CN113820701A - 一种基于二维频相扫描阵列的高帧频快速目标探测方法 - Google Patents

一种基于二维频相扫描阵列的高帧频快速目标探测方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113820701A
CN113820701A CN202010562343.2A CN202010562343A CN113820701A CN 113820701 A CN113820701 A CN 113820701A CN 202010562343 A CN202010562343 A CN 202010562343A CN 113820701 A CN113820701 A CN 113820701A
Authority
CN
China
Prior art keywords
frequency
target
detected
frequency point
signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010562343.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113820701B (zh
Inventor
徐国庆
朱迪
黄莹珠
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Space Science Center of CAS
Original Assignee
National Space Science Center of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National Space Science Center of CAS filed Critical National Space Science Center of CAS
Priority to CN202010562343.2A priority Critical patent/CN113820701B/zh
Publication of CN113820701A publication Critical patent/CN113820701A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113820701B publication Critical patent/CN113820701B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/08—Systems for measuring distance only
    • G01S13/10—Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse modulated waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/04—Systems determining presence of a target

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

本发明属于空域目标探测技术领域，具体地说，涉及一种基于二维频相扫描阵列的高帧频快速目标探测方法，该方法包括：将多频点功率脉冲信号发送至发射天线，发射天线将多频点功率脉冲信号发射至待探测空域中的待测目标，待探测空域中的待测目标产生多频点回波信号；接收天线阵列接收从待测目标反射回的多频点回波信号，采用俯仰向频扫和水平向数字波束合成相结合的方法，利用接收机和数控单元，对接收的多频点回波信号进行俯仰向和水平方向数据处理，得到待测目标的位置信息、速度信息和待测目标的检测距离，完成快速目标探测。

Description

一种基于二维频相扫描阵列的高帧频快速目标探测方法
技术领域
本发明属于空域目标探测技术领域，具体地说，涉及一种基于二维频相扫描阵列的高帧频快速目标探测方法。
背景技术
波束的二维扫描技术是相控阵列的核心，该技术通过发射多个不同相位电磁脉冲信号进行波束合成，从而形成特定指向的波束探测目标，在此基础上通过不停的改变波束指向完成对不同指向角度的二维扫描。高帧频二维宽带扫描技术提出了一种不同于现有相控阵波束合成技术的，能够实现快速扫描的技术方案。
高帧频二维宽带扫描技术可实现快速的空域扫描，并且技术复杂度低，成本低，对于低空高速无人机的跟踪探测和反制、重要场所陆地周界及临近空域的智能防护、重要运动车辆目标的近距离主动防护等方面具有广泛的应用前景。
现有的二维波速扫描方法扫描速度较慢，扫描时间长，系统技术复杂度高的缺陷；具体如下：
1、现有的二维相控扫描技术扫描速度慢；如果每一个波位的扫描时间为T，水平方向有N个波位，俯仰方向有M个波位，则扫描时间为M×N个T时间；
2、现有的二维相控扫描技术复杂度较高，需要在每一个单元后加入移相器(或TR组件)。系统非常复杂，成本高。对于目标探测的性价比非常差，无法做到大规模的应用，尤其是在民用领域；
发明内容
为解决现有技术存在上述缺陷，本发明提出了一种基于二维频相扫描阵列的高帧频快速目标探测方法，实现对待测空域的快速扫描，能够精确测量待测目标的位置信息，检测距离，待测目标的速度信息，而且复杂度较低，成本较低。
所述二维频相扫描阵列包括：发射天线、接收天线阵列、接收机和数控单元；接收天线阵列与接收机电连接，接收机与数控单元电连接，该方法包括：
将多频点功率脉冲信号发送至发射天线，发射天线将多频点功率脉冲信号发射至待探测空域中的待测目标，待探测空域中的待测目标产生多频点回波信号；
接收天线阵列接收从待测目标反射回的多频点回波信号，采用俯仰向频扫和水平向数字波束合成相结合的方法，利用接收机和数控单元，对接收的多频点回波信号进行俯仰向和水平方向数据处理，得到待测目标的位置信息、速度信息和待测目标的检测距离，完成快速目标探测。
作为上述技术方案的改进之一，所述接收机包括：多个多段波位滤波器和多个信道接收组件；数控单元包括：多个A/D转换器和数据处理模块；
其中，每个多段波位滤波器依次顺序连接信道接收组件和A/D转换器；
将多频点功率脉冲信号送至发射天线，形成发射链路；
接收天线阵列中的每个接收天线依次顺序连接多段波位滤波器、信道接收组件、A/D转换器和数据处理模块，形成接收链路。
作为上述技术方案的改进之一，所述发射天线包括单根发射波导。
作为上述技术方案的改进之一，所述接收天线阵列包括：多个水平平行排列的接收天线；其中，每个接收天线包括单根频扫波导。
作为上述技术方案的改进之一，所述接收天线阵列接收从待测目标反射回的多频点回波信号，采用俯仰向频扫和水平向数字波束合成相结合的方法，利用接收机和数控单元，对接收的多频点回波信号进行俯仰向和水平方向数据处理，得到待测目标的位置信息、速度信息和待测目标的检测距离；具体为：
发射天线发射多频点功率脉冲信号至待测目标，接收天线阵列中的每个接收天线接收从待测目标反射回的多频点回波信号，将多频点回波信号输入至多段波位滤波器进行多段波位滤波处理，得到不同俯仰波位的高频模拟信号，再将每个高频模拟信号输入至信号接收组件进行降频处理，得到中频模拟信号，再经过A/D转换器进行模数转换后，得到数字中频信号，再将每个数字中频信号输入至数据处理模块进行数据处理，得到多个不同俯仰波位的数字中频信号及其对应的俯仰波束角度；
同时，将每个相同俯仰波位的多个数字中频信号组成一组数据，并将该组数据输入至数据处理模块进行数字波束合成处理，得到每个相同俯仰波位的水平方向波束角度；
根据每个相同俯仰波位的俯仰向波束角度和水平方向波束角度，得到待测目标的位置信息；
通过获得的数字中频信号，计算发射的多频点功率脉冲信号和反射回的多频点回波信号的时间差，将时间差乘以光速，则得到待测目标的检测距离；
通过获得的数字中频信号，计算发射的多频点功率脉冲信号和反射回的多频点回波信号的频率差，获得回波信号的多普勒频移，则得到待测目标的速度，作为待测目标的速度信息。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
1、本发明的方法扫描速度快，仅利用原单个波位的扫描时间T即可实现水平方向的波位和俯仰方向的波位的全部扫描，比传统二维扫描方式速度提高N*M倍(水平方向有N个波位，俯仰方向有M个波位)，可以实现较高的帧频，对于高速目标能够提供较高的数据刷新率。
2、采用俯仰向频扫、波段滤波与水平方向的数字波束合成的新的扫描方式，可以实现快速扫描，在探测待测目标时，实现了更高的扫描速度和数据更新率，更高的扫描速度能够更快的发现目标，更高的数据刷新率，能够跟踪待测目标的复杂运动轨迹；
3、复杂度较低，结构较为简单，成本低，非常适用于采用相控方式扫描的系统。
附图说明
图1是本发明的一种基于二维频相扫描阵列的高帧频快速目标探测方法的二维频相扫描阵列的电路连接的结构框图；
图2是本发明的一种基于二维频相扫描阵列的高帧频快速目标探测方法的二维频相扫描阵列中的发射天线与接收天线阵列的结构示意图；
图3是本发明的一种基于二维频相扫描阵列的高帧频快速目标探测方法的二维频相扫描阵列的数控单元信号处理流程图。
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步的描述。
本发明提供了一种基于二维频相扫描阵列的高帧频快速目标探测方法，主要用于高速目标的探测、定位和跟踪。其中，高速目标为速度大于100米/秒的目标；
如图1所示，所述接收机包括：多个多段波位滤波器和多个信道接收组件；数控单元包括：多个A/D转换器和数据处理模块；
其中，每个多段波位滤波器依次顺序连接信道接收组件和A/D转换器；
将多频点功率脉冲信号送至发射天线，形成发射链路；
接收天线阵列中的每个接收天线依次顺序连接多段波位滤波器、信道接收组件、A/D转换器和数据处理模块，形成接收链路。
如图2所示，所述发射天线包括单根发射波导。
如图2所示，所述接收天线阵列包括：多个水平平行排列的接收天线；其中，每个接收天线包括单根频扫波导。其中，所述接收天线阵列为矩形平面阵。
该方法包括：
将多频点功率脉冲信号发送至发射天线，发射天线将多频点功率脉冲信号发射至待探测空域中的待测目标，待探测空域中的待测目标产生多频点回波信号；
其中，在本市实施例中，所述多频点功率脉冲信号是通过DDS信号处理器产生的。
接收天线阵列接收从待测目标反射回的多频点回波信号，采用俯仰向频扫和水平向数字波束合成相结合的方法，利用接收机和数控单元，对接收的多频点回波信号进行俯仰向和水平方向数据处理，得到待测目标的位置信息、速度信息和待测目标的检测距离，完成快速目标探测。
具体地，如图2所示，发射天线发射多频点功率脉冲信号至待测目标，接收天线阵列中的每个接收天线接收从待测目标反射回的多频点回波信号，将多频点回波信号输入至多段波位滤波器进行多段波位滤波处理，得到不同俯仰波位的高频模拟信号，再将每个高频模拟信号输入至信号接收组件进行降频处理，得到中频模拟信号，再经过A/D转换器进行模数转换后，得到数字中频信号，再将每个数字中频信号输入至数据处理模块进行数据处理，得到多个不同俯仰波位的数字中频信号及其对应的俯仰波束角度；
同时，如图3所示，将每个相同俯仰波位的多个数字中频信号组成一组数据，并将该组数据输入至数据处理模块进行数字波束合成处理，得到每个相同俯仰波位的水平方向波束角度；图3中的俯仰单波位为每个相同俯仰波位，其中的ADC采样数据为每个数字中频信号，每个数字中频信号经过DDC(Direct Digital Control，直接数字控制)控制器，输入至数据处理模块进行数字波束合成(DBF)处理，得到每个相同俯仰波位的水平方向波束角度，将其作为接收天线阵列的阵面扫描结果；根据每个相同俯仰波位的俯仰向波束角度和水平方向波束角度，得到待测目标的位置信息；
通过获得的数字中频信号，计算发射的多频点功率脉冲信号和反射回的多频点回波信号的时间差，将时间差乘以光速，则得到待测目标的检测距离；
通过获得的数字中频信号，计算发射的多频点功率脉冲信号和反射回的多频点回波信号的频率差，获得回波信号的多普勒频移，则得到待测目标的速度，作为待测目标的速度信息。
在本实施例中，发射天线发射M个频点功率脉冲信号至待测目标，接收天线阵列由N个单根接收天线组成，接收从待测目标反射回的多频点回波信号，将多频点回波信号进行多段波位滤波处理、降频处理和模数转换，再输入至数据处理模块进行数据处理，得到M个不同俯仰波位的数字中频信号及其对应的俯仰波束角度；
同时，将每个相同俯仰波位的N个数字中频信号组成一组数据，并将该组数据输入至数据处理模块进行数字波束合成处理，得到每个相同俯仰波位的水平方向波束角度；
根据俯仰向波束角度和水平方向波束角度，得到待测目标的位置信息；其中，得到待测目标的不同位置信息是在一个T时间内完成，实现了快速扫描。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种基于二维频相扫描阵列的高帧频快速目标探测方法，所述二维频相扫描阵列包括：发射天线、接收天线阵列、接收机和数控单元；接收天线阵列与接收机电连接，接收机与数控单元电连接，该方法包括：
将多频点功率脉冲信号发送至发射天线，发射天线将多频点功率脉冲信号发射至待探测空域中的待测目标，待探测空域中的待测目标产生多频点回波信号；
接收天线阵列接收从待测目标反射回的多频点回波信号，采用俯仰向频扫和水平向数字波束合成相结合的方法，利用接收机和数控单元，对接收的多频点回波信号进行俯仰向和水平方向数据处理，得到待测目标的位置信息、速度信息和待测目标的检测距离，完成快速目标探测。
2.根据权利要求1所述的基于二维频相扫描阵列的高帧频快速目标探测方法，其特征在于，所述接收机包括：多个多段波位滤波器和多个信道接收组件；数控单元包括：多个A/D转换器和数据处理模块；
将多频点功率脉冲信号送至发射天线，形成发射链路；
接收天线阵列中的每个接收天线依次顺序连接多段波位滤波器、信道接收组件、A/D转换器和数据处理模块，形成接收链路。
3.根据权利要求1所述的基于二维频相扫描阵列的高帧频快速目标探测方法，其特征在于，所述发射天线包括单根发射波导。
4.根据权利要求1所述的基于二维频相扫描阵列的高帧频快速目标探测方法，其特征在于，所述接收天线阵列包括：多个水平平行排列的接收天线；其中，每个接收天线包括单根频扫波导。
5.根据权利要求1所述的基于二维频相扫描阵列的高帧频快速目标探测方法，其特征在于，所述接收天线阵列接收从待测目标反射回的多频点回波信号，采用俯仰向频扫和水平向数字波束合成相结合的方法，利用接收机和数控单元，对接收的多频点回波信号进行俯仰向和水平方向数据处理，得到待测目标的位置信息、速度信息和待测目标的检测距离；具体为：
发射天线发射多频点功率脉冲信号至待测目标，接收天线阵列中的每个接收天线接收从待测目标反射回的多频点回波信号，将多频点回波信号输入至多段波位滤波器进行多段波位滤波处理，得到不同俯仰波位的高频模拟信号，再将每个高频模拟信号输入至信号接收组件进行降频处理，得到中频模拟信号，再经过A/D转换器进行模数转换后，得到数字中频信号，再将每个数字中频信号输入至数据处理模块进行数据处理，得到多个不同俯仰波位的数字中频信号及其对应的俯仰波束角度；
同时，将每个相同俯仰波位的多个数字中频信号组成一组数据，并将该组数据输入至数据处理模块进行数字波束合成处理，得到每个相同俯仰波位的水平方向波束角度；
根据每个相同俯仰波位的俯仰向波束角度和水平方向波束角度，得到待测目标的位置信息；
通过获得的数字中频信号，计算发射的多频点功率脉冲信号和反射回的多频点回波信号的时间差，将时间差乘以光速，则得到待测目标的检测距离；
通过获得的数字中频信号，计算发射的多频点功率脉冲信号和反射回的多频点回波信号的频率差，获得回波信号的多普勒频移，则得到待测目标的速度，作为待测目标的速度信息。
CN202010562343.2A 2020-06-18 2020-06-18 一种基于二维频相扫描阵列的高帧频快速目标探测方法 Active CN113820701B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010562343.2A CN113820701B (zh) 2020-06-18 2020-06-18 一种基于二维频相扫描阵列的高帧频快速目标探测方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010562343.2A CN113820701B (zh) 2020-06-18 2020-06-18 一种基于二维频相扫描阵列的高帧频快速目标探测方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113820701A true CN113820701A (zh) 2021-12-21
CN113820701B CN113820701B (zh) 2023-10-13

Family

ID=78924441

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010562343.2A Active CN113820701B (zh) 2020-06-18 2020-06-18 一种基于二维频相扫描阵列的高帧频快速目标探测方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113820701B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115877346A (zh) * 2023-03-04 2023-03-31 安徽隼波科技有限公司 一种基于二维相控阵雷达的无人机载脱靶量矢量检测方法

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4159462A (en) * 1977-08-18 1979-06-26 General Electric Company Ultrasonic multi-sector scanner
US4649390A (en) * 1983-08-05 1987-03-10 Hughes Aircraft Company Two dimension radar system with selectable three dimension target data extraction
CN102540178A (zh) * 2010-11-19 2012-07-04 古野电气株式会社 雷达装置及物标检测方法
US20160139254A1 (en) * 2014-11-13 2016-05-19 The Boeing Company Short-Range Point Defense Radar
CN106291477A (zh) * 2016-08-25 2017-01-04 零八电子集团有限公司 二维频相扫小目标探测系统
CN106785433A (zh) * 2017-01-13 2017-05-31 中国科学院国家空间科学中心 一种基于脊隙波导技术的无隙扫描漏波天线
CN108398677A (zh) * 2018-04-25 2018-08-14 零八电子集团有限公司 三坐标连续波一维相扫无人机低空目标检测系统
CN110161474A (zh) * 2019-05-09 2019-08-23 中科宇达（北京）科技有限公司 一种基于数字波束形成技术的低慢小目标探测方法
CN110187332A (zh) * 2019-05-15 2019-08-30 中科宇达（北京）科技有限公司 基于数字波束形成技术的低空防御雷达系统及方法
CN111190184A (zh) * 2020-02-24 2020-05-22 南京信大气象科学技术研究院有限公司 一种俯仰多波束天气雷达及其探测方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4159462A (en) * 1977-08-18 1979-06-26 General Electric Company Ultrasonic multi-sector scanner
US4649390A (en) * 1983-08-05 1987-03-10 Hughes Aircraft Company Two dimension radar system with selectable three dimension target data extraction
CN102540178A (zh) * 2010-11-19 2012-07-04 古野电气株式会社 雷达装置及物标检测方法
US20160139254A1 (en) * 2014-11-13 2016-05-19 The Boeing Company Short-Range Point Defense Radar
CN106291477A (zh) * 2016-08-25 2017-01-04 零八电子集团有限公司 二维频相扫小目标探测系统
CN106785433A (zh) * 2017-01-13 2017-05-31 中国科学院国家空间科学中心 一种基于脊隙波导技术的无隙扫描漏波天线
CN108398677A (zh) * 2018-04-25 2018-08-14 零八电子集团有限公司 三坐标连续波一维相扫无人机低空目标检测系统
CN110161474A (zh) * 2019-05-09 2019-08-23 中科宇达（北京）科技有限公司 一种基于数字波束形成技术的低慢小目标探测方法
CN110187332A (zh) * 2019-05-15 2019-08-30 中科宇达（北京）科技有限公司 基于数字波束形成技术的低空防御雷达系统及方法
CN111190184A (zh) * 2020-02-24 2020-05-22 南京信大气象科学技术研究院有限公司 一种俯仰多波束天气雷达及其探测方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
单福悦 等: "基于多波束阵列天线的目标快速捕获方法", 电磁场与微波, vol. 46, no. 4 *
王刚 等: "基于星载旋转扫描雷达的高分辨率实现", 遥感技术与应用, vol. 32, no. 6 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115877346A (zh) * 2023-03-04 2023-03-31 安徽隼波科技有限公司 一种基于二维相控阵雷达的无人机载脱靶量矢量检测方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113820701B (zh) 2023-10-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110596646B (zh) 一种基于mimo体制的提高雷达角度分辨率的布局及方法
CN107121674B (zh) 自适应变波形切换跟踪目标的方法
CN111537966A (zh) 一种适用于毫米波车载雷达领域的阵列天线误差校正方法
CN103454637B (zh) 基于调频步进频的太赫兹逆合成孔径雷达成像方法
CN102680975B (zh) 一种天基步进频分时测角雷达空间非合作目标成像方法
CN108196250B (zh) 用于低空小目标探测的连续波雷达系统及其方法
CN114624656B (zh) 星载多基线双波段雷达系统及其空间目标探测方法
CN105572670A (zh) 一种飞鸟探测雷达系统
CN111090094B (zh) 脉冲多普勒雷达的双波束角度测量方法、系统及存储介质
CN111736150A (zh) 一种面向远距离低功耗探鸟雷达的探测方法
CN113985376B (zh) 一种雷达综合显控激励系统
CN113820701B (zh) 一种基于二维频相扫描阵列的高帧频快速目标探测方法
CN114994687A (zh) 一种双频大气雷达系统及其控制方法
CN113835077A (zh) 基于变脉冲重复频率的搜索雷达目标检测方法及系统
CN113406643A (zh) 基于车载分布式孔径雷达的fod检测装置的检测方法及系统
CN113406639A (zh) 基于车载移动式雷达的fod检测方法、系统及介质
Bai et al. DOA Estimation Using Shipborne HFSWR Based on Virtual Synthetic Array
Guo et al. Design and Implementation of a Holographic Staring Radar for UAVs and birds Surveillance
Tang et al. Small phased array radar based on AD9361 For UAV detection
CN115453539A (zh) 一种基于一维有源相控阵多普勒体制的机载天气雷达系统
RU95860U1 (ru) Радиолокационный модуль
CN108802695B (zh) 毫米波3d雷达系统及信号处理流程
CN208140925U (zh) 一种要地低空周边警戒防御雷达
CN112764019A (zh) 一种提高低慢小目标搜索雷达空域覆盖的方法
CN114660595B (zh) 一种发射涡旋电磁波的频率分集圆阵雷达成像方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant