CN109164447A - L波段低空监视雷达的电磁频谱侦察装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种L波段低空监视雷达的电磁频谱侦察装置，包括侦察天线单元，接收单元，信号处理单元和显示控制单元；所述侦察天线单元主要完成对电磁环境中信号的侦察接收，经所述接收单元进行多个通道射频信号的限幅、低噪声放大、滤波、幅频特性补偿和数字下变频等，并对接收信号进行高速数字采集后送所述信号处理单元进行数字处理，实现多路数字信号的参数测量、分选，将参数测量结果送所述显示控制单元进行显示。本发明具有设备量小、系统结构简单、性能稳定可靠的特点，在利用雷达部分设备资源的前提下，采用较少的设备，实现雷达目标探测功能与电磁频谱侦察功能的有效结合。

Description

L波段低空监视雷达的电磁频谱侦察装置

技术领域

本发明涉及雷达系统领域，特别是涉及一种L波段低空监视雷达的电磁频谱侦察装置。

背景技术

低空监视雷达通过对空域扫描实现低空目标的搜索和跟踪。战场环境充斥各种无线电设备的电磁信号，电磁环境复杂且瞬息万变，复杂性和时变性带来的不确定性，使得战争的结果难以预测。信息化战争中，交战双方使用的无线电设备的种类和数量增多，加上大功率的民用设备，以及自然界中辐射的大量电磁信号，使得电磁环境变得十分复杂。电磁频谱直接影响到战场信息的获取、传输、交换与处理，制约战场感知、武器装备效能发挥及战场生存，电磁频谱的侦察已成为影响现代化战争的重要因素。

目前，低空监视雷达往往只实现目标的搜索与跟踪，没有集成相应的电磁频谱侦察功能，现有电磁频谱侦察采用单独的一整套设备，实现目标的侦察、截获和测量等，获得战场的频谱态势分布，没有将雷达目标探测功能与电磁频谱侦察功能有效结合起来。因此，现代信息化战争中，面对复杂的低空环境，将低空监视雷达引入电磁频谱侦察功能，为战场频谱动态管控的指挥决策提供信息支撑，具有重要的现实意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种系统简单、设备量较小、性能可靠的L波段低空监视雷达的电磁频谱侦察装置，能够实现雷达目标探测功能与电磁频谱侦察功能的有效结合。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种L波段低空监视雷达的电磁频谱侦察装置，主要包括：

侦察天线单元，用于侦察和接收电磁环境中的空间电磁波信号；

接收单元，用于对所述侦察天线单元侦察接收的多个通道射频信号进行限幅、低噪声放大、滤波、幅频特性补偿和数字下变频，并对接收信号进行数字采集；

信号处理单元，用于对接收单元采集的中频信号进行数字处理，实现多路数字信号的参数测量及分选；

显示控制单元，用于显示所述信号处理单元输出的参数测量结果及控制装置的工作参数。

在本发明一个较佳实施例中，所述侦察天线单元共用L波段低空监视雷达系统的二次雷达天线、一次雷达的单根行线源，所述二次雷达天线侦察接收0.9GHz—1.22GHz频段的信号，一次雷达的单根行线源侦察接收1.1GHz—1.7GHz频段的信号。

在本发明一个较佳实施例中，所述接收单元主要包括频率产生模块、依次连接的射频前端模块、接收通道模块、数字采集模块；所述射频前端输入端与侦察天线单元相连，数字采集模块的输出端与信号处理单元相连，频率产生模块输出端分别与接收通道模块输入端、数字采集模块的输入端相连。

进一步的，所述射频前端模块包括多路相同的接收前端电路，用于对接收的射频信号进行频段划分、限幅、低噪声放大、滤波、幅频特性补偿。

进一步的，所述接收通道模块包括多路相同的接收通道，每路接收通道包括依次连接的混频器、预选滤波器组、滤波放大器，用于对射频前端模块接收处理的射频回波信号进行数字下变频、滤波和放大，输出频率为500MHz，带宽为200MHz的中频信号。

进一步的，所述数字采集模块包括依次连接的ADC采集部分、FPGA处理部分，ADC采集部分用于对所述接收通道模块输出的中频信号进行采样，FPGA处理部分用于多路信号处理、I/Q分量的提取。

在本发明一个较佳实施例中，所述信号处理单元包括信道化模块、脉冲描述字形成模块、信号分选模块、脉冲提取模块、脉内分析模块，所述信道化处理模块的输入端、脉冲提取模块的输入端与所述接收单元的输出端相连，信道化处理模块的输出端与脉冲描述字形成模块的输入端相连，脉冲描述字形成模块的输出端与脉内分析模块的输入端、信号分选模块的输入端相连，脉冲提取模块的输出端与脉内分析模块的输入端相连。

在本发明一个较佳实施例中，所述显示控制单元共用L波段低空监视雷达的显控分系统，包括数据处理模块、显示控制模块；所述数据处理模块用于接收雷达描述字信息并进行信号的识别、融合处理，并对侦察的雷达描述字信息进行数据库存储与查询统计；所述显示控制模块用于控制电磁频谱侦察装置的工作参数，以及工作状态和故障信息的监测显示。

在本发明一个较佳实施例中，该装置还包括时序控制单元，所述时序控制单元与接收单元、信号处理单元相连，用于对接收单元、信号处理单元的时序进行控制。

本发明的有益效果是：

(1)本发明采用模块化设计，具有设备量小、系统结构简单、性能稳定可靠的特点，在低空监视雷达系统集成电磁频谱侦察功能，能够实现雷达、敌我识别和数据链等信号的侦察、截获和测量等，获得战场电磁频谱的态势分布，有效补充和完善电子侦察情报数据库，为战场频谱动态管控的指挥决策提供信息支撑，保障雷达探测、通信导航等设备效能的充分发挥；

(2)本发明所述侦察天线单元、显示控制单元共用雷达系统的天线单元和显控分系统，在利用雷达部分设备资源的前提下，采用较少的设备，实现电磁环境下信号的侦察，所述接收单元能够对所述侦察天线单元侦察接收的多个通道射频信号进行限幅、低噪声放大、滤波、幅频特性补偿和数字下变频，并对接收信号进行高速数字采集，解决了低空目标探测和电磁频谱侦察兼顾的问题，具有良好的经济效益；

(3)本发明简单直观的可视化方式，通过显控单元直观的描述战场电磁频谱的态势分布，提高了频谱动态管控的指挥决策的作用。

附图说明

图1是本发明L波段低空监视雷达的电磁频谱侦察装置一较佳实施例的结构框图；

图2是所述射频前端模块的结构框图；

图3是所述增益控制模块的电路图；

图4是所述接收通道模块的结构框图；

图5是所述频率产生模块的结构框图；

图6是所述信号处理单元的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1，本发明实施例包括：

一种L波段低空监视雷达的电磁频谱侦察装置，主要包括依次连接的侦察天线单元、接收单元、信号处理单元、显示控制单元、时序控制单元。所述侦察天线单元用于侦察和接收电磁环境中的空间电磁波信号；所述接收单元用于对所述侦察天线单元侦察接收的多个通道射频信号进行限幅、低噪声放大、滤波、幅频特性补偿和数字下变频，并对接收信号进行数字采集；所述信号处理单元，用于对接收单元采集的中频信号进行数字处理，实现多路数字信号的参数测量及分选；所述显示控制单元，用于显示所述信号处理单元输出的参数测量结果。所述时序控制单元与接收单元、信号处理单元相连，用于对接收单元、信号处理单元的时序进行控制。

所述侦察天线单元共用L波段低空监视雷达系统的天线单元，包括二次雷达天线、一次雷达的单根行线源，其中二次雷达天线侦察接收0.9GHz—1.22GHz频段的信号，一次雷达的单根行线源侦察接收1.1GHz—1.7GHz频段的信号。利用雷达系统自身设备资源，侦察接收电磁环境中的雷达信号、敌我识别信号和数据链信号等。

所述接收单元主要包括频率产生模块、依次连接的射频前端模块、接收通道模块、数字采集模块；所述射频前端输入端与侦察天线单元相连，数字采集模块的输出端与信号处理单元相连，频率产生模块输出端分别与接收通道模块输入端、数字采集模块的输入端相连。

下面对所述接收单元各模块的电路结构及原理进行具体描述：

结合图2，所述射频前端模块包括四路相同的接收前端电路，用于对接收的射频信号进行频段划分、限幅、低噪声放大、滤波、幅频特性补偿。每路接收前端电路均包括选频开关、限幅器、低噪声放大器、滤波器、增益控制模块和均衡器。通过选频开关对接收的射频信号进行频段划分，分别为0.9GHz—1.1GHz、1.1GHz—1.3GHz、1.3GHz—1.5GHz和1.5GHz—1.7GHz，然后经过限幅、低噪声放大、滤波后进入增益控制模块，增益控制模块用于扩展接收的动态范围，当环境信号超过接收当前输入最大信号时，对信号输入进行衰减，保证接收单元的正常工作，接收单元根据数字采集模块输出信号的幅度大小，自动调节增益控制衰减量；均衡器提供一个与系统幅频特性对应的衰减曲线，补偿频带内信号不理想的幅频特性。

请参阅图3，所述增益控制模块电路包括电压转换电路、检测控制电路。

所述电压转换电路包括稳压器C1、极性电容C1—C3、电容C5—C7、磁珠L9—L12、电阻R2，各元器件及其连接关系如图3所示，磁珠L9、L10并联后一端连接+5V电压、另一端与稳压器C1的电压输入端Vin连接，电容C1、C4、C5并联后与稳压器C1的电压输入端Vin连接，电阻R2并联在稳压器C1的电压输出端Vout及FLAG引脚之间，电容C2、C3、C6、C7并联后与稳压器C1的电压输出端Vout连接，磁珠L11、L12并联后一端与稳压器C1的电压输出端Vout连接、另一端连接+3.3V电压。优选的，所述稳压器C1采用MIC37501-3.3，电压转换电路将输入的+5V电源电压转换成3.3V，为晶振G1提供电压信号。

所述检测控制电路包括排阻R1、连接器XS1、总线驱动器D1、晶振G1、程序加载口XS2、可编程逻辑器件D2、总线收发器D3、射频衰减器N1、电感L1—L8、电阻R3—R6，各元器件及其连接关系如图3所示，连接器XS1、电感L2—L8、总线驱动器D1、可编程逻辑器件D2、总线收发器D3、射频衰减器N1依次串联，排阻R1并联在连接器XS1与电感L2—L8之间，晶振G1与D2的时钟端口(CLOCK)连接，电阻R3—R6分别与程序加载口XS2的第1、3、5、9引脚及D2的TCK、TD0、TMS、TD1并联，电感L1与连接器XS1的第1、3引脚连接。所述可编程逻辑器件D2采用Altera公司的EPM7160STI100，是一款高性能、高密度的EEPROM可编程逻辑器件，具有3200个可用门，支持系统可在线编程。所述射频衰减器N1采用MACOM公司的AT-107，频率工作在DC-2GHz，6位数字控制衰减，以0.5分贝为步长，最大可衰减31.5分贝，具有高精度、低功耗等特点。XS1采用J30J形式的连接器，接收ADC采集部分AD9680的快速检测输出位信号，通过总线驱动器D1输入到可编程逻辑器件D2，其中，D1采用74HC244，完成对输入的信号的隔离和驱动，可编程逻辑器件D2的控制输出命令通过总线收发器D3输出到射频衰减器N1，其中D3采用SN74LVC16T245IGG，完成对输出控制信号的隔离和驱动。

所述增益控制模块的检测控制电路以可编程逻辑器件为核心，并采用数控衰减器进行数字控制衰减。利用ADC采集部分AD9680的快速检测输出位，如果输入信号电平超过可编程阈值，则快速检测位输出高电平，检测控制电路接收检测位为高电平时，就会输出指令控制数控衰减器，由于ADC采集部分AD9680的阈值指示延迟极短，可实现快速减低接收前端电路的增益，从而避免数字采集模块输入信号出现超量程现象。利用ADC采集部分AD9680输出的检测位信号和高精度数控衰减器，采用简单的增益控制电路，实现接收单元通道增益的自动控制，扩展了接收动态范围。

结合图4，所述接收通道模块包括四路相同的接收通道，每路接收通道包括依次连接的混频器、预选滤波器组、滤波放大器，用于对射频前端模块接收处理的射频回波信号进行数字下变频、滤波和放大，输出频率为500MHz、带宽为200MHz的中频信号。接收通道采用一次变频方式，对射频前端模块输出的射频信号(0.9GHz—1.1GHz、1.1GHz—1.3GHz、1.3GHz—1.5GHz和1.5GHz—1.7GHz)和频率产生模块输出的本振信号(1.5GHz、1.7GHz、1.9GHz、2.1GHz)进行混频，实现接收射频信号的数字下变频，再经过预选滤波器组、滤波放大器进行信号的滤波和放大后，输出频率为500MHz、带宽为200MHz的中频信号。

所述数字采集模块包括依次连接的ADC采集部分、FPGA处理部分。在频率产生模块输出的采样时钟作用下通过软件编程实现信号的I/Q数字正交解调，其中ADC采集部分利用高速ADC器件对输出的中频信号进行高速采样，ADC器件型号选用ADI公司的AD9680，AD9680是一款双通道、14位、1GSPS模数转换器(ADC)，具有较宽的全功率带宽，支持高达2GHz的IF信号采样。该器件内置片内缓冲器和采样保持电路，专门针对低功耗、小尺寸和易用性而设计。AD9680能够简化接收通道的增益控制，利用ADC的快速检测输出位，可编程阈值检测器可以监控输入信号功率，如果输入信号电平超过可编程阈值，快速检测指示器就会变为高电平。由于该阈值指示器的延迟极短，因此用户能够快速调低系统增益，从而避免ADC输入信号出现超量程现象。FPGA处理部分利用FPGA器件完成多路信号处理、I/Q分量的提取，FPGA器件型号选用Altera公司的EP4SGX530F1932。

结合图5，所述频率产生模块包括晶振、功分器、梳状倍频器、开关滤波器组、第一放大器、六倍频器和第二放大器。100MHz的晶振信号通过功分器分成两路，一路到梳状倍频器，另一路输入到六倍频器。经过梳倍频器、开关滤波器组和第一放大器输出1500MHz、1700MHz、1900MHz和2100MHz的本振信号，经过六倍频器和第二放大器输出600MHz的采样时钟信号。

请参阅图6，所述信号处理单元包括信道化模块、脉冲描述字形成模块、信号分选模块、脉冲提取模块、脉内分析模块。所述信道化处理模块的输入端、脉冲提取模块的输入端与所述接收单元的输出端相连，信道化处理模块的输出端与脉冲描述字形成模块的输入端相连，脉冲描述字形成模块的输出端与脉内分析模块的输入端、信号分选模块的输入端相连，脉冲提取模块的输出端与脉内分析模块的输入端相连。

具体的，所述信道化处理模块对接收单元输出的I/Q数字信号进行检测、参数测量，形成脉冲描述字PDW，提取信号载频、到达时间TOA、脉冲幅度PA、脉冲宽度PW等参数，并送至信号分选模块。所述信号分选模块通过信号特征提取信号重复周期PRI等参数，根据雷达信号、敌我识别信号和数据链信号等特征，分析出信号的类别，形成雷达描述字信息。所述脉冲提取模块对接收单元输出的I/Q数字信号进行脉冲参数提取，并送至脉内分析模块；所述脉内分析模块对脉冲信号的内部特征进行分析，分析脉冲信号属于线性调频信号(LFM)、非线性调频信号(NLFM)、相位编码信号(PSK)、常规信号(CW)的哪一种。

所述显示控制单元共用L波段低空监视雷达的显控分系统，包括数据处理模块、显示及控制模块，具体采用显示控制计算机和显示控制软件，主要完成数据的处理和显示控制。所述数据处理模块用于接收雷达描述字信息并进行信号的识别、融合处理，并对侦察的雷达描述字信息进行数据库存储与查询统计；所述显示及控制模块用于控制电磁频谱侦察装置的工作参数，以及工作状态和故障信息的监测显示。本发明简单直观的可视化方式，通过显示控制单元直观的描述战场电磁频谱的态势分布，提高了频谱动态管控的指挥决策的作用。

本发明采用模块化设计，具有设备量小、系统结构简单、性能稳定可靠的特点，所述侦察天线单元、显示控制单元共用雷达系统的天线单元和显控分系统，在利用雷达部分设备资源的前提下，采用较少的设备，实现电磁环境下信号的侦察，在低空监视雷达系统集成电磁频谱侦察功能，能够实现雷达、敌我识别和数据链等信号的侦察、截获和测量等，获得战场电磁频谱的态势分布，有效补充和完善电子侦察情报数据库，为战场频谱动态管控的指挥决策提供信息支撑，保障雷达探测、通信导航等设备效能的充分发挥。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种L波段低空监视雷达的电磁频谱侦察装置，其特征在于，主要包括：

侦察天线单元，用于侦察和接收电磁环境中的空间电磁波信号；

接收单元，用于对所述侦察天线单元侦察接收的多个通道射频信号进行限幅、低噪声放大、滤波、幅频特性补偿和数字下变频，并对接收信号进行数字采集；

信号处理单元，用于对接收单元采集的中频信号进行数字处理，实现多路数字信号的参数测量及分选；

显示控制单元，用于显示所述信号处理单元输出的参数测量结果及控制装置的工作参数。

2.根据权利要求1所述的L波段低空监视雷达的电磁频谱侦察装置，其特征在于，所述侦察天线单元共用L波段低空监视雷达系统的二次雷达天线、一次雷达的单根行线源，所述二次雷达天线侦察接收0.9GHz—1.22GHz频段的信号，一次雷达的单根行线源侦察接收1.1GHz—1.7GHz频段的信号。

3.根据权利要求1所述的L波段低空监视雷达的电磁频谱侦察装置，其特征在于，所述接收单元主要包括频率产生模块、依次连接的射频前端模块、接收通道模块、数字采集模块；所述射频前端输入端与侦察天线单元相连，数字采集模块的输出端与信号处理单元相连，频率产生模块输出端分别与接收通道模块输入端、数字采集模块的输入端相连。

4.根据权利要求3所述的L波段低空监视雷达的电磁频谱侦察装置，其特征在于，所述射频前端模块包括多路相同的接收前端电路，用于对接收的射频信号进行频段划分、限幅、低噪声放大、滤波、幅频特性补偿。

5.根据权利要求3所述的L波段低空监视雷达的电磁频谱侦察装置，其特征在于，所述接收通道模块包括多路相同的接收通道，每路接收通道包括依次连接的混频器、预选滤波器组、滤波放大器，用于对射频前端模块接收处理的射频回波信号进行数字下变频、滤波和放大，输出频率为500MHz，带宽为200MHz的中频信号。

6.根据权利要求3所述的L波段低空监视雷达的电磁频谱侦察装置，其特征在于，所述数字采集模块包括依次连接的ADC采集部分、FPGA处理部分，ADC采集部分用于对所述接收通道模块输出的中频信号进行采样，FPGA处理部分用于多路信号处理、I/Q分量的提取。

7.根据权利要求1所述的L波段低空监视雷达的电磁频谱侦察装置，其特征在于，所述信号处理单元包括信道化模块、脉冲描述字形成模块、信号分选模块、脉冲提取模块、脉内分析模块，所述信道化处理模块的输入端、脉冲提取模块的输入端与所述接收单元的输出端相连，信道化处理模块的输出端与脉冲描述字形成模块的输入端相连，脉冲描述字形成模块的输出端与脉内分析模块的输入端、信号分选模块的输入端相连，脉冲提取模块的输出端与脉内分析模块的输入端相连。

8.根据权利要求1所述的L波段低空监视雷达的电磁频谱侦察装置，其特征在于，所述显示控制单元共用L波段低空监视雷达的显控分系统，包括数据处理模块、显示及控制模块；所述数据处理模块用于接收雷达描述字信息并进行信号的识别、融合处理，并对侦察的雷达描述字信息进行数据库存储与查询统计；所述显示及控制模块用于控制电磁频谱侦察装置的工作参数，以及工作状态和故障信息的监测显示。

9.根据权利要求1至8任一项所述的L波段低空监视雷达的电磁频谱侦察装置，其特征在于，还包括时序控制单元，所述时序控制单元与接收单元、信号处理单元相连，用于对接收单元、信号处理单元的时序进行控制。