CN114355345A - 基于lsar和csar应用快速数据收集的新型多天线阵列系统 - Google Patents

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Abstract

基于LSAR和CSAR应用快速数据收集的新型多天线阵列系统，包括依次顺序连接的多输入多输出天线阵列、开关电路、收发器和处理器；多输入多输出天线阵列包括m个发射天线和n个接收天线，以构成不同的天线阵列组合；开关电路包括微波发射器开关和微波接收器开关，切换经发射天线或接收天线传播的电磁波通道；微波发射器开关和微波接收器开关同步；收发器，对发射天线传输的电磁波进行功率放大，以及对接收天线传输的电磁波进行低噪放和混频，并完成中频放大和I/Q正极通道接收，获取对应的回波数据，并反馈至处理器，然后生成相应的控制指令控制开关电路的开启/关闭，并对收发器收发的电磁波数据进行处理。本发明提升LSAR或者CSAR中数据收集及测量的效率。

Description

基于LSAR和CSAR应用快速数据收集的新型多天线阵列系统
技术领域
本发明涉及天线阵列技术领域，特别涉及基于LSAR和CSAR应用快速数据收集的新型多天线阵列系统。
背景技术
无线通信系统中的天线阵列设计是在3维成像、定位和位置确定方面提供较高性能的重要因素。基于多入多出(MIMO)的合成孔径天线阵列采用多个天线来发送和接收正交波形。这样的合成孔径天线阵列和波束成形可应用于雷达和激光雷达图像处理，用于工业自动化的成像、位置确定、定位、机器人视觉、用于通信系统的定位和位置确定、以及用于移动设备和通信系统的天线阵列设计。同传统的目标二维雷达像相比，目标三维雷达像可提供复杂目标局部散射中心的空间三维位置及其散射强度信息，使数据更具有完备性。
对于线性合成孔径雷达LSAR或者圆形合成孔径雷达CSAR，传统的方法是在孔径长度上物理移动天线，应用于微波成像的常规数据收集如图1所示，在这种方法中，一组发射和接收天线与传感器将沿着测量路径移动。然而这种方法需要一定时间来物理移动收发器并在测量前稳固天线位置，且在数据收集时需要耗费较多的时间。
发明内容
本发明的主要目的是提出基于LSAR和CSAR应用快速数据收集的新型多天线阵列系统，旨在提升线性合成孔径雷达LSAR或者圆形合成孔径雷达CSAR中数据收集及测量的效率。
为实现上述目的，本发明提出的基于LSAR和CSAR应用快速数据收集的新型多天线阵列系统，包括，所述基于LSAR和CSAR应用快速数据收集的新型多天线阵列系统包括依次顺序连接的多输入多输出天线阵列、开关电路、收发器和处理器；
所述多输入多输出天线阵列包括m个发射天线和n个接收天线，以构成不同的天线阵列组合；
所述开关电路包括微波发射器开关和微波接收器开关，用于连接所述多输入多输出天线阵列中各个天线构成不同的天线组合，并切换经发射天线或接收天线传播的电磁波通道；其中，所述微波发射器开关和所述微波接收器开关同步；
所述收发器，用于对所述多输入多输出天线阵列中发射天线传输的电磁波进行功率放大，以及对所述多输入多输出天线阵列中接收天线传输的电磁波进行低噪放和混频，并完成中频放大和I/Q正极通道接收，获取对应的回波数据，并反馈至所述处理器；
所述处理器，用于生成相应的控制指令控制所述开关电路的开启/关闭，并对所述收发器收发的电磁波数据进行处理。
优选的，所述多输入多输出天线阵列中的各所述发射天线和各所述接收天线间隔分布排列，或者各所述发射天线均匀并排、各所述接收天线均匀并排。
优选的，所述不同的天线阵列组合以特定的几何形状排列。
优选的，在所述LSAR中，各个天线呈直线排列为天线组合；在所述CSAR中，各个天线呈圆周排列为天线组合。
优选的，所述基于LSAR和CSAR应用快速数据收集的新型多天线阵列系统还包括与所述处理器连接的显示模块；
所述显示模块，用于显示所述处理器处理后的电磁波数据。
优选的，所述多输入多输出天线阵列中m为大于或等于2的整数，n为大于或等于2的整数。
优选的，所述处理器为FPGA、ARM微控制器或者CPU。
优选的，所述基于LSAR和CSAR应用快速数据收集的新型多天线阵列系统还包括供电系统；
所述供电系统，用于对所述开关电路、所述收发器和所述处理器供电。
优选的，所述供电系统包括蓄电池模块、太阳能电源模块和UPS电源模块。
优选的，所述太阳能电源模块至少包括太阳能电池板、控制器、蓄电池模块和逆变模块。
本发明的有益效果在于，本发明技术方案中基于LSAR和CSAR应用快速数据收集的新型多天线阵列系统具有依次顺序连接的多输入多输出天线阵列、开关电路、收发器和处理器；具体地，多输入多输出天线阵列包括m个发射天线和n个接收天线，以构成不同的天线阵列组合；开关电路包括微波发射器开关和微波接收器开关，用于连接多输入多输出天线阵列中各个天线构成不同的天线组合，并切换经发射天线或接收天线传播的电磁波通道；收发器对多输入多输出天线阵列中发射天线传输的电磁波进行功率放大，以及对多输入多输出天线阵列中接收天线传输的电磁波进行低噪放和混频，并完成中频放大和I/Q正极通道接收，获取对应的回波数据，并反馈至处理器；然后处理器生成相应的控制指令控制开关电路的开启/关闭，并对收发器收发的电磁波数据进行处理。本方案中，微波发射器开关和微波接收器开关同步，使得扫描速度更快，通过微波开关电切换多输入多输出天线阵列的多个天线，可对低可探测目标实现快速数据收集；同时相较于在孔径长度上物理移动天线，对于一定距离的测量，也提升了数据收集的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1是相关技术中常规数据收集一实施例的结构示意图；
图2为本发明基于LSAR和CSAR应用快速数据收集的新型多天线阵列系统中天线阵列收集数据一实施例的模块结构示意图；
图3为本发明基于LSAR和CSAR应用快速数据收集的新型多天线阵列系统中天线阵列收集数据一实施例的模块结构示意图；
图4为本发明基于LSAR和CSAR应用快速数据收集的新型多天线阵列系统中广义开关阵列一实施例的模块结构示意图。
本发明目的的实现、功能特点及可点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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作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。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出基于LSAR和CSAR应用快速数据收集的新型多天线阵列系统。
为了解决上述问题，在本发明一实施例中，参照如图2所示，该基于LSAR和CSAR应用快速数据收集的新型多天线阵列系统包括依次顺序连接的多输入多输出天线阵列40、开关电路30、收发器20和处理器10；
所述多输入多输出天线阵列40包括m个发射天线和n个接收天线，以构成不同的天线阵列组合；
所述开关电路30包括微波发射器开关和微波接收器开关，用于连接所述多输入多输出天线阵列40中各个天线构成不同的天线组合，并切换经发射天线或接收天线传播的电磁波通道；其中，所述微波发射器开关和所述微波接收器开关同步；
所述收发器20，用于对所述多输入多输出天线阵列40中发射天线传输的电磁波进行功率放大，以及对所述多输入多输出天线阵列40中接收天线传输的电磁波进行低噪放和混频，并完成中频放大和I/Q正极通道接收，获取对应的回波数据，并反馈至所述处理器10；
所述处理器10，用于生成相应的控制指令控制所述开关电路30的开启/关闭，并对所述收发器20收发的电磁波数据进行处理。
本实施例中，如图3和如图4所示，所述多输入多输出天线阵列40中的各所述发射天线和各所述接收天线间隔分布排列，或者各所述发射天线均匀并排、各所述接收天线均匀并排。所述不同的天线阵列组合以特定的几何形状排列，进一步地，在所述LSAR中，各个天线呈直线排列为天线组合；在所述CSAR中，各个天线呈圆周排列为天线组合。
需要说明的是，多入多出(MIMO，Multiple-Input Multiple-Output)雷达是同时利用多个发射天线阵元和接收天线阵元实现发射和接收分集波形，再进行集中处理的一种雷达，可以利用少量物理阵元等效大量虚拟阵元，合成大的虚拟孔径，缩短数据采集时间，提高测量的效率。MIMO雷达阵列避免了机械传动结构，效率高，成像快速。
上述实施例中，基于LSAR和CSAR应用快速数据收集的新型多天线阵列系统还包括与所述处理器10连接的显示模块50，用于显示所述处理器10处理后的电磁波数据。可以理解的是，显示模块50可以但不限定于是LCD屏幕、LED屏幕、OLED屏幕、mini LED屏幕等。处理器10可以但不限定于为FPGA、ARM微控制器或者CPU；多输入多输出天线阵列40中m为大于或等于2的整数，n为大于或等于2的整数，也即m可以是2、3、4等，n可以是2、3、4等，根据实际应用场景设置。
本发明技术方案中基于LSAR和CSAR应用快速数据收集的新型多天线阵列系统具有依次顺序连接的多输入多输出天线阵列40、开关电路30、收发器20和处理器10；具体地，多输入多输出天线阵列40包括m个发射天线和n个接收天线，以构成不同的天线阵列组合；开关电路30包括微波发射器开关和微波接收器开关，用于连接多输入多输出天线阵列40中各个天线构成不同的天线组合，并切换经发射天线或接收天线传播的电磁波通道；收发器20对多输入多输出天线阵列40中发射天线传输的电磁波进行功率放大，以及对多输入多输出天线阵列40中接收天线传输的电磁波进行低噪放和混频，并完成中频放大和I/Q正极通道接收，获取对应的回波数据，并反馈至处理器10；然后处理器10生成相应的控制指令控制开关电路30的开启/关闭，并对收发器20收发的电磁波数据进行处理。本方案中，微波发射器开关和微波接收器开关同步，使得扫描速度更快，通过微波开关电切换多输入多输出天线阵列40的多个天线，可对低可探测目标实现快速数据收集；同时相较于在孔径长度上物理移动天线，对于一定距离的测量，也提升了数据收集的效率。
在一实施例中，如图2所示，基于LSAR和CSAR应用快速数据收集的新型多天线阵列系统还包括供电系统60；
所述供电系统60，用于对所述开关电路30、所述收发器20和所述处理器10供电。
本实施例中，所述供电系统60包括蓄电池模块、太阳能电源模块和UPS电源模块。需要说明的是，所述太阳能电源模块至少包括太阳能电池板、控制器、蓄电池模块和逆变模块。
具体地，太阳能电源模块由太阳电池组合板和方阵支架组成，因为单个太阳电池的电压一般比较低，所以通常都要把它们串、并联构成有实用价值的太阳电池板，作为一个应用单元，然后根据供电要求，再由多个应用单元的串、并联组成太阳能电源模块。太阳能电池板(某些半导体材料，目前主要是多晶硅、单晶硅以及非晶硅，经过一定工艺组装起来)是光伏发电系统中的最主要组成部分，也是光伏发电系统中价值最高的部分。太阳能电池板在有光照情况下，电池吸收光能，电池两端出现异号电荷的积累，即产生“光生电压”，这就是“光电效应”。在光电效应的作用下，太阳能电池的两端产生电动势，将光能转换成电能，它是能量转换的器件。蓄电池模块，其作用是贮存太阳能电源模块受光照时发出的电能并可随时向负载供电。在光伏发电系统中，可不加蓄电池模块。控制器对电能进行调节和控制的装置。逆变器是将太阳能电源模块和蓄电池提供的直流电转换成交流电的设备，是光伏发电系统的关键部件。由于太阳能电池和蓄电池是直流电源，当负载是交流负载时，逆变器是必不可少的。逆变器按运行方式，可分为独立运行逆变器和并网逆变器。独立运行逆变器用于独立运行的太阳能电池发电系统，为独立负载供电。并网逆变器用于并网运行的太阳能电池发电系统，本文主要介绍太阳能光伏并网发电系统，并网逆变器由IGBT等功率开关器件构成，控制电路使开关元件有一定规律的连续开通或关断，使输出电压极性正负交替，将直流输入转换为交流输出。逆变器按输出波型可分为方波逆变器和正弦波逆变器。方波逆变器电路简单，造价低，但谐波分量大，一般用于几百瓦以下和对谐波要求不高的系统。正弦波逆变器成本高，但可以适用于各种负载。
需要说明的是，上述方案中的UPS电源模块可以避免供电系统60断电，导致基于LSAR和CSAR应用快速数据收集的新型多天线阵列系统中开关电路30、收发器20和处理器10不能正常运行。
以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.基于LSAR和CSAR应用快速数据收集的新型多天线阵列系统，其特征在于，所述基于LSAR和CSAR应用快速数据收集的新型多天线阵列系统包括依次顺序连接的多输入多输出天线阵列、开关电路、收发器和处理器；
所述多输入多输出天线阵列包括m个发射天线和n个接收天线，以构成不同的天线阵列组合；
所述开关电路包括微波发射器开关和微波接收器开关，用于连接所述多输入多输出天线阵列中各个天线构成不同的天线组合，并切换经发射天线或接收天线传播的电磁波通道；其中，所述微波发射器开关和所述微波接收器开关同步；
所述收发器，用于对所述多输入多输出天线阵列中发射天线传输的电磁波进行功率放大，以及对所述多输入多输出天线阵列中接收天线传输的电磁波进行低噪放和混频，并完成中频放大和I/Q正极通道接收，获取对应的回波数据，并反馈至所述处理器；
所述处理器，用于生成相应的控制指令控制所述开关电路的开启/关闭，并对所述收发器收发的电磁波数据进行处理。
2.根据权利要求1所述的基于LSAR和CSAR应用快速数据收集的新型多天线阵列系统，其特征在于，所述多输入多输出天线阵列中的各所述发射天线和各所述接收天线间隔分布排列，或者各所述发射天线均匀并排、各所述接收天线均匀并排。
3.根据权利要求2所述的基于LSAR和CSAR应用快速数据收集的新型多天线阵列系统，其特征在于，所述不同的天线阵列组合以特定的几何形状排列。
4.根据权利要求3所述的基于LSAR和CSAR应用快速数据收集的新型多天线阵列系统，其特征在于，在所述LSAR中，各个天线呈直线排列为天线组合；在所述CSAR中，各个天线呈圆周排列为天线组合。
5.根据权利要求1-4任一项所述的基于LSAR和CSAR应用快速数据收集的新型多天线阵列系统，其特征在于，所述基于LSAR和CSAR应用快速数据收集的新型多天线阵列系统还包括与所述处理器连接的显示模块；
所述显示模块，用于显示所述处理器处理后的电磁波数据。
6.根据权利要求1-4任一项所述的基于LSAR和CSAR应用快速数据收集的新型多天线阵列系统，其特征在于，所述多输入多输出天线阵列中m为大于或等于2的整数，n为大于或等于2的整数。
7.根据权利要求1-4任一项所述的基于LSAR和CSAR应用快速数据收集的新型多天线阵列系统，其特征在于，所述处理器为FPGA、ARM微控制器或者CPU。
8.根据权利要求1所述的基于LSAR和CSAR应用快速数据收集的新型多天线阵列系统，其特征在于，所述基于LSAR和CSAR应用快速数据收集的新型多天线阵列系统还包括供电系统；
所述供电系统，用于对所述开关电路、所述收发器和所述处理器供电。
9.根据权利要求8所述的基于LSAR和CSAR应用快速数据收集的新型多天线阵列系统，其特征在于，所述供电系统包括蓄电池模块、太阳能电源模块和UPS电源模块。
10.根据权利要求9所述的基于LSAR和CSAR应用快速数据收集的新型多天线阵列系统，其特征在于，所述太阳能电源模块至少包括太阳能电池板、控制器、蓄电池模块和逆变模块。
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