段的超宽带天线。

进一步地，混频器包括有混频器a与混频器b，混频器a为主、被动通道共用，包括三个输入端和一个输出端，输入端1连接主动通道参考信号，输入端2连接被动通道参考信号，输入端3连接环流器输出的由收发天线接收的含有目标信息的主、被动回波信号；其中，主动通道参考信号为调制器所产生的调频信号，被动通道参考信号为混频器b取出的上变频信号；混频器a对由输入端3接收的主动回波信号与输入端1接收的主动通道参考信号进行差频处理，通过输出端输出含有目标信息的差频信号1；混频器a对由输入端3接收的被动回波信号与输入端2接收的被动通道参考信号进行差频处理，通过输出端输出含有目标信息的差频信号2。

进一步地，带通滤波器包括有滤波器a、滤波器b和滤波器c，滤波器a用于主动通道有用信号的信息获取，滤波器b用于被动通道有用信号的信息获取，滤波器c用于混频器b输出上变频信号的获取以作为被动通道参考信号。

进一步地，混频器b用于将主动通道参考信号与一个低频信号上变频处理为更高频率的被动通道参考信号输入到混频器a的输入端2。

进一步地，含有目标信息的差频信号1和含有目标信息的差频信号2经混频器a的输出端输出后进入带通滤波器中的中频电路，采用中频分离的结构分别取出同一时刻对应通道的有用信号。

进一步地，滤波器a为仅能够通过主动信号的低频窄宽带滤波器，滤波器b为仅能通过被动信号的高频宽带滤波器，滤波器c为仅能通过混频器b输出上变频信号的带通滤波器。

进一步地，滤波器b中心频率及工作带宽远大于滤波器a。

具体优点为：本发明中主、被动复合探测器工作在同一频段，不同频率，兼具射频频分及中频频分的优势，降低了对双频天线的高要求，共用了诸多毫米波部件。根据系统信号频率，通过设计合理的滤波器中心频率及带宽，在主动信号始终敏感目标的基础上，充分分离主被动信息，减小了主被动信号之间的相互干扰。通过主被动信息复合利用，获得的目标信息量多，有利于目标识别。

附图说明

通过以下参照附图而提供的具体实施方式部分，本发明的特征和优点将变得更加容易理解，在附图中：

图1是本发明的主被动复合探测器的系统框图；

图2是本发明中滤波器1和滤波器2的频率特性示意图。

附图标记说明：1、目标，2、收发天线，3、环流器，4、调制器，5、混频器a，6、混频器b，7、滤波器a，8、滤波器b，9、滤波器c，10、调制信号，11、载波信号，12、低频信号。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的示例性实施方式进行详细描述。对示例性实施方式的描述仅仅是出于示范目的，而绝不是对本发明及其应用或用法的限制。

本发明的所示出的实施例，参照图1所示的一种超宽带双模毫米波主被动复合探测器，包括收发天线2、环流器3、调制器4、混频器和带通滤波器；收发天线2用于探测信号的收发工作；环流器3用于收发信号的单向传输；调制器4用于将调制信号10调制到载波信号11上以产生主动通道调频信号；混频器用于含有目标信息的差频信号以及被动通道参考信号的提取，滤波器用于主、被动信号的分频处理。

本发明的主被动复合探测器为射频频分、中频频分制毫米波主被动复合探测系统，探测器工作在同一频段，不同频率，共用系统天线、混频器等部件。回波信号经过混频器后分成两路，在中频用频率分隔的方法通过滤波器参数控制，对主被动信息进行分频处理，保证主被动通道能充分隔离并始终同时工作，互不影响。

收发天线2为收发一体的超宽带天线，为主、被动通道共用。收发天线2为3mm波段的超宽带天线。

由于本发明中主被动复合探测器工作体制的独特性，收发天线2作为探测器的射频前端，带宽不能过小，否则无法完全发射和接收超宽带信号，也不能过大，易对超宽带系统中的其他部件产生干扰，影响整体的性能，必须恰好覆盖所需要的频谱范围，能够满足主被动复合探测器工作在W波段不同频率上主动信号的收发以及被动信号的接收工作，其有效工作带宽能与探测系统保持很好的一致性和匹配性。另外该收发天线2还满足窄波束、高增益、尺寸合理等要求，以获得更高的目标1分辨率。

混频器包括有混频器a5与混频器b6，混频器a5为主、被动通道共用，包括三个输入端和一个输出端，输入端1连接主动通道参考信号，输入端2连接被动通道参考信号，输入端3连接环流器3输出的由收发天线2接收的含有目标信息的主、被动回波信号；其中，主动通道参考信号为调制器4所产生的调频信号，被动通道参考信号为混频器b6取出的上变频信号；混频器a5对由输入端3接收的主动回波信号与输入端1接收的主动通道参考信号进行差频处理，通过输出端输出含有目标信息的差频信号1；混频器a5对由输入端3接收的被动回波信号与输入端2接收的被动通道参考信号进行差频处理，通过输出端输出含有目标信息的差频信号2。

包括有滤波器a7和滤波器b8和滤波器c9，滤波器a7用于主动通道有用信号的信息获取，滤波器b8用于被动通道有用信号的信息获取，滤波器c9用于混频器b6输出上变频信号的获取以作为被动通道参考信号。

混频器b6用于将主动通道参考信号与一个低频信号12上变频处理为更高频率的被动通道参考信号输入到混频器a5的输入端2。

同频频分体制主被动复合探测器，主被动通道工作在同一频率存在两通道相互影响的情况，并且对于同一频率的主被动差频信号，仅通过滤波处理难以有效分离主被动信号。为避免此类问题，设计主被动通道工作在同波段，不同频率超宽带主被动复合探测器，混频器b6及滤波器c9将原载波信号11与一个低频信号12上变频处理作为被动通道的参考信号，将被动通道搬移到更高频率，完成两个独立通道相互远离的要求。

含有目标信息的差频信号1和含有目标信息的差频信号2经混频器a5的输出端输出后进入滤波器a7和滤波器b8中的中的中频电路，采用中频分离的结构分别取出同一时刻对应通道的有用信号。

需要说明的是，主动通道上，调频信号经过环流器3由收发天线2向外发射，经目标1反射后由收发天线2接收，回波信号经过环流器3的单向传输之后进入混频器a5，与混频器a5输入端1的主动通道参考信号差频处理，输出含有目标信息的差频信号1。与此同时，被动通道的毫米波辐射计在另一频率接收目标1辐射信号，经环流器3后与混频器a5输入端2被动通道参考信号混频输出含有目标1方位信息的差频信号2。主被动差频信号经混频器a5单路输出之后进入中频电路，采用中频分离的结构由滤波器a7、滤波器b8分别取出同一时刻对应通道的有用信号，将系统分为主动和被动两个独立的通道。

滤波器a7为仅能够通过主动信号的低频窄宽带滤波器，滤波器b8为仅能通过被动信号的高频宽带滤波器，滤波器c9为仅能通过混频器b6输出上变频信号的带通滤波器。

滤波器b8中心频率及工作带宽远大于滤波器a7。

由于混频器a5三端输入，主被动参考信号频率不同，会造成回波信号中的主动信息与被动本振差频，或被动信息与主动本振差频而输出干扰信号的情况。根据主、被动信号频率特征，合理设计带通滤波器起始频率及截止频率等重要参数，关系到整个系统性能的好坏。如图2所示，滤波器b8中心频率及工作带宽远大于滤波器a7，其参数设计上一方面满足主被动差频信号的充分隔离，保证主被动信息互不干扰；另一方面滤波器能够通过参数控制，有效滤除混频器a5所输出的干扰信号。

经中频的频率分离处理之后，系统工作时可以看作主动雷达和辐射计的两个独立系统：主动通道上，探测器是个独立的毫米波雷达；被动通道上，探测器是一个交流辐射计。

本发明在现有频分符合体质的基础上，使主、被动复合探测器工作在同一频段，不同频率，兼具射频频分及中频频分的优势，降低了对双频天线的高要求，共用了诸多毫米波部件。根据系统信号频率，通过设计合理的滤波器中心频率及带宽，在主动信号始终敏感目标1的基础上，充分分离主被动信息，减小了主被动信号之间的相互干扰。通过主被动信息复合利用，获得的目标信息量多，有利于目标1识别。

虽然参照示例性实施方式对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明并不局限于文中详细描述和示出的具体实施方式，在不偏离权利要求书所限定的范围的情况下，本领域技术人员可以对所述示例性实施方式做出各种改进或变型。

Claims (9)

1.一种超宽带双模毫米波主被动复合探测器，其特征在于：包括收发天线(2)、环流器(3)、调制器(4)、混频器和带通滤波器；收发天线(2)用于探测信号的收发工作；环流器(3)用于收发信号的单向传输；调制器(4)用于将调制信号(10)调制到载波信号(11)上以产生主动通道调频信号；混频器用于含有目标信息的差频信号以及被动通道参考信号的提取，滤波器用于主、被动信号的分频处理。

2.根据权利要求1所述的一种超宽带双模毫米波主被动复合探测器，其特征在于：所述收发天线(2)为收发一体的超宽带天线，为主、被动通道共用。

3.根据权利要求2所述的一种超宽带双模毫米波主被动复合探测器，其特征在于：所述收发天线(2)为3mm波段的超宽带天线。

4.根据权利要求1所述的一种超宽带双模毫米波主被动复合探测器，其特征在于：所述混频器包括有混频器a(5)与混频器b(6)，所述混频器a(5)为主、被动通道共用，包括三个输入端和一个输出端，输入端1连接主动通道参考信号，输入端2连接被动通道参考信号，输入端3连接环流器(3)输出的由收发天线(2)接收的含有目标信息的主、被动回波信号；其中，主动通道参考信号为调制器(4)所产生的调频信号，被动通道参考信号为混频器b(6)取出的上变频信号；混频器a(5)对由输入端3接收的主动回波信号与输入端1接收的主动通道参考信号进行差频处理，通过输出端输出含有目标信息的差频信号1；混频器a(5)对由输入端3接收的被动回波信号与输入端2接收的被动通道参考信号进行差频处理，通过输出端输出含有目标信息的差频信号2。

5.根据权利要求4所述的一种超宽带双模毫米波主被动复合探测器，其特征在于：所述带通滤波器包括有滤波器a(7)、滤波器b(8)和滤波器c(9)，滤波器a(7)用于主动通道有用信号的信息获取，滤波器b(8)用于被动通道有用信号的信息获取，滤波器c(9)用于混频器b(6)输出上变频信号的获取以作为被动通道参考信号。

6.根据权利要求5所述的一种超宽带双模毫米波主被动复合探测器，其特征在于：所述混频器b(6)用于将主动通道参考信号与一个低频信号(12)上变频处理为更高频率的被动通道参考信号输入到混频器a(5)的输入端2。

7.根据权利要求5所述的一种超宽带双模毫米波主被动复合探测器，其特征在于：所述含有目标信息的差频信号1和含有目标信息的差频信号2经混频器a(5)的输出端输出后进入滤波器a(7)和滤波器b(8)中的中频电路，采用中频分离的结构分别取出同一时刻对应通道的有用信号。

8.根据权利要求5所述的一种超宽带双模毫米波主被动复合探测器，其特征在于：所述滤波器a(7)为仅能够通过主动信号的低频窄宽带滤波器，所述滤波器b(8)为仅能通过被动信号的高频宽带滤波器，所述滤波器c(9)为仅能通过混频器b(6)输出上变频信号的带通滤波器。

9.根据权利要求7所述的一种超宽带双模毫米波主被动复合探测器，其特征在于：所述滤波器b(8)中心频率及工作带宽远大于滤波器a(7)。