CN113701576A - 一种阵列贴片式无线电引信 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种阵列贴片天线的无线电引信，包括阵列贴片天线、多通道调频连续波收发电路、信号处理电路。阵列天线可实现波束形成，比单天线方式探测目标更加灵活，多天线的结构支持比相测角，可获得距离、速度之外的角度信息。本发明可在体积允许范围内，实现引信更好的探测效果。
Description
技术领域
本发明属于无线电引信领域，具体涉及一种用于多通道无线接收的阵列贴片式无线电引信。
背景技术
引信是利用环境信息、目标信息、或按照事先设定的条件、在保证弹药平时和发射时安全的前提下，对弹药实施起爆控制、点火控制及姿态控制的装置。在一定程度上，引信的性能直接决定武器系统的毁伤效能。随雷达技术的不断发展，引信采用雷达技术演化出无线电引信，主要利用目标回波信号获取目标距离、相对速度、目标角度等信息。调频无线电引信是一种发射信号频率按调制信号规律变化的等幅连续波无线电引信，其炸高不依赖于目标反射电磁波能力的强弱，而是靠回波的频率来定位，因此具有定距精度高，炸高散布减少，接收机灵敏度高，工作电压低，结构简单，抗干扰能力强等优点。基于上述优点，这种体制的引信在武器系统中得到了较为广泛的应用。
调频无线电引信采用线性调频体制，为了满足多功能的需求，采用多发多收的电路结构。单天线引信的只有一个接收通道，可以解算速度、距离信息，但是不能获得目标的角度信息，单一天线不能波束合成，不能数字域实现波束的方向切换，抗干扰性能没有支持波束切换的多天线引信效果好。相对于单天线，阵列天线可以获取每个天线上接收的信号，每个天线对应一个接收通道，多通道的接收可以获取目标更多的信息，可以利用多接收的数字波束形成技术更改天线波束的指向，另外通过多天线间的相位差获得目标的角度信息，在抗干扰应用时，可通过数字波束成形避开干扰信号。
发明内容
本发明的目的在于拓展引信测角、波束形成、抗干扰的技术问题，提供一种阵列贴片天线的无线电引信，结构上支持多通道接收，增强引信的功能和性能。
为实现上述目的，本发明提供了一种阵列贴片式无线电引信，包括：阵列贴片接收天线、发射天线、多通道收发电路、信号处理电路，多通道收发电路通过发射天线进行信号的发射，通过阵列贴片接收天线进行多通道回波信号的接收，接收到的多通道回波信号送入信号处理电路进行数字波束形成和比相测角计算；
所述阵列贴片接收天线是由多个贴片天线组成的阵列，从而形成多通道阵列接收天线，电路中每个接收通道对应阵列接收天线中的一个阵元。
进一步的，发射天线采用贴片天线，天线是单个或阵列形式。
根据权利要求1或2所述的无线电引信，其特征在于：阵列贴片天线、发射天线、多通道收发电路制作在同一PCB电路板上，采用同一PCB工艺制作。
进一步的，发射天线采用贴片天线，所述数字波束形成是对多通道回波信号，对某一方向的入射信号，补偿由于贴片接收天线在空间位置不同而引起的传播波程差导致的相位差，然后进行同相叠加，从而实现该方向的最大能量接收，完成该方向上的波束形成。
进一步的，所述数字波束形成时，通过改变每个通道的回波信号的权值,使得波束指向不同的方向，并实现波束的扫描。
进一步的，通过多通道回波信号的并行处理实现同时形成多个波束，各个波束通过不同的窗函数来降低副瓣电平。
进一步的，所述比相测角计算是用多个通道接收回波信号之间的相位差进行测角，使用相位计对回波信号进行比相，测出两个通道回波信号的相位差
就可以确定目标方向θ，方位角
d是两个通道贴片接收天线的间距，λ是回波信号的波长。
有益效果
本发明可以使内置阵列贴片天线的无线电引信实现数字波束形成，可通过数字域相位调整，在指定方向上达到最佳接收，并且支持比相测角算法，比单天线方式探测目标更加灵活，可获得距离、速度之外的角度信息。本发明的阵列贴片天线和电路采用同一PCB工艺制作，毫米波体制下，贴片天线尺寸小，可在体积允许范围内，实现引信更好的探测效果。
附图说明
图1为现有单接收天线引信的原理示意图。
图2为本发明多接收天线引信的原理示意图。
图3为本发明阵列贴片天线的无线电引信系统框图。
图4为本发明贴片阵列天线形成不同指向的波束示意图。
图5为比相测角算法的原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细的说明。
如图2和图3所示，本发明的一种阵列贴片式无线电引信，包括阵列贴片接收天线1、贴片发射天线2、多通道收发电路3、信号处理电路4。
接收天线1中的多个独立的贴片天线组成阵列，形成多通道阵列接收天线，接收电路中每个接收通道对应阵列接收天线中的一个阵元。
发射天线2也采用贴片天线，天线可以是单个或阵列形式,天线极化方向与接收天线相同，波束宽度可以根据需要定制。
如图4所示，信号处理电路内置数字波束形成算法。数字波束形成是针对阵列天线,利用阵列天线的孔径，通过数字信号处理在期望的方向形成接收波束。虽然单个天线的方向图是全向的，但对阵列多个接收通道的信号，利用数字处理方法，对某一方向的入射信号，补偿由于传感器在空间位置不同而引起的传播波程差导致的相位差，实现同相叠加，从而实现该方向的最大能量接收，完成该方向上的波束形成，来接收有用的期望信号，这种把阵列接收的方向增益聚集在一个指定的方向上，相当于形成了一个“波束”。可以通过改变权值,使得波束指向不同的方向，并实现波束的扫描。通过多通道的并行处理也可以同时形成多个波束，还可以选择合适的窗函数来降低副瓣电平。
如图5所示，信号处理电路内置比相测角算法。相位法测角利用多个天线接收回波信号之间的相位差进行测角。从θ方向远区目标反射的信号，在到达接收天线时可近似为平面波。由于两接收天线间距为d，收到的信号存在波程差ΔR和相位差
它们之间符合：
因此，使用相位计对回波信号进行比相，测出其相位差
就可以确定目标方向θ，方位角的计算可以用
以上仅为发明的优选实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的思想原则内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种阵列贴片式无线电引信，其特征在于：包括阵列贴片接收天线、发射天线、多通道收发电路、信号处理电路，多通道收发电路通过发射天线进行信号的发射，通过阵列贴片接收天线进行多通道回波信号的接收，接收到的多通道回波信号送入信号处理电路进行数字波束形成和比相测角计算；
所述阵列贴片接收天线是由多个贴片天线组成的阵列，从而形成多通道阵列接收天线，电路中每个接收通道对应阵列接收天线中的一个阵元。
2.根据权利要求1所述的阵列贴片式无线电引信，其特征在于：发射天线采用贴片天线，天线是单个或阵列形式。
3.根据权利要求1或2所述的阵列贴片式无线电引信，其特征在于：阵列贴片天线、发射天线、多通道收发电路制作在同一PCB电路板上，采用同一PCB工艺制作。
4.根据权利要求1所述的阵列贴片式无线电引信，其特征在于：发射天线采用贴片天线，所述数字波束形成是对多通道回波信号，对某一方向的入射信号，补偿由于贴片接收天线在空间位置不同而引起的传播波程差导致的相位差，然后进行同相叠加，从而实现该方向的最大能量接收，完成该方向上的波束形成。
5.根据权利要求1所述的阵列贴片式无线电引信，其特征在于：所述数字波束形成时，通过改变每个通道的回波信号的权值,使得波束指向不同的方向，并实现波束的扫描。
6.根据权利要求1所述的阵列贴片式无线电引信，其特征在于：通过多通道回波信号的并行处理实现同时形成多个波束，各个波束通过不同的窗函数来降低副瓣电平。
7.根据权利要求1所述的阵列贴片式无线电引信，其特征在于：
所述比相测角计算是用多个通道接收回波信号之间的相位差进行测角，使用相位计对回波信号进行比相，测出两个通道回波信号的相位差
就可以确定目标方向θ，方位角
d是两个通道贴片接收天线的间距，λ是回波信号的波长。
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