CN116094563A - 宽频段多波束选择接收模块及电子侦察系统 - Google Patents

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胡泽宾
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Abstract

本发明提供一种宽频段多波束选择接收模块及电子侦察系统，涉及无线电系统技术领域。本发明的宽频段多波束选择接收模块包括射频前端，模拟多波束网络，多波束选择开关网络，模拟接收通道和数字接收系统。在本发明中，通过多波束选择开关网络，可以选择多个波束用于实现射频信号的宽空域搜索处理，也可以选择任意连续的多个波束，用于实现射频信号的宽带宽连续跟踪处理，宽空域搜索和宽带宽跟踪结合使用，有效地降低成本，提高宽频段多波束选择接收模块的灵活性，同时，强干扰信号出现时，关闭干扰信号所在波束，其他波束能够正常工作，强干扰信号对通道瞬时带宽的影响小，接收通道复杂电磁环境适应能力强。

Description

宽频段多波束选择接收模块及电子侦察系统
技术领域
本发明涉及无线电系统技术领域，具体涉及一种宽频段多波束选择接收模块及电子侦察系统。
背景技术
在通信、雷达、电子侦察、遥控遥测等无线电系统领域，通常是无线电系统通过接收天线将电磁波转化为电信号，然后馈入接收系统进行分析处理，如图1所示，接收系统是无线电系统的核心组成部分。
随着技术的发展，无线电信号的种类、强度和带宽不断增加，要求接收机在复杂的电磁环境下具备宽带接收、高概率截获和同时多信号处理的能力，该需求在电子侦察领域表现尤其明显。
现有的侦察系统采用的多波束选择接收模块一般运用模拟阵列多波束技术，模拟阵列多波束技术可同时形成多个波束，覆盖侦察空域。但是模拟阵列多波束技术但在处理宽空域搜索与宽带宽跟踪时，只能牺牲其中一个性能，提升另外一个性能，即现有的多波束选择接收模块灵活性差。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种宽频段多波束选择接收模块，解决了现有的多波束选择接收模块灵活性差的技术问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
第一方面，本发明提供一种宽频段多波束选择接收模块，包括射频前端，模拟多波束网络，多波束选择开关网络，模拟接收通道和数字接收系统；
所述射频前端用于对射频信号进行处理；
所述模拟多波束网络用于根据处理后的射频信号形成多个模拟波束信号；
所述多波束选择开关网络用于选择模拟波束信号，通过多波束选择开关网络中不同开关的连通和断开，选择不同的模拟波束信号，实现射频信号的宽空域搜索处理或宽带宽连续跟踪处理；
所述模拟接收通道用于对被选择的模拟波束信号进行处理，将被选择的模拟波束信号转化成固定中频信号；
所述数字接收系统用于固定中频信号的进行数字化处理，得到数字中频数据。
优选的，多波束选择开关网络包括功分器单元和开关网络单元，
所述功分器单元包括多个1分4功分器，其中，1分4功分器用于将一路模拟波束信号分成4路信号；
所述开关网络单元用于选择功分器单元输出的信号。
优选的，所述功分器单元包括40个1分4功分器，所述开关网络单元包括8个开关网络，其中，每个开关网络包括一个9选1开关、一个1分4功分器和四个3选1开关；
其中，9选1开关接收9路功分器单元输出的信号，选择的信号经过开关网络单元中1分4功分器分为4个信号，4个信号分别输入到四个3选1开关中；3选1开关中的另外两路接收功功分器单元输出的信号。
优选的，40路模拟波束信号经过40个1分4功分器功分成160路信号；其中的136路信号经过开关网络，形成2个波位的32个波束信号，通过2个波位的32波束实现1GHz带宽信号的宽空域搜索处理；
或者，形成9个波位的8个波束，每个波束有相同的4路信号，经过不同本振处理，实现任意4GHz带宽信号的宽带宽连续跟踪处理。
优选的，所述射频前端还用于，
对多个接收通道的幅相进行一致性校准。
优选的，所述模拟接收通道采用四组独立本振，经过两次变频，将多波束选择开关网络选择的模拟波束信号转化成固定中频信号。
优选的，所述数字化处理包括数字化采集、数字下变频和数字滤波处理。
优选的，所述数字接收系统还用于将数字中频数据通过光缆组件输出。
优选的，所述宽频段多波束选择接收模块还包括分布式电源模块，所述分布式电源模块用于为接收模块提供所需要的电压，经电源电缆与负载相连。
第二方面，本发明提供一种电子侦察系统，所述电子侦察系统包括如上述所述的宽频段多波束选择接收模块。
(三)有益效果
本发明提供了一种宽频段多波束选择接收模块。与现有技术相比，具备以下有益效果：
本发明实施例通过多波束选择开关网络，可以选择多个波束用于实现射频信号的宽空域搜索处理，也可以选择任意连续的多个波束，用于实现射频信号的宽带宽连续跟踪处理，宽空域搜索和宽带宽跟踪结合使用，有效地降低成本，提高宽频段多波束选择接收模块的灵活性，同时，强干扰信号出现时，关闭干扰信号所在波束，其他波束能够正常工作，强干扰信号对通道瞬时带宽的影响小，接收通道复杂电磁环境适应能力强。
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获得其他的附图。
图1为现有无线电接收系统组成框图；
图2为现有数字阵列多波束技术实现框图；
图3为现有光控阵列多波束技术实现框图；
图4为现有模拟阵列多波束技术实现框图；
图5为本发明实施例的宽频段多波束选择接收模块组成框图；
图6为本发明实施例的多波束选择开关网络的部分电路的示意图；
图7为本发明实施例的数字接收系统组成框图；
图8为本发明实施例的数字接收系统的电路原理框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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。
本申请实施例通过提供一种宽频段多波束选择接收模块，解决了现有的多波束选择接收模块灵活性的技术问题，实现宽空域搜索和宽带宽跟踪结合使用，有效地降低系统的成本，提高系统的灵活性。
本申请实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
根据技术体制，宽带阵列多波束技术可以分为模拟阵列多波束技术、数字阵列多波束技术和光控阵列多波束技术。
数字阵列多波束技术的不足之处为系统设备量随着瞬时处理带宽的增加而显著增加，成本增大，如图2所示。光控阵列多波束技术还处于关键技术攻关阶段，存在链路损耗大、噪声系数大、动态范围小、元器件依赖进口、稳定性差等缺点，如图3所示。模拟阵列多波束技术可同时形成多个波束，覆盖侦察空域；每个波束对应一套射频波束形成网络，各波束扫描、跟踪可相互对立，互不影响；相对带宽适中、波束数不多时，模拟阵列多波束侦察系统性价比高，如图4所示。
在运用模拟阵列多波束技术体制设计侦察系统时，在处理资源有限的情况下，如何优化处理宽空域搜索与宽带宽跟踪之间的矛盾，有效地降低系统的成本，提高系统的灵活性，成为一个非常有价值的研究内容，这就需要寻找一种新的方法来实现宽频段多波束选择接收模块。有基于此，本发明实施例提供一种宽频段多波束选择接收模块，能够实现复杂电磁环境下多目标信号的宽空域搜索和宽带宽跟踪，灵活性好、电磁环境适应性强。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
如图5所示，本发明实施例提供一种宽频段多波束选择接收模块，包括：射频前端，模拟多波束网络，多波束选择开关网络，模拟接收通道和数字接收系统。
所述射频前端用于对射频信号进行处理；
所述模拟多波束网络用于根据处理后的射频信号形成多个模拟波束信号；
所述多波束选择开关网络用于选择模拟波束信号，通过多波束选择开关网络中不同开关的连通和断开，选择不同的模拟波束信号，实现射频信号的宽空域搜索处理或宽带宽连续跟踪处理；
所述模拟接收通道用于对被选择的模拟波束信号进行处理，将被选择的模拟波束信号转化成固定中频信号；
所述数字接收系统用于固定中频信号的进行数字化处理，得到数字中频数据。
在本发明实施例中，通过多波束选择开关网络，可以选择多个波束用于实现1GHz带宽信号的宽空域搜索处理，也可以选择任意连续的多个波束，每个波束功分成4路，用于实现4GHz带宽信号的宽带宽连续跟踪处理，宽空域搜索和宽带宽跟踪结合使用，有效地降低成本，提高宽频段多波束选择接收模块的灵活性，同时，强干扰信号出现时，关闭干扰信号所在波束，其他波束能够正常工作，强干扰信号对通道瞬时带宽的影响小，接收通道复杂电磁环境适应能力强。
下面对宽频段多波束选择接收模块中的各个结构进行详细介绍：
射频前端用于射频信号的限幅、滤波、放大，校正输入耦合；当射频前端的开关选择天线单元时，用于完成信号的接收，当开关选择校正信号时，用于多个接收通道的幅相一致性校准。
模拟多波束网络用于根据射频信号形成多个模拟波束，实现侦察空域覆盖。在本发明实施例中，模拟多波束网络形成40个模拟波束，实现侦察空域90度覆盖。
如图6所示(需要说明的是，图6中仅仅展示了多波束选择开关网络的部分电路，包括功分器单元和一个开关网络，具体实施过程中，还包括7个右侧所示的开关网络，即一共8个开关网络)，多波束选择开关网络用于选择接收模块的输入信号，输入信号为多波束网络形成的40路模拟波束信号；40路模拟波束信号经过1分4功分器功分成160路信号；其中的136路信号经过多波束选择开关网络，可用于形成2个波位的32个波束信号(波束号分别为1～32和9～40)，通过2个波位的32波束实现1GHz带宽信号的宽空域搜索处理，也可用于形成9个波位的8个波束(波束号分别为1～8、5～12、…、33～40)，每个波束有相同的4路信号，经过不同本振处理，用于实现任意4GHz带宽信号的宽带宽连续跟踪处理。
在具体实施过程中，需要根据当前天线阵面经过多波束网络的模拟波束数量(例如N个(4J))，以及后端接收处理不同带宽的通道数(例如4K个1GHz，2K个2GHz，K个4GHz)对多波束开关网络进行具体设计，确定每个波束的功分路数(通常1分4功分器够用)和波束选择方式，开关网络设计后即是确定的。表1整理了在36和40个波束条件下不同数量1GHz波束数的开关数量对应关系。
表1在36和40个波束条件下不同数量1GHz波束数的开关数量对应关系
Figure BDA0004031686190000081
在本发明实施例中采用模拟多波束网络设计，能够实现对侦察空域内任意频率多个信号的宽带侦收。同时，采用模拟多波束网络设计，关闭强干扰信号所在波束，其他波束能够正常工作，对通道瞬时带宽的影响小，复杂电磁环境适应能力强。采用多波束选择开关网络设计，能够实现对侦察空域内工作带宽内任意频率多个信号的宽空域搜索。同时能够实现对侦察空域内工作带宽内多个方向重点目标信号的宽带跟踪。采用“模拟多波束+波束选择开关”的组合设计，能够实现宽空域搜索和宽带宽跟踪结合使用，有效地降低系统的成本，提高系统的灵活性。
模拟接收通道采用四组独立本振，经过两次变频，将多波束选择开关网络选择的模拟波束信号转化成固定中频信号。
如图7所示，数字接收系统包括4片双通道ADC芯片和1片FPGA芯片，如图8所示，ADC完成固定中频信号的数字化采样，FPGA完成数字下变频、数字滤波产生基带I/Q信号。数字接收系统单板集成8通道高速数据采集完成对8路固定中频信号的采集、DDC预处理和高速传输。
在具体实施过程中，宽频段多波束选择接收模块还包括分布式电源模块，用于为接收模块提供所需要的电压，经电源电缆与负载相连。
本发明实施例还提供一种电子侦察系统，该电子侦察系统包括上述所述的宽频段多波束选择接收模块。
综上所述，与现有技术相比，具备以下有益效果：
本发明实施例通过多波束选择开关网络，可以选择32个波束用于实现1GHz带宽信号的宽空域搜索处理，也可以选择任意连续的8个波束，每个波束功分成4路，用于实现4GHz带宽信号的宽带宽连续跟踪处理，宽空域搜索和宽带宽跟踪结合使用，有效地降低成本，提高宽频段多波束选择接收模块的灵活性，同时，强干扰信号出现时，关闭干扰信号所在波束，其他波束能够正常工作，强干扰信号对通道瞬时带宽的影响小，接收通道复杂电磁环境适应能力强。
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。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种宽频段多波束选择接收模块，其特征在于，包括射频前端，模拟多波束网络，多波束选择开关网络，模拟接收通道和数字接收系统；
所述射频前端用于对射频信号进行处理；
所述模拟多波束网络用于根据处理后的射频信号形成多个模拟波束信号；
所述多波束选择开关网络用于选择模拟波束信号，通过多波束选择开关网络中不同开关的连通和断开，选择不同的模拟波束信号，实现射频信号的宽空域搜索处理或宽带宽连续跟踪处理；
所述模拟接收通道用于对被选择的模拟波束信号进行处理，将被选择的模拟波束信号转化成固定中频信号；
所述数字接收系统用于固定中频信号的进行数字化处理，得到数字中频数据。
2.如权利要求1所述的宽频段多波束选择接收模块，其特征在于，多波束选择开关网络包括功分器单元和开关网络单元，
所述功分器单元包括多个1分4功分器，其中，1分4功分器用于将一路模拟波束信号分成4路信号；
所述开关网络单元用于选择功分器单元输出的信号。
3.如权利要求2所述的宽频段多波束选择接收模块，其特征在于，所述功分器单元包括40个1分4功分器，所述开关网络单元包括8个开关网络，其中，每个开关网络包括一个9选1开关、一个1分4功分器和四个3选1开关；
其中，9选1开关接收9路功分器单元输出的信号，选择的信号经过开关网络单元中1分4功分器分为4个信号，4个信号分别输入到四个3选1开关中；3选1开关中的另外两路接收功分器单元输出的信号。
4.如权利要求3所述的宽频段多波束选择接收模块，其特征在于，40路模拟波束信号经过40个1分4功分器功分成160路信号；其中的136路信号经过开关网络，形成2个波位的32个波束信号，通过2个波位的32波束实现1GHz带宽信号的宽空域搜索处理；
或者，形成9个波位的8个波束，每个波束有相同的4路信号，经过不同本振处理，实现任意4GHz带宽信号的宽带宽连续跟踪处理。
5.如权利要求1所述的宽频段多波束选择接收模块，其特征在于，所述射频前端还用于，
对多个接收通道的幅相进行一致性校准。
6.如权利要求1所述的宽频段多波束选择接收模块，其特征在于，所述模拟接收通道采用四组独立本振，经过两次变频，将多波束选择开关网络选择的模拟波束信号转化成固定中频信号。
7.如权利要求1～6任一所述的宽频段多波束选择接收模块，其特征在于，所述数字化处理包括数字化采集、数字下变频和数字滤波处理。
8.如权利要求1～6任一所述的宽频段多波束选择接收模块，其特征在于，所述数字接收系统还用于将数字中频数据通过光缆组件输出。
9.如权利要求1～6任一所述的宽频段多波束选择接收模块，其特征在于，所述宽频段多波束选择接收模块还包括分布式电源模块，所述分布式电源模块用于为接收模块提供所需要的电压，经电源电缆与负载相连。
10.一种电子侦察系统，其特征在于，所述电子侦察系统包括如权利要求1～9任一所述的宽频段多波束选择接收模块。
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