CN111751793B - 双平面脉冲多普勒雷达导引头通道合并与时分处理电路 - Google Patents

双平面脉冲多普勒雷达导引头通道合并与时分处理电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双平面脉冲多普勒雷达导引头通道合并与时分处理电路。该电路包括时分控制电路和混合电桥电路；时分控制电路接收时分控制信号，控制俯仰差路信号和方位差路信号的输入，并将俯仰差路信号和方位差路信号进行合并，输出合并后的差路信号；混合电桥电路接收和路信号，并将和路信号和合并后的差路信号进行通道合并，输出通道合并后的信号。采用本发明的电路，能够将和路、方位差路、俯仰差路三路接收信号合并为两路接收信号进行处理，减少一路接收信号处理通道硬件降低了设备成本，同时保证了接收通道良好的相位一致性，能够减小角度测量误差。

Description

双平面脉冲多普勒雷达导引头通道合并与时分处理电路
技术领域
本发明涉及脉冲多普勒雷达导引头技术领域，特别是涉及一种双平面脉冲多普勒雷达导引头通道合并与时分处理电路。
背景技术
脉冲多普勒雷达导引头目前已经被广泛的应用。对于双平面脉冲多普勒雷达导引头，可以在方位和俯仰两个平面内对目标进行角度测量和跟踪。因此，双平面单脉冲雷达导引头通常需要三个接收通道，即和路接收通道、方位差路接收通道和俯仰差路接收通道。另外，为了减小角度测量误差，需要三个接收通道保持良好的幅度相位一致性。
双平面非相参单脉冲雷达导引头通过通道合并和方位差路、俯仰差路的时分处理，可以将双平面脉冲多普勒雷达导引头的接收机由三路合并为两路，一方面降低系统硬件成本；另一方面可以保证各路接收通道的幅度相位一致性，降低接收通道幅度相位一致性的调整难度。
但是对于双平面脉冲多普勒雷达导引头，由于需要在脉冲积累时间间隔内，对和路、差路信号进行脉冲积累和多普勒信息处理，通道合并、差路信号的时分处理难以实现。
发明内容
本发明的目的是提供一种双平面脉冲多普勒雷达导引头通道合并与时分处理电路，能够将和路、方位差路、俯仰差路三路接收信号合并为两路接收信号进行处理，减少一路接收信号处理通道硬件降低了设备成本，同时保证了接收通道良好的相位一致性，能够减小角度测量误差。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种双平面脉冲多普勒雷达导引头通道合并与时分处理电路，包括：
时分控制电路和混合电桥电路；所述时分控制电路和所述混合电桥电路连接；
所述时分控制电路用于接收时分控制信号，根据所述时分控制信号控制俯仰差路信号和方位差路信号的输入，并将输入的所述俯仰差路信号和所述方位差路信号进行合并，输出合并后的差路信号；
所述混合电桥电路用于接收和路信号，并将所述和路信号和所述合并后的差路信号进行通道合并，输出通道合并后的信号。
可选的，所述时分控制电路，具体包括：
第一时分开关、第二时分开关和信号合并模块；
所述第一时分开关与所述信号合并模块的第一分支臂连接，所述第一时分开关用于接收第一时分控制信号和所述俯仰差路信号，根据所述第一时分控制信号控制所述俯仰差路信号输入所述信号合并模块；
所述第二时分开关与所述信号合并模块的第二分支臂连接，所述第二时分开关用于接收第二时分控制信号和所述方位差路信号，根据所述第二时分控制信号控制所述方位差路信号输入所述信号合并模块；
所述信号合并模块通过第三分支臂与所述混合电桥电路连接，所述信号合并模块用于将所述俯仰差路信号和所述方位差路信号进行合并，并将合并后的差路信号输入所述混合电桥电路。
可选的，所述信号合并模块为波导HT型接头。
可选的，所述混合电桥电路，具体包括：
第一电桥、第二电桥、第三电桥和调相开关；
所述第一电桥的输入端与所述信号合并模块的第三分支臂连接；所述第一电桥的耦合端和直通端均与所述调相开关连接，所述调相开关用于接收调相控制信号，并根据所述调相控制信号进行相位调制；所述第一电桥的隔离端口与所述第二电桥的输入端连接，所述第一电桥的隔离端口用于将相位调制后的信号输入所述第二电桥；
所述第三电桥的输入端用于接收所述和路信号，所述第三电桥的直通端与所述第二电桥的隔离端连接，所述第二电桥的耦合端和直通端均用于输出通道合并后的信号。
可选的，所述第三电桥的隔离端用于输入自检信号，所述自检信号用于雷达导引头在自检状态下模拟输入和路信号。
可选的，所述混合电桥电路，还包括：
匹配负载；
所述匹配负载与所述第三电桥的耦合端连接，所述匹配负载用于抑制所述第三电桥的耦合端产生反射信号。
可选的，所述第一电桥和所述第二电桥均为矩形波导宽边耦合3dB电桥；所述第三电桥的耦合度为13dB。
可选的，所述第一时分开关和所述第二时分开关均为波导PIN开关。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提出了一种双平面脉冲多普勒雷达导引头通道合并与时分处理电路，包括时分控制电路和混合电桥电路；时分控制电路接收时分控制信号，控制俯仰差路信号和方位差路信号的输入，并将俯仰差路信号和方位差路信号进行合并，输出合并后的差路信号；混合电桥电路接收和路信号，并将和路信号和合并后的差路信号进行通道合并，输出通道合并后的信号。本发明能够将和路、方位差路、俯仰差路三路接收信号合并为两路接收信号进行处理，减少一路接收信号处理通道硬件降低了设备成本，同时保证了接收通道良好的相位一致性，能够减小角度测量误差。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中双平面脉冲多普勒雷达导引头通道合并与时分处理电路图；
图2为本发明实施例中波导宽边耦合3dB电桥结构原理图；
图3为本发明实施例中混合桥路0/π调制原理图；
图4为本发明实施例中混合电桥电路示意图；
图5为本发明实施例中混合电桥电路原理图；
图6为本发明实施例中理布莱T形槽耦合器示意图；
图7为本发明实施例中混合电桥电路控制信号时序关系图；
图8为本发明实施例中通道合并信号处理流程示意图；
图9为本发明实施例中混合桥路的三维结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
本发明的目的是提供一种双平面脉冲多普勒雷达导引头通道合并与时分处理电路，能够将和路、方位差路、俯仰差路三路接收信号合并为两路接收信号进行处理，减少一路接收信号处理通道硬件降低了设备成本，同时保证了接收通道良好的相位一致性，能够减小角度测量误差。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例
图1为本发明实施例中双平面脉冲多普勒雷达导引头通道合并与时分处理电路。如图1所示，一种双平面脉冲多普勒雷达导引头通道合并与时分处理电路图，包括：时分控制电路用于接收时分控制信号，根据时分控制信号控制俯仰差路信号ΔE和方位差路信号ΔH的输入，并将输入的俯仰差路信号和方位差路信号进行合并，输出合并后的差路信号Δ；混合电桥电路用于接收和路信号Σ，并将和路信号和合并后的差路信号进行通道合并，输出通道合并后的信号
Figure BDA0002566410040000041
Σ±Δ。
时分控制电路，具体包括：第一时分开关(时分开关1)、第二时分开关(时分开关2)和信号合并模块。第一时分开关与信号合并模块的第一分支臂连接，第一时分开关用于接收第一时分控制信号(时分控制信号1)和俯仰差路信号，根据第一时分控制信号控制俯仰差路信号输入信号合并模块；第二时分开关与信号合并模块的第二分支臂连接，第二时分开关用于接收第二时分控制信号(时分控制信号2)和方位差路信号，根据第二时分控制信号控制方位差路信号输入信号合并模块；信号合并模块通过第三分支臂与混合电桥电路连接，信号合并模块用于将俯仰差路信号和方位差路信号进行合并，并将合并后的差路信号输入混合电桥电路。
第一时分开关和第二时分开关均为波导PIN开关，信号合并模块为波导HT型接头。这种结构形式，不但能完成一般时分开关的功能，而且可以对俯仰差路信号ΔE和方位差路信号ΔH独立地控制。例如在远距离探测时，不需要俯仰差信号，可只让方位差路信号ΔH通过，在近距离跟踪时，俯仰差路信号ΔE和方位差路信号ΔH时分地通过，使用更为灵活。
混合电桥电路，具体包括：第一电桥(电桥1)、第二电桥(电桥2)、第三电桥(电桥3)、调相开关和匹配负载。第一电桥的输入端与信号合并模块的第三分支臂连接；第一电桥的耦合端和直通端均与调相开关连接，调相开关用于接收调相控制信号(调相控制信号1)，并根据调相控制信号进行0/π相位调制；第一电桥的隔离端口与第二电桥的输入端连接，第一电桥的隔离端口用于将相位调制后的信号(±Δ)输入第二电桥；第三电桥的输入端用于接收和路信号，第三电桥的直通端与第二电桥的隔离端连接，第二电桥的耦合端和直通端均用于输出通道合并后的信号。第三电桥的隔离端用于输入自检信号A’，自检信号A’用于雷达导引头在自检状态下模拟输入和路信号。匹配负载与第三电桥的耦合端连接，匹配负载用于抑制第三电桥的耦合端产生反射信号。第一电桥和第二电桥均为矩形波导宽边耦合3dB电桥，第三电桥的耦合度为13dB。
本发明通过对双平面脉冲多普勒雷达导引头的和路、方位差路、俯仰差路三路接收进行通道合并和时分控制，在不影响脉冲多普勒积累的同时，将原有的三路接收信号合并为两路接收信号进行处理，减少一路接收信号处理通道硬件，降低了设备成本。合并后的两路信号，同时包含和路、方位差路和俯仰差路的信息，从而使得和信号、方位差信号和俯仰差信号可以保持良好的幅相一致性。
图3(a)为0/π调制器结构，图3(b)为二极管导通、形成短路面示意图，图3(c)为二极管截止、形成开路面示意图，图3(c)中的A为电桥的输入信号，用于说明该器件的输入输出特性。如图2-图5所示，混合桥路(即混合电桥电路)由电桥1、电桥2、电桥3和调相开关组成，其中电桥1、电桥2通过矩形波导宽边耦合3dB电桥实现。宽边耦合3dB电桥为4端口微波元器件，当信号从1端口输入时，若输入电场为E，则2端口为隔离端口无输出，3端口为耦合端，4端口为直通端。耦合端口输出信号与直通端输出的信号的幅度相同，均为
Figure BDA0002566410040000061
但耦合端口输出信号相位比直通端输出信号相位超前90度。电桥3是宽臂耦合的理布莱波导型13dB耦合器，即理布莱T形槽耦合器，且有较高的方向性，减少了和信号在桥路中的窜扰。理布莱T形槽耦合器如图6所示，属于双孔定向耦合器，由两根平行放置的矩形波导组成，两个波导公用一个宽边，在公共宽边上，开有平行于波导纵向和垂直于波导纵向的两个缝隙，作为耦合孔，呈“T”字状；通过调整耦合缝隙的位置和长度，可以改变耦合度。
混合桥路中，对差路信号Δ的0/π调制通过电桥1和调相开关实现。通过对差路信号在相位上进行0/π调制，可以克服3dB电桥两路输出的非正交性，减小角跟踪的误差。当调相开关的PIN二极管加正偏导通形成传输线短路时，输出信号相移是设为0°；当PIN二极管处于反偏又经ΔL再输出对应增加相移为π，这样形成对输入信号的0/π调制，ΔL一般在λg/4左右，在结构布局上非常紧凑，有显著的优越性。其中，ΔL为从波导终端到二极管的距离长度，λg为波导波长。
当在接收期间若进入混合桥路的和信号(电场)为Σej90°，而差信号经过电桥1和调相开关应为±Δej90°，若和信号经过电桥1后耦合臂相位超前直通臂90°，则各路输出为：
Figure BDA0002566410040000062
路:
Figure BDA0002566410040000063
∑±Δ路:
Figure BDA0002566410040000065
根据单脉冲理论，在比幅单脉冲系统中，接收天线的两个波束其幅度不平衡，仅影响天线瞄准轴的偏离，是一个固定误差，可通过装机校正消除。而其相位的不平衡会引角跟踪误差。由于受馈源与和差器的限制，减小天线输出的和差信号相位不平衡较为困难，一般都是在后级进行校正。采用通道合并技术，让和差信号经由一个通道传输，可以避免和差信号采用不同传输通道带来的附加相移，容易对和差通道相位差进行校正，而且通道合并点越靠近和差器越好。通道合并后输出信号形式为Σ+Δ和Σ-Δ形式，因此在和差信号进入合并机构之前，和差传输通路一般都要配相(波导传输线一般加移相器，或用U形波导)使输出信号(Σ+Δ)幅值最大或(Σ-Δ)幅值最小，达到良好的相位匹配。
对于脉冲多普勒雷达导引头，由于发射信号是脉间相参的，因此可以对接收信号进行脉冲积累。采用通道合并和时分处理时，必须与脉冲相参积累时序相结合才能实现。雷达同步脉冲、调相控制信号、时分开关1控制信号和时分开开关2控制信号之间的时序关系如附图7所示，图7中同步脉冲是指雷达的同步脉冲，调相控制脉冲用于控制图1中的调相开关，时分开关1控制脉冲、时分开关2控制脉冲分别用于控制图1中的时分开关1、时分开关2。若脉冲积累个数为N个，调相控制信号在每个同步脉冲前沿转换极性，控制调相开关实现对差信号Δ的0/π调制；时分开关1控制信号每隔N个同步脉冲转换极性，时分开关2控制信号与时分开关1控制信号极性相反。
通道合并后，
Figure BDA0002566410040000071
Σ±Δ两路信号的处理流程如附图8所示，图8中正交检波输入端的两路信号，经过正交检波后，分别形成两组信号，每一组信号都由I、Q两个分量组成，其中I为同相分量；Q为正交分量。
Figure BDA0002566410040000072
Σ±Δ两路信号经过两级下变频到中频后，进行中频放大、脉冲压缩处理和正交检波，由数字信号处理器完成脉冲相参积累和和差信号提取，然后在同步检波参考脉冲的控制下，完成俯仰差信号ΔE和方位差信号ΔH的分解。
混合桥路的三维结构如附图9所示，工作波段为X波段，所有波导器件宽边尺寸a＝23mm，窄边尺寸b＝10mm。弯波导、补偿弯波导、调配波导用于端口连接和相位补偿、调配。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种双平面脉冲多普勒雷达导引头通道合并与时分处理电路，其特征在于，包括：
时分控制电路和混合电桥电路；所述时分控制电路和所述混合电桥电路连接；
所述时分控制电路用于接收时分控制信号，根据所述时分控制信号控制俯仰差路信号和方位差路信号的输入，并将输入的所述俯仰差路信号和所述方位差路信号进行合并，输出合并后的差路信号；
所述混合电桥电路用于接收和路信号，并将所述和路信号和所述合并后的差路信号进行通道合并，输出通道合并后的信号；
所述时分控制电路，具体包括：
第一时分开关、第二时分开关和信号合并模块；
所述第一时分开关与所述信号合并模块的第一分支臂连接，所述第一时分开关用于接收第一时分控制信号和所述俯仰差路信号，根据所述第一时分控制信号控制所述俯仰差路信号输入所述信号合并模块；
所述第二时分开关与所述信号合并模块的第二分支臂连接，所述第二时分开关用于接收第二时分控制信号和所述方位差路信号，根据所述第二时分控制信号控制所述方位差路信号输入所述信号合并模块；
所述第一时分开关和所述第二时分开关均为波导PIN开关；
所述信号合并模块通过第三分支臂与所述混合电桥电路连接，所述信号合并模块用于将所述俯仰差路信号和所述方位差路信号进行合并，并将合并后的差路信号输入所述混合电桥电路；
所述信号合并模块为波导HT型接头。
2.根据权利要求1所述的双平面脉冲多普勒雷达导引头通道合并与时分处理电路，其特征在于，所述混合电桥电路，具体包括：
第一电桥、第二电桥、第三电桥和调相开关；
所述第一电桥的输入端与所述信号合并模块的第三分支臂连接；所述第一电桥的耦合端和直通端均与所述调相开关连接，所述调相开关用于接收调相控制信号，并根据所述调相控制信号进行相位调制；所述第一电桥的隔离端口与所述第二电桥的输入端连接，所述第一电桥的隔离端口用于将相位调制后的信号输入所述第二电桥；
所述第三电桥的输入端用于接收所述和路信号，所述第三电桥的直通端与所述第二电桥的隔离端连接，所述第二电桥的耦合端和直通端均用于输出通道合并后的信号。
3.根据权利要求2所述的双平面脉冲多普勒雷达导引头通道合并与时分处理电路，其特征在于，所述第三电桥的隔离端用于输入自检信号，所述自检信号用于雷达导引头在自检状态下模拟输入和路信号。
4.根据权利要求3所述的双平面脉冲多普勒雷达导引头通道合并与时分处理电路，其特征在于，所述混合电桥电路，还包括：
匹配负载；
所述匹配负载与所述第三电桥的耦合端连接，所述匹配负载用于抑制所述第三电桥的耦合端产生反射信号。
5.根据权利要求4所述的双平面脉冲多普勒雷达导引头通道合并与时分处理电路，其特征在于，所述第一电桥和所述第二电桥均为矩形波导宽边耦合3dB电桥；所述第三电桥的耦合度为13dB。
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