CN112763983A - 一种二次雷达通道信号的配对装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二次雷达通道信号的配对装置。信号引接模块分别引接Σ、Δ、Ω通道的中频信号，进行采样、模数转换，得到离散数字信号；正交分解模块对离散数字信号进行正交分解，分别生成三个通道的零中频I、Q信号；序列提取模块计算得到三个通道的幅度序列和相位序列；序列比较模块针对三个通道，分别计算幅度序列变化值和相位序列变化值，并判断是否大于幅度变化门限值或者是否大于相位变化门限值，在任意一个大于时，为对应的通道标注第一特征值，否则标注第二特征值；信号选通模块在三个通道有标注第一特征值时，切断三个通道的视频信号，在均标注第二特征值时，恢复视频信号输入。本发明能够保证Σ、Δ、Ω通道的视频信号的来源相同。

Description

一种二次雷达通道信号的配对装置

技术领域

本发明涉及雷达信号处理技术领域，特别是涉及一种二次雷达通道信号的配对装置。

背景技术

二次监视雷达(SSR)通过对空中飞行目标的应答信号进行处理，实现对目标的定位，为管制员提供空域交通态势信息。

二次雷达信号处理系统的原理框图如图1所示，图中，天线101有三个信号通道，分别是Σ、Δ、Ω通道，二次雷达通过其天线101接收空中飞行目标的二次雷达回波信号，信号经混频器102、滤波器103、中频对数放大器104处理后得到Σ、Δ、Ω通道的中频信号，Σ、Δ、Ω通道的中频信号经检波器105处理后形成Σ、Δ、Ω通道的视频信号，Σ、Δ、Ω通道的视频信号输入接收旁瓣抑制处理单元106(RSLS，received side-lobe suppression)、OBA计算单元107和SSR译码单元108进行处理。

RSLS处理单元106在时域上将Σ视频信号与Ω视频信号进行强度对比，如果Σ视频信号强度大于或等于Ω视频信号强度，则将Σ视频信号当作主瓣的信号并保留，并送至SSR译码单元进行处理，如果Σ视频信号强度小于Ω视频信号强度，则将Σ视频信号当作旁瓣的信号并抑制。

OBA计算单元107将时域上对应的Δ视频信号与Σ视频信号进行幅度差值计算，根据差值得出目标与波束指向间的夹角，其中，波束指向由通道相位鉴别器109得到。

SSR译码单元108根据应答标准脉冲序列，从Σ视频信号中提取应答脉冲框架和代码信息。

然而，在实际使用中，由于波束覆盖范围不同，所以天线101的Σ、Δ、Ω通道在相同时刻有可能接收到不同的信号，例如：环境反射造成的多径信号、其它设备同频信号干扰、多目标信号叠加。同频信号叠加，相位差在(-2π/3，2π/3)区间，叠加后信号增强，相位差为-2π/3和2π/3，叠加后信号强度不变，相位差在(-2π/3，-π)和(2π/3，π)区间，叠加后信号减弱。干扰信号叠加会造成Σ、Δ、Ω通道的输入信号不同，而RSLS处理单元106、OBA计算单元107和SSR译码单元108是根据Σ、Δ、Ω通道的视频信号的幅度相对关系进行处理，所以当有环境反射造成的多径、同频率信号干扰或多目标信号叠加情况存在时，三个通道的信号幅度就偏离了真实情况，从而导致RSLS处理单元106、OBA计算单元107和SSR译码单元108处理异常。

发明内容

本发明的目的在于提供一种二次雷达通道信号的配对装置，能够保证Σ、Δ、Ω通道的视频信号的来源相同。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种二次雷达通道信号的配对装置，用于二次雷达信号处理系统，所述二次雷达信号处理系统包括天线、混频器、滤波器、中频对数放大器、检波器、RSLS处理单元、OBA计算单元和SSR译码单元，其特征在于，所述配对装置包括信号引接模块、正交分解模块、序列提取模块、序列比较模块和信号选通模块；

所述信号引接模块用于从中频对数放大器分别引接Σ、Δ、Ω通道的中频信号，对Σ、Δ、Ω通道的中频信号进行采样并进行模数转换，得到Σ、Δ、Ω通道的离散数字信号；

所述正交分解模块用于采用与离散数字信号同频的本振信号对离散数字信号进行正交分解和低通滤波，分别生成Σ、Δ、Ω通道的零中频I信号和零中频Q信号；

所述序列提取模块用于根据零中频I信号和零中频Q信号计算得到Σ、Δ、Ω通道的幅度序列和相位序列；

所述序列比较模块用于针对Σ、Δ、Ω通道，分别计算相邻时刻的幅度序列的幅度序列变化值和相邻时刻的相位序列的相位序列变化值，并判断幅度序列变化值是否大于幅度变化门限值或者相位序列变化值是否大于相位变化门限值，在幅度序列变化值大于幅度变化门限值或相位序列变化值大于相位变化门限值时，为对应的通道标注第一特征值，在幅度序列变化值小于幅度变化门限值以及相位序列变化值小于相位变化门限值时，为对应的通道标注第二特征值；

所述信号选通模块用于在Σ、Δ、Ω通道有标注第一特征值时，切断RSLS处理单元、OBA计算单元和SSR译码单元的输入，在Σ、Δ、Ω通道均第二特征值时，恢复RSLS处理单元、OBA计算单元和SSR译码单元的输入。

优选的，所述幅度变化门限值在1～2dB之间。

优选的所述相位变化门限值在Σ、Δ、Ω通道的相位噪声小于10°时，取值为10°。

优选的，所述零中频I信号和零中频Q信号的计算公式为：

I(t)＝S₀(t)cos(2πf₀t）＝cos(ωt)cos(2πf₀t)

Q(t)＝S₀(t)sin(2πf₀t）＝cos(ωt)sin(2πf₀t)

其中，I(t)表示零中频I信号，Q(t)表示零中频Q信号，S₀(t)表示离散数字信号，f₀表示本振信号，t表示时间。

优选的，所述幅度序列和相位序列的计算公式为：

P(t)＝arctan(I(t)/Q(t))

其中，Amp(t)表示幅度序列，P(t)表示相位序列。

优选的，所述第一特征值为逻辑1，所述第二特征值为逻辑0。

区别于现有技术的情况，本发明的有益效果是：

1、可以减少二次雷达因环境反射多径信号、其它设备同频信号干扰、多目标信号叠加造成的错误信息，从而提高二次雷达在特定环境下信号处理的准确率。

2、不改变二次雷达信号处理系统的架构，可在现有二次雷达的硬件基础上进行升级。

附图说明

图1是现有技术中二次雷达信号处理系统的原理框图。

图2是本发明实施例的二次雷达信号处理系统的原理框图。

图3是叠加信号的相位差φ₁与幅度的差异曲线。

图4是叠加信号的相位差φ1与幅度、相位的综合差异值曲线。

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，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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。

参阅图2，是本发明实施例的二次雷达信号处理系统的原理框图。本实施例的二次雷达信号处理系统是在图1所示的二次雷达信号处理系统基础上增加了本发明的二次雷达通道信号的配对装置。

配对装置包括信号引接模块21、正交分解模块22、序列提取模块23、序列比较模块24和信号选通模块25。

信号引接模块21用于从二次雷达的中频对数放大器104分别引接Σ、Δ、Ω通道的中频信号，对Σ、Δ、Ω通道的中频信号进行采样并进行模数转换，得到Σ、Δ、Ω通道的离散数字信号。

正交分解模块22用于采用与离散数字信号同频的本振信号对离散数字信号进行正交分解和低通滤波，分别生成Σ、Δ、Ω通道的零中频I信号和零中频Q信号。

在本实施例中，零中频I信号和零中频Q信号的计算公式为：

I(t)＝S₀(t)cos(2πf₀t)＝cos(ωt)cos(2πf₀t)

Q(t)＝S₀(t)sin(2πf₀t)＝cos(ωt)sin(2πf₀t)

其中，I(t)表示零中频I信号，Q(t)表示零中频Q信号，S₀(t)表示离散数字信号，f₀表示本振信号，t表示时间。

需要注意的是，Σ、Δ、Ω通道中每一个通道均对应有离散数字信号S₀(t)和零中频I信号I(t)、零中频Q信号Q(t)。

序列提取模块23用于根据零中频I信号和零中频Q信号计算得到Σ、Δ、Ω通道的幅度序列和相位序列。

在本实施例中，幅度序列和相位序列的计算公式为：

P(t)＝arctan(I(t)/Q(t))

其中，Amp(t)表示幅度序列，P(t)表示相位序列。

需要注意的是，Σ、Δ、Ω通道中每一个通道均对应有幅度序列Amp(t)和相位序列P(t)。

序列比较模块24用于针对Σ、Δ、Ω通道，分别计算相邻时刻的幅度序列的幅度序列变化值和相邻时刻的相位序列的相位序列变化值，并判断幅度序列变化值是否大于幅度变化门限值或者相位序列变化值是否大于相位变化门限值，在幅度序列变化值大于幅度变化门限值或相位序列变化值大于相位变化门限值时，为对应的通道标注第一特征值，在幅度序列变化值小于幅度变化门限值以及相位序列变化值小于相位变化门限值时，为对应的通道标注第二特征值。

在本实施例中，第一特征值为逻辑1，所述第二特征值为逻辑0。

具体而言，序列比较模块24针对Σ通道，计算相邻时刻的幅度序列Amp(t)、Amp(t+1)的幅度序列变化值ΔAmp和相邻时刻的相位序列P(t)、P(t+1)的相位序列变化值ΔP，并判断幅度序列变化值ΔAmp是否大于幅度变化门限值K_amp或者相位序列变化值ΔP是否大于相位变化门限值K_p。也就是说，序列比较模块24的判断逻辑为：

MARK(t)＝(ΔAmp>K_amp)∪(ΔP>K_p)

当ΔAmp>K_amp的结果为逻辑1或ΔP>K_p的结果为逻辑1时，MARK(t)等于逻辑1，也就是为Σ通道标注第一特征值，当ΔAmp>K_amp的结果和ΔP>K_p的结果均为逻辑0时，MARK(t)等于逻辑0，也就是为Σ通道标注第二特征值。

同样的，针对Δ和Ω通道，序列比较模块24进行同样的处理。

对于相位变化门限值K_amp的选取，由于二次雷达的系统指标要求脉冲不平度小于1dB，因此，本实施例中，幅度变化门限值在1～2dB之间。对于相位变化门限值K_p的选取，在本实施例中，相位变化门限值在Σ、Δ、Ω通道的相位噪声小于10°时，取值为10°。

信号选通模块25用于在Σ、Δ、Ω通道有标注第一特征值时，切断RSLS处理单元、OBA计算单元和SSR译码单元的输入，在Σ、Δ、Ω通道均标注第二特征值时，恢复RSLS处理单元、OBA计算单元和SSR译码单元的输入。

其中，Σ、Δ、Ω通道中只要有一个通道有标注第一特征值，表明Σ、Δ、Ω通道的视频信号的来源不同，信号选通模块25切断RSLS处理单元106、OBA计算单元107和SSR译码单元108的输入，即Σ、Δ、Ω通道的视频信号不会进入RSLS处理单元106、OBA计算单元107和SSR译码单元108进行处理。

Σ、Δ、Ω通道标注的特征值相同，即同为第二特征值，表明Σ、Δ、Ω通道的视频信号的来源相同，信号选通模块25恢复RSLS处理单元106、OBA计算单元107和SSR译码单元108的输入，即Σ、Δ、Ω通道的视频信号会进入RSLS处理单元106、OBA计算单元107和SSR译码单元108进行处理。

在具体实施时，可以在RSLS处理单元106、OBA计算单元107和SSR译码单元108的输入端植入开关，信号选通模块25通过控制开关断开和闭合来实现RSLS处理单元106、OBA计算单元107和SSR译码单元108的输入的切断和恢复。

真实信号与干扰信号是非相参的，存在随机的相位差φ₁，干扰信号为：

S₁(t)＝cos(ωt+φ₁)

那么，实际得到的信号为真实信号与干扰信号的叠加信号，表示为：

S(t)＝S₀(t)+S₁(t)

＝cos(ωt)+cos(ωt+φ₁)

＝2cos(ωt+φ₁/2)cos(φ₁/2)

由此可知，当两个信号相位差φ₁为0°时，叠加信号的幅度值最大；当相位差φ₁为±2π/3时，叠加信号的幅度与真实信号相等；当相位差φ₁为±π时，叠加信号的幅度为最小；叠加信号会产生φ₁/2的相位偏移。

如图3所示，是叠加信号的相位差φ₁与幅度的差异曲线，横坐标为相位差φ₁[-π，π]，纵坐标为幅度差异值。可以看出，当干扰信号与真实信号的相位差φ₁在±2π/3点附近时，幅度差异值接近于0，叠加信号的幅度变化是微弱的，其波动小于信道噪声的波动门限，所以仅从幅度是无法判断是否发生信号叠加的。

由于叠加信号会产生φ₁/2的相位偏移，故可增加相位偏移的因素加以判断。如图4所示，是叠加信号的相位差φ1与幅度、相位的综合差异值曲线，横坐标为叠加信号的相位差φ1[-π，π]，纵坐标为幅度相位综合差异值。可以看出，当干扰信号与真实信号的相位差φ₁在±2π/3点附近时，从幅度相位综合差异值看，仍然有显著的差异值，可判断是否发生信号叠加。

因此，本发明实施例的配对装置从相位和幅度两个维度来判断是否发生信号叠加，可以准确判断出是否发生信号叠加。

通过上述方式，本发明实施例的二次雷达通道信号的配对装置通过将二次雷达的Σ、Δ、Ω通道信号进行配对，进行筛选控制，从而能够保证Σ、Δ、Ω通道的视频信号的来源相同，进而提升二次雷达在特定环境下的RSLS处理、OBA计算和SSR译码的准确率。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (6)

1.一种二次雷达通道信号的配对装置，用于二次雷达信号处理系统，所述二次雷达信号处理系统包括天线、混频器、滤波器、中频对数放大器、检波器、RSLS处理单元、OBA计算单元和SSR译码单元，其特征在于，所述配对装置包括信号引接模块、正交分解模块、序列提取模块、序列比较模块和信号选通模块；

所述信号引接模块用于从中频对数放大器分别引接∑、Δ、Ω通道的中频信号，对∑、Δ、Ω通道的中频信号进行采样并进行模数转换，得到∑、Δ、Ω通道的离散数字信号；

所述正交分解模块用于采用与离散数字信号同频的本振信号对离散数字信号进行正交分解和低通滤波，分别生成∑、Δ、Ω通道的零中频I信号和零中频Q信号；

所述序列提取模块用于根据零中频I信号和零中频Q信号计算得到∑、Δ、Ω通道的幅度序列和相位序列；

所述序列比较模块用于针对∑、Δ、Ω通道，分别计算相邻时刻的幅度序列的幅度序列变化值和相邻时刻的相位序列的相位序列变化值，并判断幅度序列变化值是否大于幅度变化门限值或者相位序列变化值是否大于相位变化门限值，在幅度序列变化值大于幅度变化门限值或相位序列变化值大于相位变化门限值时，为对应的通道标注第一特征值，在幅度序列变化值小于幅度变化门限值以及相位序列变化值小于相位变化门限值时，为对应的通道标注第二特征值；

所述信号选通模块用于在∑、Δ、Ω通道有标注第一特征值时，切断RSLS处理单元、OBA计算单元和SSR译码单元的输入，在∑、Δ、Ω通道均标注第二特征值时，恢复RSLS处理单元、OBA计算单元和SSR译码单元的输入。

2.根据权利要求1所述的二次雷达通道信号的配对装置，其特征在于，所述幅度变化门限值在1～2dB之间。

3.根据权利要求1所述的二次雷达通道信号的配对装置，其特征在于，所述相位变化门限值在∑、Δ、Ω通道的相位噪声小于10°时，取值为10°。

4.根据权利要求1所述的二次雷达通道信号的配对装置，其特征在于，所述零中频I信号和零中频Q信号的计算公式为：

I(t)＝S₀(t)cos(2πf₀t)＝cos(ωt)cos(2πf₀t)

Q(t)＝S₀(t)sin(2πf₀t)＝cos(ωt)sin(2πf₀t)

其中，I(t)表示零中频I信号，Q(t)表示零中频Q信号，S₀(t)表示离散数字信号，f₀表示本振信号，t表示时间。

5.根据权利要求4所述的二次雷达通道信号的配对装置，其特征在于，所述幅度序列和相位序列的计算公式为：

P(t)＝arctan(I(t)/Q(t))

其中，Amp(t)表示幅度序列，P(t)表示相位序列。

6.根据权利要求5所述的二次雷达通道信号的配对装置，其特征在于，所述第一特征值为逻辑1，所述第二特征值为逻辑0。

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