CN115085747A - 一种雷达和通信一体化接收系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种雷达和通信一体化接收系统，发射单元接收上变频单元发送的小功率射频信号并将其放大并通过天线辐射出去，微波单元对射频信号进行调制后输出；通信信号送入数字接收机的信号处理模块进行预处理，然后再经过放大、滤波、放大处理后，送入中频处理模块进行数字化处理工作，中频处理后直接上传到主控计算机，最后到控制终端的显控单元进行可视化显示输出；发射天线发射的雷达信号送入数字发射机，经预选滤波处理后再经过放大、滤波、放大处理后，送入微波单元进行数字化处理工作，中频处理后直接上传到主控计算机，最后到控制终端的显控单元进行可视化显示输出。本发明能够实现在通信的同时可以进行雷达探测；利用OFDM技术处理同一信号波形。
Description
技术领域
本发明涉及雷达信号处理技术，具体涉及一种雷达和通信一体化接收系统。
背景技术
随着雷达通信技术的发展，雷达探测和无线通信已成为现代无线电技术中最重要且最为常见的两个应用，如何合理且高效的将雷达系统和通信系统结合形成一体化系统成为国内外专家重点研究的方向。雷达通信一体化是雷达与通信二者结合的技术，其目的就是把雷达和通信系统通过一定的科学方式集成在一个硬件平台上。伴随着对雷达与通信信息时代的发展，无论是军用领域还是民用领域，数据传输速率越来越高是当今必然的发展趋势，所以无线通信的要求也随之提升。
雷达系统和通信系统两者之间的相似性。雷达系统和通信系统的理论都涉及到电磁理论、信号与信号处理、计算机技术等，随着计算机理论的应用发展，各种先进的理论都在不断的应用在雷达和通信中；雷达系统和通信系统在原理上都是电磁波发射和接收的过程，雷达信号和通信信号都是经过天线发射，以电磁波的形式在空间进行传输，并被接收机接收；雷达系统和通信系统都是有天线、发射机、接收机、信号处理器、显示终端等组成,现有技术一般都是分别单独使用数字接收机和数字发射机。
传统上，一般认为通信和雷达系统的信号特性具有显著区别：一方面，雷达探测波形所发送的信号大多是规则的已知信号，要求具有优良的自相关特性、很大的信号带宽、很高的动态范围，可以容忍大的多普勒频偏，以估计运动目标的速度；另一方面，不管采用何种调制方式，通信信号的波形是随机、不确定的，要求高的频谱效率，除了频率调制信号外，大多对多普勒频偏很敏感。
OFDM技术作为一种可以有效对抗多径干扰和高效率的传输技术，引起很多学者的研究，并且频谱利用率高、成本低等优势，因此，对于雷达通信一体化的中OFDM技术的应用研究，如何解决通信和雷达探测这两类信号波形不共性的问题以及如何实现雷达系统与通信系统资源共享的有机结合，是目前研究的主要目标。目前现有技术主要是通过在雷达信号波形中加载通信数据，统一采用一种信号波形进行调制，然后进行发射,包括单载波和多载波。单载波体制普遍存在频谱效率较低的问题，而多载波体制主要采用OFDM信号波形，但OFDM信号波形由于峰值平均功率比的问题，限制了其在大功率、远距离雷达探测系统中应用。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种雷达和通信一体化接收系统，由于雷达和通信使用同一信号波形或者正交信号波形合成一个信号波形，实现在通信的同时可以进行雷达探测；利用OFDM技术处理同一信号波形。
技术方案：本发明的一种雷达和通信一体化接收系统，包括控制终端、主控计算机、一体化系统和天线子系统，所述一体化系统包括数字接收机、数字发射机和信号处理系统，所述数字接收机设有信号处理模块和中频处理模块，所述数字发射机设有发射单元和微波单元，发射单元接收上变频单元发送的小功率射频信号并将其放大并通过天线辐射出去，微波单元将射频信号调制后输出，具有滤波自检功能；所述天线子系统包括接收天线和发射天线；所述接收天线接收到的通信信号送入数字接收机的信号处理模块进行预处理，然后再经过放大、滤波、放大处理后，送入中频处理模块进行数字化处理工作，中频处理后直接上传到主控计算机，最后到控制终端的显控单元进行可视化显示输出；所述发射天线发射的雷达信号送入数字发射机，经预选滤波处理后再经过放大、滤波、放大处理后，送入中频处理模块进行数字化处理工作，中频处理后直接上传到主控计算机，最后到控制终端的显控单元进行可视化显示输出。
进一步地，所述主控计算机由电源模块供电，所述电源模块包括AC/DC模块、DC-DC模块、LDO、EMI滤波和过流过压保护电路，通过电源模块实现AC/DC电压转换及到各功能单元工作所需的＋24V、+12V、±5V等直流电压的转换。
进一步地，所述信号处理系统和数字接收机的信号处理模块对雷达信号进行分析处理，并能实现对其他模块的控制；信息处理模块还将分析结果进行可视化显示；根据分选结果，从采集处理模块读取相应的原始数据，并控制采集处理模块的存储器进行乒乓切换，利用读取的原始数据信息，将分析结果更新到全脉冲描述字参数中；信息处理模块在全脉冲描述字参数采集模式或者原始数据采集模式下，还需要将全脉冲描述字参数或者中频原始数据存储到信息处理模块外挂的SATA硬盘中。
上述过程采用雷达信号聚类分选技术对雷达信号分析处理。雷达信号的聚类分选是从截获到的雷达信号的脉冲分选出属于不同辐射源的脉冲，是雷达信号分析处理中的核心组成部分，只有从随机交迭的信号流中分选出各个脉冲序列之后才能进行信号的分析。
进一步地，所述数字发射机将随机数字信号源经过信道进行卷积编码，通过交织器对编码后的信号进行交织，然后把比特流映射到星座图上，数据由单比特的数据流变成位宽为16位的两路正交数据流，接着将两路正交数据流固定位置插入导频序列，经过IFFT变换后将数据形成正交的子载波，加入循环前缀完成基带数据的处理，最后将经数模变换和射频处理后的数据发送出去。本发明中接收机能够实时对监测数据信息、设备状态信息进行接收、处理、终端显示以及存储。
进一步地，所述数字接收机接收到无线电信号后，经过射频处理、采样送入基带处理模块，经过检测模块判决数据包的起始位置，为了把频率限制在一个固定的范围内，利用接收到的信号进行训练，在通过FFT变换计算信号的频偏和相位，最后进行解调、信道解码。
进一步地，所述数字接收机的信号处理模块包括超外差接收通道、直采接收通道、频综单元和电源模块， 所述超外差接收通道接收外部输入的2~18GHz带宽的射频信号，射频进入接收机后首先进入宽带微波通道前端，宽带微波通道前端的主要功能是实现将接收到的大动态范围的射频信号变换到超高速采样处理板采样模块所需要的量程范围。超高速采样处理板的主要功能是实现将射频信号直接采样，凭借高效快速的数字信号处理算法和高速实时信号处理硬件平台，完成对信号的快速实时测量，产生频率码和保宽脉冲等相关信息给后续引导设备；频综单元产生送给变频组件的本振信号，以及送给信号采集处理的系统采样时钟；频综单元通过同步串口与信号处理器进行通讯，接收来自信号处理系统的各种工作参数，并控制变频组件，完成频综和前端变频组件工作状态的上报；
所述数字接收机的中频处理模块包括ADC、FPGA和DSP，依次进行中频信号模拟数字转换、中频信号采集预处理及FFT分析、FFT数据的二次分析处理，最终通过100M网口将处理后的数据上传通信。
有益效果：本发明采用较低成本方式对通信信号和雷达信号进行测量、显示；实现雷达与通信共享信号以实现良好的同步效果。
附图说明
图1为本发明的整体系统结构图；
图2为本发明中电源模块构成示意图；
图3为本发明中主控模块构成示意图；
图4为本发明中数字发射机结构图；
图5为本发明中数字接收机结构图；
图6为本发明中信号处理系统的工作示意图。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
如图1至图3所示，本发明的一种雷达和通信一体化接收系统，包括控制终端、主控计算机、一体化系统和天线子系统，所述一体化系统包括数字接收机、数字发射机和信号处理系统，所述数字接收机设有信号处理模块和中频处理模块，所述数字发射机设有发射单元和微波单元，发射单元接收上变频单元发送的小功率射频信号并将其放大并通过天线辐射出去，微波单元将射频信号调制后输出，具有滤波自检功能；所述天线子系统包括接收天线和发射天线；所述接收天线接收到的通信信号送入数字接收机的信号处理模块进行预处理，然后再经过放大、滤波、放大处理后，送入中频处理模块进行数字化处理工作，中频处理后直接上传到主控计算机，最后到控制终端的显控单元进行可视化显示输出；所述发射天线发射的雷达信号送入数字发射机，经预选滤波处理后再经过放大、滤波、放大处理后，送入中频处理模块进行数字化处理工作，中频处理后直接上传到主控计算机，最后到控制终端的显控单元进行可视化显示输出。
本实施例的主控计算机由电源模块供电，所述电源模块包括AC/DC模块、DC-DC模块、LDO、EMI滤波和过流过压保护电路，通过电源模块实现AC/DC电压转换及到各功能单元工作所需的＋24V、+12V、±5V等直流电压的转换。
如图6所示，本实施例中信号处理系统和数字接收机的信号处理模块对雷达信号进行分析处理，并能实现对其他模块的控制；信息处理模块还将分析结果进行可视化显示；根据分选结果，从采集处理模块读取相应的原始数据，并控制采集处理模块的存储器进行乒乓切换，利用读取的原始数据信息，将分析结果更新到全脉冲描述字参数中；信息处理模块在全脉冲描述字参数采集模式或者原始数据采集模式下，还需要将全脉冲描述字参数或者中频原始数据存储到信息处理模块外挂的SATA硬盘中。图6中天线子系统的全向天线（发射天线和接收天线）的对应信号经信号处理系统的微波单元处理后，由信号处理系统的超宽带数字处理单元后与数据交换单元交互，然后由信息处理单元进行可视化显示，并从从采集处理模块读取相应的原始数据，并控制采集处理模块的存储器进行乒乓切换，利用读取的原始数据信息，将分析结果更新到全脉冲描述字参数中。
如图4所示，本实施例的数字发射机将随机数字信号源经过信道进行卷积编码，通过交织器对编码后的信号进行交织，然后把比特流映射到星座图上，数据由单比特的数据流变成位宽为16位的两路正交数据流，接着将两路正交数据流固定位置插入导频序列，经过IFFT变换后将数据形成正交的子载波，加入循环前缀完成基带数据的处理，最后将经数模变换和射频处理后的数据发送出去。本发明中接收机能够实时对监测数据信息、设备状态信息进行接收、处理、终端显示以及存储。
如图5所示，本实施例的所述数字接收机接收到无线电信号后，经过射频处理、采样送入基带处理模块，经过检测模块判决数据包的起始位置，为了把频率限制在一个固定的范围内，利用接收到的信号进行训练，在通过FFT变换计算信号的频偏和相位，最后进行解调、信道解码。
数字接收机中的信号处理模块包括超外差接收通道、直采接收通道、频综单元和电源模块， 所述超外差接收通道接收外部输入的2~18GHz带宽的射频信号，射频进入接收机后首先进入宽带微波通道前端，宽带微波通道前端的主要功能是实现将接收到的大动态范围的射频信号变换到超高速采样处理板采样模块所需要的量程范围。超高速采样处理板的主要功能是实现将射频信号直接采样，凭借高效快速的数字信号处理算法和高速实时信号处理硬件平台，完成对信号的快速实时测量，产生频率码和保宽脉冲等相关信息给后续引导设备；频综单元产生送给变频组件的本振信号，以及送给信号采集处理的系统采样时钟；频综单元通过同步串口与信号处理器进行通讯，接收来自信号处理系统的各种工作参数，并控制变频组件，完成频综和前端变频组件工作状态的上报；
数字接收机中的中频处理模块包括ADC、FPGA和DSP，依次进行中频信号模拟数字转换、中频信号采集预处理及FFT分析、FFT数据的二次分析处理，最终通过100M网口将处理后的数据上传通信。
本发明通过主控计算机实现强大的数据上传功能，还可以很快且实时显示处理后的两种不同信号。本发明的数字接收机的信号处理模块在大的动态范围内进行处理，比单方面处理的系统处理的信号带宽范围更宽。
Claims (5)
1.一种雷达和通信一体化接收系统，其特征在于：包括控制终端、主控计算机、一体化系统和天线子系统；
所述一体化系统包括数字接收机、数字发射机和信号处理系统，所述数字接收机设有信号处理模块和中频处理模块，所述数字发射机设有发射单元和微波单元，发射单元接收上变频单元发送的小功率射频信号并将其放大并通过天线辐射出去，微波单元对射频信号进行调制后输出；
所述天线子系统包括接收天线和发射天线；所述接收天线接收到的通信信号送入数字接收机的信号处理模块进行预处理，然后再经过放大、滤波、放大处理后，送入中频处理模块进行数字化处理工作，中频处理后直接上传到主控计算机，最后到控制终端的显控单元进行可视化显示输出；所述发射天线发射的雷达信号送入数字发射机，经预选滤波处理后再经过放大、滤波、放大处理后，送入微波单元进行数字化处理工作，中频处理后直接上传到主控计算机，最后到控制终端的显控单元进行可视化显示输出；
所述数字接收机的信号处理模块包括超外差接收通道、直采接收通道、频综单元和电源模块， 所述超外差接收通道接收外部输入的2~18GHz带宽的射频信号，射频信号进入数字接收机后先进入宽带微波通道前端，宽带微波通道前端将接射频信号变换到超高速采样处理板采样模块所需要的量程范围；超高速采样处理板将射频信号直接采样完成实时测量，产生频率码和保宽脉冲；所述频综单元产生送给变频组件的本振信号，以及送给信号采集处理的系统采样时钟；
所述数字接收机的中频处理模块包括ADC、FPGA和DSP，依次进行中频信号模拟数字转换、中频信号采集预处理及FFT分析、FFT数据的二次分析处理，最终通过100M网口将处理后的数据上传通信；
所述数字发射机将随机数字信号源经过信道进行卷积编码，通过交织器对编码后的信号进行交织，然后把比特流映射到星座图上，数据由单比特的数据流变成位宽为16位的两路正交数据流，接着将两路正交数据流固定位置插入导频序列，经过IFFT变换后将数据形成正交的子载波，加入循环前缀完成基带数据的处理，最后将经数模变换和射频处理后的数据发送出去。
2.根据权利要求1所述的雷达和通信一体化接收系统，其特征在于：所述信号处理系统和数字接收机的信号处理模块对雷达信号进行分析处理，并将分析处理后的信号进行可视化显示。
3.根据权利要求1所述的雷达和通信一体化接收系统，其特征在于：所述主控计算机由电源模块供电，通过电源模块实现AC/DC电压转换及到各功能单元工作所需直流电压的转换。
4.根据权利要求1所述的雷达和通信一体化接收系统，其特征在于：所述数字接收机接收到无线电信号后，经过射频处理、采样送入基带处理模块，经过检测模块判决数据包的起始位置，为了把频率限制在一个固定的范围内，利用接收到的信号进行训练，在通过FFT变换计算信号的频偏和相位，最后进行解调、信道解码。
5.根据权利要求1所述的雷达和通信一体化接收系统，其特征在于：所述数字发射机还包括控制模块和电源模块；所述控制模块接收控制终端的参数和控制命令，控制数字发射机的运行；所述电源模块为发射天线单元供电以及实现电源管理。
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| 杨勇军;梅进杰;胡登鹏;雷云龙;: "ACE降低QAM-OFDM雷达通信一体化共享信号PAPR研究", 空军预警学院学报, no. 05 * |
| 邹广超;刘以安;吴少鹏;唐霜天;: "雷达-通信一体化系统设计", 计算机仿真, no. 08 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115657015A (zh) * | 2022-10-21 | 2023-01-31 | 扬州宇安电子科技有限公司 | 一种雷达iq数据采集和产生方法及系统 |
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