CN116859345B - 一种极化通道编码Pol-CC数字阵列雷达的实现方法 - Google Patents
一种极化通道编码Pol-CC数字阵列雷达的实现方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116859345B CN116859345B CN202311132878.6A CN202311132878A CN116859345B CN 116859345 B CN116859345 B CN 116859345B CN 202311132878 A CN202311132878 A CN 202311132878A CN 116859345 B CN116859345 B CN 116859345B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- digital
- channel
- signals
- different
- polarization
- 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.)
- Active
Links
- 230000010287 polarization Effects 0.000 title claims abstract description 86
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 55
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims abstract description 36
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims abstract description 5
- 108091026890 Coding region Proteins 0.000 claims description 34
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 18
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 17
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims description 14
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 8
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 6
- 238000005311 autocorrelation function Methods 0.000 claims description 5
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 3
- 230000010365 information processing Effects 0.000 claims description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 2
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000002592 echocardiography Methods 0.000 description 2
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 2
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 2
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 description 1
- 239000012120 mounting media Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
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
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
- G01S7/024—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00 using polarisation effects
-
- 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
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
- G01S7/024—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00 using polarisation effects
- G01S7/025—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00 using polarisation effects involving the transmission of linearly polarised 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
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
- G01S7/024—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00 using polarisation effects
- G01S7/026—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00 using polarisation effects involving the transmission of elliptically or circularly polarised waves
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
- Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
本发明提供一种极化通道编码Pol‑CC数字阵列雷达的实现方法,通过通道编码对不同天线单元的不同极化信息进行调制和解调,采用正交编码序列在射频域对不同天线单元的不同极化电磁信号进行调制,并统一汇聚到一个模拟‑‑数字(AD)采样通道中进行采样,在数字域利用计算资源进行通道极化信息恢复,实现单一数字通道下的多极化接收和全极化信号获取。本发明公开的Pol‑CC数字阵列雷达实现方法避免了多极化数字阵列雷达硬件成本的增加,可有效降低全极化数字阵列雷达的制造成本,在不增加数字通道数量的前提下,极大丰富了数字阵列雷达信号处理可利用的极化特性信息,可大幅提升雷达对目标的探测、识别和抗干扰性能。
Description
技术领域
本发明涉及雷达探测技术领域,具体而言,涉及一种极化通道编码Pol-CC数字阵列雷达的实现方法。
背景技术
极化作为电磁波的本质属性,是幅度、频率、相位以外的重要基本参量,极化描述了电磁波的矢量特征,即电场矢端在传播截面上随时间变化的轨迹特性。
目标受到电磁波照射时会出现“变极化效应”,即散射波的极化状态相对于入射波会发生改变,二者存在着特定的映射变换关系,其与目标的姿态、尺寸、结构、材料等物理属性密切相关,因此目标可以视为一个“极化变换器”。目标变极化效应所蕴含的目标丰富物理属性信息对提升雷达的目标检测、抗干扰、分类和识别等能力具有极大潜力。
随着目标极化特性越发受到人们重视,多极化乃至全极化雷达除了在气象雷达、测控雷达等领域外,逐步在各类型雷达上得到应用。多极化雷达通过对两路正交极化信号进行同步接收,分别经过数字采样后依据使用需要合成不同极化的探测结果,可有效增强对目标的检测性能,并提升抗干扰效果。
相比于传统单极化雷达,多极化/全极化雷达除了在原有单极化雷达基础上增加了一套正交极化的天线单元外,为能够有效保留正交极化信息的无损传输,还为每一个正交极化通道增加了后端的接收和采样设备,以便在数字域进行处理时合成任意极化,如图5所示。
正因如此,多极化/全极化数字阵列雷达的天线单元及收发通道数变为传统单极化数字阵列雷达的2倍,同步带来雷达采购价格成倍增长、体积重量大幅增加等问题,难以在数字阵列雷达领域广泛应用。
发明内容
鉴于此,本发明的目的是在保持单极化数字阵列雷达通道数不变的情况下,利用通道编码技术实现不同天线单元不同极化信息的无失真传输,构建可实现全极化信息的低成本数字阵列雷达系统,实现对目标信息的全面获取。
本发明所提出的极化通道编码数字阵列雷达,采用正交编码序列在射频域对不同天线单元的不同极化电磁信号进行调制,并统一汇聚到一个模拟--数字(AD)采样通道中进行采样,避免了多极化数字阵列雷达硬件成本的增加,在数字域利用计算资源进行通道极化信息恢复。极化通道编码数字阵列雷达架构设计简单,相比单极化雷达几乎不增加硬件成本,可以实现目标全极化信息的获取,有效提高了对目标的探测、识别和抗干扰能力。
本发明提供一种极化通道编码Pol-CC数字阵列雷达的实现方法,通过通道编码对不同天线单元的不同极化信息进行调制和解调,实现单一数字通道下的多极化接收和全极化信号获取,包括以下步骤:
S1、在雷达天线阵面配置多路通道的正交极化天线,接收来自目标散射的电磁波能量中的不同极化分量的信号;所述不同极化分量的的信号在发射接收TR组件射频端内与设定好的正交相位编码序列集合进行混频调制,得到一系列经过调制后的射频信号,在本地生成正交编码序列,与每一个通道接收到的原始信号进行扩频调制,同时输入接收功分网络;
优选地,在雷达天线阵面配置两套正交极化天线,如水平极化和垂直极化天线,分别接收来自目标散射的电磁波能量中的不同极化分量;两种极化的信号分别在发射/接收(TR)组件内与设计好的正交编码序列进行混频调制,得到一系列经过调制后的射频信号;
在TR组件射频端,依据设计好的正交相位编码序列集合,本地生成正交编码序列,与每一个通道接收到的信号进行扩频调制,同时输入雷达接收功分网络;
S2、将经过通道编码调制后的不同天线单元、不同极化通道信号通过所述接收功分网络进行汇总,控制不同输入通道的时延,使得所有输入信号均按照相同的时序进行叠加混合,叠加合成为一路射频信号,在网络输出端形成一路混合信号;
雷达阵面的接收功分网络无需对来自不同天线单元的接收信号进行处理,只需叠加混合形成一路信号;但为了保证在解调过程中的稳定性,网络中每一个输入口到输出口之间的总时延需要严格控制,确保不同天线单元的接收信号时间对齐。
S3、对所述一路混合信号经过下变频,将包含不同极化、不同天线单元的混合接收信号一并输入AD数字采样模块进行高速采样,形成一路通道编码调制混合数字信号;
输入AD数字采样模块的混合信号的各个分量,在接收功分网络中已通过统一的定时进行对齐。
S4、将所述一路通道编码调制混合数字信号与编码时使用的正交相位编码序列逐一进行滑窗互相关计算,利用正交相位编码不同序列之间的正交性,恢复出每一个天线单元接收到的信号,同时将信号输入数字波束合成DBF模块进行波束形成;
解调时使用的编码序列与调制时的序列完全相同,解调过程完全基于数字域实现,采用中央处理器CPU或数字信号处理DSP芯片进行;解调时将AD采样得到的混合信号逐一与正交编码信号中的每个正交相位编码序列求取互相关值。
S5、在所述数字波束合成DBF模块中对每个通道数据的幅度和相位加权求和,同时生成垂直和水平极化接收波束;
数字波束合成时,同时接收两种不同极化信号的波束,而不在波束形成前对不同极化信号进行合成,使得来自目标反射的一对正交极化信息完全保留。
S6、根据需要生成的极化类型,将垂直和水平极化的合成信号进行相位加权求和,形成任意线极化和圆极化的目标探测结果,并送入后续信息处理和数据处理进行目标检测跟踪。
通过相位加权求和的方式,将波束形成后的正交极化数据进行组合,而不是在射频前端进行极化合成,从而可灵活合成不同线极化、圆极化的目标反射回波,实现瞬时全极化能力。
依据所需要的极化类型,将DBF生成的正交极化波束数据进行组合,可形成任意数量、任意极化类型的不同接收数据,从而进行后续的干扰杂波抑制、点迹凝聚等处理,形成目标的点迹和航迹。
进一步地,所述S1步骤的与每一个通道接收到的原始信号进行扩频调制的方法包括:
采用通道编码对不同极化的射频通道数据进行调制,使用正交编码序列对原始信号进行扩频,充分保留不同通道数据的幅度和相位特性,以便于后续将不同通道的数据进行混合后数字采样。
进一步地,所述S3步骤的将包含不同极化、不同天线单元的混合接收信号一并输入AD数字采样模块进行高速采样的方法包括:
将不同天线单元、不同极化通道信号混合生成的射频信号输入接收机,进行放大、下变频、滤波操作后,使用一路AD数字采样模块进行采样,得到数字域的通道编码调制混合信号。
使用一个AD数字采样模块进行高速采样,所采样的信号是多路通道混合后信号,利用编码时使用的相同序列进行解调才能提取出其中包含的有效信息。
进一步地,所述S4步骤的恢复出每一个天线单元接收到的信号的方法包括:
将得到的通道编码调制混合数字信号按照给定的时间节拍,分别与在射频部分调制时使用的编码序列逐一求取自相关函数进行数字解调,实现对每个天线单元接收到的不同信号恢复,成为无混叠独立信号。
进一步地,所述S4步骤的输入数字波束合成DBF模块进行波束形成的方法包括:
通过数字波束合成DBF模块,对恢复得到的不同天线单元的信号按照一对正交极化进行数字波束合成,生成若干个所需指向正交极化接收波束。
进一步地,所述S1步骤的不同极化分量的的信号与设定好的正交相位编码序列集合进行混频调制,与每一个通道接收到的原始信号进行扩频调制的方法包括:
采用设定好的通道编码序列对每个天线单元的回波进行调制,编码序列采用正交相位编码,且为了保证相互之间的正交性,根据系统的通道数量设计编码,并存储于雷达射频接收通道的编码器中;使用所述编码序列进行调制时,对于原始信号中的每一个距离采样单元,均扩展为与所述编码序列相关的一串序列,编码后得到的信号带宽数倍于原始信号的带宽,倍数等同于编码序列的长度。
进一步地,所述S4步骤的将所述一路通道编码调制混合数字信号与编码时使用的正交相位编码序列逐一进行滑窗互相关计算的方法包括:
将所述通道编码调制混合数字信号按照给定的时间节拍,分别与在射频部分调制时使用的正交相位编码序列逐一求取自相关函数进行数字解调,将每个天线单元接收到的不同信号恢复成为无混叠独立信号。
进一步地,所述S4步骤的恢复出每一个天线单元接收到的信号的方法包括:
在数字域利用可扩展的计算处理资源,求取混合信号与调制时编码序列的互相关结果,将不同极化信息按照通道进行分离,并基本完全保留原始信号,恢复不同极化、不同天线单元的接收信号。
本发明还提供一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,所述程序被处理器执行时实现如上述所述的极化通道编码Pol-CC数字阵列雷达的实现方法的步骤。
本发明还提供一种计算机设备,所述计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的极化通道编码Pol-CC数字阵列雷达的实现方法的步骤。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
本发明公开的Pol-CC数字阵列雷达实现方法可有效降低全极化数字阵列雷达的制造成本,在不增加数字通道数量的前提下,极大丰富了数字阵列雷达信号处理可利用的极化特性信息,可大幅提升雷达对目标的探测、识别和抗干扰性能。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述,各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的,而并不认为是对本发明的限制。
在附图中:
图1为本发明实施例的Pol-CC数字阵列雷达架构图;
图2为本发明实施例的Pol-CC数字阵列雷达编码调制波形示意图;
图3为本发明实施例的Pol-CC数字阵列雷达调制原理图;
图4为本发明实施例的Pol-CC数字阵列雷达解调原理图;
图5为现有技术的多极化/全极化雷达为每一个正交极化通道增加后端接收和采样设备的工作原理图;
图6为本发明一种极化通道编码Pol-CC数字阵列雷达的实现方法的流程图;
图7为本发明实施例计算机设备的构成示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明,其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时,除非另有表示,不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反,它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和产品的例子。
在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的,而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式,除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解,本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解,尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息,但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如,在不脱离本公开范围的情况下,第一信息也可以被称为第二信息,类似地,第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境,如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
下面结合附图对本发明实施例作进一步详细说明。
本发明实施例提供一种极化通道编码Pol-CC数字阵列雷达的实现方法,通过通道编码对不同天线单元的不同极化信息进行调制和解调,实现单一数字通道下的多极化接收和全极化信号获取,参见图6所示,包括以下步骤:
S1、在雷达天线阵面配置多路通道的正交极化天线,接收来自目标散射的电磁波能量中的不同极化分量的信号;所述不同极化分量的的信号在发射接收TR组件射频端内与设定好的正交相位编码序列集合进行混频调制,得到一系列经过调制后的射频信号,在本地生成正交编码序列,与每一个通道接收到的原始信号进行扩频调制,同时输入接收功分网络;
本实施例中,在雷达天线阵面配置两套正交极化天线:水平极化和垂直极化天线,分别接收来自目标散射的电磁波能量中的不同极化分量;两种极化的信号分别在发射/接收(TR)组件内与设计好的正交编码序列进行混频调制,得到一系列经过调制后的射频信号;
在TR组件射频端,依据设计好的正交相位编码序列集合,本地生成正交编码序列,与每一个通道接收到的信号进行扩频调制,同时输入雷达接收功分网络;
所述不同极化分量的的信号与设定好的正交相位编码序列集合进行混频调制,与每一个通道接收到的原始信号进行扩频调制的方法包括:
采用设定好的通道编码序列对每个天线单元的回波进行调制,编码序列采用正交相位编码,且为了保证相互之间的正交性,根据系统的通道数量设计编码,并存储于雷达射频接收通道的编码器中;使用所述编码序列进行调制时,对于原始信号中的每一个距离采样单元,均扩展为与所述编码序列相关的一串序列,编码后得到的信号带宽数倍于原始信号的带宽,倍数等同于编码序列的长度。
S2、将经过通道编码调制后的不同天线单元、不同极化通道信号通过所述接收功分网络进行汇总,控制不同输入通道的时延,使得所有输入信号均按照相同的时序进行叠加混合,叠加合成为一路射频信号,在网络输出端形成一路混合信号;
雷达阵面的接收功分网络无需对来自不同天线单元的接收信号进行处理,只需叠加混合形成一路信号;但为了保证在解调过程中的稳定性,网络中每一个输入口到输出口之间的总时延需要严格控制,确保不同天线单元的接收信号时间对齐。
S3、对所述一路混合信号经过下变频,将包含不同极化、不同天线单元的混合接收信号一并输入AD数字采样模块进行高速采样,形成一路通道编码调制混合数字信号;
输入AD数字采样模块的混合信号的各个分量,在接收功分网络中已通过统一的定时进行对齐。
使用一个AD数字采样模块进行高速采样,所采样的信号是多路通道混合后信号,利用编码时使用的相同序列进行解调才能提取出其中包含的有效信息。
S4、将所述一路通道编码调制混合数字信号与编码时使用的正交相位编码序列逐一进行滑窗互相关计算,利用正交相位编码不同序列之间的正交性,恢复出每一个天线单元接收到的信号,同时将信号输入数字波束合成DBF模块进行波束形成;
解调时使用的编码序列与调制时的序列完全相同,解调过程完全基于数字域实现,采用中央处理器CPU或数字信号处理DSP芯片进行;解调时将AD采样得到的混合信号逐一与正交编码信号中的每个正交相位编码序列求取互相关值。
将所述一路通道编码调制混合数字信号与编码时使用的正交相位编码序列逐一进行滑窗互相关计算的方法包括:
将所述通道编码调制混合数字信号按照给定的时间节拍,分别与在射频部分调制时使用的正交相位编码序列逐一求取自相关函数进行数字解调,将每个天线单元接收到的不同信号恢复成为无混叠独立信号。
所述恢复出每一个天线单元接收到的信号的方法包括:
在数字域利用可扩展的计算处理资源,求取混合信号与调制时编码序列的互相关结果,将不同极化信息按照通道进行分离,并基本完全保留原始信号,恢复不同极化、不同天线单元的接收信号。
所述输入数字波束合成DBF模块进行波束形成的方法包括:
通过数字波束合成DBF模块,对恢复得到的不同天线单元的信号按照一对正交极化进行数字波束合成,生成若干个所需指向正交极化接收波束。
S5、在所述数字波束合成DBF模块中对每个通道数据的幅度和相位加权求和,同时生成垂直和水平极化接收波束;
数字波束合成时,同时接收两种不同极化信号的波束,而不在波束形成前对不同极化信号进行合成,使得来自目标反射的一对正交极化信息完全保留。
S6、根据需要生成的极化类型,将垂直和水平极化的合成信号进行相位加权求和,形成任意线极化和圆极化的目标探测结果,并送入后续信息处理和数据处理进行目标检测跟踪。
通过相位加权求和的方式,将波束形成后的正交极化数据进行组合,而不是在射频前端进行极化合成,从而可灵活合成不同线极化、圆极化的目标反射回波,实现瞬时全极化能力。
依据所需要的极化类型,将DBF生成的正交极化波束数据进行组合,可形成任意数量、任意极化类型的不同接收数据,从而进行后续的干扰杂波抑制、点迹凝聚等处理,形成目标的点迹和航迹。
参见图1所示为本实施例的Pol-CC数字阵列雷达架构,雷达系统主要由正交双极化天线阵面、TR组件(含正交编码模块)、功分网络、接收机(含正交解码模块)和后端处理组成。TR组件中,为了实现正交双极化接收,TR组件中选择一种极化作为发射/接收切换通道,另一种极化仅进行接收,但在各自的模拟通道中,均使用正交编码模块对信号进行调制,以确保相互之间的正交性。
本实施例的Pol-CC数字阵列雷达突破了传统多极化雷达使用多路通道和AD采样设备导致阵面数字接收设备价格成倍增加的困境,在编码长度允许的情况下,多个不同极化、不同单元的通道数据可以使用一个高速AD进行采样。经过采样后形成的数字信号,由解码设备进行互相关解码操作。
本实施例的Pol-CC数字阵列雷达解码后的数字信号数量与天线单元数量相等,且基本还原信号在各自天线单元接收到的相位信息,从而保证了目标的极化特性得到保留。在进行DBF时,由于同时存在垂直极化和水平极化两种正交极化信息,因此形成的数字波束数量是单极化雷达的两倍,其形成方法是通过对每一路解调出来的数字信号进行幅相加权求和。
本实施例的Pol-CC数字阵列雷达在DBF后得到一系列不同指向的正交极化波束,进一步通过相位加权,控制两个正交极化分量之间的相位关系,即可根据需要生成任意线极化和圆极化结果,满足对目标探测信息的最大化利用。
参见图2所示是本实施例的Pol-CC数字阵列雷达的编码调制波形,考虑系统便于实现,通道编码通常采用二相编码,直接通过快速切换开关即可生成响应编码信号进行调制。根据所使用的序列长度不同,通道编码中包含的码元数量不同,可支撑实现的混合通道数量也不同。
参见图3示出了本实施例的Pol-CC数字阵列雷达调制原理,调制的过程在射频域进行,为了保证信息能够在数字域无损地进行恢复,在调制时对于每一个需要的距离采样点,均需要用一串编码进行调制,因此调制后生成的射频序列的带宽被扩展了数倍,其倍数等同于所使用的编码序列长度。
参见图4示出了本实施例的Pol-CC数字阵列雷达解调原理,解调的过程在数字域进行,混合的数字信号逐一与调制时使用的编码序列进行互相关,得到每一个距离采样点的响应结果。由于编码信号两两之间相互正交,因此仅当使用的解调序列与编码时使用的序列相同时,对应通道的信号分量才能够具有较大响应输出,而其他信号分量则被有效抑制,从而实现了信号的独立恢复。
通过理论分析和仿真验证表明,本发明实施例公开的Pol-CC数字阵列雷达实现方法可有效降低全极化数字阵列雷达的制造成本,在不增加数字通道数量的前提下,极大丰富了数字阵列雷达信号处理可利用的极化特性信息,可大幅提升雷达对目标的探测、识别和抗干扰性能。
本发明实施例还提供了一种计算机设备,图7是本发明实施例提供的一种计算机设备的结构示意图;参见附图图7所示,该计算机设备包括:输入装置23、输出装置24、存储器22和处理器21;所述存储器22,用于存储一个或多个程序;当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器21执行,使得所述一个或多个处理器21实现如上述实施例提供的极化通道编码Pol-CC数字阵列雷达的实现方法;其中输入装置23、输出装置24、存储器22和处理器21可以通过总线或者其他方式连接,图7中以通过总线连接为例。
存储器22作为一种计算设备可读写存储介质,可用于存储软件程序、计算机可执行程序,如本发明实施例所述的极化通道编码Pol-CC数字阵列雷达的实现方法对应的程序指令;存储器22可主要包括存储程序区和存储数据区,其中,存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序;存储数据区可存储根据设备的使用所创建的数据等;此外,存储器22可以包括高速随机存取存储器,还可以包括非易失性存储器,例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件;在一些实例中,存储器22可进一步包括相对于处理器21远程设置的存储器,这些远程存储器可以通过网络连接至设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
输入装置23可用于接收输入的数字或字符信息,以及产生与设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入;输出装置24可包括显示屏等显示设备。
处理器21通过运行存储在存储器22中的软件程序、指令以及模块,从而执行设备的各种功能应用以及数据处理,即实现上述的极化通道编码Pol-CC数字阵列雷达的实现方法。
上述提供的计算机设备可用于执行上述实施例提供的极化通道编码Pol-CC数字阵列雷达的实现方法,具备相应的功能和有益效果。
本发明实施例还提供一种包含计算机可执行指令的存储介质,所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行如上述实施例提供的极化通道编码Pol-CC数字阵列雷达的实现方法,存储介质是任何的各种类型的存储器设备或存储设备,存储介质包括:安装介质,例如CD-ROM、软盘或磁带装置;计算机系统存储器或随机存取存储器,诸如DRAM、DDRRAM、SRAM、EDORAM,兰巴斯(Rambus)RAM等;非易失性存储器,诸如闪存、磁介质(例如硬盘或光存储);寄存器或其它相似类型的存储器组件等;存储介质可以还包括其它类型的存储器或其组合;另外,存储介质可以位于程序在其中被执行的第一计算机系统中,或者可以位于不同的第二计算机系统中,第二计算机系统通过网络(诸如因特网)连接到第一计算机系统;第二计算机系统可以提供程序指令给第一计算机用于执行。存储介质包括可以驻留在不同位置中(例如在通过网络连接的不同计算机系统中)的两个或更多存储介质。存储介质可以存储可由一个或多个处理器执行的程序指令(例如具体实现为计算机程序)。
当然,本发明实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质,其计算机可执行指令不限于如上实施例所述的极化通道编码Pol-CC数字阵列雷达的实现方法,还可以执行本发明任意实施例所提供的极化通道编码Pol-CC数字阵列雷达的实现方法中的相关操作。
至此,已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案,但是,本领域技术人员容易理解的是,本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下,本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换,这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
以上所述仅为本发明的优选实施例,并不用于限制本发明;对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种极化通道编码Pol-CC数字阵列雷达的实现方法,其特征在于,通过通道编码对不同天线单元的不同极化信息进行调制和解调,实现单一数字通道下的多极化接收和全极化信号获取,包括以下步骤:
S1、在雷达天线阵面配置多路通道的正交极化天线,接收来自目标散射的电磁波能量中的不同极化分量的信号;所述不同极化分量的信号在发射接收TR组件射频端内与设定好的正交相位编码序列集合进行混频调制,得到一系列经过调制后的射频信号,在本地生成正交编码序列,与每一个通道接收到的原始信号进行扩频调制,同时输入接收功分网络;
S2、将经过通道编码调制后的不同天线单元、不同极化通道信号通过所述接收功分网络进行汇总,控制不同输入通道的时延,使得所有输入信号均按照相同的时序进行叠加混合,叠加合成为一路射频信号,在网络输出端形成一路混合信号;
S3、对所述一路混合信号经过下变频,将包含不同极化、不同天线单元的混合接收信号一并输入AD数字采样模块进行高速采样,形成一路通道编码调制混合数字信号;
S4、将所述一路通道编码调制混合数字信号与编码时使用的正交相位编码序列逐一进行滑窗互相关计算,利用正交相位编码不同序列之间的正交性,恢复出每一个天线单元接收到的信号,同时将信号输入数字波束合成DBF模块进行波束形成;
S5、在所述数字波束合成DBF模块中对每个通道数据的幅度和相位加权求和,同时生成垂直和水平极化接收波束;
S6、根据需要生成的极化类型,将垂直和水平极化的合成信号进行相位加权求和,形成任意线极化和圆极化的目标探测结果,并送入后续信息处理和数据处理进行目标检测跟踪。
2.根据权利要求1所述的极化通道编码Pol-CC数字阵列雷达的实现方法,其特征在于,所述S1步骤的与每一个通道接收到的原始信号进行扩频调制的方法包括:
采用通道编码对不同极化的射频通道数据进行调制,使用正交编码序列对原始信号进行扩频,充分保留不同通道数据的幅度和相位特性,以便于后续将不同通道的数据进行混合后数字采样。
3.根据权利要求1所述的极化通道编码Pol-CC数字阵列雷达的实现方法,其特征在于,所述S3步骤的将包含不同极化、不同天线单元的混合接收信号一并输入AD数字采样模块进行高速采样的方法包括:
将不同天线单元、不同极化通道信号混合生成的射频信号输入接收机,进行放大、下变频、滤波操作后,使用一路AD数字采样模块进行采样,得到数字域的通道编码调制混合信号。
4.根据权利要求1所述的极化通道编码Pol-CC数字阵列雷达的实现方法,其特征在于,所述S4步骤的恢复出每一个天线单元接收到的信号的方法包括:
将得到的通道编码调制混合数字信号按照给定的时间节拍,分别与在射频部分调制时使用的编码序列逐一求取自相关函数进行数字解调,实现对每个天线单元接收到的不同信号恢复,成为无混叠独立信号。
5.根据权利要求4所述的极化通道编码Pol-CC数字阵列雷达的实现方法,其特征在于,所述S4步骤的输入数字波束合成DBF模块进行波束形成的方法包括:
通过数字波束合成DBF模块,对恢复得到的不同天线单元的信号按照一对正交极化进行数字波束合成,生成若干个所需指向正交极化接收波束。
6.根据权利要求1所述的极化通道编码Pol-CC数字阵列雷达的实现方法,其特征在于,所述S1步骤的不同极化分量的信号与设定好的正交相位编码序列集合进行混频调制,与每一个通道接收到的原始信号进行扩频调制的方法包括:
采用设定好的通道编码序列对每个天线单元的回波进行调制,编码序列采用正交相位编码,根据系统的通道数量设计编码,并存储于雷达射频接收通道的编码器中;使用所述编码序列进行调制时,对于原始信号中的每一个距离采样单元,均扩展为与所述编码序列相关的一串序列,编码后得到的信号带宽数倍于原始信号的带宽,倍数等同于编码序列的长度。
7.根据权利要求1所述的极化通道编码Pol-CC数字阵列雷达的实现方法,其特征在于,所述S4步骤的将所述一路通道编码调制混合数字信号与编码时使用的正交相位编码序列逐一进行滑窗互相关计算的方法包括:
将所述通道编码调制混合数字信号按照给定的时间节拍,分别与在射频部分调制时使用的正交相位编码序列逐一求取自相关函数进行数字解调,将每个天线单元接收到的不同信号恢复成为无混叠独立信号。
8.根据权利要求1所述的极化通道编码Pol-CC数字阵列雷达的实现方法,其特征在于,所述S4步骤的恢复出每一个天线单元接收到的信号的方法包括:
在数字域利用可扩展的计算处理资源,求取混合信号与调制时编码序列的互相关结果,将不同极化信息按照通道进行分离,并基本完全保留原始信号,恢复不同极化、不同天线单元的接收信号。
9.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述程序被处理器执行时实现权利要求1-8任一项所述的极化通道编码Pol-CC数字阵列雷达的实现方法的步骤。
10.一种计算机设备,所述计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-8任一项所述的极化通道编码Pol-CC数字阵列雷达的实现方法的步骤。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202311132878.6A CN116859345B (zh) | 2023-09-05 | 2023-09-05 | 一种极化通道编码Pol-CC数字阵列雷达的实现方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202311132878.6A CN116859345B (zh) | 2023-09-05 | 2023-09-05 | 一种极化通道编码Pol-CC数字阵列雷达的实现方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN116859345A CN116859345A (zh) | 2023-10-10 |
CN116859345B true CN116859345B (zh) | 2023-11-03 |
Family
ID=88232645
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202311132878.6A Active CN116859345B (zh) | 2023-09-05 | 2023-09-05 | 一种极化通道编码Pol-CC数字阵列雷达的实现方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN116859345B (zh) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1669284A (zh) * | 2002-05-20 | 2005-09-14 | 高通股份有限公司 | 多调制发射机的方法和装置 |
CN102540158A (zh) * | 2010-12-08 | 2012-07-04 | 中国科学院电子学研究所 | 一种星载合成孔径雷达四极化方法 |
CN103645468A (zh) * | 2013-11-08 | 2014-03-19 | 中国人民解放军63892部队 | 一种雷达目标极化散射矩阵测量装置 |
RU2015120053A (ru) * | 2015-05-27 | 2016-12-20 | Открытое акционерное общество "Омский научно-исследовательский институт приборостроения" (ОАО "ОНИИП") | Способ декаметровой радиосвязи с высокоскоростной передачей данных |
-
2023
- 2023-09-05 CN CN202311132878.6A patent/CN116859345B/zh active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1669284A (zh) * | 2002-05-20 | 2005-09-14 | 高通股份有限公司 | 多调制发射机的方法和装置 |
CN102540158A (zh) * | 2010-12-08 | 2012-07-04 | 中国科学院电子学研究所 | 一种星载合成孔径雷达四极化方法 |
CN103645468A (zh) * | 2013-11-08 | 2014-03-19 | 中国人民解放军63892部队 | 一种雷达目标极化散射矩阵测量装置 |
RU2015120053A (ru) * | 2015-05-27 | 2016-12-20 | Открытое акционерное общество "Омский научно-исследовательский институт приборостроения" (ОАО "ОНИИП") | Способ декаметровой радиосвязи с высокоскоростной передачей данных |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
一种新的多极化星载SAR工作方式研究;齐维孔;禹卫东;;中国科学:信息科学(第10期);正文第1394-1407页 * |
宽带全极化垂直昆虫雷达设计及校准关键技术研究;于腾 等;信号处理;第37卷(第2期);正文第222-232页 * |
极化雷达的同时全极化测量与校准技术;王雪松;常宇亮;李永祯;戴幻尧;何密;肖顺平;;科技导报(第26期);正文第43-49页 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN116859345A (zh) | 2023-10-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Lavate et al. | Performance analysis of MUSIC and ESPRIT DOA estimation algorithms for adaptive array smart antenna in mobile communication | |
Wang et al. | Conjugate ESPRIT for DOA estimation in monostatic MIMO radar | |
CN104536017A (zh) | 一种先子空间投影后波束合成的导航接收机stap算法 | |
CN101644760B (zh) | 一种适用于高分辨阵列的快速鲁棒的信源个数检测方法 | |
CN104345321A (zh) | 一种卫星导航接收机用空时自适应抗干扰方法 | |
Jiang et al. | Joint spectrum, carrier, and DOA estimation with beamforming MWC sampling system | |
CN111880198B (zh) | 基于交替极化敏感阵列的空时极化抗干扰方法 | |
CN109375153A (zh) | 一种基于冲激响应压缩感知的密集多径信号角度估计方法 | |
Qi et al. | Time-frequency DOA estimation of chirp signals based on multi-subarray | |
Li et al. | Joint adaptive aoa and polarization estimation using hybrid dual-polarized antenna arrays | |
CN116859345B (zh) | 一种极化通道编码Pol-CC数字阵列雷达的实现方法 | |
Tian et al. | Fully digital multi‐frequency compact high‐frequency radar system for sea surface remote sensing | |
Alwan et al. | Phase error evaluation in a two-path receiver front-end with on-site coding | |
Tschudin et al. | Comparison between unitary ESPRIT and SAGE for 3-D channel sounding | |
Anantharamu et al. | Space-time equalization techniques for new GNSS signals | |
Mecca et al. | Slow-time MIMO spacetime adaptive processing | |
CN108919206A (zh) | 一种基于子载波处理的外辐射源雷达极化滤波方法 | |
Yang et al. | Beamforming technique based on nonuniform signal recovering algorithm in multi-carrier frequency MIMO HF radar | |
Yu et al. | Range estimation for MIMO step-frequency radar with compressive sensing | |
Xu et al. | An architectural scheme for real-time multiple users beam tracking systems | |
Suryana et al. | Design and implementation of S-Band MIMO FMCW radar | |
Tang et al. | Fundamental limits on detection with a dual-function radar communication system | |
Haefner et al. | Selection of antenna array configuration for polarimetric direction finding in correlated signal environments | |
CN102147456B (zh) | 水上无线通信监测测向系统 | |
yun Kim et al. | A cascade AOA estimation technique with rectangular array antenna |
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 |