CN108574534A - 一种雷达天线接收信号预处理装置和预处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种雷达天线接收信号预处理装置和预处理方法，本装置新增定向耦合器、检波器、微波开关、光开关和控制单元，且有n个光发射模块，各光发射模块放大器的放大倍数不同，对应不同的微波信号的功率区间。本处理方法天线接收的微波信号被定向耦合器分为两路，大部分进微波开关，小部分进检波器检测功率值。控制单元根据检测结果按当前信号功率值选择对应功率区间的放大倍数的光发射模块，控制微波开关，接入当前微波信号；并控制光开关将所选光发射模块的输出端接传输光纤；微波信号放大后转换为光信号；经传输光纤发送至光接收模块。按信号功率选择放大倍数，大信号无需衰减，小信号有较大的放大率，保证整个雷达系统的动态范围。

Description

一种雷达天线接收信号预处理装置和预处理方法

技术领域

本发明涉及雷达接收技术领域，具体为一种雷达天线接收信号预处理装置和预处理方法。

背景技术

雷达和天线等在现代通信系统中广泛应用，雷达、天线与中心机房有一定距离，比较近时，比如距离几十米，一两百米，可用电缆将雷达接收信号直接传输到中心机房。但有的实际情况是，雷达、天线等与中心机房的距离比较远，有的距离几公里，有的甚至距离几十公里。在距离较远的情况下，雷达信号在电缆中传输的损耗很大，需要用光纤进行传输。这样，雷达、天线等接收到的信号通常都要经放大后再转换为光信号进行传输。由于雷达、天线等接收到信号幅度是波动的，信号功率大小是不确定的。现有两种处理雷达信号的方法能同时满足不同功率大小的信号都能满足整个系统应用，提高系统的动态范围。其中一种对雷达信号处理方法是根据可以接收到的最大信号功率来设计放大器的放大倍数；另一种是在天线下增加一个检波器，同时在放大器前端增加一个数控衰减器，根据检波器检测出来的信号功率幅度调节数控衰减器的衰减量大小。第一种方法的优点是接收到大信号时整个系统不会饱和，避免整个系统在接收到大信号时因饱和而产生的非线性、信号失真等；但是因为此方法的放大器倍数是根据大信号设计的，放大倍数比较小，这样接收信号功率较低小时，放大倍数就不够，影响整个系统的动态范围。第二种方法的优点是大信号通过数控衰减器进行衰减以避免因饱和而产生的非线性、信号失真等，但是大信号经过数控衰减器衰减之后，会增加大信号的噪声系数。

发明内容

本发明的目的是设计一种雷达天线接收信号预处理装置和预处理方法，新增定向耦合器、检波器、微波开关、光开关和控制单元，且有n个光发射模块，各光发射模块放大器的放大倍数不同，对应不同的微波信号的功率区间。接收的微波信号功率较小时得到较大的放大率，而接收的微波信号功率较大时，也无需衰减，进入放大率较小的放大器；从而保证整个雷达系统的动态范围，同时也不必为了防止超过系统的饱合值进行衰减，不会增加系统的噪声系数。

本发明设计的一种雷达天线接收信号预处理装置，包括天线和光发射模块，光发射模块含有放大器和光电转换器，转换所得的光信号接入传输光纤的一端，传输光纤另一端连接光接收模块，本发明天线接收的微波信号接入定向耦合器将大部分微波信号接入微波开关，小部分微波信号接入检测微波信号功率的检波器，检波器的检测信号接入控制单元，控制单元的控制端分别连接微波开关和光开关，微波开关连接n个光发射模块，n为等于或大于2的整数，控制单元根据检波器的信号控制微波开关将微波信号接入其中某个光发射模块。各光发射模块含有一个放大器和一个光电转换器，n个光发射模块的n个放大器的放大倍数不同。进入光发射模块的微波信号经放大器放大后进入光电转换器转为光信号。各光发射模块连接光开关，控制单元控制光开关，使接入微波信号的光发射模块与传输光纤一端连接，该传输光纤另一端连接机房内的光接收模块。

根据天线接收的微波信号的最大功率X(单位dBm)和最小功率Z(单位dBm)，分为n个区间，n个区间即：

Z～(Z+1*(X-Z)/n)，

(Z+1*(X-Z)/n)～(Z+2*(X-Z)/n)，

(Z+2*(X-Z)/n)～(Z+3*(X-Z)/n)，

……

(Z+(n-1)*(X-Z)/n)～X；

各功率区间对应一个光发射模块的放大器，对应最大功率区间的光发射模块放大器的放大倍数为A(单位dB)，A+X小于雷达系统的饱和功率值，n个功率区间对应的n个光发射模块的放大器的放大倍数依次为：

A，

A+1*(X-Z)/n，

A+2*(X-Z)/n，

A+3*(X-Z)/n，

……

A+(n-1)*(X-Z)/n。

较佳方案为n为(X-Z)的整数部分，X和Z的功率单位为dBm。

所述定向耦合器的分功率比为(1/20)～(1/10)。

本发明设计的一种雷达天线接收信号预处理方法采用本发明设计的一种雷达天线接收信号预处理装置，主要步骤如下：

Ⅰ、分光

所述天线接收的微波信号在定向耦合器分为两路，大部分进入微波开关，小部分进入检波器；

Ⅱ、检波

检波器检测接收的微波信号功率值，检测结果信号送入控制单元；

Ⅲ、控制单元控制微波开关和光开关

控制单元根据步骤Ⅱ检波器当前的检测结果信号、按当前接收的微波信号的功率值选择具有与之所处功率区间对应的放大器放大倍数的光发射模块，控制微波开关，将当前微波信号接入所选的光发射模块；

同时控制单元控制光开关将当前所选的光发射模块的输出端与传输光纤的一端连接；

Ⅳ、放大和光电转换

步骤Ⅲ控制单元当前所选的光发射模块中的放大器将接收的微波信号放大，并经光电转换器转换为光信号；

Ⅴ、光信号发至光接收模块

当前所选的光发射模块输出的光信号经传输光纤发送至光接收模块。

与现有技术相比，本发明一种雷达天线接收信号预处理装置和预处理方法的优点为：1、多个光发射模块配置放大倍数不同的放大器，控制单元根据检波器当前的检测信号，按当前接收信号的功率区间选择对应的光发射模块，从而当前接收的微波信号功率较小时，控制单元使之进入放大率较大的光发射模块，保证整个雷达系统的动态范围；而当前接收的微波信号功率较大时，控制单元使之进入放大率较大的光发射模块，因无需为了防止超过系统的饱合值进行衰减，系统的噪声系数不会增加；2、多个光发射模块中的放大器放大倍数按阶梯增加，可以根据当前接收到信号的功率分成多个区间，实现精细控制；3、本装置结构简单，易于实施。

附图说明

图1为本雷达天线接收信号预处理装置实施例结构示意图。

具体实施方式

雷达天线接收信号预处理装置实施例

本雷达天线接收信号预处理装置实施例如图1所示，包括天线和光发射模块，光发射模块含有放大器和光电转换器，转换所得的光信号接入传输光纤的一端，传输光纤另一端连接光接收模块，

天线接收的微波信号(图中以粗实线表示)接入定向耦合器，本例定向耦合器的分光比为1/20，即将20份的微波信号接入微波开关，1份微波信号接入检测微波信号功率的检波器。检波器的检测信号接入控制单元，控制单元的控制端分别连接微波开关和光开关(图中以细实线表示)。本例天线接收的微波信号的最大功率X＝-10dBm，最小功率Z＝-60dBm，将此分为n个区间，n＝X-Z＝50。50个区间如下：

-60～-59，

-59～-58，

-58～-57，

……

-11～-10；

微波开关连接50个光发射模块。各光发射模块含有一个放大器和一个光电转换器，对应最大功率区间-11～-10的光发射模块放大器的放大倍数为A＝10dB，X+A＝0dBm，小于本例雷达系统的饱和功率值1dBm，50个功率区间对应的50个光发射模块的放大器的放大倍数依次为：

A，

A+1，

A+2，

A+3，

……

A+59。

由本例可见，当天线接收的微波信号功率最低时，本装置选择的光发射模块放大器的放大倍数为微波信号功率最高时的五倍多，不仅在微波信号功率最高时保证放大的信号功率不超过雷达系统的饱和功率值，而且微波信号功率最低时也可保证雷达系统得到有效信号。

进入光发射模块的微波信号经放大器放大后进入光电转换器转为光信号(图中以虚线表示)。各光发射模块连接光开关，控制单元控制光开关，使接入微波信号的光发射模块与传输光纤一端连接，该传输光纤另一端连接机房内的光接收模块。

雷达天线接收信号预处理方法实施例

本雷达天线接收信号预处理方法实施例采用上述的雷达天线接收信号预处理装置实施例，主要步骤如下：

Ⅰ、分光

所述天线接收的微波信号在定向耦合器分为两路，大部分进入微波开关，小部分进入检波器；

Ⅱ、检波

检波器检测接收的微波信号功率值，检测结果信号送入控制单元；

Ⅲ、控制单元控制微波开关和光开关

控制单元根据步骤Ⅱ检波器当前的检测结果信号、按当前接收的微波信号的功率值选择具有与之所处功率区间对应的放大器放大倍数的光发射模块，控制微波开关，将当前微波信号接入所选的光发射模块；

同时控制单元控制光开关将当前所选的光发射模块的输出端与传输光纤的一端连接；

Ⅳ、放大和光电转换

步骤Ⅲ控制单元当前所选的光发射模块中的放大器将接收的微波信号放大，并经光电转换器转换为光信号；

Ⅴ、光信号发至光接收模块

当前所选的光发射模块输出的光信号经传输光纤发送至光接收模块。

上述实施例，仅为对本发明的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本发明并非限定于此。凡在本发明的公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种雷达天线接收信号预处理装置，包括天线和光发射模块，光发射模块含有放大器和光电转换器，转换所得的光信号接入传输光纤的一端，传输光纤另一端连接光接收模块，其特征在于：

所述天线接收的微波信号接入定向耦合器将大部分微波信号接入微波开关，小部分微波信号接入检测微波信号功率的检波器，检波器的检测信号接入控制单元，控制单元的控制端分别连接微波开关和光开关，微波开关连接n个光发射模块，n为等于或大于2的整数，控制单元根据检波器的信号控制微波开关将微波信号接入其中某个光发射模块；各光发射模块含有一个放大器和一个光电转换器，n个光发射模块的n个放大器的放大倍数不同；进入光发射模块的微波信号经放大器放大后进入光电转换器转为光信号；各光发射模块连接光开关，控制单元控制光开关，使接入微波信号的光发射模块与传输光纤一端连接，该传输光纤另一端连接机房内的光接收模块。

2.根据权利要求1所述的雷达天线接收信号预处理装置，其特征在于：

根据天线接收的微波信号的最大功率X和最小功率Z，分为n个区间，n个区间即

Z～(Z+1*(X-Z)/n)，

(Z+1*(X-Z)/n)～(Z+2*(X-Z)/n)，

(Z+2*(X-Z)/n)～(Z+3*(X-Z)/n)，

……

(Z+(n-1)*(X-Z)/n)～X；

各功率区间对应一个光发射模块的放大器，对应最大功率区间的光发射模块放大器的放大倍数为A，AX小于雷达系统的饱和功率值，n个功率区间对应的n个光发射模块的放大器的放大倍数依次为：

A，

A+1*(X-Z)/n，

A+2*(X-Z)/n，

A+3*(X-Z)/n，

……

A+(n-1)*(X-Z)/n。

3.根据权利要求1所述的雷达天线接收信号预处理装置，其特征在于：

所述n为(X-Z)的整数部分，X和Z的功率单位为dBm。

4.根据权利要求1所述的雷达天线接收信号预处理装置，其特征在于：

所述定向耦合器的分光比为(1/20)～(1/10)。

5.采用权利要求1至3中任一项所述的雷达天线接收信号预处理装置设计的一种雷达天线接收信号预处理方法，其特征在于主要步骤如下：

Ⅰ、分光

所述天线接收的微波信号在定向耦合器分为两路，大部分进入微波开关，小部分进入检波器；

Ⅱ、检波

检波器检测接收的微波信号功率值，检测结果信号送入控制单元；

Ⅲ、控制单元控制微波开关和光开关

控制单元根据步骤Ⅱ检波器当前的检测结果信号、按当前接收的微波信号的功率值选择具有与之所处功率区间对应的放大器放大倍数的光发射模块，控制微波开关，将当前微波信号接入所选的光发射模块；

同时控制单元控制光开关将当前所选的光发射模块的输出端与传输光纤的一端连接；

Ⅳ、放大和光电转换

步骤Ⅲ控制单元当前所选的光发射模块中的放大器将接收的微波信号放大，并经光电转换器转换为光信号；

Ⅴ、光信号发至光接收模块

当前所选的光发射模块输出的光信号经传输光纤发送至光接收模块。