CN112782697B - 一种无人机机载防撞雷达系统和工作方法 - Google Patents

一种无人机机载防撞雷达系统和工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无人机机载防撞雷达系统和工作方法，系统包括：发射板、接收板、电源板、信号处理板、显控终端；方法步骤：接收无人机平台运动参数、指令；产生系统控制指令、参考时钟、时序信号、发射激励信号；发射信号功分、信号移相、信号滤波、信号向空间辐射；回波信号接收；接收信号限幅、低噪放、滤波；回波信号下变频；中频信号滤波、放大和灵敏度频率控制处理；中频信号AD采样；雷达回波信号和雷达数据处理；目标点航迹信息、BIT信息打包处理；目标信息、BIT信息发送与显示。本发明的优点在于：能有效对空中合作、非合作飞行目标进行探测，形成目标点航迹信息；能有效探测和区分多个飞行目标，适合无人机机载安装；系统成本低。

Description

一种无人机机载防撞雷达系统和工作方法
技术领域
本发明涉及无人机防撞技术领域，特别涉及一种无人机机载防撞雷达系统和工作方法。
背景技术
近年来，无人机发展迅猛，大量无人机被广泛用于物流、农业、安保、军事、交通等行业。然而，由于现有机载空管监视设备的落后，无人机无法进行主动避让，有人机和无人机使用同一空域时，飞行安全无法得到全方位的保障。无人机无法有效融入现有空管体系，威胁有人机的飞行安全，这又给无人机的发展带来了严重制约。
目前，民用空管防撞设备的数据源仅有来自于合作目标的监视数据，没有非合作目标的探测数据，无法形成完整的空域飞行态势信息。无人机飞行速度快，预警时间短，一旦有非合作飞行器进入无人机的飞行空域，由于缺乏主动探测设备，极易产生撞机事件，严重威胁了飞行安全。
文献[1]中，飞行器通过发射系统向空间广播自身位置、速度、身份信息，通过接收天线接收其他飞行器的广播的位置、速度、身份信息，形成空域飞行态势，避免飞机相撞，该方法能有效获取合作目标信息，但难以避让非合作目标信息。文献[2]中，飞行器利用机载应答识别系统，将本机的飞行参数告知地面和其他飞机，同时接收其他飞机的飞行参数，并通过导航飞行控制系统实现避撞，该系统能够对合作目标进行监视，但难以规避非合作目标。
文献[1]和[2]采用广播、应答识别技术，仅能获取来自安装有广播、应答设备的合作目标飞机的信息，无法得到非合作目标的信息，难以防止非合作目标与无人机相撞。
文献[3]中，机载防撞雷达采用脉冲多普勒相控阵体制，能有效探测空中合作、非合作飞行目标，实现无人机避撞，但该系统通道数多，成本高，峰值功率高，功耗高，带宽有限，距离盲区较大。
文献[3]采用脉冲多普勒相控阵体制的雷达存在通道数多、峰值功率高、测距盲区大、距离分辨力有限等缺点，其体积大、重量大，功耗高、成本高，常用于军用大型无人机，难以在安装空间有限、承重能力有限、成本受限、输出功率受限的中小型无人机上使用，载机平台适应性弱。
参考文献
[1]董锋剑,苗勇,革文斌,刘意华.一种飞机防撞智能规避系统[P].CN109118828A,2019-01-01；
[2]杨绍文.一种无人机飞行防撞方法及装置[P].CN101714300A,2010-05-26；
[3]Paul R.Heumphreus,Michael K.Martin,Giovanni Corrao,James A.Shifflett,Jamaal H.Granger,Roger K.Young,Timothy R.Bristol,Miles E.Newton.Dueregard radar system[P].US10254396,2019-04-09。
本发明所用到的缩略语和关键术语定义:
内置测试(BIT-Built in test)；
模拟-数字信号转换(AD-Analog to digital signal conversion)；
现场可编程门阵列(FPGA-Field programmable gate array)；
数字信号处理器(DSP-Digital Signal Processor)；
自适应动目标显示(AMTI-Adaptive moving target indication)；
动目标检测(MTD-Moving target detection)；
脉冲压缩(PC-Pulse compression)；
数字波束形成(DBF-Digital beamforming)；
直接数字频率合成器(DDS-Direct digital frequency synthesizer)；
信号灵敏度频率控制(SFC-Signal sensitivity frequency control)；
图形处理器(GPU-Graphics Processing Unit)。
发明内容
本发明针对现有技术的缺陷，提供了一种无人机机载防撞雷达系统和工作方法，解决了现有技术中存在的缺陷。
为了实现以上发明目的，本发明采取的技术方案如下：
一种无人机机载防撞雷达系统，包括：发射板、接收板、信号处理板、电源板、收发隔离板和显控终端。
发射板：用于产生系统时钟信号、发射激励信号、发射信号功分、移相、放大、耦合、发射信号向空间辐射。发射板接收来自电源板的电源信号，接收来自信号处理板的控制指令、控制时序、信号参数。发射板将系统时钟信号发送到接收板、信号处理板。发射板将发射信号耦合到接收板。
接收板：接收空间反射回来的电磁波信号，实现雷达回波信号的限幅、放大、滤波、下变频及信号灵敏度频率控制，形成基带回波模拟信号，并对基带模拟信号进行AD采样，形成基带IQ信号。接收板接收来自电源板的电源信号，接收来自发射板耦合的发射信号，接收来自发射板的时钟信号，接收来自信号处理板的控制指令、时序信号。接收板将采样后的基带IQ信号、接收板BIT信息打包，传输到信号处理板。
信号处理板：实现雷达控制、时序产生、雷达指令产生、信号处理、数据处理、系统状态监控，接收平台运动信息、控制信息。信号处理板接收来自电源板的电源信号，接收来自电源板的BIT信息，接收来自发射板的时钟信号，接收来自发射板的BIT信息，接收来自接收板的BIT信息，接收来自接收板的回波采样信号，接收来自显控终端的控制指令、平台参数。信号处理板发送控制指令、控制时序到发射板、接收板，发送控制指令到电源板，发送雷达BIT信息、目标点航迹信息到显控终端。
电源板：接收外部电源，为发射板、接收板、信号处理板供电，并接收信号处理板的控制信号。
收发隔离板：安装在发射板与接收板之间，用于两者间的电磁信号隔离，以避免发射信号泄露到接收通道，造成接收通道饱和，不能正常工作。
显控终端：用于显示系统工作状态及目标点航迹信息，并为系统工作提供参数输入，并将平台参数、控制指令发送到信号处理板。
进一步地，所述发射板由天线阵元、发射通道、功分网络、信号产生单元、控制单元、波控计算单元、频率综合单元和结构件组成。
频率综合单元产生系统所需时钟信号。
信号产生单元产生线性调频激励信号。
功分网络将激励信号等分至N路发射通道。
波控计算单元根据波束指向、波束形状要求，参数波控移相码和衰减码。
发射通道实现发射信号的移相、衰减、滤波和放大，并通过耦合器将发射信号耦合至接收板。
雷达天线采用微带天线，阵元个数为N，负责向空间辐射来自发射通道的射频信号。
控制单元实现发射板控制，并将内置测试信息(BIT)打包传输到信号处理板。
进一步地，所述接收板由接收天线、接收通道、中频信号灵敏度频率控制电路(SFC)、模拟-数字信号转换(AD)、接收控制单元和功分器组成。
接收天线共M路接收通道，负责接收来自目标反射的回波信号。M路接收通道包括：限幅器、低噪放、滤波器和混频器，实现雷达回波的放大、滤波和下变频，形成基带回波模拟信号。
SFC实现对近程回波的抑制，以避免影响远距离目标的检测；
AD实现对雷达基带回波信号的采样，形成M路基带IQ数据。
功分器实现对发射耦合信号的功分，为接收通道提供下变频信号。
接收控制单元用于实现雷达接收控制，并将采样后的雷达回波信号、接收板BIT信息打包，传输到信号处理板。
进一步地，所述信号处理板包括：现场可编程门阵列(FPGA)和数字信号处理器(DSP)芯片；
FPGA产生系统控制指令与控制时序，负责指令分发，实现雷达系统控制。
FPGA实现雷达回波数据解析、脉压处理。
DSP实现自适应动目标显示(AMTI)、动目标检测(MTD)、通道间非相干处理、目标检测、数字波束形成(DBF)/比幅测角处理。
FPGA实现点迹凝聚、航迹跟踪等数据处理，实现雷达BIT信息处理，并将雷达工作状态信息、目标点航迹信息打包，传输到显控终端，并接收平台运动信息、控制指令。
进一步地，无人机机载防撞雷达采用连续波体制，采用Ku或X频段发射信号。雷达发射天线为列线阵，共M个阵元，每个天线阵元方向图方位波束宽度≥120°，阵元间距≥0.5个发射信号波长。发射波束通过空间合成，波束宽度≥7.5°，雷达发射采用相控阵方式扫描，依次进行俯仰多个波位的扫描，实现俯仰30°覆盖。
进一步地，所述接收天线有N个阵元，按行排列，每个接收天线阵元方向图方位波束宽度≥120°，俯仰波束宽度≥30°。N个阵元对应N个接收通道，同时独立接收空间回波信号。
本发明还公开了一种无人机机载防撞雷达系统的工作方法，包括以下步骤：
步骤1：系统开机上电自检
依次对信号处理板、发射板、接收板进行上电，并进行开机自检。
步骤2：接收无人机平台运动参数、指令
信号处理板接收无人机位置、速度、航向信息，接收雷达工作模式、方式、参数的指令信息。
步骤3：产生系统控制指令
信号处理板中FPGA产生系统控制指令表，包括发射控制指令、接收控制指令、信号处理参数、数据处理参数、激励信号参数、波束控制参数和状态询问指令，并将控制指令在统一时序下，传输到发射板、接收板、信号处理板、电源板。
步骤4：产生系统参考时钟
发射板根据时钟控制指令，在频综部件产生系统参考时钟，并将时钟信号传输到发射板、接收板和信号处理板。
步骤5：产生系统时序信号
信号处理板根据系统基准时钟，产生信号周期定时信号、信号帧周期定时信号等时序信号，并将时序信号分配至发射板、接收板、信号处理板。
步骤6：产生发射激励信号
发射板根据控制指令，包括：信号频率、信号带宽和调频周期参数，以及控制时序，利用直接数字频率合成器(DDS)产生线性调频射频激励信号。为保证雷达距离分辨力，激励信号带宽≥10MHz，激励信号中心频率在X或Ku频段，中心频率可自由设置，信号调频周期≥200us。
步骤7：发射信号功分、放大
发射板中功分网络将射频激励信号功分为M路，传输到各发射通道，并对信号进行放大。
步骤8：发射信号移相、衰减控制
由波束指向、波束赋形指令，计算各发射通道的移相码、衰减码。天线采用切比雪夫加权或泰勒加权，旁瓣水平优于-30dB。根据移相码，控制发射通道的移相器，实现波束俯仰精确指向。根据衰减码控制发射通道的衰减器，实现波束赋形，抑制俯仰旁瓣。
步骤9：发射信号滤波、放大、耦合
对发射信号进行滤波，抑制带外信号，然后对发射信号进行放大，通过耦合器，一路到发射阵元，一路耦合到接收板。
步骤10：发射信号向空间辐射
利用发射阵元天线，将射频发射信号向空间辐射。
步骤11：回波信号接收
利用接收天线对雷达回波信号进行接收，共N个接收天线，进行N路回波独立接收。
步骤12：接收信号限幅、低噪放、滤波
每个接收通道首先对接收信号进行限幅处理，避免强回波信号、通过隔离板的泄露信号进入接收机后，造成接收机饱和。然后进行回波信号低噪声放大处理，和射频滤波处理。
步骤13：回波信号下变频
采用自差拍结构，对雷达回波信号进行下变频。由发射板耦合来的射频信号，经过功分放大后，形成N路本振信号，然后与接收信号进行混频处理。
步骤14：中频信号滤波、放大
对混频后的信号进行低通滤波，获取回波中频信号，然后对其放大。
步骤15：中频信号灵敏度频率控制处理
设计SFC电路，将中频信号通过SFC电路，实现对近程回波的抑制，以避免影响远距离目标的检测。
步骤16：中频信号AD采样
对经过SFC电路后的中频模拟信号进行采样，形成16个通道的IQ基带数据，并将数据传输到信号处理板。
步骤17：雷达信号处理，子步骤如下：
1、采样信号解析与脉冲压缩(PC)
信号处理板接收来自接收板的基带IQ数据，并在快时间维对信号进行快速傅里叶变换(FFT)，实现目标信号在周期内的压缩。
2、脉压信号AMTI、MTD
结合平台运动参数，对脉压后的信号进行AMTI处理，抑制主瓣杂波。然后在慢时间维，对脉压信号进行FFT处理，实现目标信号在周期间的积累，形成距离-多普勒图。
3、通道间非相干积累
对N个通道脉冲压缩、AMTI、MTD处理后的信号进行求模运算。然后，N个通道在相同的距离-多普勒单元上，对求模运算后的数据进行求和运算，实现N个通道间的非相干积累。
4、恒虚警检测
利用平均单元恒虚警算法、有序统计恒虚警算法等，根据探测概率≥0.9，虚警概率≤10-6，计算门限乘积因子，实现目标检测。然后，根据检测结果对应在距离-多普勒图上的位置，在解距离-多普勒耦合后，获取目标的距离和速度信息。
5、数字波束形成/比幅测角
利用数字波束形成技术、比幅测角技术，实现目标的方位角估计和俯仰角测量，形成包括目标距离、速度、方位角、俯仰角、幅度信息的目标原始点迹。
步骤18：雷达数据处理，子步骤如下：
1、点迹凝聚
对雷达原始点迹信息进行点迹凝聚处理，剔除虚假值，将同一目标多个点迹值，根据信号强度因子，加权凝聚为一个点迹。
2、目标关联、航迹跟踪
采用最邻近关联算法，实现雷达目标关联，并采用卡尔曼滤波算法、粒子滤波算法等，实现目标跟踪，形成目标航迹。
3、航迹管理
航迹管理的工作包括：航迹起始、航迹保持、航迹外推、航迹删除和航迹质量管理。
步骤19：目标点航迹信息、BIT信息打包处理
信号处理板通过状态询问的方式，获取系统工作状态信息，形成BIT信息报文。同时对目标点航迹信息进行打包，形成目标信息报文。
步骤20：目标信息、BIT信息发送与显示
机载防撞雷达将目标信息、BIT信息发射到无人机系统，进行目标信息及雷达工作状态信息显示。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1.雷达采用X或Ku频段调频连续波体制，可以实现雷达的低功耗、小型化，适应多种无人机机载安装。
2.采用一次雷达主动探测方式，实现对合作目标、非合作目标探测，有效监视空中所有飞行目标。
3.雷达发射、接收采用宽波束方式，以较少的发射通道完成空域覆盖，实现系统低成本。
4.雷达采用调频连续波信号，理论上不存在距离盲区，信号带宽大，距离分辨力高，能从距离上有效区分多个飞行目标。
附图说明
图1是本发明实施例无人机机载防撞雷达系统结构图；
图2是本发明实施例雷达信号处理流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下根据附图并列举实施例，对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，本无人机机载防撞雷达系统，采用调频连续波体制，能够对空中飞行目标进行有效探测，获取目标精确的位置、速度、航向等信息。该雷达系统包括发射板、接收板、电源板、信号处理板、显控终端及结构件。
发射板：由天线阵元、发射通道、功分网络、信号产生单元、控制单元、波控计算单元、频率综合单元及结构件组成。频率综合单元产生系统所需时钟信号。信号产生单元产生线性调频激励信号。功分网络将激励信号等分至N路发射通道。波控计算单元根据波束指向、波束形状要求，参数波控移相码和衰减码。发射通道实现发射信号的移相、衰减、滤波和放大，并通过耦合器将发射信号耦合至接收板。雷达天线采用微带天线，阵元个数为N，负责向空间辐射来自发射通道的射频信号。控制单元实现发射板控制，并将内置测试信息(BIT)打包传输到信号处理板。
接收板：由接收天线、接收通道、中频信号灵敏度频率控制(SFC)、模拟-数字信号转换(AD)、接收控制单元、功分器组成。接收天线共M路，负责接收来自目标反射的回波信号。M路接收通道包括：限幅器、低噪放、滤波器、混频器等，实现雷达回波的放大、滤波和下变频，形成基带回波模拟信号。AD实现对雷达基带回波信号的采样，形成M路基带IQ数据。功分器实现对发射耦合信号的功分，为接收通道提供下变频信号。接收控制单元：实现雷达接收控制，并将采样后的雷达回波信号、接收板BIT信息打包，传输到信号处理板。
信号处理板：主要由现场可编程门阵列(FPGA)和数字信号处理器(DSP)芯片组成，实现雷达控制、时序产生、雷达指令产生、信号处理、数据处理、系统状态监控等，接收平台运动信息、控制信息。利用FPGA产生系统控制指令与控制时序，负责指令分发，实现雷达系统控制。利用FPGA实现雷达回波数据解析、脉压处理。利用DSP实现自适应动目标显示(AMTI)、动目标检测(MTD)、通道间非相干处理、目标检测、数字波束形成(DBF)/比幅测角处理。利用FPGA实现点迹凝聚、航迹跟踪等数据处理，实现雷达BIT信息处理，并将雷达工作状态信息、目标点航迹信息打包，传输到显控终端，并接收平台运动信息、控制指令。
电源板：接收外部电源，产生系统所需各类二次直流电源，为发射板、接收板、信号处理板供电。
显控终端：为选配项，由无人机本身提供或系统测试时使用，用于显示系统工作状态及目标点航迹信息，并为系统工作提供参数输入。
结构件：包括收发隔离板、线缆、机箱等。
本无人机机载防撞雷达采用连续波体制，采用Ku或X频段发射信号。雷达发射天线为列线阵，共M个阵元，每个阵元天线方向图方位波束宽度≥120°，阵元间距≥0.5个发射信号波长。发射波束通过空间合成，波束宽度≥7.5°，雷达发射采用相控阵方式扫描，依次进行俯仰多个波位的扫描，实现俯仰30°覆盖。
本雷达接收天线为N个阵元，按行排列，每个阵元天线方向图方位波束宽度≥120°，俯仰波束宽度≥30°。N个阵元对应N个接收通道，同时独立接收空间回波信号。
雷达的信号处理与数据处理可以通过图形处理器(GPU)实现，信号处理板中DSP芯片可以换成GPU芯片。
本雷达依次对空间进行扫描，实现方位120°、俯仰30°范围内的空中飞行目标的探测，其具体工作过程及探测方法如下：
步骤1：系统开机上电自检
依次对系统电源板、信号处理板、发射板、接收板进行上电，并进行开机自检。
步骤2：接收无人机平台运动参数、指令
信号处理板接收无人机位置、速度、航向信息，接收雷达工作模式、方式、参数等指令信息。
步骤3：产生系统控制指令
信号处理板中FPGA产生系统控制指令表，包括发射控制指令、接收控制指令、信号处理参数、数据处理参数、激励信号参数、波束控制参数、状态询问指令等，并将控制指令在统一时序下，传输到发射板、接收板、信号处理板、电源板。
步骤4：产生系统参考时钟
发射板根据时钟控制指令，在频综部件产生系统参考时钟，并将时钟信号传输到发射板、接收板和信号处理板。
步骤5：产生系统时序信号
信号处理板根据系统基准时钟，产生信号周期定时信号、信号帧周期定时信号等时序信号，并将时序信号分配至发射板、接收板、信号处理板。
步骤6：产生发射激励信号
发射板根据控制指令，包括信号频率、信号带宽、调频周期等参数，以及控制时序，利用直接数字频率合成器(DDS)产生线性调频射频激励信号。为保证雷达距离分辨力，激励信号带宽≥10MHz，激励信号中心频率在X或Ku频段，中心频率可自由设置，信号调频周期≥200us。
步骤7：发射信号功分、放大
发射板中功分网络将射频激励信号功分为M路，传输到各发射通道，并对信号进行放大。
步骤8：发射信号移相、衰减控制
由波束指向、波束赋形指令，计算各发射通道的移相码、衰减码。为保证发射天线俯仰旁瓣水平，天线采用切比雪夫加权或泰勒加权，旁瓣水平优于-30dB。根据移相码，控制发射通道的移相器，实现波束俯仰精确指向。根据衰减码控制发射通道的衰减器，实现波束赋形，抑制俯仰旁瓣。
步骤9：发射信号滤波、放大、耦合
对发射信号进行滤波，抑制带外信号，然后对发射信号进行放大，通过耦合器，一路到发射阵元，一路耦合到接收板。
步骤10：发射信号向空间辐射
利用发射阵元天线，将射频发射信号向空间辐射。
步骤11：回波信号接收
利用接收天线对雷达回波信号进行接收，共N个接收天线，进行N路回波独立接收。
步骤12：接收信号限幅、低噪放、滤波
每个接收通道首先对接收信号进行限幅处理，避免强回波信号、通过隔离板的泄露信号进入接收机后，造成接收机饱和。然后进行回波信号低噪声放大处理，和射频滤波处理。
步骤13：回波信号下变频
采用自差拍结构，对雷达回波信号进行下变频。由发射板耦合来的射频信号，经过功分放大后，形成N路本振信号，然后与接收信号进行混频处理。
步骤14：中频信号滤波、放大
对混频后的信号进行低通滤波，获取回波中频信号，然后对其放大。
步骤15：中频信号灵敏度频率控制处理
设计SFC电路，将中频信号通过SFC电路，实现对近程回波的抑制，以避免影响远距离目标的检测。
步骤16：中频信号AD采样
对经过SFC电路后的中频模拟信号进行采样，形成16个通道的IQ基带数据，并将数据传输到信号处理板。
步骤17：雷达信号处理
雷达回波信号处理的具体流程如图2所示，通过信号处理后，形成目标原始点迹信息。
1、采样信号解析与脉冲压缩(PC)
信号处理板接收来自接收板的基带IQ数据，并在快时间维对信号进行快速傅里叶变换(FFT)，实现目标信号在周期内的压缩。
2、脉压信号AMTI、MTD
结合平台运动参数，对脉压后的信号进行AMTI处理，抑制主瓣杂波。然后在慢时间维，对脉压信号进行FFT处理，实现目标信号在周期间的积累，形成距离-多普勒图。
3、通道间非相干积累
对N个通道脉冲压缩、AMTI、MTD处理后的信号进行求模运算。然后，N个通道在相同的距离-多普勒单元上，对求模运算后的数据进行求和运算，实现N个通道间的非相干积累。
4、恒虚警检测
利用平均单元恒虚警算法、有序统计恒虚警算法等，根据探测概率≥0.9，虚警概率≤10-6，计算门限乘积因子，实现目标检测。然后，根据检测结果对应在距离-多普勒图上的位置，在解距离-多普勒耦合后，获取目标的距离和速度信息。
5、数字波束形成/比幅测角
利用数字波束形成技术、比幅测角技术，实现目标的方位角估计和俯仰角测量，形成包括目标距离、速度、方位角、俯仰角、幅度信息的目标原始点迹。
步骤18：雷达数据处理
1、点迹凝聚
对雷达原始点迹信息进行点迹凝聚处理，剔除虚假值，将同一目标多个点迹值，根据信号强度因子，加权凝聚为一个点迹。
2、目标关联、航迹跟踪
采用最邻近关联算法，实现雷达目标关联，并采用卡尔曼滤波算法、粒子滤波算法等，实现目标跟踪，形成目标航迹。
3、航迹管理
航迹管理的工作主要包括：航迹起始、航迹保持、航迹外推、航迹删除、航迹质量管理等。
步骤19：目标点航迹信息、BIT信息打包处理
信号处理板通过状态询问的方式，获取系统工作状态信息，形成BIT信息报文。同时对目标点航迹信息进行打包，形成目标信息报文。
步骤20：目标信息、BIT信息发送与显示
机载防撞雷达将目标信息、BIT信息发射到无人机系统，进行目标信息及雷达工作状态信息显示。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的实施方法，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种无人机机载防撞雷达系统，其特征在于，包括：发射板、接收板、信号处理板、电源板、收发隔离板和显控终端；
发射板：用于产生系统时钟信号、发射激励信号、发射信号功分、移相、放大、耦合、发射信号向空间辐射；发射板接收来自电源板的电源信号，接收来自信号处理板的控制指令、控制时序、信号参数；发射板将系统时钟信号发送到接收板、信号处理板；发射板将发射信号耦合到接收板；
接收板：接收空间反射回来的电磁波信号，实现雷达回波信号的限幅、放大、滤波、下变频及信号灵敏度频率控制，形成基带回波模拟信号，并对基带模拟信号进行AD采样，形成基带IQ信号；接收板接收来自电源板的电源信号，接收来自发射板耦合的发射信号，接收来自发射板的时钟信号，接收来自信号处理板的控制指令、时序信号；接收板将采样后的基带IQ信号、接收板BIT信息打包，传输到信号处理板；
信号处理板：实现雷达控制、时序产生、雷达指令产生、信号处理、数据处理、系统状态监控，接收平台运动信息、控制信息；信号处理板接收来自电源板的电源信号，接收来自电源板的BIT信息，接收来自发射板的时钟信号，接收来自发射板的BIT信息，接收来自接收板的BIT信息，接收来自接收板的回波采样信号，接收来自显控终端的控制指令、平台参数；信号处理板发送控制指令、控制时序到发射板、接收板，发送控制指令到电源板，发送雷达BIT信息、目标点航迹信息到显控终端；
电源板：接收外部电源，为发射板、接收板、信号处理板供电，并接收信号处理板的控制信号；
收发隔离板：安装在发射板与接收板之间，用于两者间的电磁信号隔离，以避免发射信号泄露到接收通道，造成接收通道饱和，不能正常工作；
显控终端：用于显示系统工作状态及目标点航迹信息，并为系统工作提供参数输入，并将平台参数、控制指令发送到信号处理板；
所述发射板由天线阵元、发射通道、功分网络、信号产生单元、控制单元、波控计算单元、频率综合单元和结构件组成；
频率综合单元产生系统所需时钟信号；
信号产生单元产生线性调频激励信号；
功分网络将激励信号等分至N路发射通道；
波控计算单元根据波束指向、波束形状要求，参数波控移相码和衰减码；
发射通道实现发射信号的移相、衰减、滤波和放大，并通过耦合器将发射信号耦合至接收板；
雷达天线采用微带天线，阵元个数为N，负责向空间辐射来自发射通道的射频信号；
控制单元实现发射板控制，并将内置测试信息打包传输到信号处理板，内置测试信息简写为BIT信息；
所述接收板由接收天线、接收通道、中频信号灵敏度频率控制电路、模拟-数字信号转换、接收控制单元和功分器组成；模拟-数字信号转换简写为AD，中频信号灵敏度频率控制电路简写为SFC；
接收天线共M路接收通道，负责接收来自目标反射的回波信号；M路接收通道包括：限幅器、低噪放、滤波器和混频器，实现雷达回波的放大、滤波和下变频，形成基带回波模拟信号；
SFC实现对近程回波的抑制，以避免影响远距离目标的检测；
AD实现对雷达基带回波信号的采样，形成M路基带IQ数据；
功分器实现对发射耦合信号的功分，为接收通道提供下变频信号；
接收控制单元用于实现雷达接收控制，并将采样后的雷达回波信号、接收板BIT信息打包，传输到信号处理板；
所述信号处理板包括：现场可编程门阵列和数字信号处理器芯片；现场可编程门阵列简写为FPGA，数字信号处理器芯片简写为DSP；
FPGA产生系统控制指令与控制时序，负责指令分发，实现雷达系统控制；
FPGA实现雷达回波数据解析、脉压处理；
DSP实现自适应动目标显示、动目标检测、通道间非相干处理、目标检测、数字波束形成/比幅测角处理，自适应动目标显示简写为AMTI、动目标检测简写为MTD；
FPGA实现点迹凝聚、航迹跟踪数据处理，实现雷达BIT信息处理，并将雷达工作状态信息、目标点航迹信息打包，传输到显控终端，并接收平台运动信息、控制指令。
2.根据权利要求1所述的一种无人机机载防撞雷达系统，其特征在于：无人机机载防撞雷达采用连续波体制，采用Ku或X频段发射信号；雷达发射天线为列线阵，共M个阵元，每个天线阵元方向图方位波束宽度≥120°，阵元间距≥0.5个发射信号波长；发射波束通过空间合成，波束宽度≥7.5°，雷达发射采用相控阵方式扫描，依次进行俯仰多个波位的扫描，实现俯仰30°覆盖。
3.根据权利要求2所述的一种无人机机载防撞雷达系统，其特征在于：所述接收天线有N个阵元，按行排列，每个接收天线阵元方向图方位波束宽度≥120°，俯仰波束宽度≥30°；N个阵元对应N个接收通道，同时独立接收空间回波信号。
4.一种无人机机载防撞雷达系统的工作方法，其特征在于，所述工作方法是基于权利要求3所述的无人机机载防撞雷达系统实现的；
工作方法包括以下步骤：
步骤1：系统开机上电自检
依次对信号处理板、发射板、接收板进行上电，并进行开机自检；
步骤2：接收无人机平台运动参数、指令
信号处理板接收无人机位置、速度、航向信息，接收雷达工作模式、方式、参数的指令信息；
步骤3：产生系统控制指令
信号处理板中FPGA产生系统控制指令表，包括发射控制指令、接收控制指令、信号处理参数、数据处理参数、激励信号参数、波束控制参数和状态询问指令，并将控制指令在统一时序下，传输到发射板、接收板、信号处理板、电源板；
步骤4：产生系统参考时钟
发射板根据时钟控制指令，在频综部件产生系统参考时钟，并将时钟信号传输到发射板、接收板和信号处理板；
步骤5：产生系统时序信号
信号处理板根据系统基准时钟，产生信号周期定时信号、信号帧周期定时信号时序信号，并将时序信号分配至发射板、接收板、信号处理板；
步骤6：产生发射激励信号
发射板根据控制指令，包括：信号频率、信号带宽和调频周期参数，以及控制时序，利用直接数字频率合成器产生线性调频射频激励信号；为保证雷达距离分辨力，激励信号带宽≥10MHz，激励信号中心频率在X或Ku频段，中心频率可自由设置，信号调频周期≥200us；
步骤7：发射信号功分、放大
发射板中功分网络将射频激励信号功分为M路，传输到各发射通道，并对信号进行放大；
步骤8：发射信号移相、衰减控制
由波束指向、波束赋形指令，计算各发射通道的移相码、衰减码；天线采用切比雪夫加权或泰勒加权，旁瓣水平优于-30dB；根据移相码，控制发射通道的移相器，实现波束俯仰精确指向；根据衰减码控制发射通道的衰减器，实现波束赋形，抑制俯仰旁瓣；
步骤9：发射信号滤波、放大、耦合
对发射信号进行滤波，抑制带外信号，然后对发射信号进行放大，通过耦合器，一路到发射阵元，一路耦合到接收板；
步骤10：发射信号向空间辐射
利用发射阵元天线，将射频发射信号向空间辐射；
步骤11：回波信号接收
利用接收天线对雷达回波信号进行接收，共N个接收天线，进行N路回波独立接收；
步骤12：接收信号限幅、低噪放、滤波
每个接收通道首先对接收信号进行限幅处理，避免强回波信号、通过隔离板的泄露信号进入接收机后，造成接收机饱和；然后进行回波信号低噪声放大处理，和射频滤波处理；
步骤13：回波信号下变频
采用自差拍结构，对雷达回波信号进行下变频；由发射板耦合来的射频信号，经过功分放大后，形成N路本振信号，然后与接收信号进行混频处理；
步骤14：中频信号滤波、放大
对混频后的信号进行低通滤波，获取回波中频信号，然后对其放大；
步骤15：中频信号灵敏度频率控制处理
设计SFC电路，将中频信号通过SFC电路，实现对近程回波的抑制，以避免影响远距离目标的检测；
步骤16：中频信号AD采样
对经过SFC电路后的中频模拟信号进行采样，形成16个通道的IQ基带数据，并将数据传输到信号处理板；
步骤17：雷达信号处理，子步骤如下：
1）、采样信号解析与脉冲压缩
信号处理板接收来自接收板的基带IQ数据，并在快时间维对信号进行快速傅里叶变换（FFT），实现目标信号在周期内的压缩；
2）、脉压信号AMTI、MTD
结合平台运动参数，对脉压后的信号进行AMTI处理，抑制主瓣杂波；然后在慢时间维，对脉压信号进行FFT处理，实现目标信号在周期间的积累，形成距离-多普勒图；
3）、通道间非相干积累
对N个通道脉冲压缩、AMTI、MTD处理后的信号进行求模运算；然后，N个通道在相同的距离-多普勒单元上，对求模运算后的数据进行求和运算，实现N个通道间的非相干积累；
4）、恒虚警检测
利用平均单元恒虚警算法、有序统计恒虚警算法，根据探测概率≥0.9，虚警概率≤10-6，计算门限乘积因子，实现目标检测；然后，根据检测结果对应在距离-多普勒图上的位置，在解距离-多普勒耦合后，获取目标的距离和速度信息；
5）、数字波束形成/比幅测角
利用数字波束形成技术、比幅测角技术，实现目标的方位角估计和俯仰角测量，形成包括目标距离、速度、方位角、俯仰角、幅度信息的目标原始点迹；
步骤18：雷达数据处理，子步骤如下：
1）、点迹凝聚
对雷达原始点迹信息进行点迹凝聚处理，剔除虚假值，将同一目标多个点迹值，根据信号强度因子，加权凝聚为一个点迹；
2）、目标关联、航迹跟踪
采用最邻近关联算法，实现雷达目标关联，并采用卡尔曼滤波算法、粒子滤波算法，实现目标跟踪，形成目标航迹；
3）、航迹管理
航迹管理的工作包括：航迹起始、航迹保持、航迹外推、航迹删除和航迹质量管理；
步骤19：目标点航迹信息、BIT信息打包处理
信号处理板通过状态询问的方式，获取系统工作状态信息，形成BIT信息报文；同时对目标点航迹信息进行打包，形成目标信息报文；
步骤20：目标信息、BIT信息发送与显示
机载防撞雷达将目标信息、BIT信息发射到无人机系统，进行目标信息及雷达工作状态信息显示。
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