CN109307863A - 弹载调频连续波脱靶量测量雷达系统 - Google Patents

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    • G01S13/583—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems using transmission of continuous unmodulated waves, amplitude-, frequency-, or phase-modulated waves and based upon the Doppler effect resulting from movement of targets

Abstract

本发明涉及一种弹载调频连续波脱靶量测量雷达系统，各组收发天线与发射机、接收机通过单刀N掷高速电子开关同步选通第n路发射天线与频率综合器及第n路接收天线与接收机对接，对弹体环向360°扫描；频率综合器内置调制器产生调制信号，控制压腔振荡器VCO生成频率在时间上按锯齿波规律变化的连续高频等幅波激励信号，经1:2功分器，一部分功率送接收机混频器作为本振信号，一部分功率经单刀N掷高速电子开关选通的一路发射天线向指定扇区空域辐射；数字信号处理器通过开窗检测从雷达回波中提取出目标，计算出目标偏离靶弹的距离。

Description

弹载调频连续波脱靶量测量雷达系统
技术领域
本发明涉及一种弹载调频连续波脱靶量测量雷达系统，尤其是K波段弹载调频连续波脱靶量测量雷达系统。
背景技术
脱靶量测量具有多种手段，不同的测量方式适用于不同的测量场合。在弹载脱靶量测量领域，光学测量、GPS测量和无线电测量各种方式兼而有之，但综合测量精度、适装性、气候适应性、抗干扰能力以及成本等诸多因素，基于调频连续波体制的非协同式方法正成为一种重要的测量手段，是弹载脱靶量测量设备的发展方向之一。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种对高速弱小目标具有检测能力强，脱靶量测量精度高的弹载调频连续波准矢量脱靶量测量雷达系统。该系统基于运动坐标系，采用非协同测量方式，除可实现距离脱靶量测量外，还能判别出遭遇段目标脱靶的象限。
实现本发明的技术解决方案是：一种弹载调频连续波脱靶量测量雷达系统，包括收发天线、与发射机集成设计的频率综合器、连接低噪声放大器LNA的接收机和数字信号处理器，发射机的发射支路与接收机的接收支路各有一个同类型的单刀N掷高速电子开关，N组收发天线两两配对绕靶弹表面环向布置，频率综合器内置调制器产生调制信号控制压腔振荡器VCO生成频率在时间上按锯齿波规律变化的连续高频等幅波激励信号，该激励信号经1:2功分器，一部分功率送接收机混频器作为本振信号，一部分功率经单刀N掷高速电子开关选通的一路发射天线向指定扇区空域辐射；数字信号处理器通过开窗检测从雷达回波中提取出目标，通过调频连续波测距方式计算出目标偏离靶弹的距离，同时，结合弹载姿态传感器提供的姿态信息和某一时刻单刀N掷高速电子开关选通的雷达收发天线信息，自动判别出目标所穿越的象限，将脱靶距离和脱靶象限数据打包，经通讯系统实时发送至地面，以进行数据分析，评估被测目标的打靶结果。
本发明相比于传统脱靶量测量系统，创新点在于：采用反射式雷达工作原理及K波段宽带线性调频连续波测距体制，系统体积小、重量轻、功耗低，脱靶量测量精度高；采用绕靶弹环向分布的多组两两配对收发天线形式，各组收发天线与发射机、接收机通过高速电子开关同步切换实现对接，使雷达波束能够沿弹体环向顺序扫描，确保无死区覆盖弹体环向360°；采用开窗检测技术，利用入射雷达波束法向与被测目标轴向正交时雷达截面积(RCS)最大的特点，可以实现对某些轴向RCS远大于迎头RCS的弱小目标准确捕获，并获得目标的脱靶量，同时，结合弹载姿态传感器提供的姿态信息和捕获目标时高速电子开关选通的雷达收发天线信息，可以自动判别目标所穿越的象限，使系统具备一定的矢量脱靶测量能力。
本发明系统架构简单，设备高度集成，可广泛适用于多种靶弹平台，同时通过适应性改装还可以拓展至拖曳型靶机、无人机靶机，甚至于地面或海上靶场的脱靶测量平台，为我国陆军、海军、空军实战打靶训练提供一种智能计分评估手段，其应用空间广阔，前景良好。
附图说明
图1是本发明弹载调频连续波脱靶量测量雷达系统示意图。
图2是图1的电路原理框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，弹载调频连续波脱靶量测量雷达系统，主体由与靶弹共形的收发天线罩、N组收发天线、1:N高速电子开关、与发射机集成设计的频率综合器、LNA、接收机、数字信号处理器等设备组成。其中，N组收发天线两两配对，且绕靶弹表面环向布置。各组收发天线与发射机、接收机通过单刀N掷高速电子开关同步切换实现对接，对弹体环向360°扫描。发射支路与接收机的接收支路各有一个同类型的单刀N掷高速电子开关，简称1:N高速电子开关。频率综合器主体由顺次连接的锯齿波调制器、压腔振荡器VCO和1:2功分器组成。频率综合器在数字信号处理器的控制下为发射机提供宽带线性调频连续波激励信号，为接收机提供本振信号。接收机主体由首端电连接1:2功分器的混频器，以及顺次串联的低通滤波器、动态压缩器、中频放大器和尾端电连接的模拟/数字转换器(A/D)组成，A/D电连接数字信号处理器，数字信号处理器连接频率综合器、姿态传感器和通讯系统，以及两个串联的1:N高速电子开关之间。混频器连接在1:2功分器与接收支路的1:N高速电子开关之间，1:2功分器与发射支路的1:N高速电子开关连接。1:N高速电子开关受数字信号处理器控制，在某一时刻同步选通第n路发射天线与频率综合器及第n路接收天线与接收机对接，为频率综合器产生的宽带线性调频连续波激励信号提供发射通道，同时为雷达目标回波信号提供接收通道，其中1≤n≤N，N和n为自然数。接收机主要为目标回波提供接收通道，并将数字信号送入数字信号处理器处理。数字信号处理器主要负责产生全机工作时序，完成脱靶距离的解算和脱靶象限的判断，并将脱靶距离和脱靶象限数据打包经靶弹通讯系统发送至地面。
试验开始前，脱靶量测量雷达系统首先与弹上电源闭合通电工作，然后随靶弹一同发射至空中。
基本工作原理：数字信号处理器产生全机工作时序，飞行过程中，系统将在数字信号处理器的控制下协同工作。频率综合器内部调制器产生调制信号，控制VCO生成频率在时间上按锯齿波规律变化的连续高频等幅波激励信号，该信号经1：2功分器，小部分功率送接收机混频器作为本振信号，大部分功率经1:N高速电子开关选通的一路发射收发天线向指定扇区空域辐射。在靶弹与目标遭遇段，当发射天线辐射的电磁波遇到目标时，将产生目标回波，并经与发射天线配对的接收天线转换为射频回波信号，该信号经LNA预放大和1:N高速电子开关后进入接收机,接收机对信号进行混频、低通滤波，通过动态压缩器实现中频接收带宽内的动态范围调节，确保对近距离强目标回波信号不饱和放大，而对远距离及弱小目标信号有较高的线性放大增益，然后经中频放大、A/D变换后送入数字信号处理器。鉴于发射天线辐射的电磁波传播到目标并返回接收天线的这段时间内，目标的回波频率较之发射频率已有了变化，因此回波信号在接收机混频器输出端将出现差频电压，差频电压的频率包含有目标的距离信息。因此，经接收机A/D对差频信号采样后，数字信号处理器通过对采样的数据进行数字滤波、离散傅里叶快速变换(FFT)变换或Chirp Z变换可获得频差，并最终解算出被测目标的脱靶量，该信息能够通过弹载的通讯系统发送至地面站进行后续处理，以便评估打靶的结果。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种弹载调频连续波脱靶量测量雷达系统，包括收发天线、与发射机集成设计的频率综合器、连接低噪声放大器LNA的接收机和数字信号处理器，其特征在于：发射机的发射支路与接收机的接收支路各有一个同类型的单刀N掷高速电子开关，N组收发天线两两配对绕靶弹表面环向布置，频率综合器内置调制器产生调制信号控制压腔振荡器VCO生成频率在时间上按锯齿波规律变化的连续高频等幅波激励信号，该激励信号经1:2功分器，一部分功率送接收机混频器作为本振信号，一部分功率经单刀N掷高速电子开关选通的一路发射天线向指定扇区空域辐射；数字信号处理器通过开窗检测从雷达回波中提取出目标，通过调频连续波测距方式计算出目标偏离靶弹的距离，同时，结合弹载姿态传感器提供的姿态信息和某一时刻单刀N掷高速电子开关选通的雷达收发天线信息，自动判别出目标所穿越的象限，将脱靶距离和脱靶象限数据打包，经通讯系统实时发送至地面，以进行数据分析，评估被测目标的打靶结果。
2.根据权利要求1所述的弹载调频连续波脱靶量测量雷达系统，其特征在于：频率综合器主体由顺次连接的锯齿波调制器、压腔振荡器VCO和1:2功分器组成。
3.根据权利要求1所述的弹载调频连续波脱靶量测量雷达系统，其特征在于：频率综合器在数字信号处理器的控制下为发射机提供宽带线性调频连续波激励信号，为接收机提供本振信号。
4.根据权利要求1所述的弹载调频连续波脱靶量测量雷达系统，其特征在于：接收机主体由首端电连接1:2功分器的混频器，以及顺次串联的低通滤波器、动态压缩器、中频放大器和尾端电连接的模拟/数字转换器A/D组成，A/D电连接数字信号处理器，数字信号处理器连接频率综合器、姿态传感器和通讯系统，以及两个串联的1:N高速电子开关之间。
5.根据权利要求1所述的弹载调频连续波脱靶量测量雷达系统，其特征在于：各组收发天线与发射机、接收机通过单刀N掷高速电子开关同步切换实现对接，对弹体环向360°扫描。
6.根据权利要求4所述的弹载调频连续波脱靶量测量雷达系统，其特征在于：混频器连接在1:2功分器与接收支路的单刀N掷高速电子开关之间，1:2功分器与发射支路的单刀N掷高速电子开关连接；单刀N掷高速电子开关受数字信号处理器控制，在某一时刻同步选通第n路发射天线与频率综合器及第n路接收天线与接收机对接，为频率综合器产生的宽带锯齿波线性调频激励信号提供发射通道，同时为雷达目标回波信号提供接收通道，其中1≤n≤N，N和n为自然数。
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