CN113759376A - 一种自主探测成像一体化雷达装置 - Google Patents

一种自主探测成像一体化雷达装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种自主探测成像一体化雷达装置，包括：微波源，其用于生成窄带探测信号，宽带成像信号，窄带本振信号和宽带本振信号；发射机，其用于对接收到的窄带探测信号和宽带成像信号的功率进行放大处理；高频收发组件，其分别与微波源和发射机连接；五喇叭馈源的卡塞格伦抛物面天线，其与高频收发组件连接；A/D转换模块，其用于将高频收发组件所反馈的信号转换为数字信号；恒虚警模块，其用于根据接收到的数字信号获得目标的位置信息；二维跟踪角误差提取模块，其用于获得目标的跟踪角误差；逆合成孔径雷达ISAR二维成像模块其用于获得目标的逆合成孔径雷达ISAR图像；二维指向机构，其根据跟踪角误差，控制卡塞格伦抛物面天线稳定跟踪目标。

Description

一种自主探测成像一体化雷达装置
技术领域
本发明涉及微波雷达技术领域，尤其涉及一种自主探测成像一体化雷达装置。
背景技术
传统光学探测成像系统无法在逆光、阴影等特殊工况下实现目标探测、跟踪、测量和高分辨成像。
逆合成孔径雷达(Inverse Synthetic Aperture Radar，ISAR)微波成像能够携带光学图像所不具备的目标信息，且能对目标进行全天时、全天候和远距离观察，获取目标的高分辨率图像。利用ISAR进行空间目标成像是空间态势感知的重要内容，是夺取未来空天优势的重要保障。
基于逆合成孔径雷达成像技术的雷达装置，通常采用二维有源相控阵天线，其具有波束指向灵活、无机械运动部件等优点。其缺点是：1、不具备自主探测目标能力，需要已知目标先验信息，引导雷达天线波束指向目标，雷达装置才具备成像条件；2、成像基础上实现目标二维跟踪测量，至少需要具备三个宽带接收通道，实现三维成像，硬件成本高，成像算法复杂；3、T/R组件数目多、研制成本高、功耗大、需要采取散热措施。
发明内容
而本发明为了解决上述问题，提出了一种自主探测成像一体化雷达装置，采用和差单脉冲雷达跟瞄技术实现目标的自主搜索、捕获、跟踪和测量，稳定跟踪目标后，利用逆合成孔径雷达成像技术实现目标二维逆合成孔径雷达ISAR成像。
为达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种自主探测成像一体化雷达装置，包括：
微波源100，其用于生成窄带探测信号，宽带成像信号，窄带本振信号和宽带本振信号。
发射机200，其与所述微波源100连接，用于对接收到的所述窄带探测信号和所述宽带成像信号的功率进行放大处理。
高频收发组件300，其分别与所述微波源100和所述发射机200连接，用于传递其接收到所述发射机200所输出的所述窄带探测信号和所述宽带成像信号，并处理接收到的所述窄带本振信号和所述宽带本振信号。
五喇叭馈源的卡塞格伦抛物面天线400，其与所述高频收发组件300连接，用于发射所述高频收发组件300输出的所述窄带探测信号和所述宽带成像信号，以及接收相应的窄带回波信号和宽带回波信号。
A/D转换模块500，其与所述高频收发组件300连接，用于将所述高频收发组件300所反馈的信号转换为数字信号。
恒虚警模块600，其分别与所述A/D转换模块500和所述微波源100连接，用于根据接收到的所述数字信号获得目标的位置信息，以及用于控制所述微波源100产生所述宽带本振信号的时刻和输出所述探测窄带本振信号的时间。
二维跟踪角误差提取模块700，其分别与所述A/D转换模块500和所述恒虚警模块600连接，用于获得所述目标的跟踪角误差；
逆合成孔径雷达ISAR二维成像模块800，其与所述A/D转换模块500连接，用于获得所述目标的逆合成孔径雷达ISAR图像；
二维指向机构900，其分别与所述卡塞格伦抛物面天线400和所述二维跟踪角误差提取模块700连接，所述二维指向机构900根据所述跟踪角误差，控制所述卡塞格伦抛物面天线400稳定跟踪所述目标。
可选的，所述五喇叭馈源的卡塞格伦抛物面天线400，包括：
波导转接板401，其包含和差网络4012和宽带信号通道4011，且与所述高频收发组件300连接。
馈源中心喇叭402，其通过所述宽带信号通道4011与所述高频接收组件300连接，用于发射接收到的所述宽带成像信号和接收对应的宽带回波信号。
边缘四路喇叭403，其通过所述和差网络4012与所述高频接收组件500连接，用于发射接收到的所述窄带探测信号和接收对应的窄带回波信号。
可选的，所述高频收发组件300，包括：宽带环形器301，窄带环形器302和四通道接收机303；所述四通道接收机303包含宽带接收通道3031，窄带和路通道3032、窄带方位通道3033和窄带俯仰通道3034；所述宽带环形器301分别与所述波导转接板401的所述宽带信号通道4011，所述发射机200的宽带信号输出接口，以及所述四通道接收机303的宽带接收通道3031连接。
所述窄带环形器302，其分别与所述波导转接板401的所述和差网络4012的接口，所述发射机200的窄带信号输出接口，以及所述四通道接收机303的所述窄带和路通道3032连接。
所述四通道接收机303的所述窄带方位通道3033和所述窄带俯仰通道3044均与所述和差网络4012的接口连接。
所述宽带接收通道3031还与所述微波源100的宽带本振输出接口连接，用于接收所述宽带本振信号。
所述窄带和路通道3032、所述窄带方位通道3033和所述窄带俯仰通道3034还均与所述微波源100的窄带本振输出接口连接，用于接收所述窄带本振信号。
所述宽带环形器301用于将从所述宽带输出接口接收到的所述宽带成像信号经过所述宽带信号通道4011传输至所述馈源中心喇叭402中。
所述馈源中心喇叭402用于将接收到的所述宽带成像信号向外发射，并接收对应的宽带回波信号。
所述宽带环形器301还用于将从所述宽带信号通道4011反馈的所述宽带回波信号传输至所述宽带接收通道3031内。
所述宽带接收通道3031用于将接收到的所述宽带回波信号与所述宽带本振信号进行去调谐处理，得到中频模拟宽带回波信号，并将所述中频模拟宽带回波信号输入至所述A/D转换模块500中。
所述窄带环形器302用于将接收到的所述窄带探测信号经过所述和差网络4012的接口传输至所述边缘四路喇叭403中，所述边缘四路喇叭403用于将接收到的所述窄带探测信号向外辐射并接收对应的窄带回波信号。
所述和差网络4012还用于根据接收到的所述窄带回波信号生成和路信号，方位信号和俯仰信号。
所述窄带环形器302还用于将所述和路信号传输至窄带和路通道3032中。
所述窄带和路通道3032用于将接收到的所述和路信号与所述窄带本振信号进行下变频处理，获得中频模拟和路信号，并将其输入至所述A/D转换模块500中。
所述窄带方位通道3033用于接收所述方位信号，并将所述方位信号与接收到的所述窄带本振信号进行所述下变频处理，获得对应的中频模拟方位信号，并将所述中频模拟方位信号输入至所述A/D转换模块500中。
所述窄带俯仰通道3034用于接收所述俯仰信号，并将所述俯仰信号与接收到的所述窄带本振信号进行所述下变频处理，获得对应的中频模拟俯仰信号，还将所述中频模拟俯仰信号输入至所述A/D转换模块500中。
可选的，所述A/D转换模块500，包括：
第一A/D转换器501，其分别与所述宽带接收通道3031和所述逆合成孔径雷达ISAR二维成像模块800连接，所述第一A/D转换器501用于对接收到的所述中频模拟宽带回波信号进行采样，使其转换成数字成像信号，并将所述数字成像信号输入至所述逆合成孔径雷达ISAR二维成像模块800中。
第二A/D转换器502，其分别与所述窄带和路通道3032和所述恒虚警模块600连接，所述第二A/D转换器502用于对接收到的所述中频模拟和路信号进行采样，使其转换成数字和路信号，并将所述数字和路信号输入至所述恒虚警模块600中。
第三A/D转换器503，其分别与所述窄带方位通道3033和所述二维跟踪角误差提取模块700连接，所述第三A/D转换器503用于对所述中频模拟方位信号进行采样，使其转换成数字方位信号，并将所述数字方位信号输入至所述二维跟踪角误差提取模块700中。
第四A/D转换器504，其分别与所述窄带俯仰通道3034和所述二维跟踪角误差提取模块700连接，所述第四A/D转换器504用于对所述中频模拟俯仰信号进行采样，使其转换成数字俯仰信号，并将所述数字俯仰信号输入至所述二维跟踪角误差提取模块700中。
可选的，所述恒虚警模块600用于根据在多个帧周期内接收存储的数字和路信号，分别计算获得每一所述帧周期的目标位置与和路信号；所述恒虚警模块600还用于控制所述微波源100在每一所述帧周期内产生所述宽带本振信号的时刻和输出所述探测窄带本振信号的时间。
可选的，所述二维跟踪角误差提取模块700用于接收一帧所述数字俯仰路信号，一帧所述数字方位路信号，来自所述恒虚警模块600的目标位置及和路信号；所述二维跟踪角误差提取模块700还用于根据接收到的所述目标位置，并结合一帧所述数字俯仰路信号和一帧所述数字方位路信号获得目标俯仰信号和目标方位信号；根据所述目标俯仰信号与所述和路信号的比值，形成俯仰向跟踪角误差；根据所述目标方位信号与所述和路信号的比值，形成方位向跟踪角误差。
所述二维指向机构900用于根据接收到的所述俯仰向跟踪角误差和所述方位向跟踪角误差控制卡塞格伦抛物面天线400稳定跟踪目标。
当卡塞格伦抛物面天线400稳定跟踪目标后发出成像指令后。
所述逆合成孔径雷达ISAR二维成像模块800用于对接收到的所述数字成像信号进行距离维FFT处理，得到回波数据；对所述回波数据进行平动补偿，得到补偿数据，所述平动补偿包括包络对齐和初相校正补偿；对所述补偿数据进行方位维FFT处理，得到所述逆合成孔径雷达ISAR二维图像。
可选的，所述的自主探测成像一体化雷达装置的使用方法，包括：
步骤S1、根据在多个帧周期内接收存储的数字和路信号，分别计算获得每一所述帧周期的目标位置与和路信号，并控制产生所述宽带本振信号的产生时刻和输出所述探测窄带本振信号的输出时间。
步骤S2、根据每一所述帧周期的所述目标位置、所述和路信号、所述数字俯仰信号以及所述数字方位信号，分别计算获得每一所述帧周期的俯仰向跟踪角误差和方位向跟踪角误差。
步骤S3、根据每一所述帧周期的所述俯仰向跟踪角误差和所述方位向跟踪角误差稳定跟踪目标。
步骤S4、当稳定跟踪所述目标后发出成像指令，接收并处理数字成像信号，然后输出所述目标的逆合成孔径雷达ISAR二维图像。
可选的，所述步骤S1，包括：
步骤S11、根据预先设置好的空域进行空域二维搜索。
步骤S12、在搜索过程中，接收并存储帧周期内的一帧所述数字和路信号。
步骤S13、在一帧所述数字和路信号中找到并剔除所述数字和路信号的功率的最大值。
步骤S14、对剔除最大值后的其它所述数字和路信号的功率求平方和的均值，得到噪声平均功率，并将最大值的平方除以噪声平均功率得到目标信噪比。
步骤S15、将所述目标信噪比与预先设定的截获准则的信噪比进行比较。
步骤S16、当所述目标信噪比大于所述截获准则的信噪比，记录输出所述目标位置以及所述和路信号，控制产生所述宽带本振信号的时刻和输出所述窄带本振信号的时间，结束当前帧周期数据流程，等待下一帧周期数据接收存储后再重复所述步骤S13-步骤S15。
步骤S17、当所述目标信噪比小于或等于所述截获准则的信噪比时，结束当前帧周期数据流程，等待下一帧周期数据接收存储后再重复所述步骤S13-步骤S15。
可选的，在每一所述帧周期内，所述步骤S2，包括：
步骤S21、接收并存储帧周期内的一帧所述数字俯仰信号、一帧所述数字方位信号、所述目标位置以及所述和路信号。
步骤S22、根据所述目标位置，并结合一帧所述数字俯仰信号和一帧所述数字方位信号，获得目标俯仰信号和目标方位信号。
步骤S23、根据所述目标俯仰信号与所述和路信号的比值，形成并输出所述俯仰向跟踪角误差。
步骤S24、根据所述目标方位信号与所述和路信号的比值，形成并输出所述方位向跟踪角误差。
可选的，所述步骤S4，包括：
步骤S41、当稳定跟踪所述目标后发出成像指令，接收存储所述数字成像信号。
步骤S42、对所述数字成像信号进行距离维FFT处理，得到回波数据。
步骤S43、对所述回波数据进行平动补偿，得到补偿数据，所述平动补偿包括包络对齐和初相校正补偿。
步骤S44、对所述补偿数据进行方位维FFT处理，得到所述逆合成孔径雷达ISAR二维图像。
本发明至少具有以下优点之一：
1)本发明提供的自主探测成像一体化雷达装置，采用单脉冲雷达跟踪技术和逆合成孔径雷达ISAR二维成像技术一体化设计，一方面具有对空中目标自主快速搜索、捕获、跟踪和测量功能，另一方面在稳定跟踪目标条件下，具有自主逆合成孔径雷达ISAR二维成像功能。
2)在本发明提供的自主探测成像一体化雷达装置中，探测跟瞄与成像可同时工作，保证长时间成像数据录取过程中，目标稳定跟踪不丢失。
3)本发明提供的自主探测成像一体化雷达装置，采用卡塞格伦抛物面天线，与二维有源相控阵天线对比，研制成本和热控难度都大大降低。
4)本发明提供的自主探测成像一体化雷达装置，研制难度小，重量轻，功耗低，易于工程实现，非常适合在空间重量、热控资源有限的平台上使用。
附图说明
图1是本发明一实施例中的自主探测成像一体化雷达装置的整体结构框图；
图2是本发明一实施例中的自主探测成像一体化雷达装置的高频收发组件300和卡塞格伦抛物面天线400的结构框图；
图3是本发明一实施例中的自主探测成像一体化雷达装置的使用方法的流程图；
图4是本发明一实施例中的所述使用方法中恒虚警模块600的流程图；
图5是本发明一实施例中的所述使用方法中二位跟踪角误差模块700的流程图；
图6是本发明一实施例中的所述使用方法中逆合成孔径雷达ISAR二维成像模块800的流程图；
图中标号说明：100、微波源；200、发射机；300、高频收发组件；400、五喇叭馈源的卡塞格伦抛物面天线；500、A/D转换模块；600、恒虚警模块；700、二位跟踪角误差提取模块；800、逆合成孔径雷达ISAR二维成像模块；900、二维指向机构。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明提供的一种自主探测成像一体化雷达装置方法进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本命一部分实施例，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。
如图1所示，
一种自主探测成像一体化雷达装置，包括：
微波源100，其用于生成窄带探测信号，宽带成像信号，窄带本振信号和宽带本振信号。
发射机200，其与所述微波源100连接，用于对接收到的所述窄带探测信号和所述宽带成像信号的功率进行放大处理。
高频收发组件300，其分别与所述微波源100和所述发射机200连接，用于传递其接收到所述发射机200所输出的所述窄带探测信号和所述宽带成像信号，并处理接收到的所述窄带本振信号和所述宽带本振信号。
五喇叭馈源的卡塞格伦抛物面天线400，其与所述高频收发组件300连接，用于发射所述高频收发组件300输出的所述窄带探测信号和所述宽带成像信号，以及接收相应的窄带回波信号和宽带回波信号。
A/D转换模块500，其与所述高频收发组件300连接，用于将所述高频收发组件300所反馈的信号转换为数字信号。
恒虚警模块600，其分别与所述A/D转换模块500和所述微波源100连接，用于根据接收到的所述数字信号获得目标的位置信息，以及用于控制所述微波源100产生所述宽带本振信号的时刻和输出所述探测窄带本振信号的时间。
二维跟踪角误差提取模块700，其分别与所述A/D转换模块500和所述恒虚警模块600连接，用于获得所述目标的跟踪角误差；
逆合成孔径雷达ISAR二维成像模块800，其与所述A/D转换模块500连接，用于获得所述目标的逆合成孔径雷达ISAR图像；
二维指向机构900，其分别与所述卡塞格伦抛物面天线400和所述二维跟踪角误差提取模块700连接，所述二维指向机构900根据所述跟踪角误差，控制所述卡塞格伦抛物面天线400稳定跟踪所述目标。
如图2所示，所述五喇叭馈源的卡塞格伦抛物面天线400，包括：
波导转接板401，其包含和差网络4012和宽带信号通道4011，且与所述高频收发组件300连接。
馈源中心喇叭402，其通过所述宽带信号通道4011与所述高频接收组件300连接，用于发射接收到的所述宽带成像信号和接收对应的宽带回波信号。
边缘四路喇叭403，其通过所述和差网络4012与所述高频接收组件500连接，用于发射接收到的所述窄带探测信号和接收对应的窄带回波信号。
继续参考图2，所述高频收发组件300，包括：宽带环形器301，窄带环形器302和四通道接收机303；所述四通道接收机303包含宽带接收通道3031，窄带和路通道3032、窄带方位通道3033和窄带俯仰通道3034；所述宽带环形器301分别与所述波导转接板401的所述宽带信号通道4011，所述发射机200的宽带信号输出接口，以及所述四通道接收机303的宽带接收通道3031连接。
所述窄带环形器302，其分别与所述波导转接板401的所述和差网络4012的接口，所述发射机200的窄带信号输出接口，以及所述四通道接收机303的所述窄带和路通道3032连接。
所述四通道接收机303的所述窄带方位通道3033和所述窄带俯仰通道3044均与所述和差网络4012的接口连接。
所述宽带接收通道3031还与所述微波源100的宽带本振输出接口连接，用于接收所述宽带本振信号。
所述窄带和路通道3032、所述窄带方位通道3033和所述窄带俯仰通道3034还均与所述微波源100的窄带本振输出接口连接，用于接收所述窄带本振信号。
所述宽带环形器301用于将从所述宽带输出接口接收到的所述宽带成像信号经过所述宽带信号通道4011传输至所述馈源中心喇叭402中。
所述馈源中心喇叭402用于将接收到的所述宽带成像信号向外发射，并接收对应的宽带回波信号。
所述宽带环形器301还用于将从所述宽带信号通道4011反馈的所述宽带回波信号传输至所述宽带接收通道3031内。
所述宽带接收通道3031用于将接收到的所述宽带回波信号与所述宽带本振信号进行去调谐处理，得到中频模拟宽带回波信号，并将所述中频模拟宽带回波信号输入至所述A/D转换模块500中。
所述窄带环形器302用于将接收到的所述窄带探测信号经过所述和差网络4012的接口传输至所述边缘四路喇叭403中，所述边缘四路喇叭403用于将接收到的所述窄带探测信号向外辐射并接收对应的窄带回波信号。
所述和差网络4012还用于根据接收到的所述窄带回波信号生成和路信号，方位信号和俯仰信号。
所述窄带环形器302还用于将所述和路信号传输至窄带和路通道3032中。
所述窄带和路通道3032用于将接收到的所述和路信号与所述窄带本振信号进行下变频处理，获得中频模拟和路信号，并将其输入至所述A/D转换模块500中。
所述窄带方位通道3033用于接收所述方位信号，并将所述方位信号与接收到的所述窄带本振信号进行所述下变频处理，获得对应的中频模拟方位信号，并将所述中频模拟方位信号输入至所述A/D转换模块500中。
所述窄带俯仰通道3034用于接收所述俯仰信号，并将所述俯仰信号与接收到的所述窄带本振信号进行所述下变频处理，获得对应的中频模拟俯仰信号，还将所述中频模拟俯仰信号输入至所述A/D转换模块500中。
在本实施例中，所述窄带环形器302、所述宽带环形器301和所述四通道接收机303集成设计在所述高频收发组件300里。
继续参考图1，所述A/D转换模块500，包括：
第一A/D转换器501，其分别与所述宽带接收通道3031和所述逆合成孔径雷达ISAR二维成像模块800连接，所述第一A/D转换器501用于对接收到的所述中频模拟宽带回波信号进行采样，使其转换成数字成像信号，并将所述数字成像信号输入至所述逆合成孔径雷达ISAR二维成像模块800中。
第二A/D转换器502，其分别与所述窄带和路通道3032和所述恒虚警模块600连接，所述第二A/D转换器502用于对接收到的所述中频模拟和路信号进行采样，使其转换成数字和路信号，并将所述数字和路信号输入至所述恒虚警模块600中。
第三A/D转换器503，其分别与所述窄带方位通道3033和所述二维跟踪角误差提取模块700连接，所述第三A/D转换器503用于对所述中频模拟方位信号进行采样，使其转换成数字方位信号，并将所述数字方位信号输入至所述二维跟踪角误差提取模块700中。
第四A/D转换器504，其分别与所述窄带俯仰通道3034和所述二维跟踪角误差提取模块700连接，所述第四A/D转换器504用于对所述中频模拟俯仰信号进行采样，使其转换成数字俯仰信号，并将所述数字俯仰信号输入至所述二维跟踪角误差提取模块700中。
在本实施例中，所述恒虚警模块600用于根据在多个帧周期内接收存储的数字和路信号，分别计算获得每一所述帧周期的目标位置与和路信号；所述恒虚警模块600还用于控制所述微波源100在每一所述帧周期内产生所述宽带本振信号的时刻和输出所述探测窄带本振信号的时间。
在本实施例中，所述二维跟踪角误差提取模块700用于接收一帧所述数字俯仰路信号，一帧所述数字方位路信号，来自所述恒虚警模块600的目标位置及和路信号；所述二维跟踪角误差提取模块700还用于根据接收到的所述目标位置，并结合一帧所述数字俯仰路信号和一帧所述数字方位路信号获得目标俯仰信号和目标方位信号；根据所述目标俯仰信号与所述和路信号的比值，形成俯仰向跟踪角误差；根据所述目标方位信号与所述和路信号的比值，形成方位向跟踪角误差。
在本实施例中，所述二维指向机构900用于根据接收到的所述俯仰向跟踪角误差和所述方位向跟踪角误差控制卡塞格伦抛物面天线400稳定跟踪目标。
当卡塞格伦抛物面天线400稳定跟踪目标后发出成像指令后。
所述逆合成孔径雷达ISAR二维成像模块800用于对接收到的所述数字成像信号进行距离维FFT处理，得到回波数据；对所述回波数据进行平动补偿，得到补偿数据，所述平动补偿包括包络对齐和初相校正补偿；对所述补偿数据进行方位维FFT处理，得到所述逆合成孔径雷达ISAR二维图像。
在本实施例中，所述卡塞格伦抛物面天线400、所述二维指向机构900和所述高频收发组件300集成安装在所述自主探测成像一体化装置的背板上；在星载平台上，所述卡塞格伦抛物面天线400、所述二维指向机构900和所述高频收发组件300集成安装在舱外。
如图3所示，一种自主探测成像一体化雷达装置的使用方法，包括：
步骤S1、恒虚警模块600根据在多个帧周期内接收存储的数字和路信号，分别计算获得每一所述帧周期的目标位置、和路信号、并控制产生所述宽带本振信号的产生时刻和输出所述探测窄带本振信号的输出时间。
如图4所示，所述步骤S1，包括：
步骤S11、所述二维指向机构900根据预先设置好的空域控制雷达进行空域二维搜索。
在所述步骤S11中，所述空域包括：所述二维指向机构搜索中心角度位置、角度范围和搜索方式，其中所述搜索方式通常按照“己”字方式控制机构运动。
步骤S12、在所述雷达搜索过程中，所述恒虚警模块600在帧周期内接收并存储第二A/D转换器502输出的一帧数字和路信号。
步骤S13、在一帧所述数字和路信号中找到并剔除所述数字和路信号的功率的最大值。
步骤S14、对剔除最大值后的其它所述数字和路信号的功率求平方和的均值，得到噪声平均功率，并将最大值的平方除以噪声平均功率得到目标信噪比。
步骤S15、将所述目标信噪比与预先设定的截获准则的信噪比进行比较。
步骤S16、当所述目标信噪比大于所述截获准则的信噪比，记录输出所述目标位置以及所述和路信号，并输出所述目标位置到微波源100，控制产生所述宽带本振信号的时刻和输出所述窄带本振信号的时间，结束当前帧周期数据流程，等待下一帧周期数据接收存储后再重复所述步骤S13-步骤S15。
步骤S17、当所述目标信噪比小于或等于所述截获准则的信噪比时，结束当前帧周期数据流程，等待下一帧周期数据接收存储后再重复所述步骤S13-步骤S15。
继续参考图3，步骤S2、二维跟踪角误差提取模块700根据每一所述帧周期的所述目标位置、所述和路信号、数字俯仰信号以及数字方位信号，分别计算获得每一所述帧周期的俯仰向跟踪角误差和方位向跟踪角误差。
如图5所示，在每一所述帧周期内，所述步骤S2，包括：
步骤S21、所述二维跟踪角误差提取模块700在帧周期内接收并存储第四A/D转换器504输出的一帧所述数字俯仰信号、第三A/D转换器503输出的一帧所述数字方位信号、所述目标位置以及所述和路信号。
步骤S22、所述二维跟踪角误差提取模块700根据所述目标位置，并结合一帧所述数字俯仰信号和一帧所述数字方位信号，获得目标俯仰信号和目标方位信号。
步骤S23、根据所述目标俯仰信号与所述和路信号的比值，形成所述俯仰向跟踪角误差，并输出到所述二维指向机构900。
步骤S24、根据所述目标方位信号与所述和路信号的比值，形成所述方位向跟踪角误差，并输出到所述二维指向机构900。
继续参考图3，步骤S3、二维指向机构900根据每一所述帧周期的所述俯仰向跟踪角误差和所述方位向跟踪角误差，控制卡塞格伦抛物面天线400稳定跟踪目标。
在本实施例中，一帧表示含有多个信号，其与硬件平台处理能力有关；所述帧周期表示模块接收存储对应的信号一帧所需要的时间，多个帧周期之间时间是连续的。
继续参考图3，步骤S4、当窄带系统稳定跟踪所述目标后发出成像指令，逆合成孔径雷达ISAR二维成像模块800接收并处理数字成像信号，最后输出所述目标的逆合成孔径雷达ISAR二维图像。
如图6所示，所述步骤S4，包括：
步骤S41、所述逆合成孔径雷达ISAR二维成像模块800接收存储第一A/D转换器输出的所述数字成像信号。
步骤S42、对所述数字成像信号进行距离维FFT处理，得到回波数据。
步骤S43、对所述回波数据进行平动补偿，得到补偿数据，所述平动补偿包括包络对齐和初相校正补偿。
步骤S44、对所述补偿数据进行方位维FFT处理，得到所述逆合成孔径雷达ISAR二维图像。
在本实施例中，通过本发明先窄带探测目标，稳定跟踪目标后，进行宽带ISAR二维成像，并且成像过程中，仍可实时探测跟踪目标。
综上所述，本发明提出了一种自主探测成像一体化雷达装置，采用单脉冲雷达跟踪技术和ISAR二维成像技术一体化设计，采用卡塞格伦抛物面天线方案，实现目标全天时、全天候自主探测、捕获、跟踪、测量和高分辨类光学成像，提供空间目标的外形、姿态和运动信息；本发明一方面具有对空中目标自主快速搜索、捕获、跟踪和测量功能，另一方面在稳定跟踪目标条件下，具有自主ISAR二维成像功能，并且探测跟踪功能与成像功能可同时实现。
需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
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。
应当注意的是，在本文的实施方式中所揭露的装置和方法，也可以通过其他的方式实现。以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本文的多个实施方式的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用于执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本文各个实施方式中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种自主探测成像一体化雷达装置，其特征在于，包括：
微波源(100)，其用于生成窄带探测信号，宽带成像信号，窄带本振信号和宽带本振信号；
发射机(200)，其与所述微波源(100)连接，用于对接收到的所述窄带探测信号和所述宽带成像信号的功率进行放大处理；
高频收发组件(300)，其分别与所述微波源(100)和所述发射机(200)连接，用于传递其接收到所述发射机(200)所输出的所述窄带探测信号和所述宽带成像信号，并处理接收到的所述窄带本振信号和所述宽带本振信号；
五喇叭馈源的卡塞格伦抛物面天线(400)，其与所述高频收发组件(300)连接，用于发射所述高频收发组件(300)输出的所述窄带探测信号和所述宽带成像信号，以及接收相应的窄带回波信号和宽带回波信号；
A/D转换模块(500)，其与所述高频收发组件(300)连接，用于将所述高频收发组件(300)所反馈的信号转换为数字信号；
恒虚警模块(600)，其分别与所述A/D转换模块(500)和所述微波源(100)连接，用于根据接收到的所述数字信号获得目标的位置信息，以及用于控制所述微波源(100)产生所述宽带本振信号的时刻和输出所述探测窄带本振信号的时间；
二维跟踪角误差提取模块(700)，其分别与所述A/D转换模块(500)和所述恒虚警模块(600)连接，用于获得所述目标的跟踪角误差；
逆合成孔径雷达ISAR二维成像模块(800)，其与所述A/D转换模块(500)连接，用于获得所述目标的逆合成孔径雷达ISAR图像；
二维指向机构(900)，其分别与所述卡塞格伦抛物面天线(400)和所述二维跟踪角误差提取模块(700)连接，所述二维指向机构(900)根据所述跟踪角误差，控制所述卡塞格伦抛物面天线(400)稳定跟踪所述目标。
2.如权利要求1所述的自主探测成像一体化雷达装置，其特征在于，所述五喇叭馈源的卡塞格伦抛物面天线(400)，包括：
波导转接板(401)，其包含和差网络(4012)和宽带信号通道(4011)，且与所述高频收发组件(300)连接；
馈源中心喇叭(402)，其通过所述宽带信号通道(4011)与所述高频接收组件(300)连接，用于发射接收到的所述宽带成像信号和接收对应的宽带回波信号；
边缘四路喇叭(403)，其通过所述和差网络(4012)与所述高频接收组件(500)连接，用于发射接收到的所述窄带探测信号和接收对应的窄带回波信号。
3.如权利要求2所述的自主探测成像一体化雷达装置，其特征在于，所述高频收发组件(300)包括：宽带环形器(301)，窄带环形器(302)和四通道接收机(303)；所述四通道接收机(303)包含宽带接收通道(3031)，窄带和路通道(3032)、窄带方位通道(3033)和窄带俯仰通道(3034)；
所述宽带环形器(301)分别与所述波导转接板(401)的所述宽带信号通道(4011)，所述发射机(200)的宽带信号输出接口，以及所述四通道接收机(303)的宽带接收通道(3031)连接；
所述窄带环形器(302)，其分别与所述波导转接板(401)的所述和差网络(4012)的接口，所述发射机(200)的窄带信号输出接口，以及所述四通道接收机(303)的所述窄带和路通道(3032)连接；
所述四通道接收机(303)的所述窄带方位通道(3033)和所述窄带俯仰通道(3044)均与所述和差网络(4012)的接口连接；
所述宽带接收通道(3031)还与所述微波源(100)的宽带本振输出接口连接，用于接收所述宽带本振信号；
所述窄带和路通道(3032)、所述窄带方位通道(3033)和所述窄带俯仰通道(3034)还均与所述微波源(100)的窄带本振输出接口连接，用于接收所述窄带本振信号；
所述宽带环形器(301)用于将从所述宽带输出接口接收到的所述宽带成像信号经过所述宽带信号通道(4011)传输至所述馈源中心喇叭(402)中；
所述馈源中心喇叭(402)用于将接收到的所述宽带成像信号向外发射，并接收对应的宽带回波信号；
所述宽带环形器(301)还用于将从所述宽带信号通道(4011)反馈的所述宽带回波信号传输至所述宽带接收通道(3031)内；
所述宽带接收通道(3031)用于将接收到的所述宽带回波信号与所述宽带本振信号进行去调谐处理，得到中频模拟宽带回波信号，并将所述中频模拟宽带回波信号输入至所述A/D转换模块(500)中；
所述窄带环形器(302)用于将接收到的所述窄带探测信号经过所述和差网络(4012)的接口传输至所述边缘四路喇叭(403)中，所述边缘四路喇叭(403)用于将接收到的所述窄带探测信号向外辐射并接收对应的窄带回波信号；
所述和差网络(4012)还用于根据接收到的所述窄带回波信号生成和路信号，方位信号和俯仰信号；
所述窄带环形器(302)还用于将所述和路信号传输至窄带和路通道(3032)中；
所述窄带和路通道(3032)用于将接收到的所述和路信号与所述窄带本振信号进行下变频处理，获得中频模拟和路信号，并将其输入至所述A/D转换模块(500)中；
所述窄带方位通道(3033)用于接收所述方位信号，并将所述方位信号与接收到的所述窄带本振信号进行所述下变频处理，获得对应的中频模拟方位信号，并将所述中频模拟方位信号输入至所述A/D转换模块(500)中；
所述窄带俯仰通道(3034)用于接收所述俯仰信号，并将所述俯仰信号与接收到的所述窄带本振信号进行所述下变频处理，获得对应的中频模拟俯仰信号，还将所述中频模拟俯仰信号输入至所述A/D转换模块(500)中。
4.如权利要求3所述的自主探测成像一体化雷达装置，其特征在于，所述A/D转换模块(500)包括：
第一A/D转换器(501)，其分别与所述宽带接收通道(3031)和所述逆合成孔径雷达ISAR二维成像模块(800)连接，所述第一A/D转换器(501)用于对接收到的所述中频模拟宽带回波信号进行采样，使其转换成数字成像信号，并将所述数字成像信号输入至所述逆合成孔径雷达ISAR二维成像模块(800)中；
第二A/D转换器(502)，其分别与所述窄带和路通道(3032)和所述恒虚警模块(600)连接，所述第二A/D转换器(502)用于对接收到的所述中频模拟和路信号进行采样，使其转换成数字和路信号，并将所述数字和路信号输入至所述恒虚警模块(600)中；
第三A/D转换器(503)，其分别与所述窄带方位通道(3033)和所述二维跟踪角误差提取模块(700)连接，所述第三A/D转换器(503)用于对所述中频模拟方位信号进行采样，使其转换成数字方位信号，并将所述数字方位信号输入至所述二维跟踪角误差提取模块(700)中；
第四A/D转换器(504)，其分别与所述窄带俯仰通道(3034)和所述二维跟踪角误差提取模块(700)连接，所述第四A/D转换器(504)用于对所述中频模拟俯仰信号进行采样，使其转换成数字俯仰信号，并将所述数字俯仰信号输入至所述二维跟踪角误差提取模块(700)中。
5.如权利要求4所述的自主探测成像一体化雷达装置，其特征在于，所述恒虚警模块(600)用于根据在多个帧周期内接收存储的数字和路信号，分别计算获得每一所述帧周期的目标位置与和路信号；
所述恒虚警模块(600)还用于控制所述微波源(100)在每一所述帧周期内产生所述宽带本振信号的时刻和输出所述探测窄带本振信号的时间。
6.如权利要求5所述的自主探测成像一体化雷达装置，其特征在于，
所述二维跟踪角误差提取模块(700)用于接收一帧所述数字俯仰路信号，一帧所述数字方位路信号，来自所述恒虚警模块(600)的目标位置及和路信号；
所述二维跟踪角误差提取模块(700)还用于根据接收到的所述目标位置，并结合一帧所述数字俯仰路信号和一帧所述数字方位路信号获得目标俯仰信号和目标方位信号；
根据所述目标俯仰信号与所述和路信号的比值，形成俯仰向跟踪角误差；根据所述目标方位信号与所述和路信号的比值，形成方位向跟踪角误差；
所述二维指向机构(900)用于根据接收到的所述俯仰向跟踪角误差和所述方位向跟踪角误差控制卡塞格伦抛物面天线(400)稳定跟踪目标；
当卡塞格伦抛物面天线(400)稳定跟踪目标后发出成像指令后，
所述逆合成孔径雷达ISAR二维成像模块(800)用于对接收到的所述数字成像信号进行距离维FFT处理，得到回波数据；
对所述回波数据进行平动补偿，得到补偿数据，所述平动补偿包括包络对齐和初相校正补偿；
对所述补偿数据进行方位维FFT处理，得到所述逆合成孔径雷达ISAR二维图像。
7.一种如权利要求1～7中任意一项所述的自主探测成像一体化雷达装置的使用方法，其特征在于，包括：
步骤S1、根据在多个帧周期内接收存储的数字和路信号，分别计算获得每一所述帧周期的目标位置与和路信号，并控制产生所述宽带本振信号的产生时刻和输出所述探测窄带本振信号的输出时间；
步骤S2、根据每一所述帧周期的所述目标位置、所述和路信号、所述数字俯仰信号以及所述数字方位信号，分别计算获得每一所述帧周期的俯仰向跟踪角误差和方位向跟踪角误差；
步骤S3、根据每一所述帧周期的所述俯仰向跟踪角误差和所述方位向跟踪角误差稳定跟踪目标；
步骤S4、当稳定跟踪所述目标后发出成像指令，接收并处理数字成像信号，然后输出所述目标的逆合成孔径雷达ISAR二维图像。
8.如权利要求7所述的自主探测成像一体化雷达装置的使用方法，其特征在于，所述步骤S1，包括：
步骤S11、根据预先设置好的空域进行空域二维搜索；
步骤S12、在搜索过程中，接收并存储帧周期内的一帧所述数字和路信号；
步骤S13、在一帧所述数字和路信号中找到并剔除所述数字和路信号的功率的最大值；
步骤S14、对剔除最大值后的其它所述数字和路信号的功率求平方和的均值，得到噪声平均功率，并将最大值的平方除以噪声平均功率得到目标信噪比；
步骤S15、将所述目标信噪比与预先设定的截获准则的信噪比进行比较；
步骤S16、当所述目标信噪比大于所述截获准则的信噪比，记录输出所述目标位置以及所述和路信号，控制产生所述宽带本振信号的时刻和输出所述窄带本振信号的时间，结束当前帧周期数据流程，等待下一帧周期数据接收存储后再重复所述步骤S13-步骤S15；
步骤S17、当所述目标信噪比小于或等于所述截获准则的信噪比时，结束当前帧周期数据流程，等待下一帧周期数据接收存储后再重复所述步骤S13-步骤S15。
9.如权利要求8所述的自主探测成像一体化雷达装置的使用方法，其特征在于，每一所述帧周期内，所述步骤S2，包括：
步骤S21、接收并存储帧周期内的一帧所述数字俯仰信号、一帧所述数字方位信号、所述目标位置以及所述和路信号；
步骤S22、根据所述目标位置，并结合一帧所述数字俯仰信号和一帧所述数字方位信号，获得目标俯仰信号和目标方位信号；
步骤S23、根据所述目标俯仰信号与所述和路信号的比值，形成并输出所述俯仰向跟踪角误差；
步骤S24、根据所述目标方位信号与所述和路信号的比值，形成并输出所述方位向跟踪角误差。
10.如权利要求9所述的自主探测成像一体化雷达装置的使用方法，其特征在于，所述步骤S4，包括：
步骤S41、当稳定跟踪所述目标后发出成像指令，接收存储所述数字成像信号；
步骤S42、对所述数字成像信号进行距离维FFT处理，得到回波数据；
步骤S43、对所述回波数据进行平动补偿，得到补偿数据，所述平动补偿包括包络对齐和初相校正补偿；
步骤S44、对所述补偿数据进行方位维FFT处理，得到所述逆合成孔径雷达ISAR二维图像。
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