CN113075654A - 一种远程雷达探测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种远程雷达探测系统，远程雷达探测系统包括天馈组件、信道模块、信号处理模块和显示及控制模块；信道模块，用于生成第一中频信号并将第一中频信号上变频成射频信号并通过天馈组件辐射出去，以及用于接收天馈组件返回的回波信号并对回波信号进行下变频生成第二中频信号并发送给信号处理模块；信号处理模块，用于对接收到的第二中频信号进行脉冲压缩处理后根据动目标检测算法对目标物进行检测；显示及控制模块，用于显示信号处理模块发送的相关数据，以及向信号处理模块发送外部控制指令使得信号处理模块根据外部控制指令控制天馈组件、信道模块的工作状态。本发明可针对具有低慢小特点的目标的探测，大大提高了雷达探测的精度。

Description

一种远程雷达探测系统
技术领域
本发明涉及雷达探测，尤其涉及一种远程雷达探测系统。
背景技术
目前，现有的雷达一般只是针对远距离预警探测，其探测距离远、探测范围广、波段采用L/S波段，波段在30cm左右。随着科技的发展，无人机越来越普遍，现有的雷达无法探测主体在30cm以下的目标，导致无法对诸如无人机、飞鸟等体积较小的目标进行检测。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种远程雷达探测系统，其能够解决现有技术中雷达探测器无法针对无人机、飞鸟等目标物的检测。
本发明的目的采用如下技术方案实现：
一种远程雷达探测系统，所述远程雷达探测系统包括天馈组件、信道模块、信号处理模块和显示及控制模块；其中，所述信道模块的一端与天馈组件连接、另一端与信号处理模块连接；所述信道模块，用于生成第一中频信号并将第一中频信号上变频成射频信号并通过天馈组件辐射出去，以及用于接收天馈组件返回的回波信号并对回波信号进行下变频生成第二中频信号并将其发送给信号处理模块；所述信号处理模块，用于对接收到的第二中频信号进行脉冲压缩处理后根据动目标检测算法对目标物进行检测；所述显示及控制模块与信号处理模块连接，用于显示信号处理模块发送的相关数据，以及向信号处理模块发送外部控制指令，从而使得信号处理模块根据外部控制指令控制天馈组件、信道模块的工作状态。
进一步地，所述信号处理模块包括ADC模块、信号处理单元、接口单元、主控单元和波束控制单元；ADC模块的输入端与信道模块电性连接、输出端与信号处理单元电性连接，用于接收信道模块发送的第二中频信号并将其发送给信号处理单元，从而使得信号处理单元对第二中频信号进行处理，以实现对目标物的检测；接口单元，用于实现系统的对外接口；主控单元，用于解算各种命令、参数以及控制各个模块的定时、定序的正常工作；波束控制单元，用于接收外部发送的波控命令并分析得出波控命令参数，以及根据波控命令参数计算得出伺服方位角控制字并将其发送给远程雷达探测系统的伺服模块，从而使得伺服模块根据伺服方位控制字控制天馈组件的辐射方位。
进一步地，所述远程雷达探测系统还包括电源模块；所述天馈组件、信道模块、信号处理模块分别与电源模块电性连接。
进一步地，所述天馈组件包括阵列天线和耦合馈线网络，所述阵列天线与耦合馈线网络电性连接；所述阵列天线由多个天线阵列而成。
进一步地，所述信道模块包括发射信号产生组件和信号收发链路；所述信号收发链路包括多个收发组件、第一功分器和第一合路器；每个收发组件均包括发射通道和接收通道；
所述发射信号产生组件的输出端与第一功分器的输入端电性连接，第一功分器的每个输出端分别与对应发射通道电性连接；所述第一功分器，用于将发射信号产生组件发送的第一中频信号功分成多路第一中频信号并发送给每个发射通道，从而使得每个发射通道根据对应第一中频信号进行上变频生成射频信号后通过天馈组件辐射出去；
第一合路器的每个输入端与对应的接收通道电性连接、输出端与信号处理模块电性连接，用于接收每个接收通道根据回波信号下变频生成的多路第二中频信号合路生成一路第二中频信号并发送给信号处理模块。
进一步地，所述信道模块还包括本振信号生成组件和第二功分器；所述本振信号生成组件的输出端与第二功分器的输入端电性连接、第二功分器的每个输出端与每个收发组件电性连接；所述第二功分器，用于将频综组件生成的本振信号通过第一功分器功分后分发到每个收发组件。
进一步地，第二功分器通过稳相电缆与每个收发组件连接。
进一步地，每个收发组件还包括多个通道，每个通道包括发射通道和接收通道；每个收发组件还包括第三功分器；每个第三功分器的输入端与第一功分器的对应输出端电性连接、输出端与对应收发组件的每个通道电性连接，用于将第二功分器分发给对应收发组件的本振信号功分后分发到对应收发组件的每个通道。
进一步地，所述每个收发组件包括四个通道；所述第一合路器为4合1合路器；第一功分器为1分4功分器；所述收发组件有16个；第二功分器为1分16功分器；第三功分器有16个，为1分4功分器。
进一步地，包括安装台，所述安装台包括安装底座、伺服转台、伺服模块和雷达天线罩；所述伺服模块安装于安装底座内，所述天馈组件、信道模块、信号处理模块均设于雷达天线罩内；所述伺服模块通过控制伺服转台的运动，进而调整雷达天线罩内的天馈组件的信号辐射方向。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明具有探测距离远、探测精度高、探测延迟小等特点；同时，通过设置频综组件可使得多通道收发组件的本振信号保持同步，保证了系统的相参性；同时，本发明解决了现有技术中雷达探测器无法针对具有低慢小等特点的目标物的检测。
附图说明
图1为本发明提供的一种远程雷达探测系统的安装台的主视图；
图2为本发明提供的一种远程雷达探测系统的安装台的侧视图；
图3为本发明提供的一种远程雷达探测系统的模块示意图；
图4为图3中的远程雷达探测系统中的天馈组件、信道模块、信号收发链路以及信号处理模块的信号流向示意图；
图5为远程雷达探测系统在发射状态时，本振信号生成组件与信号收发链路的连接示意图。
图中：1、雷达天线罩；2、安装底座；3、伺服转台；4、伺服模块；5、支架；6、电源模块。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
如图1-4所示，本发明提供了一种远程雷达探测系统，包括远程雷达探测系统包括天馈组件、信道模块、信号处理模块和显示及控制模块。
其中，信道模块的一端与天馈组件连接、另一端与信号处理模块连接。信道模块，用于生成第一中频信号并将第一中频信号上变频成射频信号并通过天馈组件辐射出去，以及用于接收天馈组件返回的回波信号并对回波信号进行下变频生成第二中频信号并将其发送给信号处理模块。
优选地，信号处理模块，用于对接收到的多路第二中频信号进行数字化，并对数字化后的信号进行脉冲压缩处理，以及根据动目标检测算法对目标物进行检测，进而提取目标相对于雷达坐标的距离、方位角、俯仰角等目标信息。
优选地，显示及控制模块与信号处理模块连接，用于显示信号处理模块发送的相关数据，以及向信号处理模块发送外部控制指令，从而使得信号处理模块根据外部控制指令控制天馈组件、信道模块的工作状态。
更为优选地，如图1-2所示，本实施例还包安装台，安装台包括安装底座2、伺服转台3、伺服模块4和雷达天线罩1。
伺服模块4安装于安装底座2内。雷达天线罩1内设有天馈组件、信道模块和信号处理模块。伺服模块4，通过控制伺服转台3的运动，进而调整雷达天线罩1的方位和俯仰角，从而调整雷达天线罩1内的天馈组件的信号辐射方向。更为优选地，雷达天线罩1的底部通过支架5与伺服转台3连接。优选地，支架5为活动支架。通过调节支架5的长短可调节雷达天线罩1的面板朝向。伺服模块4通过控制伺服转台3做圆周运动，可调整雷达天线罩1的方位。本实施例只是给出一种实例来说如何针对天馈组件的信号辐射方向的调整，具体地，在实际的使用过程中，可结合现有的雷达天线的结构进行相应改进即可。
优选地，雷达天线罩1内设有导热管和/或对流风扇。其中，导热管、对流风扇均用于为雷达天线罩1内的天馈组件、信道模块以及信号处理模块散热。
优选地，天馈组件包括阵列天线和耦合馈线网络。阵列天线与耦合馈电网络电性连接，通过耦合馈电网络为阵列天线进行耦合馈电，以实现信号的辐射与接收。更为具体地，阵列天线由多个天线阵列而成。本实施例中的天线为缝隙天线。本发明通过多个天线实现信号的发射与接收，可提高天线的增益，灵活实现信号接收的多波束，提高俯仰方向的天线波束覆盖范围。
信道模块，用于实时生成第一中频信号并将第一中频信号上变频成射频信号并通过天馈组件辐射出去，以及用于实时接收天馈组件返回的回波信号并对回波信号进行下变频生成第二中频信号并将其发送给信号处理模块。
信号处理模块，用于对接收到的所有的第二中频信号进行脉冲压缩处理后根据动目标检测算法对目标物进行检测以及跟踪。更为优选地，信号处理单元，用于对第二中频信号进行脉冲压缩处理后对其进行动目标检测。也即，通过采用动目标检测算法对中频信号进行目标检测，以及对检测到的目标进行测距、测速、测角的计算。具体地，信号处理单元包括DDC(Direct Digital Control，直接数字控制)、DBF、多波束合差通道形成、脉冲压缩、MTI/MTD、目标检测、测距、测速、测角等，从而可实现目标的识别以及目标跟踪。具体地：回波信号经过天馈组件接收后形成和俯仰差两通道信号，该信号经过信号收发链路，并对其进行下变频后转换为第二中频信号，由信号处理模块的ADC模块采样并对其进行模数转换处理为基带数字信号，以使得信号处理模块对基带数字信号进行数据处理。
当信号处理模块接收到基带数字信号后对其进行脉冲压缩处理，再通过MTI/MTD进行检测以得出测距、测速、测角等，最终实现对目标的检测，然后根据多个回波信号实现对目标的跟踪。其中，MTI/MTD检测是指动目标检测。该检测，可对脉冲压缩后的和通道信号进行杂波对消，进而抑制地面静止的杂波，使得检测结果更准确。
同时，在对脉冲进行压缩处理时，可通过脉冲多普勒处理以及“距离-多普勒”域恒虚警(CFAR)处理检测目标，利用和通道的多普勒信息提取目标的径向速度，利用脉冲压缩相参积累后的和通道信号提取目标的距离信息。本实施例中所涉及到的目标检测的算法均为现有技术中，本发明并不对算法进行改进。
在雷达探测的过程中，信号的发射与接收均是实时性的，因此可根据实时接收到的射频信号实现对检测到的目标进行跟踪。
更为具体地，信号处理模块包括ADC模块、信号处理单元、接口单元、主控单元和波束控制单元。
其中，ADC模块的输入端与信号收发链路电性连接，输出端与信号处理单元电性连接，用于接收信号收发链路发送的第二中频信号并将其发送给信号处理单元。
接口单元，用于实现系统的对外接口。信号处理模块通过接口单元向外提供多种接口，以实现与外部设备的数据交换。
主控单元，用于解算各种命令、参数以及控制各个模块的定时、定序的正常工作。
波束控制单元，用于接收外部发送的波控命令并分析得出波控命令参数，以及根据波控命令参数计算得出伺服方位角控制字。
波束控制单元还与伺服控制模块电性连接，用于将伺服方位角控制字发给伺服控制模块，从而使得伺服控制模块根据伺服方位控制字控制天线的辐射方位。
优选地，信道模块包括信号收发链路。其中，信号收发链路包括多个收发组件、第一功分器和第一合路器。每个收发组件均包括多个通道，每个通道均包括发射通道和接收通道。
更为优选地，信道模块包括发射信号生成组件。其中，发射信号生成组件的输出端与第一功分器的输入端电性连接，第一功分器的每个输出端分别与对应发射通道电性连接。第一功分器，用于将发射信号生成组件发送的第一中频信号功分成多路第一中频信号并发送给每个发射通道，从而使得每个发射通道根据对应第一中频信号进行上变频生成射频信号后通过天馈组件辐射出去。
第一合路器的每个输入端与对应的接收通道电性连接、输出端与信号处理模块电性连接，用于接收每个接收通道返回的多路第二中频信号以及将多路第二中频信号合路生成一路第二中频信号并发送给信号处理模块。
也即，本实施例中的信道模块的信号收发链路采用多通道的信号的发射与接收。具体地，本发明通过功分器和合路器实现通道信号的分路和多个通道信号的合成。
优选地，信道模块还包括本振信号生成组件和第二功分器。其中，本振信号生成组件，用于生成本振信号并通过第二功分器将本振信号分成多路并分发到信号收发链路的多个收发组件中，以便每个收发组件对第一中频信号进行上变频处理或对回波信号进行下变频处理。由于本实施例采用多通道的信号收发链路，通过第二功分器将本振信号分发成多路，可保证系统的相参性。
本振信号生成组件的输出端与第二功分器的输入端连接，第二功分器的每个输出端分别与对应的收发组件电性连接。也即，第二功分器，用于将本振信号生成组件所生成的本振信号功分成多路本振信号，并分发给每个收发组件，以使得每个收发组件根据本振信号进行上变频或下变频。
更为优选地，每个收发组件内包括多个通道。因此，每个收发组件还包括第三功分器。每个第三功分器的输入端均与第一功分器的一个输出端连接、输出端与对应通道连接，用于将第一功分器发送的每路本振信号再次功分后分发到每个通道。本发明通过功分器可使得多个通道的本振信号均同源，可保证系统的相参性。同时，采用二级功分器来实现本振信号的分发，可有效降低系统的复杂程度。
优选地，第三功分器集成到每个收发组件内部，无需电缆，有效降低设备成本。
优选地，第二功分器与每个收发组件通过稳相电缆电性连接，可保证本振信号不受整机随机振动和高低温的影响，从而保证整个雷达在任何时刻内部各通道接收到的本振信号的稳定性和相参性。
具体地，如图5所示，本实施例中的四通道收发组件有16个，每个收发组件包括四个通道，每个通道均包括发射通道和接收通道。其中，第二功分器为1分16功分器，用于将本振信号生成组件生成的本振信号功分为16路本振信号并分发到每个收发组件。
第三功分器为1分4功分器，用于将每个收发组件接收到的第二功分器分发的本振信号再次功分后分发到每个通道。在信号发射模式下，本振信号生成组件生成本振信号首先通过第二功分器功分成16路本振信号并分别发送给每个收发组件的第三功分器。这样，每个收发组件的第三功分器再将接收到的每路本振信号功分成4路本振信号分别发送给对应的通道，以实现信号的下变频处理。
同时，如图4所示，本发明还给出了信号接收时对于回波信号的处理流程图，也即，天馈组件通过将接收的回波信号经过变频、收发模块后达到信号处理模块进行处理，以实现对目标的检测、追踪以及各种相关数据的测量等。
优选地，本实施例还包括电源模块6。天馈组件、信道模块、信号处理模块分别与电源模块6电性连接。通过电源模块6对外部的输入电源进行隔离，并根据各分机的供电需求对输入电源进行电压转换，为其他各个模块提供电源，以保证天线的正常工作。具体地，电源模块6设于伺服转台3上。
本发明能够实现针对诸如无人机、飞鸟等体积较小的目标物的精准检测，能够探测远达10KM的距离，2秒内可将实现360°方位、90度俯仰空域内的有效扫描，有效探测无人机、飞鸟等的探测，同时，本发明还可以实现多目标的探测追踪，实现对无人机机群的探测。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种远程雷达探测系统，其特征在于，所述远程雷达探测系统包括天馈组件、信道模块、信号处理模块和显示及控制模块；其中，所述信道模块的一端与天馈组件连接、另一端与信号处理模块连接；所述信道模块，用于生成第一中频信号并将第一中频信号上变频成射频信号并通过天馈组件辐射出去，以及用于接收天馈组件返回的回波信号并对回波信号进行下变频生成第二中频信号并将其发送给信号处理模块；所述信号处理模块，用于对接收到的第二中频信号进行脉冲压缩处理后根据动目标检测算法对目标物进行检测；所述显示及控制模块与信号处理模块连接，用于显示信号处理模块发送的相关数据，以及向信号处理模块发送外部控制指令，从而使得信号处理模块根据外部控制指令控制天馈组件、信道模块的工作状态。
2.根据权利要求1所述的一种远程雷达探测系统，其特征在于，所述信号处理模块包括ADC模块、信号处理单元、接口单元、主控单元和波束控制单元；ADC模块的输入端与信道模块电性连接、输出端与信号处理单元电性连接，用于接收信道模块发送的第二中频信号并将其发送给信号处理单元，从而使得信号处理单元对第二中频信号进行处理，以实现对目标物的检测；接口单元，用于实现系统的对外接口；主控单元，用于解算各种命令、参数以及控制各个模块的定时、定序的正常工作；波束控制单元，用于接收外部发送的波控命令并分析得出波控命令参数，以及根据波控命令参数计算得出伺服方位角控制字并将其发送给远程雷达探测系统的伺服模块，从而使得伺服模块根据伺服方位控制字控制天馈组件的辐射方位。
3.根据权利要求2所述的一种远程雷达探测系统，其特征在于，所述远程雷达探测系统还包括电源模块；所述天馈组件、信道模块、信号处理模块分别与电源模块电性连接。
4.根据权利要求1所述的一种远程雷达探测系统，其特征在于，所述天馈组件包括阵列天线和耦合馈线网络，所述阵列天线与耦合馈线网络电性连接；所述阵列天线由多个天线阵列而成。
5.根据权利要求4所述的一种远程雷达探测系统，其特征在于，所述信道模块包括发射信号产生组件和信号收发链路；所述信号收发链路包括多个收发组件、第一功分器和第一合路器；每个收发组件均包括发射通道和接收通道；
所述发射信号产生组件的输出端与第一功分器的输入端电性连接，第一功分器的每个输出端分别与对应发射通道电性连接；所述第一功分器，用于将发射信号产生组件发送的第一中频信号功分成多路第一中频信号并发送给每个发射通道，从而使得每个发射通道根据对应第一中频信号进行上变频生成射频信号后通过天馈组件辐射出去；
第一合路器的每个输入端与对应的接收通道电性连接、输出端与信号处理模块电性连接，用于接收每个接收通道根据回波信号下变频生成的多路第二中频信号合路生成一路第二中频信号并发送给信号处理模块。
6.根据权利要求5所述的一种远程雷达探测系统，其特征在于，所述信道模块还包括本振信号生成组件和第二功分器；所述本振信号生成组件的输出端与第二功分器的输入端电性连接、第二功分器的每个输出端与每个收发组件电性连接；所述第二功分器，用于将频综组件生成的本振信号通过第一功分器功分后分发到每个收发组件。
7.根据权利要求6所述的一种远程雷达探测系统，其特征在于，第二功分器通过稳相电缆与每个收发组件连接。
8.根据权利要求6所述的一种远程雷达探测系统，其特征在于，每个收发组件还包括多个通道，每个通道包括发射通道和接收通道；每个收发组件还包括第三功分器；每个第三功分器的输入端与第一功分器的对应输出端电性连接、输出端与对应收发组件的每个通道电性连接，用于将第二功分器分发给对应收发组件的本振信号功分后分发到对应收发组件的每个通道。
9.根据权利要求8所述的一种远程雷达探测系统，其特征在于，所述每个收发组件包括四个通道；所述第一合路器为4合1合路器；第一功分器为1分4功分器；所述收发组件有16个；第二功分器为1分16功分器；第三功分器有16个，为1分4功分器。
10.根据权利要求1所述的一种远程雷达探测系统，其特征在于，包括安装台，所述安装台包括安装底座、伺服转台、伺服模块和雷达天线罩；所述伺服模块安装于安装底座内，所述天馈组件、信道模块、信号处理模块均设于雷达天线罩内；所述伺服模块通过控制伺服转台的运动，进而调整雷达天线罩内的天馈组件的信号辐射方向。
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