CN204374408U - 一种新型超宽区域电离层探测发射系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种新型超宽区域电离层探测发射系统，包括多通道雷达系统和相控阵天线系统，所述多通道雷达系统包括高稳定度频率源系统、雷达波形产生系统和功率放大模块，高稳定度频率源系统、雷达波形产生系统、功率放大模块和对数周期天线阵列依次连接；所述高稳定度频率源系统包括高稳定度晶体振荡器、前置分频器、数字鉴相器、数字分频器、预分频器、环路滤波器和压控振荡器；所述对数周期天线阵列包括多幅对数周期天线，所述雷达波形产生系统包括USB接口芯片、FPGA芯片核多个DDS芯片。本实用新型所提供装置的结构易于实现，成本不高，可用于支持实现超宽区域电离层状态的监测。

Description

一种新型超宽区域电离层探测发射系统

技术领域

本实用新型涉及多通道相控阵雷达的电离层探测装置技术领域，具体涉及一种新型超宽区域电离层探测发射系统。

背景技术

相控阵雷达系统是由阵列天线发展而来，与其它形式的雷达天线系统相比，相控阵天线在工作方式上具有一些突出的特点和优点。它与传统机械雷达相比波束指向灵活，能实现无惯性快速扫描；一部雷达可形成多个独立的窄波束，分别实现搜索、识别、跟踪、制导、无源探测等多种功能；目标容量大，可在空域内同时监视、跟踪数百个目标；对复杂目标环境的适应能力强；抗干扰性能好；全固态相控阵雷达的可靠性高，在工作环境与观测目标变化情况下，有很强的自适应能力。

目前，相控阵雷达技术已广泛应用于几乎所有类型的军用雷达，包括各种机载、星载合成孔径雷达；在军民两用、民用雷达中，如在高性能气象雷达、空间气象探测雷达也开始采用相控阵雷达技术。

电离层探测方法可分为：垂直底测、斜向底测、斜向返回底测、太空飞行器顶测以及地空之间的各种穿测。其中斜向返回探测利用高频电磁波在地表和上空电离层之间返回散射传播机理，可以实现对地平线以下超远程目标的探测。

然而传统的斜向返回探测往往使用的是单幅天线，天线的波束宽度较宽，且功率容量有限。由于受到其天线的限制，电离层斜向返回探测不能得到区域电离层状态的精细结构并且探测区域十分有限。

实用新型内容

本实用新型针对上述问题，提供一种新型超宽区域电离层探测发射系统。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为一种新型超宽区域电离层探测发射系统，包括多通道雷达系统和相控阵天线系统，所述多通道雷达系统包括高稳定度频率源系统、雷达波形产生系统和功率放大模块，高稳定度频率源系统、雷达波形产生系统、功率放大模块和对数周期天线阵列依次连接。

而且，所述高稳定度频率源系统包括高稳定度晶体振荡器、前置分频器、数字鉴相器、数字分频器、预分频器、环路滤波器和压控振荡器，高稳定度晶体振荡器、前置分频器、数字鉴相器、环路滤波器和压控振荡器依次连接，压控振荡器和预分频器、数字分频器、数字鉴相器依次连接。

而且，所述对数周期天线阵列包括多幅对数周期天线，设对数周期天线的数目为N，所述雷达波形产生系统包括USB接口芯片、FPGA芯片和N个DDS芯片，所述功率放大模块包括N个功率放大器，USB接口芯片连接FPGA芯片，FPGA芯片分别连接N个DDS芯片，各DDS芯片和相应功率放大器、对数周期天线依次连接。

而且，所述对数周期天线阵列的多幅对数周期天线呈等间距的直线排列架设。

而且，所述对数周期天线阵列中各幅对数周期天线采用硬振子对数周期天线。

而且，所述对数周期天线阵列中各幅对数周期天线采用短波硬振子对数周期天线。

而且，所述对数周期天线阵列中各幅对数周期天线采用水平极化的短波硬振子对数周期天线。

本实用新型提供一种将相控阵雷达技术与电离层斜向返回探测相结合的雷达系统装置，该系统将相控阵雷达技术的优点运用在电离层斜向返回探测之中，支持用户通过外部计算机控制各路信号的相位偏置，控制空间波束的扫描，以实现超宽区域电离层状态的监测。本实用新型所提供装置的结构易于实现，成本不高，适于推广使用。

附图说明

图1是本实用新型实施例的整体系统框图；

图2是本实用新型实施例的高稳定度频率源系统框图；

图3是本实用新型实施例的多通道雷达信号波形合成系统框图。

具体实施方式

以下结合实施例及附图对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。

本实用新型提供一种新型超宽区域电离层状态监测系统，包括多通道雷达系统和对数周期天线阵列组成。进一步地，多通道雷达系统包括高稳定度频率源系统、雷达波形产生系统和功率放大模块组成。

参见附图1，本实用新型实施例的一种新型超宽区域电离层状态监测系统包括高稳定度频率源系统、多通道雷达信号波形合成系统、功率放大模块和对数周期天线阵列。高稳定度频率源系统、雷达波形产生系统、功率放大模块和对数周期天线阵列依次连接。

高稳定度频率源系统产生高稳定度的基准时钟信号作为所有DDS的基准系统时钟，多通道雷达信号波形合成系统产生各路所需要的雷达波形信号，经过功率放大模块和对数周期天线阵列完成空间波束的合成。

对数周期天线阵列由一列等间距排列的天线阵构成，天线阵的基本单元为硬振子对数周期天线。进一步地，对数周期天线阵列由一列等间距直线排列的天线阵构成，天线阵列的基本单元为短波硬振子对数周期天线。实施例中，对数周期天线阵列由多幅对数周期天线组成阵列，对数周期天线为水平极化的短波硬振子对数周期天线，阵列呈等间距的直线排列架设，间距为15m。设有N幅对数周期天线，分别标记为天线1、天线2…天线N。

高稳定度频率源系统包括高稳定度的恒温晶体振荡器和锁相倍频电路。振荡器输出高稳定度的10MHz方波信号，经过锁相倍频电路输出高稳定度且频率可调的系统时钟信号。参见图2，实施例的高稳定度频率源系统包括高稳定度晶体振荡器，及构成锁相倍频电路的前置分频器、数字鉴相器、数字分频器、预分频器、环路滤波器和压控振荡器，高稳定度晶体振荡器、前置分频器、数字鉴相器、环路滤波器和压控振荡器依次连接构成前向支路，压控振荡器和预分频器、数字分频器、数字鉴相器依次连接构成反馈支路。具体来说，高稳定度晶体振荡器的输出连接前置分频器的输入，前置分频器的输出连接数字鉴相器的一路输入，数字鉴相器的输出连接环路滤波器的输入，环路滤波器的输出连接压控振荡器的输入。压控振荡器的一路输出连接到多通道雷达信号波形合成系统，另一路输出连接到预分频器的输入，预分频器的输出连接到数字分频器的输入，数字分频器的输出连接到数字鉴相器的另一路输入。具体实施时，各部分分别可采用相应芯片实现，其中前置分频器、数字鉴相器、数字分频器和预分频器可在FPGA内集成实现，FPGA为成熟的现有技术。数字鉴相器的输出经过环路滤波器之后的电压信号调节压控振荡器的输出频率，使得压控振荡器输出和高稳定度晶体振荡器稳定度相当的系统时钟信号。数字分频器和预分频器构成吞脉冲分频，用户使用本实用新型实施例所提供系统装置时可以自行根据需要通过设置前置分频和吞脉冲分频的系数调节压控振荡器的输出频率，输出所需要的系统时钟。高稳定度晶体振荡器一般为10负8次方~10负7次方甚至更高频率稳定度的石英晶体振荡器，有恒温控制晶体振荡器和温度补偿晶体振荡器，实施例采用高稳定度的恒温晶体振荡器。

多通道雷达信号波形合成系统包括USB接口芯片、FPGA芯片、DDS芯片，具体实施时根据采用的具体芯片可以配置相应的外围电路。DDS表示直接频率合成器。USB接口芯片连接到FPGA芯片上， 各路DDS芯片也分别连接到FPGA芯片上，使用本系统装置时，USB接口可通过USB数据线与外部计算机相连接。附图3是多通道雷达信号波形合成系统框图。高稳定度频率源系统中压控振荡器的系统时钟输出连接到多通道雷达信号波形合成系统的FPGA芯片，计算机可以通过USB总线向FPGA芯片完成控制信号的传输。本领域技术人员使用实施例所提供新型超宽区域电离层探测发射系统时，可以自行根据需要从外部计算机通过USB接口写入命令，能够完成对各路DDS输出信号的波形参数（幅度，频率，相位等）的控制，通过设置各路DDS的偏置相位、幅度即可实现空间波束的合成和空间波束的扫描，完成超宽区域的电离层探测工作。FPGA芯片内部完成整个同步逻辑控制和对DDS芯片的时序控制。具体控制实现为现有技术，本实用新型仅提供装置结构设计技术方案。具体实施时，可以将高稳定度频率源系统的前置分频器、数字鉴相器、数字分频器和预分频器单独采用一块FPGA芯片实现，也可以集成到多通道雷达信号波形合成系统的FPGA芯片中。各路DDS的输出经过功率放大模块传输到各幅对数周期天线上辐射出去。实施例中有N幅对数周期天线，相应有N个通道，多通道雷达信号波形合成系统中设有N个DDS芯片、功率放大模块中设有N个功率放大器。FPGA芯片连接各DDS芯片，各DDS芯片分明与相应功率放大器、天线依次连接。例如通道1中的DDS芯片连接相应功率放大器，功率放大器的输出为通道1的输出，连接到天线1。

    本领域技术人员使用本系统配合电离层斜向返回探测接收机即可实现超宽区域电离层的监测。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (7)

1.一种新型超宽区域电离层探测发射系统，其特征在于：包括多通道雷达系统和相控阵天线系统，所述多通道雷达系统包括高稳定度频率源系统、雷达波形产生系统和功率放大模块，高稳定度频率源系统、雷达波形产生系统、功率放大模块和对数周期天线阵列依次连接。

2.根据权利要求1所述新型超宽区域电离层探测发射系统，其特征在于：所述高稳定度频率源系统包括高稳定度晶体振荡器、前置分频器、数字鉴相器、数字分频器、预分频器、环路滤波器和压控振荡器，高稳定度晶体振荡器、前置分频器、数字鉴相器、环路滤波器和压控振荡器依次连接，压控振荡器和预分频器、数字分频器、数字鉴相器依次连接。

3.根据权利要求1或2所述新型超宽区域电离层探测发射系统，其特征在于：所述对数周期天线阵列包括多幅对数周期天线，设对数周期天线的数目为N，所述雷达波形产生系统包括USB接口芯片、FPGA芯片和N个DDS芯片，所述功率放大模块包括N个功率放大器，USB接口芯片连接FPGA芯片，FPGA芯片分别连接N个DDS芯片，各DDS芯片和相应功率放大器、对数周期天线依次连接。

4.根据权利要求3所述新型超宽区域电离层探测发射系统，其特征在于：所述对数周期天线阵列的多幅对数周期天线呈等间距的直线排列架设。

5.根据权利要求4所述新型超宽区域电离层探测发射系统，其特征在于：所述对数周期天线阵列中各幅对数周期天线采用硬振子对数周期天线。

6.根据权利要求5所述新型超宽区域电离层探测发射系统，其特征在于：所述对数周期天线阵列中各幅对数周期天线采用短波硬振子对数周期天线。

7.根据权利要求6所述新型超宽区域电离层探测发射系统，其特征在于：所述对数周期天线阵列中各幅对数周期天线采用水平极化的短波硬振子对数周期天线。