CN108761543A - 一种可用于探测隐身飞机的改进式狄克辐射计 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可用于探测隐身飞机的改进式狄克辐射计，包括天线、第一低噪放大器、第二低噪放大器、第三低噪放大器、比较负载、匹配滤波器、狄克开关、平方律检波器、同步检波器、方波发生器、开关激励器以及输出电路。本发明针对传统辐射计中带宽滤波器会损耗天线信号的缺点，将带宽滤波器移除，同时为了防止由于狄克开关的干扰而导致信号被噪声淹没的问题，在参考通道内增加了匹配滤波器，优化改进了狄克辐射计的结构，以此来提高灵敏度。

Description

一种可用于探测隐身飞机的改进式狄克辐射计

技术领域

本发明属于微波遥感和精密测量技术领域，尤其涉及一种可用于探测隐身飞机的改进式狄克辐射计。

背景技术

随着隐身技术的迅猛发展，大大的影响了战略平衡，隐身飞机的战术突袭能力迫使各国都开始探索与发现新的反隐身技术。而在天空冷背景下，隐身飞机因为其自身的热辐射和对地面高温背景的反射会成为一个明显的热目标，容易被高灵敏度的微波辐射计探测到，因此使用微波辐射计探测隐身飞机已经成为众多反隐身体制中的一个重要补充。

相较于全功率辐射计，狄克辐射计在设计中增加了一个开关，能够使接收机输入端在天线输入信号和比较负载之间周期的转换，大大减少了系统增益变化对信号输入的影响，因此多用于天文、遥感领域。而灵敏度是衡量辐射计的探测性能的一个重要参数，灵敏度的大小直接决定了对隐身飞机探测的最大距离和探测性能。因此如何提高辐射计灵敏度是研究辐射计的重点。

现有的提高灵敏度的设计方法是使用可变的冷/热噪声源，通过参考路径噪声温度自动调节以获得最佳性能，从而提高了校准精度。但是这种方法没有从结构上解决信号损失的问题，所以对辐射计灵敏度的提升有限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可用于探测隐身飞机的改进式狄克辐射计，从结构上提高辐射计的灵敏度，优化狄克辐射计的设计方案，以此来提高探测到隐身飞机的概率。

实现本发明目的的技术方案为：一种可用于探测隐身飞机的改进式狄克辐射计，包括天线、第一低噪放大器、第二低噪放大器、第三低噪放大器、比较负载、匹配滤波器、狄克开关、平方律检波器、同步检波器、方波发生器、开关激励器以及输出电路，其中：

天线和第一低噪放大器构成信号通道，天线用于接收信号，第一低噪放大器用于放大天线信号，将放大的天线信号输出给狄克开关；

比较负载、第二低噪放大器和匹配滤波器构成参考通道，第二低噪放大器用于放大噪声源信号，匹配滤波器用于对第二低噪放大器的输出信号进行频率和阻抗匹配，经过频率和阻抗匹配的参考信号输出给狄克开关；

所述狄克开关在信号通道的输出信号和参考通道输出信号之间切换，为后续低噪放大器组提供差值信号；

第三低噪放大器用于放大狄克开关输出的差值信号，平方律检波器用于从高频信号中检波出低频信号；

所述同步检波器用于将天线信号和噪声信号作差值处理，为后续的输出电路提供差值信号；方波发生器用于驱动开关激励器和同步检波器，开关激励器用于驱动狄克开关。

本发明与现有技术相比，显著优点为：(1)带宽滤波器的移除，不仅可以减少天线信号在通道中的损耗，增加了辐射计灵敏度，而且可以缩短辐射计接收通道的实际物理尺寸；(2)匹配滤波器的加入，改善了噪声信号系数，防止信号因为狄克开关干扰而引入的带宽外噪声，为整个辐射计系统增加了信号稳定性。

附图说明

图1是传统式狄克辐射计原理框图。

图2是本发明可用于探测隐身飞机的改进式狄克辐射计原理框图。

图3是用于参考的无源匹配滤波器结构图。

具体实施方式

用辐射计探测隐身飞机是对微弱信号的检测，灵敏度的大小直接决定了辐射计探测性能。狄克式辐射计相对于全功率辐射计克服了系统增益变化对信号输入的影响，提高了灵敏度，但是在实际应用中接收通道会增加带宽滤波器来匹配天线信号，这样接收通道中的信号会有插入损耗。

结合图1，本发明提出一种可用于探测隐身飞机的改进式狄克辐射计，包括天线、第一低噪放大器、第二低噪放大器、第三低噪放大器、作为噪声源的比较负载、匹配滤波器、狄克开关、平方律检波器、同步检波器、方波发生器、开关激励器以及输出电路，其中：

天线和第一低噪放大器构成信号通道，天线用于接收信号，第一低噪放大器用于放大天线信号，将放大的天线信号输出给狄克开关；

比较负载、第二低噪放大器和匹配滤波器构成参考通道，第二低噪放大器用于放大噪声源信号，匹配滤波器用于对第二低噪放大器的输出信号进行频率和阻抗匹配，经过频率和阻抗匹配的参考信号输出给狄克开关；

所述狄克开关在信号通道的输出信号和参考通道输出信号之间切换，为后续低噪放大器组提供差值信号；

第三低噪放大器用于放大狄克开关输出的差值信号，平方律检波器用于从高频信号中检波出低频信号；

所述同步检波器用于将天线信号和噪声信号作差值处理，为后续的输出电路提供差值信号；方波发生器用于驱动开关激励器和同步检波器，开关激励器输出端与狄克开关连接，用于驱动狄克开关。

所述匹配滤波器包含三个谐振器，第一谐振器一端接输入信号，另一端与第二、第三谐振器连接，第二谐振器另一端接狄克开关，第三谐振器另一端接地。

其中，匹配滤波器为无源器件，工作在微波和毫米波频率。

第三低噪放大器为低噪放大器组，包括四个以上的低噪放大器。

方波发生器产生30-10000Hz的方波。

本发明删减了接收通道中的带通滤波器，减少天线信号在通道中的损耗，缩减通道的物理尺寸。

下面通过对传统狄克辐射计和改进后的辐射计进行对比，阐明改进后的辐射计灵敏度提高的原理。

如图1所示是传统狄克辐射计原理框图，它的参考通道由比较负载(稳定噪声源负载)和一个低噪放大器构成，而信号通道由一个接收天线和一个低噪放大器构成。狄克开关在参考通道和信号通道之间快速的转换，通过测量天线信号和校准噪声之间的信号差，辐射计的增益变化效果可以得到抵消。

检波前部分通常由低噪放大器和带通滤波器组成，狄克开关后连接低噪放大器进行信号放大，再将放大后的信号接入带宽滤波器进行信号滤波。滤波后的信号需要进行检波处理，提取差分信号，因此会先经过平方律检波器，再经过同步检波器。方波发生器用来驱动开关激励器和同步检波器。输出电路用来对差分后的信号进行信号处理。

图1中可看出辐射计使用了一个带通滤波器来匹配天线信号和参考信号。其中噪声源负载会提供恒定噪声频谱的与频率无关的噪声源，其带宽会远远超过天线信号带宽，而狄克开关在参考通道和信号通道切换的过程中会有误差和干扰，因此天线信号会很容易引入信号带宽之外的噪声源信号，如果没有这个带通滤波器，同步检波时天线信号会被带宽外噪声信号所淹没，从而导致系统错误。

带通滤波器主要的作用是滤除狄克开关调制信号之外的白噪声，但是带通滤波器会对系统的性能有负面影响，因为带通滤波器缩减带宽的同时会缩减所需要的天线信号的强度，任何带宽上的降低都会损失同步检波器所收集的信号功率，限制信号增益，从而降低了辐射计的灵敏度。

总的来说，带通滤波器的存在会从两方面缩减天线信号，一方面是带通滤波的通带会缩减天线信号功率，另一方面是带通滤波器的本身的插损会缩减天线信号功率。

有的解决方案是在带宽滤波器后，或者平方律检波器后增加低噪放大器，但是这种方法有两个缺点，第一是低噪放大器只会补偿带通滤波器通带内信号的增益，第二是增加了低噪放大器，增加了成本还增大了接受通道的实际物理尺寸。

图2是改进后的狄克开关辐射计的原理框图。狄克开关辐射计包括天线、第一低噪放大器、第二低噪放大器、第三低噪放大器、作为噪声源的比较负载、匹配滤波器、狄克开关、平方律检波器、同步检波器、方波发生器、开关激励器以及输出电路。其大体框架与改进前相同，其中天线和第一低噪放大器组成信号通道，但是参考通道在比较负载和第二低噪放大器之后增加一个匹配滤波器。

狄克开关的输出端连接第三低噪放大器来放大信号，第三低噪放大器为一组低噪放大器，包括4个以上的低噪放大器。本发明取消了传统辐射计中的带通滤波器，第三低噪放大器之后直接连接平方律检波器。

平方律检波器从被调信号中提取低频目标信号。方波发生器会产生30-10000Hz的方波，一方面给开关激励器提供时钟信号，让其驱动狄克开关，其转换速率高于增益变化谱中最高的有效谱分量。另一方面用来驱动同步检波器，使其与狄克开关有同样的频率对输入信号进行同步检波。

通过调制信号通道和参考通道，狄克式辐射计能够消除温度漂移，向输出电路提供一个校准完好的信号。输出电路用来读取被同步检波器差分后的信号，用来做信号处理。

本发明移除了接收通道中的带通滤波器，从而不会限制住信号的增益，保证了天线信号的功率不受损失，使辐射计灵敏度不再受限。在参考通道中加入了匹配滤波器，它使用无源器件来匹配天线信号的性能，这个天线信号可能比参考信号低100倍左右，实现低损耗匹配。为了平衡天线信号和参考信号功率，匹配滤波器需要有一个合适的频率匹配和阻抗匹配。

匹配滤波器固然会使参考噪声信号衰减，但是任何信号的损耗都可以在后续的低噪放大器中进行恢复，因此噪声信号功率基本不变，而天线信号功率既不会被带通滤波器的通带缩减，也不会因为带通滤波器的存在而造成插损，因此辐射计的灵敏度可以得到提升。

图3是本发明提供的一种参考无源匹配滤波器方案。该匹配滤波器可以通过串并联谐振器配置为高通滤波器，带通滤波器或者低通滤波器。这些谐振器在参考通道和信号通道之间根据实际天线信号的频率提供一个合适的阻抗匹配，但在期望的工作频段之外，匹配滤波器将噪声功率从参考负载隔离到狄克开关。这里用于探测隐身飞机的应用场景下，狄克辐射计接收毫米波段的热辐射信号，匹配滤波器应该配置在毫米波波段。

为了更了解本发明的技术内容，结合实例说明如下：

当有隐身飞机经过天线波束范围内，隐身飞机在冷空背景下成为一个明显的热目标，天线接收该信号，该信号经过低噪放大器后信号被放大。而此时参考通道的比较负载持续释放参考噪声信号，参考噪声信号经过低噪放大器后参考信号也被放大，此时，被放大的参考噪声信号进入被配置为工作在毫米波波段的匹配滤波器。

狄克开关此时以固定的频率将接收机交替地在信号通道和参考通道之间切换，半个周期来自天线所接受到的隐身目标的信号，半个周期来自匹配滤波器输出的噪声信号，这意味着接收机输入信号受到输入开关的调制，以保证一个开关周期内系统的增益基本不变并完成一次测量。

低噪放大器用于放大狄克开关调制后的信号，再将放大后的信号送入平方律检波器，将高频信号解调为低频信号。之后再将低频信号送入同步检波器做差值处理，此时的同步检波器在方波发生器的控制下对两种信号同步检波。

输出电路用于对同步检波器输出的差值信号进行信号处理，由此来判别隐身目标的有无。

Claims (5)

1.一种可用于探测隐身飞机的改进式狄克辐射计，其特征在于，包括天线、第一低噪放大器、第二低噪放大器、第三低噪放大器、比较负载、匹配滤波器、狄克开关、平方律检波器、同步检波器、方波发生器、开关激励器以及输出电路，其中：

天线和第一低噪放大器构成信号通道，天线用于接收信号，第一低噪放大器用于放大天线信号，将放大的天线信号输出给狄克开关；

比较负载、第二低噪放大器和匹配滤波器构成参考通道，第二低噪放大器用于放大噪声源信号，匹配滤波器用于对第二低噪放大器的输出信号进行频率和阻抗匹配，经过频率和阻抗匹配的参考信号输出给狄克开关；

所述狄克开关在信号通道的输出信号和参考通道输出信号之间切换，为后续第三低噪放大器组提供差值信号；

第三低噪放大器用于放大狄克开关输出的差值信号，平方律检波器用于从高频信号中检波出低频信号；

所述同步检波器用于将天线信号和噪声信号作差值处理，为后续的输出电路提供差值信号；方波发生器用于驱动开关激励器和同步检波器，开关激励器用于驱动狄克开关。

2.根据权利要求1所述的可用于探测隐身飞机的改进式狄克辐射计，其特征在于，所述匹配滤波器包含三个谐振器；

第一谐振器一端接输入信号，另一端与第二、第三谐振器连接，第二谐振器的另一端接狄克开关，第三谐振器的另一端接地。

3.根据权利要求1或2所述的可用于探测隐身飞机的改进式狄克辐射计，其特征在于，匹配滤波器为无源器件，工作在微波和毫米波频率。

4.根据权利要求1或2所述的可用于探测隐身飞机的改进式狄克辐射计，其特征在于，第三低噪放大器为低噪放大器组，包括四个以上的低噪放大器。

5.根据权利要求1或2所述的可用于探测隐身飞机的改进式狄克辐射计，其特征在于，方波发生器产生30-10000Hz的方波。