CN110824437A - 高频地波雷达同时多频组网mimo全数字接收机 - Google Patents

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陈智会
陈媛媛
李�杰
李志勇
赵以成
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Abstract

本发明提供一种高频地波雷达同时多频组网MIMO全数字接收机，解决了抗干扰能力弱、探测海洋动力学参数时探测距离与探测精度相矛盾、探测目标时易被淹没的问题。包括：模拟前端单元、可编程逻辑器件FPGA、高速数模转换器、北斗/GPS时钟同步组网模块；其中，北斗/GPS时钟同步组网模块在接收北斗/GPS卫星信号并锁定后进入驯服模式，完成驯服后，输出雷达起始同步信号到可编程逻辑器件FPGA，同时输出时钟信号驱动可编程逻辑器件FPGA与模拟前端单元；模拟前端单元在时钟信号的驱动下工作，将接收天线接收到海面散射回来的模拟回波信号转换成LVDS数字信号，并将数字信号传输给可编程逻辑器件FPGA；可编程逻辑器件FPGA将LVDS数字信号与其内部的数字DDS本振产生COS数字信号和SIN信号混频，经数字滤波器滤波处理后，得到IQ信号经千兆网传输至PC机。

Description

高频地波雷达同时多频组网MIMO全数字接收机
技术领域
本发明为一种高频地波雷达同时多频组网MIMO全数字接收机，属于雷达接收机领域。
背景技术
目前高频地波雷达一般只有一个工作频率，其雷达信号接收机工作带宽窄，抗干扰能力弱。从高频地波雷达探测海洋表面动力学参数的结果看，在发射机同等功率下高低频相比较，低频段(3-15MHz)的优点是探测距离远，能探测的最大浪高较大，缺点是探测数据的精度较低；高频段(15-40MHz)的优点探测数据的精度较高，缺点是探测距离较近，能探测的最大浪高较小；同时，在单频率下高频地波雷达超视距探测海面移动目标时，目标回波易被淹没于一阶海洋回波中，而多频雷达则可以避免这种情况。并且，现有的高频地波雷达都是单站工作，不仅无法收到同频段的相邻雷达站的信号，而且两站雷达发射信号容易相互干扰，影响探测效果；若是能够组网工作，即雷达MIMO技术，同时发射同时接收，不仅可以避免干扰，还能相互接收对方发射的电磁波海面散射回波，提高高频地波雷达探测性能。因此，非常有必要提供一种同时多频、组网的雷达信号接收机。
发明内容
本发明提供一种高频地波雷达同时多频组网MIMO全数字接收机，解决了雷达工作在单频模式下抗干扰能力弱、探测海洋动力学参数时探测距离与探测精度相矛盾、探测目标时易被淹没在一阶海洋中以及避免相邻同频段雷达的同频干扰。
本发明采用如下技术方案：
一种高频地波雷达同时多频组网MIMO全数字接收机，包括：模拟前端单元、可编程逻辑器件FPGA、高速数模转换器、北斗/GPS时钟同步组网模块；其中，
北斗/GPS时钟同步组网模块在接收北斗/GPS卫星信号并锁定后进入驯服模式，完成驯服后，输出雷达起始同步信号到可编程逻辑器件FPGA，同时输出时钟信号驱动可编程逻辑器件FPGA与模拟前端单元；
可编程逻辑器件FPGA在时钟信号的驱动下工作，接收到起始同步信号后产生DDS数字信号，DDS数字信号通过高速数模转换器转换成发射机信源，通过发射机放大后向海面辐射电磁波；
多通道多频模拟前端单元在时钟信号的驱动下工作，将接收天线接收到海面散射回来的模拟回波信号转换成LVDS数字信号，并将数字信号传输给可编程逻辑器件FPGA；
可编程逻辑器件FPGA将LVDS数字信号与其内部的数字DDS本振产生COS数字信号和SIN信号混频，经数字滤波器滤波处理后，得到IQ信号经千兆网传输至PC机。
进一步地，所述多通道多频模拟前端单元包括防雷泄放管、限幅二极管、两级高速电子开关、无源宽带滤波器、低噪声放大器、模数转换器，上述部件依次连接，所述时钟信号通过防雷泄放管、限幅二极管后，传输到两级高速电子开关和无源滤波器隔离滤波后，经低噪声放大器放大信号后，通过模数转换器转换成LVDS数字信号。
进一步地，所述多通道多频模拟前端单元采用24接收通道。
本发明的有益效果：
本发明采用同时多频工作，提高了雷达的抗干扰能力，兼顾了雷达的探测距离远与探测精度高；同时多频组网时，不仅可以避免干扰，还能相互接收对方发射的电磁波海面散射回波，提高高频地波雷达探测性能。
附图说明
图1为高频地波雷达同时多频组网全数字接收机工作模式示意图。
图2为高频地波雷达同时多频组网全数字接收机的原理框图
图3为高频地波雷达同时多频组网全数字接收机模拟前端的原理框图。
图4为同时多频组网全数字接收机数字信号处理部分的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图对同时多频组网全数字接收机的技术方案进行详细说明：
如图1所示，高频地波雷达同时多频组网全数字接收机由本地北斗/GPS时钟同步组网模块提供同步信号和时钟信号，使得探测同一区域内的高频地波雷达同时多频组网全数字接收机B、C、D……同时工作，即所有高频地波雷达设备同时发射同时接收；每部雷达接收机不仅可以接收自身发射电磁波形成的多频海洋回波信号，还可以接收其他同步组网雷达的多频海洋回波信号。
如图2所示，高频地波雷达同时多频组网全数字接收机主要由多通道多频模拟前端单元、可编程逻辑器件FPGA、高速数模转换器、北斗/GPS时钟同步组网模块组成。北斗/GPS时钟同步组网模块在接收北斗/GPS卫星信号并锁定后进入驯服模式，完成驯服后，输出雷达起始同步信号与高精度时钟信号到可编程逻辑器件FPGA，同事输出时钟信号到模拟前端单元；可编程逻辑器件FPGA在时钟信号的驱动下工作，接收到起始同步信号后产生DDS数字信号，DDS数字信号通过高速数模转换器转换成发射机信源，通过发射机放大后向海面辐射电磁波；多通道多频模拟前端单元在时钟信号的驱动下工作，将接收天线接收到海面散射回来的模拟回波信号转换成LVDS数字信号，并将数字信号传输给可编程逻辑器件FPGA；可编程逻辑器件FPGA将LVDS数字信号与其内部的数字DDS本振产生COS数字信号和SIN信号混频，经数字滤波器滤波处理后，得到IQ信号经千兆网传输至PC机。
如图3所示，高频地波雷达同时多频组网全数字接收机中，多通道多频模拟前端部分选用防雷泄放管、限幅二极管、SA630D两级高速电子开关、SBP-9无源宽带滤波器，AD8331低噪声差分放大器、AD9653高速ADC模数转换器(6片)，一共形成24个接收通道，可工作于2个频率每个频率12通道、3个频率每个频率8通道、4个频率每个频率6通道等多频模式，亦可以工作在单一频率8通道、单一频率12通道、单一频率16通道模式。其中防雷泄放管，选用限幅二极管是雷达模拟前端的保护部分，防止高压雷击损坏模拟前端通道；选用的AD8331为低噪单端输入差分输出，其可变增益范围为7.5dB至55.5dB；选用的AD9653为高速AD芯片，其最高采样率为125MHz、16Bit，信噪比76.5dBFS@70MHz。
如图4所示，高频地波雷达同时多频组网全数字接收机中可编程逻辑器件FPGA主要由AD转换信号调理模块、数字混频模块、抽取滤波模块、数字DDS模块、千兆网软核组成。根据雷达上位机软件设置的工作模式，AD采样后的24个接收通道的回波信号，经过对齐拼接，将调理后的信号与相对应的数字本振DDS的余弦(COS)、正弦(SIN)信号混频，再经过数字低通滤波器抽取滤波处理，最后得到4K信号IQ交调信号，经千兆网接口传输到上位机采样存储。

Claims (3)

1.一种高频地波雷达同时多频组网MIMO全数字接收机，其特征在于，包括：多通道多频模拟前端单元、可编程逻辑器件FPGA、高速数模转换器、北斗/GPS时钟同步组网模块；其中：
北斗/GPS时钟同步组网模块在接收北斗/GPS卫星信号并锁定后进入驯服模式，完成驯服后，输出雷达起始同步信号到可编程逻辑器件FPGA，同时输出时钟信号驱动可编程逻辑器件FPGA与模拟前端单元；
可编程逻辑器件FPGA在时钟信号的驱动下工作，接收到起始同步信号后产生DDS数字信号，DDS数字信号通过高速数模转换器转换成发射机信源，通过发射机放大后向海面辐射电磁波；
多通道多频模拟前端单元在时钟信号的驱动下工作，将接收天线接收到海面散射回来的模拟回波信号转换成LVDS数字信号，并将LVDS数字信号传输给可编程逻辑器件FPGA；
可编程逻辑器件FPGA将LVDS数字信号与其内部的数字DDS本振产生COS数字信号和SIN信号混频，经数字滤波器滤波处理后，得到IQ信号经千兆网传输至PC机。
2.如权利要求1所述一种高频地波雷达同时多频组网MIMO全数字接收机，其特征在于，所述多通道多频模拟前端单元包括防雷泄放管、限幅二极管、两级高速电子开关、无源宽带滤波器、低噪声放大器、模数转换器，上述部件依次连接，所述时钟信号通过防雷泄放管、限幅二极管后，传输到两级高速电子开关和无源滤波器隔离滤波后，经低噪声放大器放大信号后，通过模数转换器转换成LVDS数字信号。
3.如权利要求1或2所述一种高频地波雷达同时多频组网MIMO全数字接收机，其特征在于，所述多通道多频模拟前端单元采用24接收通道。
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