CN110470679B - 微波主被动复合探测的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种微波主被动复合探测的装置及方法，该装置包括：主动雷达、被动辐射计；所述主动雷达用于发送雷达信号和接收回波信号；所述被动辐射计用于接收辐射信号；其中，所述主动雷达和所述被动辐射计的工作频率不同，当所述主动雷达接收回波信号时，所述被动辐射计开启积分时间，接收所述辐射信号；当所述主动雷达发射雷达信号时，所述被动辐射计积分屏蔽，不接收所述辐射信号。本发明解决了微波主被动复合探测的电磁兼容问题，提高微波主被动复合探测的探测精度。

Description

微波主被动复合探测的装置及方法
技术领域
本发明涉及微波探测技术领域，具体地，涉及微波主被动复合探测的装置及方法。
背景技术
土壤湿度描述的是保持在土壤孔隙中的水分，是人类获取各种生活和生产资料的重要来源，其强大的存储、补给和调节能力对于维护人类赖以生存的生态环境健康发展的作用不容忽视。及时的土壤湿度探测能够直接用于洪水和干旱等自然灾害的监测，长期的土壤水分监测可帮助改善地气间水分、能量、以及碳交换模型的模拟质量，进一步提高天气预报和气候预测中各种数值模型的计算精度，是重要的全球环境变化示踪因子。
由于微波遥感对土壤含水量变化有较高的敏感性，同时具备全天时全天候的探测能力，相比于可见光和近红外等波段具有无可比拟的优势，是大尺度土壤水分监测的重要手段。由于L波段对于云雨、植被、土壤具有一定的穿透能力，且对于土壤水分变化具有最高的敏感性，因此L波段是目前国际公认的最优土壤水分探测手段。
目前，土壤水分的观测主要是利用被动微波观测。根据介电常数随土壤中液态水含量的变化形成微波辐射亮度温度的变化。被动探测对土壤水分变化非常敏感，但是空间分辨率较低(一般为几十公里)，不能为水文气象研究(几公里到十几公里)提供有价值的信息，无法支持更详细的建模。而主动探测的优点是空间分辨率较高，对地表粗糙度和植被结构的变化响应显著，可为土壤湿度探测提供校正。并且主动观测同被动观测具有一定的相关性，利用主动观测能够对被动微波亮度温度或其反演得到的土壤水分进行降尺度。因此，利用主被动遥感联合观测，可以实现高分辨率、高精度的土壤水分反演。
但是，为了获得高探测灵敏度，主动雷达的发射功率较大，而被动辐射计是高灵敏的接收机，接收的是极其微弱的热噪声信号。因此，轻微的主动信号泄露也可能导致被动探测产生较大的误差。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种微波主被动复合探测的装置及方法，以解决微波主被动复合探测的电磁兼容问题，提高微波主被动复合探测的探测精度。
第一方面，本发明提供一种微波主被动复合探测的装置，包括：主动雷达、被动辐射计；所述主动雷达用于发送雷达信号和接收回波信号；所述被动辐射计用于接收辐射信号；其中，所述主动雷达和所述被动辐射计的工作频率不同，当所述主动雷达接收回波信号时，所述被动辐射计开启积分时间，接收所述辐射信号；当所述主动雷达发射雷达信号时，所述被动辐射计积分屏蔽，不接收所述辐射信号。
可选地，所述主动雷达的工作频率为L波段。
可选地，所述主动雷达的工作频率为1260±10MHz，所述被动辐射计的工作频率为1413±12MHz。
可选地，所述主动雷达设置有32个馈源，所述馈源采用一维相控阵体制，发射峰值功率大于1600W。
可选地，所述被动辐射计设置有12个馈源，所述馈源采用一维综合孔径体制，用于接收L波段的热噪声信号。
可选地，所述主动雷达的馈源和所述被动辐射计的馈源按照双排阵列布局。
可选地，所述被动辐射计的馈源处于抛物柱面的焦线上，所述主动雷达的馈源阵列与被动辐射计的馈源阵列平行，且所述主动雷达的馈源阵列偏离焦线距离为230mm。
可选地，还包括第一滤波器，所述第一滤波器与所述主动雷达电连接，用于对主动雷达所发射的主动发射信号进行带外抑制滤波处理。
可选地，还包括第二滤波器，所述第二滤波器与所述被动辐射计电连接，用于对被动辐射计的馈源输出的馈电信号进行滤波处理。
第二方面，本发明提供一种微波主被动复合探测的方法，应用在第一方面中任一项所述的微波主被动复合探测的装置中，用于实现微波主被动复合探测的电磁兼容。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明提供的微波主被动复合探测的装置及方法，通过设置所述主动雷达和所述被动辐射计的工作频率不同，并通过分时复用方式，在主动雷达接收回波信号时，所述被动辐射计开启积分时间，接收所述辐射信号，当所述主动雷达发射信号时，所述被动辐射计积分屏蔽，避免大发射功率对被动辐射计的干扰；解决了微波主被动复合探测的电磁兼容问题，提高微波主被动复合探测的探测精度。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明提供的微波主被动复合探测的装置的原理框图；
图2为本发明提供的微波主被动复合探测的时序示意图；
图3为主动雷达馈源阵列和被动辐射计的馈源阵列的分布示意图；
图4为对主动雷达发射的主动发射信号进行处理的原理框图；
图5为对被动辐射计的被动输入信号进行处理的原理框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对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，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
图1为本发明提供的微波主被动复合探测的装置的原理框图，如图1所示，包括：主动雷达、被动辐射计；所述主动雷达用于发送雷达信号和接收回波信号；所述被动辐射计用于接收辐射信号；其中，所述主动雷达和所述被动辐射计的工作频率不同，当所述主动雷达接收回波信号时，所述被动辐射计开启积分时间，接收所述辐射信号；当所述主动雷达发射雷达信号时，所述被动辐射计积分屏蔽，不接收所述辐射信号。
本实施例中，通过设置所述主动雷达和所述被动辐射计的工作频率不同，并通过分时复用方式，在主动雷达发射信号时，所述被动辐射计不积分，以实现对所述发射信号的屏蔽，避免大发射功率对被动辐射计的干扰。
图2为本发明提供的微波主被动复合探测的时序示意图，如图2所示，当主动雷达处于主动高功率发射状态时，被动辐射计采用积分屏蔽方式来避免大发射功率的干扰。具体地，在主动雷达接收回波信号时，辐射计积分时间开启。通过被动输入开关实现对被动辐射计的控制。在主动雷达、被动辐射计同时处于信号接收状态时，被动链路开关处于接收天线信号通路，在主动雷达处于信号发射状态时，开关切换至内部电路的负载状态。
本实施例中，通过将主动雷达和被动辐射计设置为时分复用的工作方式，可以在主动雷达发射高功率的信号时，被动辐射计采用积分屏蔽来避免信号干扰。
在一种可选的实施方式中，可以设置主动雷达的工作频率为1260±10MHz，设置被动辐射计的工作频率为1413±12MHz。
本实施例中，将主动雷达和被动辐射计的工作频带完全错开，提高主被动电磁兼容性能。
在一种可选的实施方式中，所述主动雷达设置有32个馈源，所述馈源采用一维相控阵体制，L波段发射峰值功率大于1600W。
在一种可选的实施方式中，所述被动辐射计设置有12个馈源，所述馈源采用一维综合孔径体制，用于接收L波段极其微弱的热噪声信号。
本实施例中，主动雷达和高灵敏度接收的被动辐射计可以共同复合工作，从而提高了探测精度。
图3为主动雷达馈源阵列和被动辐射计的馈源阵列的分布示意图，如图3所示，所述主动雷达的馈源和所述被动辐射计的馈源按照双排阵列布局，以实现主被动馈源的空间隔离。
在一种可选的实施方式中，被动辐射计的馈源处于抛物柱面的焦线上，主动雷达的馈源阵列与被动辐射计的馈源阵列平行，且主动雷达的馈源阵列偏离焦线距离为W(230mm)。在满足主波束效率、天线增益及波束宽度等指标的要求下，主动雷达和被动辐射计的馈源空间耦合优于-30dB。
图4为对主动雷达发射的主动发射信号进行处理的原理框图；如图4所示，为降低对被动探测的干扰，对主动雷达所发射的主动发射信号进行带外抑制滤波处理，使其在被动工作频段1.413GHz±12MHz的抑制优于50dB。
图5为对被动辐射计的被动输入信号进行处理的原理框图；如图5所示，被动辐射计的馈源输出的馈电信号先通过高带外抑制的带通滤波器进行滤波处理，实现对主动雷达工作1.26GHz信号的信号进行滤波，保证被动辐射计的正常工作。带通滤波器采用同轴腔体形式，插入损耗仅0.25dB，对同频段雷达信号的抑制优于50dB。
本发明还提供了一种微波主被动复合探测的方法，应用于上述的微波主被动复合探测的装置中，从而可以通过时间隔离、空间隔离及发射接收信道隔离等多方面的措施，解决了主被动复合探测的电磁兼容问题。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (7)

1.一种微波主被动复合探测的装置，其特征在于，包括：主动雷达、被动辐射计；所述主动雷达用于发送雷达信号和接收回波信号；所述被动辐射计用于接收辐射信号；其中，所述主动雷达和所述被动辐射计的工作频率不同，当所述主动雷达接收回波信号时，所述被动辐射计开启积分时间，接收所述辐射信号；当所述主动雷达发射雷达信号时，所述被动辐射计积分屏蔽，不接收所述辐射信号；所述主动雷达、被动辐射计的工作频率都为L波段；所述主动雷达设置有32个馈源，所述馈源采用一维相控阵体制，L波段发射峰值功率大于1600W；所述被动辐射计设置有12个馈源，所述馈源采用一维综合孔径体制，用于接收L波段的热噪声信号。
2.根据权利要求1所述的微波主被动复合探测的装置，其特征在于，所述主动雷达的工作频率为1260±10MHz，所述被动辐射计的工作频率为1413±12MHz。
3.根据权利要求1所述的微波主被动复合探测的装置，其特征在于，所述主动雷达的馈源和所述被动辐射计的馈源按照双排阵列布局。
4.根据权利要求3所述的微波主被动复合探测的装置，其特征在于，所述被动辐射计的馈源处于抛物柱面的焦线上，所述主动雷达的馈源阵列与被动辐射计的馈源阵列平行，且所述主动雷达的馈源阵列偏离焦线距离为230mm。
5.根据权利要求1所述的微波主被动复合探测的装置，其特征在于，还包括第一滤波器，所述第一滤波器与所述主动雷达电连接，用于对主动雷达所发射的主动发射信号进行带外抑制滤波处理。
6.根据权利要求1所述的微波主被动复合探测的装置，其特征在于，还包括第二滤波器，所述第二滤波器与所述被动辐射计电连接，用于对被动辐射计的馈源输出的馈电信号进行滤波处理。
7.一种微波主被动复合探测的方法，其特征在于，应用在权利要求1-6中任一项所述的微波主被动复合探测的装置中，用于实现微波主被动复合探测的电磁兼容。
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