CN112363138B - 一种用于目标分类识别雷达的变频组件实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于雷达微波收发领域，特别涉及一种用于目标分类识别雷达的变频组件实现方法。本发明直接、实时产生多模式的高性能超宽带信号和窄带信号而不采用传统的倍频或者混频方式扩展带宽，宽带、窄带收发通路共用，具有频谱纯度高、相位噪声低、带内幅相一致性好，无需引入复杂的倍频或者混频电路，设计方法简单灵活、性能更稳定可靠、体积重量明显减小等优点。

Description

一种用于目标分类识别雷达的变频组件实现方法

技术领域

本发明属于雷达微波收发领域，特别涉及一种用于目标分类识别雷达的变频组件实现方法。

背景技术

雷达作为一种先进的探测工具，具有全天时、全天候、远距离获取目标信息的能力。随着科学技术的发展，现代雷达已不单是完成对目标位置、速度等信息的提取，而且要求对目标进行分类、识别，以便于操作员获得更详细的目标信息。某型目标分类识别雷达即是该种应用的雷达，具有目标属性判别功能，在检测、跟踪目标后可根据操作员指令实现目标分类，同时可以对感兴趣的目标进一步进行识别。目标分类主要是将目标划分为螺旋桨飞机、喷气式飞机、直升机、导弹等几个类别，利用的是窄带模式下所获取的目标速度信息、幅度信息、多普勒谱信息等；目标识别是在目标分类的基础上进一步确定目标型号，利用的是宽带模式下目标的高分辨一维距离像信息。因此，该雷达需同时具有窄带模式和宽带模式工作能力，并且要求发射波形可实时、多模式变换。宽带模式下发射信号带宽较大，要求ADC的采样速率很高，高速的采样速率势必导致信号系统实时处理的数据量剧增，因此需要在接收系统中进行去调频处理来降低回波信号的中频处理带宽，减轻对ADC器件的选型和信号处理系统的设计压力。因此，该雷达的变频组件实现方法中需考虑窄带工作模式和宽带工作模式兼容，可以产生多模式的超宽带发射信号和窄带发射信号，同时能对宽带和窄带回波进行接收、AD采样处理。

现有常用的超宽带信号产生方法多是通过产生窄带信号后多次倍频来扩展带宽或者通过产生基带信号再混频方式来获取，而且宽窄带的发射、接收通道分开设计。通过多次倍频方式扩展带宽的方法，电路复杂、可靠性低、信号倍频次数的增多会带来信号频谱纯度、相位噪声、杂散抑制等指标的恶化；通过产生基带信号再混频来扩展带宽的方法，信号带内幅相一致性较差、载波泄露较大，最终会影响雷达系统的性能；宽带窄带的发射、接收通道分开设计方法，会造成设计复杂、硬件开销大、制造成本高。

发明内容

针对背景技术的不足，本发明提供了一种用于目标分类识别雷达的变频组件实现方法。本发明的技术方案是：采用直接、实时产生多模式的高性能超宽带信号和窄带信号而无需引入复杂的倍频或者混频电路，宽带、窄带收发通路共用。本发明具有频谱纯度高、相位噪声低、带内幅相一致性好，无需引入复杂的倍频或者混频电路，设计方法简单灵活、性能更稳定可靠。

其特征包括如下步骤：

步骤一：雷达进行目标分类时，此时变频组件工作在窄带模式，多模式信号发生器产生发射窄带信号，进行两次混频、滤波等处理后形成雷达窄带发射激励信号；雷达回波信号经过限幅、放大、滤波、下变频等处理后送A/D模块，形成窄带中频光信号。

步骤二：雷达进行目标识别时，此时变频组件工作在宽带模式，多模式信号发生器产生发射宽带信号，进行一次混频、滤波处理后形成雷达宽带发射激励信号；接收回波时，多模式信号发生器产生去调频宽带信号，与一本振和二本振混频后的信号再进行混频，经过放大、滤波等处理后形成去调频本振；雷达回波信号经过限幅、放大、滤波、去调频等处理后送A/D模块，形成宽带中频光信号。

其有益效果是：本发明不采用传统的倍频或者混频方式扩展带宽而是直接产生雷达所需的各种模式的超宽带和窄带发射信号以及超宽带去调频信号，频谱纯度高、相位噪声低、带内幅相一致性好，无需引入复杂的倍频或者混频电路，设计方法简单灵活、性能更稳定可靠、体积重量明显减小；并且宽带、窄带的发射通道和接收通道合并设计，硬件开销少、集成度高、性能可靠、指标优化，可移植性和可扩展性强；接收通道将雷达回波信号转换成光信号后进行处理，可以实现多个通道的打包传输和远距离传输，提高雷达的环境适应性。

如上所述的一种用于目标分类识别雷达的变频组件实现方法，其特征在于所述步骤一中多模式信号发生器的实现方法为：所述多模式信号发生器包括数据存储电路、接口通讯电路、波形产生电路、波形调理电路，波形产生电路在波形时钟的作用下，从数据存储电路中读取雷达整机所需波形数据，实时、直接产生多种模式的高性能超宽带或窄带信号，经过波形调理电路后形成发射宽带信号和发射窄带信号以及宽带去调频信号，同时通过接口通讯电路与雷达指控终端进行状态、指令互传，数据存储电路储存雷达整机的各种波形数据和变频组件的身份信息和工作信息。其有益效果是：多模式信号发生器基于软件无线电的思想设计，窄带信号产生和宽带信号产生的主要硬件电路共用，集成度高、灵活性好、可移植性强，实现方法上采用的是直接产生超宽带和窄带信号而不是传统的倍频或者混频方式扩展带宽方式，信号质量高、性能稳定。

如上所述的一种用于目标分类识别雷达的变频组件实现方法，其特征在于所述步骤一中形成雷达窄带发射激励信号的具体方法为：所述多模式信号发生器根据雷达系统的信号码变化，实时、直接产生多种模式的高性能发射窄带信号，与经过隔离、功分后的二本振进行混频后送到开关11，此时开关11在“宽/窄带控制”信号作用下选通窄带通路，再与经过隔离、功分后的一本振进行混频，然后由滤波器组滤除带外杂散并经过放大、滤波等处理后，作为目标分类模式下发射机的窄带发射激励信号。其有益效果是：实现了雷达发射激励通道的窄带宽带共用，简化了电路设计和信号连接。

如上所述的一种用于目标分类识别雷达的变频组件实现方法，其特征在于所述步骤一中形成窄带中频光信号的具体方法为：一本振经过隔离、功分后送到开关01和开关02，开关01和开关02在“宽/窄带控制”信号作用下选通窄带通路，然后将一本振直接送到混频21中；雷达回波信号经过大功率限幅、低噪声放大后送到开关21和开关22，开关21和开关22在“宽/窄带控制”信号作用下选通窄带通路，由窄带滤波器组滤除干扰信号，然后进行STC(灵敏度时间控制)衰减后与一本振进行混频，混频之后的信号经过放大滤波处理，与二本振进行混频、放大、滤波，得到中频回波信号，再进行中频限幅以确保信号最大幅度不超过ADC器件的输入极限，然后在数字时钟作用下进行A/D采样，并经过正交插值、低通滤波后转换成光信号输出。其有益效果是：将回波信号转换成光信号后，可以实现多个通道的打包传输和远距离传输，提高雷达的集成度和环境适应性。

如上所述的一种用于目标分类识别雷达的变频组件实现方法，其特征在于所述步骤二中形成雷达宽带发射激励信号的具体方法为：多模式信号发生器根据雷达系统的信号码变化，实时、直接产生多种模式的高性能发射宽带信号直接送到开关11，此时开关11在“宽/窄带控制”信号作用下选通宽带通路，再与经过隔离、功分后的一本振进行混频，然后由滤波器组滤除带外杂散，作为目标识别模式下发射机的宽带发射激励信号。其有益效果是：宽带发射信号的产生不是采用传统的倍频或者混频方式扩展带宽而是实时、直接产生，模式变换快、频谱纯度高、相位噪声低、带内幅相一致性好，相比传统的倍频或者混频设计，电路简单、性能更稳定可靠、体积重量明显减小。

如上所述的一种用于目标分类识别雷达的变频组件实现方法，其特征在于所述步骤二中形成去调频本振的具体方法为：多模式信号发生器根据雷达信号处理系统的控制，在相应的某个时间点产生斜率和发射宽带信号斜率一致的宽带信号作为去调频信号，信号的带宽、脉宽、形式等都可以根据雷达整机所需实时变化；一本振经过隔离、功分后送到开关01中，此时开关01在“宽/窄带控制”信号作用下选通宽带通路，和经过隔离、功分后的二本振在混频01中进行下混频，再经过放大、滤波后和来自多模式信号发生器的去调频信号在混频02中进行上混频，然后由宽带滤波器组滤除带外杂散后送到开关02，此时开关02在“宽/窄带控制”信号作用下选通宽带通路，再经过放大、滤波后作为去调频接收机的去调频本振信号。其有益效果是：本振信号均为单路输入，内部进行功分等处理后供各个功能单元使用，同时将一本振和去调频本振信号共用输出通路，减少外部电缆的连接数量和难度，简化了频率综合器的设计。

如上所述的一种用于目标分类识别雷达的变频组件实现方法，其特征在于所述步骤二中形成雷达宽带中频光信号的具体方法为：雷达回波信号经过大功率限幅、低噪声放大后送到开关21和开关22，开关21和开关22在“宽/窄带控制”信号作用下选通宽带通路，由宽带滤波器组滤除干扰信号后进行STC衰减，然后与去调频本振进行混频，混频之后的信号经过放大滤波处理与二本振进行混频，经过放大、滤波后得到中频回波信号，再进行中频限幅以确保信号最大幅度不超过ADC器件的输入极限，然后在数字时钟作用下进行A/D采样，并经过正交插值、低通滤波后转换成光信号输出。其有益效果是：实现了雷达接收通道的宽窄带共用，简化了电路设计，提升了产品性能和可靠性，去调频处理之后降低了回波信号的带宽，减轻对ADC器件的压力，扩大其选择范围。

附图说明

图1：工作流程图。

图2：变频组件原理框图。

图3：多模式信号发生器原理框图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做进一步地说明，本发明的实施例，在一种C波段目标分类和识别雷达上实现。

如图1所示，本发明的实施例依次包括下述步骤：

一、步骤S101，雷达进行目标分类时，此时变频组件工作在窄带模式，多模式信号发生器产生发射窄带信号，进行两次混频、滤波等处理后形成雷达窄带发射激励信号；雷达回波信号经过限幅、放大、滤波、下变频等处理后送A/D模块，形成窄带中频光信号。

如图2所示，多模式信号发生器的输入波形时钟为100MHz，一分为二后一路倍频到200MHz作为FPGA的时钟，一路倍频到3GHz作为超高速DDS的时钟；根据雷达工作状态的不同，波形产生电路中的FPGA从数据存储电路中读取雷达整机所需的波形数据送给超高速DDS，直接产生中心频率为60MHz、带宽10MHz的调频信号作为发射窄带信号，与经过隔离、功分后的二本振780MHz进行混频后送到开关11，此时开关11在“宽/窄带控制”信号作用下选通窄带通路，再与经过隔离、功分后的一本振进行混频，然后由滤波器组滤除带外杂散并经过放大、滤波等处理后，作为目标分类模式下发射机的窄带发射激励信号，频率为C波段，可以61个频点切换。接收窄带回波时，一本振经过隔离、功分后送到开关01和开关02，开关01和开关02在“宽/窄带控制”信号作用下选通窄带通路，然后将一本振直接送到混频21中。雷达回波信号经过大功率限幅、低噪声放大后送到开关21和开关22，开关21和开关22在“宽/窄带控制”信号作用下选通窄带通路，由窄带滤波器组滤除干扰信号，然后进行STC衰减后与一本振进行混频，得到中心频率为720MHz的一中频信号，经过放大滤波处理，与二本振780MHz进行混频、放大、滤波、中频限幅，然后在数字时钟作用下进行A/D采样，并经过正交插值、低通滤波后转换成窄带中频光信号输出。

二、步骤S102，雷达进行目标识别时，此时变频组件工作在宽带模式，多模式信号发生器产生发射宽带信号，进行一次混频、滤波处理后形成雷达宽带发射激励信号；接收回波时，多模式信号发生器产生去调频宽带信号，与一本振和二本振混频后的信号再进行混频，经过放大、滤波等处理后形成去调频本振；雷达回波信号经过限幅、放大、滤波、去调频等处理后送A/D模块，形成宽带中频光信号。

如图2所示，多模式信号发生器根据雷达系统的信号码变化，实时、直接产生信号中心频率为720MHz、带宽350MHz的高性能发射宽带信号送到开关11，此时开关11在“宽/窄带控制”信号作用下选通宽带通路，再与经过隔离、功分后的一本振进行混频，然后由滤波器组滤除带外杂散，作为目标识别模式下发射机的宽带发射激励信号，频率为C波段，可以31个频点切换。

雷达在接收回波时，多模式信号发生器根据信号处理系统的控制，在相应的某个时间点产生中心频率为780MHz、斜率和上述宽带发射信号一致的去调频信号，信号的带宽、脉宽、形式等都可以根据雷达整机所需实时变化；一本振经过隔离、功分后送到开关01中，此时开关01在“宽/窄带控制”信号作用下选通宽带通路，和经过隔离、功分后的二本振在混频01中进行下混频，再经过放大、滤波后和来自多模式信号发生器的去调频信号在混频02中进行上混频，然后由宽带滤波器组滤除带外杂散后送到开关02，此时开关02在“宽/窄带控制”信号作用下选通宽带通路，再经过放大、滤波后作为去调频接收机的去调频本振信号。雷达回波信号经过大功率限幅、低噪声放大后送到开关21和开关22，开关21和开关22在“宽/窄带控制”信号作用下选通宽带通路，由宽带滤波器组滤除干扰信号后进行STC衰减，然后与去调频本振信号进行混频，得到中心频率为720MHz的一中频信号，经过放大滤波处理与二本振780MHz进行混频，经过放大、滤波后得到中频回波信号，再进行中频限幅以确保信号最大幅度不超过ADC器件的输入极限，然后在数字时钟作用下进行A/D采样，并经过正交插值、低通滤波后转换成光信号输出。

如图3所示，本发明的多模式信号发生器包括数据存储电路、接口通讯电路、波形产生电路、波形调理电路，波形产生电路在波形时钟的作用下，从数据存储电路中读取雷达整机所需波形数据，实时、直接产生多种模式的高性能超宽带或窄带信号，经过波形调理电路后形成发射宽带信号和发射窄带信号以及宽带去调频信号，同时通过接口通讯电路与雷达指控终端进行状态、指令互传，数据存储电路储存雷达整机的各种波形数据和变频组件的身份信息和工作信息。

采用本实施例的技术方案，可以更容易实现雷达回波处理通道数的扩充或减少。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的原理和范围。这样，倘若本发明的这些改动和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种用于目标分类识别雷达的变频组件实现方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：雷达进行目标分类时，变频组件工作在窄带模式，多模式信号发生器产生发射窄带信号，进行两次混频、滤波处理后形成雷达窄带发射激励信号；雷达回波信号经过限幅、放大、滤波、下变频处理后送A/D模块，形成窄带中频光信号；

步骤二：雷达进行目标识别时，变频组件工作在宽带模式，多模式信号发生器产生发射宽带信号，进行一次混频、滤波处理后形成雷达宽带发射激励信号；接收回波时，多模式信号发生器产生去调频宽带信号，与一本振和二本振混频后的信号再进行混频，经过放大、滤波处理后形成去调频本振；雷达回波信号经过限幅、放大、滤波、去调频处理后送A/D模块，形成宽带中频光信号；所述步骤一中多模式信号发生器的实现方法为：所述多模式信号发生器包括数据存储电路、接口通讯电路、波形产生电路、波形调理电路，波形产生电路在波形时钟的作用下，从数据存储电路中读取雷达整机所需波形数据，实时、直接产生多种模式的超宽带或窄带信号，经过波形调理电路后形成发射宽带信号和发射窄带信号以及宽带去调频信号，同时通过接口通讯电路与雷达指控终端进行状态、指令互传，数据存储电路储存雷达整机的各种波形数据和变频组件的身份信息和工作信息；所述步骤一中形成雷达窄带发射激励信号的具体方法为：所述多模式信号发生器根据雷达系统的信号码变化，实时、直接产生多种模式发射窄带信号，与经过隔离、功分后的二本振进行混频后送到开关11，此时开关11在“宽/窄带控制”信号作用下选通窄带通路，再与经过隔离、功分后的一本振进行混频，然后由滤波器组滤除带外杂散并经过放大、滤波处理后，作为目标分类模式下发射机的窄带发射激励信号。

2.如权利要求1所述的一种用于目标分类识别雷达的变频组件实现方法，其特征在于：所述步骤一中形成窄带中频光信号的具体方法为：一本振经过隔离、功分后送到开关01和开关02，开关01和开关02在“宽/窄带控制”信号作用下选通窄带通路，然后将一本振直接送到混频21中；雷达回波信号经过大功率限幅、低噪声放大后送到开关21和开关22，开关21和开关22在“宽/窄带控制”信号作用下选通窄带通路，由窄带滤波器组滤除干扰信号，然后进行STC(灵敏度时间控制)衰减后与一本振进行混频，混频之后的信号经过放大滤波处理，与二本振进行混频、放大、滤波，得到中频回波信号，再进行中频限幅以确保信号最大幅度不超过ADC器件的输入极限，然后在数字时钟作用下进行A/D采样，并经过正交插值、低通滤波后转换成光信号输出。

3.如权利要求1所述的一种用于目标分类识别雷达的变频组件实现方法，其特征在于：所述步骤二中形成雷达宽带发射激励信号的具体方法为：多模式信号发生器根据雷达系统的信号码变化，实时、直接产生多种模式的发射宽带信号直接送到开关11，此时开关11在“宽/窄带控制”信号作用下选通宽带通路，再与经过隔离、功分后的一本振进行混频，然后由滤波器组滤除带外杂散，作为目标识别模式下发射机的宽带发射激励信号。

4.如权利要求1所述的一种用于目标分类识别雷达的变频组件实现方法，其特征在于：所述步骤二中形成去调频本振的具体方法为：多模式信号发生器根据雷达信号处理系统的控制，在相应的某个时间点产生斜率和发射宽带信号斜率一致的宽带信号作为去调频信号，信号的带宽、脉宽、形式根据雷达整机所需实时变化；一本振经过隔离、功分后送到开关01中，此时开关01在“宽/窄带控制”信号作用下选通宽带通路，和经过隔离、功分后的二本振在混频01中进行下混频，再经过放大、滤波后和来自多模式信号发生器的去调频信号在混频02中进行上混频，然后由宽带滤波器组滤除带外杂散后送到开关02，此时开关02在“宽/窄带控制”信号作用下选通宽带通路，再经过放大、滤波后作为去调频接收机的去调频本振信号。

5.如权利要求1所述的一种用于目标分类识别雷达的变频组件实现方法，其特征在于：所述步骤二中形成雷达宽带中频光信号的具体方法为：雷达回波信号经过大功率限幅、低噪声放大后送到开关21和开关22，开关21和开关22在“宽/窄带控制”信号作用下选通宽带通路，由宽带滤波器组滤除干扰信号后进行STC衰减，然后与去调频本振进行混频，混频之后的信号经过放大滤波处理与二本振进行混频，经过放大、滤波后得到中频回波信号，再进行中频限幅以确保信号最大幅度不超过ADC器件的输入极限，然后在数字时钟作用下进行A/D采样，并经过正交插值、低通滤波后转换成光信号输出。