CN108051791A - 一种相控阵雷达通用校正装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种相控阵雷达通用校正装置，包括模拟前端模块、单通道数字收发模块，所述模拟前端模块与单通道数字收发模块相连并将雷达回波信号送入单通道数字收发模块进行处理得到实时、不失真的数字信号；所述单通道数字收发模块产生的数字信号经过模拟前端模块得到功率放大的射频信号。本发明通过采用一体化数字接收机和数字波形产生机，完成校正通道的数字化收发，收发自闭环校正，同时可以实现宽带、窄带模式下的兼容设计；在此基础上，通过对信号进行上下变频，本发明不仅适用L波段，同时也能实现S波段和C波段雷达天线收发通道的校正功能。具有电路形式简洁，有利于小型化、集成化等特点。

Description

一种相控阵雷达通用校正装置
技术领域
本发明涉及相控阵雷达技术领域，尤其涉及一种相控阵雷达通用校正装置。
背景技术
在现代信息化战争中，面临着日益复杂的目标环境和电磁环境的挑战，雷达成为了非常重要的获取信息装备。相控阵雷达与其他体制雷达相比，具有扫描更灵活、性能更可靠、抗干扰能力更强等优点。其中收发全数字阵列雷达(DAR)具有常规相控阵雷达的所有优良性能，同时具有更大的波束调度灵活性、更好的抗有源干扰性能。收发全数字阵列雷达体制，以数字阵列模块(DAM)为核心，数字阵列模块是采用集成化技术、数字化技术、光电调制解调技术，将射频收发单元、本振功分单元、中频数字收发单元、分布式电源等功能电路整合并一体化设计，完成雷达数字化收发、数据预处理功能，实现大容量数据传输功能的数字化收发模块。其内部包含有：接收通道数字化及预处理；发射通道的波形产生及功率放大；通道数字波束形成等等。
在数字阵列模块中，功率放大器、混频器、滤波器等有源器件的幅相特性会随着环境、温度等因素发生变化，对通道的幅相一致性产生较大的影响。由于接收通道和发射通道之间存在着幅度和相位的误差，对波束指向、副瓣电平等多个波束形成指标造成影响，所以需要对幅度、相位进行校正。为了使雷达天线获得低副瓣和高增益，需要对通道在接收和发射模式下的幅度、相位误差进行校正。
相控阵雷达系统通常利用校正网络耦合来实现收发通道幅度、相位校正，优点是校正网络稳定可靠，受外界因素影响小，能够保证幅、相校正精度。当进行接收通道校正时,控制模块控制校正收发单元产生所需标准校正信号给各个接收组件，将接收到的信号进行信号处理，提取各接收信号的幅度和相位的不一致信息；当进行发射通道校正时，由发射通道依次工作，发射信号到标准T/R组件中，通过天线内部的校正耦合网络进入数字校正收发单元，再通过信号处理器分析各发射机的幅度和相位的不一致信息。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种相控阵雷达通用校正装置。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种相控阵雷达通用校正装置，包括模拟前端模块、单通道数字收发模块，所述模拟前端模块与单通道数字收发模块相连并将雷达回波信号送入单通道数字收发模块进行处理得到实时、不失真的数字信号；所述单通道数字收发模块产生的数字信号经过模拟前端模块得到功率放大的射频信号。
作为本发明的优选方式之一，所述模拟前端模块由衰减网络、功率放大器、收发切换开关、低噪声放大器(LNA)、自动增益控制(AGC)、滤波器组成，所述单通道数字收发模块包括一体化数字接收机和数字波形产生机。
作为本发明的优选方式之一，当进行发射信号时，所述数字波形产生机经FPGA和DAC产生调制波形送入滤波器，再经功率放大器送入收发切换开关，由收发切换开关送入衰减网络经过校正网络后通过天线发射；当进行接收信号时，天线接收信号送入衰减网络预先滤波后通过收发切换开关依次经过低噪声放大器、自动增益控制(AGC)、滤波器传入一体化数字接收机。
作为本发明的优选方式之一，所述单通道数字收发模块采用高速大容量FPGA开发程序、DAC和ADC技术、高效数字滤波技术、高速光传输技术，在多层印制板上实现数字化接收机和发射数字波形产生。
作为本发明的优选方式之一，所述衰减网络用于调整发射链路以及自闭环链路增益。
作为本发明的优选方式之一，所述滤波器用于滤除信号的带外杂散和谐波信号。
作为本发明的优选方式之一，所述功率放大器与低噪声放大器(LNA)分别用于发射通道的发射信号功率放大和接收通道的低噪声线性放大。
作为本发明的优选方式之一，所述收发切换开关用于实现发射通道校正，接收通道校正，以及自闭环校正的切换。
作为本发明的优选方式之一，所述一体化数字接收机采用FPGA和ADC实现方法，将雷达模拟回波信号进行采样和量化分层，变换为特定字长和特定数据率的数字信号，高速率的数字信号进入数字下变频，在一对正交数字乘法器中，借助于数控振荡器把模数变换器采集到的数字信号解调出数字基带信号。
作为本发明的优选方式之一，所述数字波形产生机采用FPGA和DAC实现方法，可以产生任意的调制波形，只要根据预定的采样频率，及所需信号的带宽、时宽等参数，计算出信号各点采样值，并按采样顺序预先存储在高速存储器中；通过对采样时钟计数产生高速地址并寻址存储器，依次读出采样数据进行数模转换，再经低通滤波产生所需模拟信号。
本发明相比现有技术的优点在于：本发明通过采用一体化数字接收机和数字波形产生机，完成校正通道的数字化收发，收发自闭环校正，同时可以实现宽带、窄带模式下的兼容设计；在此基础上，通过对信号进行上下变频，本发明不仅适用L波段，同时也能实现S波段和C波段雷达天线收发通道的校正功能。具有电路形式简洁，有利于小型化、集成化等特点。
附图说明
图1为本发明所述的相控阵雷达通用校正装置电原理组成框图；
图2为本发明所述的相控阵雷达通用校正装置结构简图；
图3为本发明所述的相控阵雷达通用校正装置适用于S波段、C波段电原理组成框图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本发明所述相控阵雷达通用校正装置包括，模拟前端模块、单通道数字收发模块；所述模拟前端由功率放大器、收发切换开关、低噪声放大器、自动增益控制(AGC)、滤波器组成，主要实现对校正通道发射信号功率放大以及接收信号低噪声线性放大。发射模式时，从DAC芯片过来的发射信号经过滤波器和功率放大器，通过收发开关切换至校正网络；当接收来自校正网络的信号时，通过收发开关切换，经过低噪声放大器、自动增益控制、功率放大和滤波，送到ADC；所述单通道数字收发模块与模拟前端模块进行连接，模拟前端模块将雷达回波信号送入数字收发模块进行处理得到实时、不失真的数字信号；所述单通道数字收发模块产生的数字信号经过模拟前端模块得到功率放大的射频信号。
本发明所述相控阵雷达通用校正装置工作频率为UHF频段，收发分系统工作带宽分为200MHz～30MHz不等的甚高频带宽信号和20MHz～5MHz频率范围的高频窄带信号，很难通过变频方式实现宽带、窄带兼容设计，为了提高窄带性能需要将宽带、窄带分别设计，即宽带采用射频直接采样，窄带采用变频方式实现，然而这样需要多个采样时钟频率，而且宽带、窄带通道需要分别设计，系统设计复杂度大大提高，而目前的DAC和ADC可以达到系统要求达到的技术指标。对于接收模式，由于本系统输入频率为UHF频段，最大信号带宽为200MHz，这时载频为390MHz，当中频信号频率fo和采样频率fs满足的关系，则此时的正交变换的乘法运算简单。雷达回波信号经带通滤波器后送给ADC进行采样，采样后的数据送入FPGA，先进行第一次宽带数字混频滤波，产生宽带的数字基带I/Q信号，如果工作在宽带模式，这时可直接送出I/Q给信号处理；如果工作在窄带模式，再进行第二次数字混频滤波，产生窄带的数字I/Q送信号处理。对于发射模式，本发明选用的芯片是14位DAC，采样率可到2.5GHz，可以产生跨奈奎斯特频域的信号。DAC工作在正常模式，信号处理送来数字基带I/Q信号，在FPGA中先进行低通滤波，再内插数字上变频后，送给高速DAC，最后经带通滤波器送出，如果工作在宽带模式NCO＝390MHZ，工作在窄带模式，NCO＝窄带载频。
如图3所示，为本发明所述的相控阵雷达通用校正装置适用于S波段、C波段电原理组成框图。本发明实施例相控阵雷达通用校正装置具有良好的可扩充性，通过对信号进行上下变频，本发明不仅适用L波段，同时也能实现S波段和C波段雷达天线收发通道的校正功能。
本发明实施例相控阵雷达通用校正装置至少具有以下先进性。
1、本发明采用高速大容量FPGA开发程序、DAC和ADC技术、高效数字滤波技术、高速光传输技术，在多层印制板上实现数字化接收机和发射数字波形产生，具有电路形式简洁，有利于小型化、集成化等特点。
2、本发明校正通道的数字收发采用射频直接采样方式来实现宽带或窄带模式下的兼容设计。射频直接采样方式电路形式简洁，没有混频环节，不需要分布式混频、本振电路和本振分配网络，虽然功耗要稍高一些，但利于小型化设计。
3、使用本发明实施例相控阵雷达通用校正装置的收发通道幅度和相位稳定性，得出在多次相同条件下不同时间测试得到的中心频点处幅度变化在0.1dB(rms)以内，相位变化在1.5°(rms)以内，能够实现相控阵雷达高精度的幅、相校正和相关参数的测试。
4、本发明实施例相控阵雷达通用校正装置具有良好的可扩充性，通过对信号进行上下变频，本发明不仅适用L波段，同时也能实现S波段和C波段雷达天线收发通道的校正功能。
图2为本发明所述的相控阵雷达通用校正装置的结构布局图，如图所示，其中，1为矩形连接器，2为BMA连接器，分别用来传输AD时钟、DA时钟、20MHz参考信号以及校正信号，3为光连接器，4为J30J连接器，5为隔筋，起电磁屏蔽作用，6为一体化数字收发模块，7为模拟收发前端。
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 (10)

1.一种相控阵雷达通用校正装置，其特征在于，包括模拟前端模块、单通道数字收发模块，所述模拟前端模块与单通道数字收发模块相连并将雷达回波信号送入单通道数字收发模块进行处理得到实时、不失真的数字信号；所述单通道数字收发模块产生的数字信号经过模拟前端模块得到功率放大的射频信号。
2.根据权利要求1所述的相控阵雷达通用校正装置，其特征在于，所述模拟前端模块由衰减网络、功率放大器、收发切换开关、低噪声放大器(LNA)、自动增益控制(AGC)、滤波器组成，所述单通道数字收发模块包括一体化数字接收机和数字波形产生机。
3.根据权利要求2所述的相控阵雷达通用校正装置，其特征在于，当进行发射信号时，所述数字波形产生机经FPGA和DAC产生调制波形送入滤波器，再经功率放大器送入收发切换开关，由收发切换开关送入衰减网络经过校正网络后通过天线发射；当进行接收信号时，天线接收信号送入衰减网络预先滤波后通过收发切换开关依次经过低噪声放大器、自动增益控制(AGC)、滤波器传入一体化数字接收机。
4.根据权利要求2所述的相控阵雷达通用校正装置，其特征在于，所述单通道数字收发模块采用高速大容量FPGA开发程序、DAC和ADC技术、高效数字滤波技术、高速光传输技术，在多层印制板上实现数字化接收机和发射数字波形产生。
5.根据权利要求3所述的相控阵雷达通用校正装置，其特征在于，所述衰减网络用于调整发射链路以及自闭环链路增益。
6.根据权利要求3所述的相控阵雷达通用校正装置，其特征在于，所述滤波器用于滤除信号的带外杂散和谐波信号。
7.根据权利要求3所述的相控阵雷达通用校正装置，其特征在于，所述功率放大器与低噪声放大器(LNA)分别用于发射通道的发射信号功率放大和接收通道的低噪声线性放大。
8.根据权利要求3所述的相控阵雷达通用校正装置，其特征在于，所述收发切换开关用于实现发射通道校正，接收通道校正，以及自闭环校正的切换。
9.根据权利要求3所述的相控阵雷达通用校正装置，其特征在于，所述一体化数字接收机采用FPGA和ADC实现方法，将雷达模拟回波信号进行采样和量化分层，变换为特定字长和特定数据率的数字信号，高速率的数字信号进入数字下变频，在一对正交数字乘法器中，借助于数控振荡器把模数变换器采集到的数字信号解调出数字基带信号。
10.根据权利要求3所述的相控阵雷达通用校正装置，其特征在于，所述数字波形产生机采用FPGA和DAC实现方法。
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