CN111289971B - 一种谐波标签辅助增强混合雷达感知系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种谐波标签辅助增强混合雷达感知系统，包括混合雷达及谐波标签；混合雷达包括传统雷达与谐波接收电路；传统雷达由基频发射、接收电路构成；基频发射电路由基频振荡器、耦合器、功率放大器、脉冲发生器、环形器、基频滤波器及基频天线构成；基频接收电路由基频低噪声放大器、基频混频器、ADC采样器及基带处理电路构成；谐波接收电路包括谐波天线、谐波滤波器、谐波低噪声放大器、谐波混频器、谐波振荡器、ADC采样器及基带处理电路；基频与谐波天线极化方向垂直；谐波标签转换基频为谐波，通过双工器与双频双极化天线反馈，并融合传统雷达实现谐波标签辅助增强混合雷达感知。

Description

一种谐波标签辅助增强混合雷达感知系统
技术领域
本发明涉及雷达系统领域，特别涉及谐波标签辅助增强混合雷达感知系统。
背景技术
近年来，雷达感知系统逐渐从军事应用领域走向日常生活中，例如呼吸、心跳等生命体征检测。然而，受限于电磁波传播路径损耗等因素，系统亟需附加额外电路(谐波标签)以辅助增强雷达感知能力。
发明内容
基于上述问题，本发明提出了一种谐波标签辅助增强混合雷达感知系统，实现基频发射、谐波接收高度隔离以保证传统雷达感知系统正常工作。同时，高隔离度谐波反馈以及谐波标签可以辅助增强混合雷达感知系统感知能力。
本发明提供如下技术方案：
一种谐波标签辅助增强混合雷达感知系统，所述系统包括混合雷达感知系统和谐波标签；混合雷达感知系统由传统雷达感知系统及谐波接收电路构成；传统雷达感知系统由基频信号发射、接收电路构成；传统雷达感知系统中基频信号发射电路由基频振荡器、耦合器、功率放大器、脉冲发生器、环形器、基频滤波器及基频天线构成；传统雷达感知系统中基频信号接收电路由基频低噪声放大器、基频混频器、ADC数据采样器及基带信号处理电路构成；传统雷达感知系统基频发射电路中耦合器提供接收电路中基频混频器本振信号，同时，传统雷达感知系统基频发射、接收电路共用环形器、基频滤波器及基频天线；混合雷达感知系统中谐波接收电路由谐波天线、谐波滤波器、谐波低噪声放大器、谐波混频器、谐波振荡器、ADC数据采样器及基带信号处理电路构成；谐波天线与基频天线极化方向相互垂直，实现基频发射、谐波接收高度隔离；传统雷达感知系统中基频振荡器输出端接耦合器输入端，耦合器输出端接功率放大器输入端，耦合器耦合端接基频接收电路中基频混频器本振输入端；功率放大器输出端接环形器端口1，脉冲发生器接功率放大器直流偏置端；环形器端口2接基频滤波器输入端，环形器端口3接基频接收电路中基频低噪声放大器输入端；基频滤波器输出端接基频天线；基频低噪声放大器输出端接基频混频器输入端；基频混频器输出端接ADC采样器输入端；ADC采样器输出端接基带信号处理电路；谐波接收电路中谐波天线接谐波滤波器输入端，谐波滤波器输出端接谐波低噪声放大器输入端；谐波低噪声放大器输出端接谐波混频器射频输入端，谐波振荡器提供谐波混频器本振信号，谐波混频器输出端接ADC采样器输入端，ADC采样器输出端接基带信号处理电路；谐波标签辅助增强混合雷达感知系统中谐波标签由双频(基频、谐波)双极化(垂直、水平)天线、双工器及平行反式二极管构成。
包括以下步骤：
步骤1)：通过脉冲发生器控制传统雷达感知系统中功率放大器放大基频振荡器输出基频信号，通过环形器、基频滤波器及基频天线发射基频信号；目标物体反射基频信号，传统雷达感知系统中基频天线接收反射基频信号，通过基频滤波器滤波、基频低噪声放大器放大、基频混频器混频及ADC采样器采样后作为基带处理电路数据(I[n]、Q[n])。
步骤2)：目标物体上谐波标签中双频(基频)双极化(垂直)天线接收并转换基频信号至三次谐波，通过双工器传输至双频(谐波)双极化(水平)天线，实现基频发射、谐波反馈的高隔离度；谐波接收电路中谐波天线接收谐波反馈，通过谐波滤波器滤波、谐波低噪声放大器放大、谐波混频器混频及ADC采样器采样后作为基带处理电路数据(I'[n]、Q'[n])。
谐波与基频天线极化方向相互垂直，实现基频发射、谐波接收高度隔离以保证传统雷达感知系统正常工作；谐波标签中双频(基频)双极化(垂直)天线转换入射基频信号至三次谐波，通过双工器传输至双频(谐波)双极化(水平)天线高隔离度谐波反馈，混合雷达感知系统中谐波接收电路感知谐波反馈信息，融合传统雷达感知系统，实现谐波标签辅助增强混合雷达感知系统目的。
本发明公开一种谐波标签辅助增强混合雷达感知系统，包括混合雷达感知系统和谐波标签；混合雷达感知系统由传统雷达感知系统及谐波接收电路构成；传统雷达感知系统由基频信号发射、接收电路构成；传统雷达感知系统中基频信号发射电路由基频振荡器、耦合器、功率放大器、脉冲发生器、环形器、基频滤波器及基频天线构成；传统雷达感知系统中基频信号接收电路由基频低噪声放大器、基频混频器、ADC数据采样器及基带信号处理电路构成；谐波与基频天线极化方向相互垂直，实现基频发射、谐波接收高度隔离以保证传统雷达感知系统正常工作；谐波标签中双频(基频)双极化(垂直)天线转换入射基频信号至三次谐波，通过双工器传输至双频(谐波)双极化(水平)天线高隔离度谐波反馈，混合雷达感知系统中谐波接收电路感知谐波反馈信息，融合传统雷达感知系统，实现谐波标签辅助增强混合雷达感知系统目的。
附图说明
附图1为传统雷达感知系统结构图；
附图2为混合雷达感知系统结构图；
附图3为谐波标签A示意图；
附图4为谐波标签B示意图；
附图5为谐波标签C示意图；
附图6为谐波标签辅助增强混合雷达感知系统结构图；
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
附图2所示为混合雷达感知系统，由于谐波接收天线与传统雷达感知系统(图1所示)中基频天线在频率及极化方向上高度隔离，因此本发明所述一种谐波标签辅助增强混合雷达感知系统中谐波接收电路不影响传统雷达感知系统电路，能够在传统雷达感知系统正常工作基础上实现谐波标签辅助增强混合雷达系统感知能力目的。图3所示为传统谐波标签A，为增强三次谐波产生，图4引入四分之一波长短路支节抑制二次谐波产生，增强二极管自混频效率。然而，四分之一波长短路支节过长，难以保证小型化谐波标签设计需求，因此，图5引入平行反式二极管可实现同样二次谐波抑制、三次谐波增强效果。图6所示为一种谐波标签辅助增强混合雷达感知系统工作原理图，脉冲发生器控制传统雷达感知系统中功率放大器放大基频振荡器输出基频信号，通过环形器、基频滤波器及基频天线发射基频信号；目标物体反射基频信号，传统雷达感知系统中基频天线接收反射基频信号，通过基频滤波器滤波、基频低噪声放大器放大、基频混频器混频及ADC采样器采样后作为基带处理电路数据。同时，通过相应信号处理算法，可通过基带处理电路数据获取例如呼吸、心跳等生命体征检测。
目标物体附加谐波标签后，因为谐波标签小型化特点及混合雷达感知系统中基频和谐波天线高度隔离，传统雷达感知系统保持正常工作状态。同时，目标物体上谐波标签中双频(基频)双极化(垂直)天线接收并转换基频信号至三次谐波，通过双工器传输至双频(谐波)双极化(水平)天线，实现基频发射、谐波反馈的高隔离度；谐波接收电路中谐波天线接收谐波反馈，通过谐波滤波器滤波、谐波低噪声放大器放大、谐波混频器混频及ADC采样器采样后作为基带处理电路数据。同时，通过相应信号处理算法，可通过基带处理电路数据获取例如呼吸、心跳等生命体征检测。混合雷达感知系统融合基频和谐波反馈机制，实现谐波标签辅助增强混合雷达感知系统感知能力。
上述本发明的实施方式是本发明的元件和特征的组合。除非另外提及，否则所述元件或特征可被视为选择性的。各个元件或特征可在不与其它元件或特征组合的情况下实践。另外，本发明的实施方式可通过组合部分元件和/或特征来构造。本发明的实施方式中所描述的操作顺序可重新排列。任一实施方式的一些构造可被包括在另一实施方式中，并且可用另一实施方式的对应构造代替。对于本领域技术人员而言明显的是，所附权利要求中彼此没有明确引用关系的权利要求可组合成本发明的实施方式，或者可在提交本发明之后的修改中作为新的权利要求包括。
在固件或软件配置方式中，本发明的实施方式可以模块、过程、功能等形式实现。软件代码可存储在存储器单元中并由处理器执行。存储器单元位于处理器的内部或外部，并可经由各种己知手段向处理器发送数据以及从处理器接收数据。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种谐波标签辅助增强混合雷达感知系统，所述系统包括混合雷达感知系统和谐波标签；混合雷达感知系统包括传统雷达感知系统及谐波接收电路；传统雷达感知系统包括基频信号发射、接收电路；所述基频信号发射电路包括基频振荡器、耦合器、功率放大器、脉冲发生器、环形器、基频滤波器及基频天线；所述基频信号接收电路包括基频低噪声放大器、基频混频器、ADC数据采样器及基带信号处理电路；所述基频信号发射电路中耦合器提供接收电路中基频混频器本振信号；所述谐波接收电路包括谐波天线、谐波滤波器、谐波低噪声放大器、谐波混频器、谐波振荡器、ADC数据采样器及基带信号处理电路构成；谐波与基频天线极化方向相互垂直，实现基频发射、谐波接收高度隔离；所述基频振荡器输出端接耦合器输入端，耦合器输出端接功率放大器输入端，耦合器耦合端接所述基频混频器本振输入端；所述功率放大器输出端接环形器端口1，脉冲发生器接功率放大器直流偏置端；环形器端口2接基频滤波器输入端，环形器端口3接所述基频低噪声放大器输入端；基频滤波器输出端接基频天线；基频低噪声放大器输出端接基频混频器输入端；基频混频器输出端接ADC采样器输入端；ADC采样器输出端接基带信号处理电路；所述谐波天线接谐波滤波器输入端，谐波滤波器输出端接谐波低噪声放大器输入端；谐波低噪声放大器输出端接谐波混频器输入端，谐波混频器本振输入端接谐波振荡器，谐波混频器输出端接ADC采样器输入端，ADC采样器输出端接基带信号处理电路。
2.根据权利要求1所述的谐波标签辅助增强混合雷达感知系统，其特征在于：所述基频信号发射、接收电路共用环形器、基频滤波器及基频天线。
3.根据权利要求1所述的谐波标签辅助增强混合雷达感知系统，其特征在于：谐波标签由双频双极化天线、双工器及平行反式二极管构成；
所述系统执行如下步骤：
步骤1)：通过脉冲发生器控制传统雷达感知系统中功率放大器放大基频振荡器输出基频信号，通过环形器、基频滤波器及基频天线发射基频信号；目标物体反射基频信号，传统雷达感知系统中基频天线接收反射基频信号，通过基频滤波器滤波、基频低噪声放大器放大、基频混频器混频及ADC采样器采样后作为基带处理电路数据；
步骤2)：目标物体上谐波标签中双频双极化天线接收并转换基频信号至三次谐波，通过双工器传输至双频双极化天线，实现基频发射、谐波反馈的高隔离度；谐波接收电路中谐波天线接收谐波反馈，通过谐波滤波器滤波、谐波低噪声放大器放大、谐波混频器混频及ADC采样器采样后作为基带处理电路数据；
谐波与基频天线极化方向相互垂直，实现基频发射、谐波接收高度隔离；谐波标签中双频双极化天线转换入射基频信号至三次谐波，通过双工器传输至双频双极化天线实现高隔离度谐波反馈，混合雷达感知系统中谐波接收电路感知谐波反馈信息。
4.根据权利要求3所述的谐波标签辅助增强混合雷达感知系统，其特征在于：所述双频为基频和谐波，所述双极化为垂直、水平极化。
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