CN208190636U - 针对相控阵天线的和差测角接收机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供针对相控阵天线的和差测角接收机，其包括：增益调整单元，与单端信号转差分单元的输出端连接，将低功率信号无失真地放大；抗混叠滤波单元，与增益调整单元的输出端连接，抗输入信号混叠且滤掉不必要的高次谐波；模数转换器，与抗混叠滤波单元的输出端连接，对采样信号进行模数转换；自检测单元，检测关键件工作状态；FPGA控制单元，与模数转换器连接而控制采样，与自检测单元连接而进行自检结果判定，与上位机通信实现和差测角算法；电源模块，与增益调整单元、高精度模数转换器及FPGA控制单元电连接；时钟管理模块，与模数转换器和FPGA控制单元连接而提供时钟脉冲。能够实现高信噪比，宽动态范围，同时具备对关键件实时自检测的功能。

Description

针对相控阵天线的和差测角接收机

技术领域

本实用新型涉及自跟踪遥测领域，具体涉及一种针对相控阵天线的和差测角接收机。

背景技术

目前的遥测系统通常采用抛物面自跟踪天线系统，主要由抛物面天线、机械伺服、跟踪接收机组成。抛物面自跟踪天线系统体积大、机动性差、跟踪速度慢，且一个遥测站一次任务只能跟踪一个目标。而相控阵天线具有波束快速扫描、波束形状灵活可变、信号功率可在空间进行合成、易于形成多个波束等特点，使得相控阵天线具有稳定跟踪多批高速运动目标的能力。随着技术的进步、工艺的发展，相控阵的成本大幅降低，使得在大型遥测系统中开始逐渐使用相控阵天线。

单脉冲和差测角技术有测角分辨率高，抗扰能力强，算法容易实现等优点，可用于动态目标的跟踪。如要实现跟踪远距离动态目标，单脉冲和差测角算法须依赖高性能的硬件电路作为支撑。传统的和差测角机硬件平台几乎都是基于传统的信号处理开发板，存在应用面窄、板上关键参数无法调整、无法使用于多种应用场合、无法实时自检测、故障定位难等缺陷。

实用新型内容

本实用新型为了克服以上现有技术中的缺陷，提出了一种针对相控阵天线的和差测角接收机，其具有宽带宽，高信噪比，宽动态范围的优点，同时还具备板上关键参数可调，能够实时自检测、故障保护和故障后可快速定位问题的能力。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种针对相控阵天线的和差测角接收机，其特征在于，包括：单端信号转差分单元，将单端信号转换为差分信号；增益调整单元，与所述单端信号转差分单元的输出端相连接，将低功率的信号无失真地放大至规定的适合模数转换器的输入范围；抗混叠滤波单元，与所述增益调整单元的输出端相连接，在抗输入信号混叠的同时滤掉不必要的高次谐波；高精度模数转换器，与所述抗混叠滤波单元的输出端相连接，对来自所述抗混叠滤波单元的采样信号进行模数转换；自检测单元，对关键件的工作状态进行实时检测；FPGA控制单元，与所述高精度模数转换器相连接，控制所述模数转换器采样，并且与所述自检测单元相连接而进行自检测结果的判定，并且与外部上位机通信而实现单脉冲和差测角算法；电源模块，至少与所述增益调整单元、所述高精度模数转换器以及所述FPGA控制单元电连接而提供及分配电源；和时钟管理模块，与所述高精度模数转换器和FPGA控制单元相连接而提供时钟脉冲。

在上述的针对相控阵天线的和差测角接收机中，优选的是，所述自检测单元包括电流检测芯片、电压检测芯片、以及温度传感器，并且，所述自检测单元至少与作为关键件的所述电源模块、所述增益调整单元、所述高精度模数转换器以及所述FPGA控制单元相连接，从而实时地检测这些关键件的电流、电压及温度中的至少一个。

在上述的针对相控阵天线的和差测角接收机中，所述单端信号转差分单元、所述增益调整单元、所述抗混叠滤波单元和所述高精度模数转换器构成信号采样处理模块；所述接收机可以包括一个所述信号采样处理模块，也可以包括多个；所述FPGA控制单元可以与一个或多个所述信号采样处理模块相连接而进行控制。

实用新型的效果

本实用新型的针对相控阵天线的和差测角接收机是基于单脉冲和差测角算法的硬件系统，采用了ADC、FPGA和自检测模块的架构，具有宽带宽，高信噪比，宽动态范围等优点，同时还具备板上关键参数可调、能够在线自检测、故障保护和故障后快速定位问题的能力。

附图说明

图1为和差测角接收机的一个实施方式的示意性构成简图。

图2为和差测角接收机的另一个实施方式的示意性构成框图。

图3为自检测单元的示意性构成框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的描述。

本发明的硬件设计具有宽动态范围，宽频带，高信噪比的特点，是实现相控阵体制遥测跟踪系统的有效手段。

图1是和差测角接收机的一个实施方式的示意性构成简图；图2为和差测角接收机的另一个实施方式的示意性构成框图。下面，结合附图详细说明本实用新型的实施方式。

如图1和图2所示，针对相控阵天线的和差测角接收机包括：单端信号转差分单元，将单端信号转换为差分信号；增益调整单元，与单端信号转差分单元的输出端相连接，将低功率的信号无失真地放大至规定的适合模数转换器的输入范围；抗混叠滤波单元，与增益调整单元的输出端相连接，在抗输入信号混叠的同时滤掉不必要的高次谐波；高精度模数转换器，与抗混叠滤波单元的输出端相连接，对来自抗混叠滤波单元的采样信号进行模数转换；自检测单元，对关键件的工作状态进行实时检测；FPGA控制单元，与高精度模数转换器相连接，控制模数转换器采样，并且与自检测单元相连接而进行自检测结果的判定，并且与外部上位机通信而实现单脉冲和差测角算法；电源模块，至少与增益调整单元、高精度模数转换器以及FPGA控制单元电连接而提供及分配电源；和时钟管理模块，与高精度模数转换器和FPGA控制单元相连接而提供时钟脉冲。

针对各硬件设计的说明，详细描述如下。

(1)单端信号转差分单元

用于将单端信号转为差分信号。天线接收到的目标探测回波能量微弱，底噪强，可通过该手段达到两个目的。目的一：用于提高接收信号的信噪比，去除共模噪声；其二：用于匹配ADC的差分输入形式。具体地说，例如中频单端信号转差分单元利用宽带宽阻抗变换器将下变频输出的中频信号转换为差分信号，根据下一环节选择的低噪声差分放大器的输入阻抗特性做合理的匹配及带宽处理。并且，该单端信号转差分单元将单端中频信号无损的转换成差分信号，提高信号抗扰能力且易于实现前后阻抗匹配。

(2)增益调整模块

下变频输出信号能量低，而差分满量程输入是实现ADC最优动态范围的前提条件，所以必须对能量微弱的中频信号进行放大，以满足ADC的输入量程。例如专用的中频采样ADC在差分满量程输入的情况下能获得更好的信号比和动态范围，在输入的中频信号功率较低的情况下，且在整个信号处理过程中存在一定的损耗，专用的低噪声差分放大器可以针对ADC的要求进行增益选择以满足满量程输入的要求。由此能够根据输入信号的能量及滤波器、单端转差分环节上的损耗，进行增益调整。

(3)抗混叠滤波

根据输入信号的特征，前级增益调整模块输出阻抗值，ADC的差分输入阻抗值，设计了一个插损小、适合输入信号带宽、能与增益调整模块输出阻抗和ADC输入阻抗匹配的抗混叠滤波器，用以抑制高频共模噪声。例如，根据输入中频信号的带宽和频率，选择了具有带内平坦较好的巴特沃斯，进一步滤掉由低噪声差分放大器产生的杂波。

(4)高性能ADC采样

ADC的信噪比和动态范围决定了整个天线的测角精度和跟踪距离，选择满足采样的采样速度和满足动态范围的采样位数的ADC芯片。并且可以多路通道同时采样。再多路通道同时采样的情况下，必须满足时钟同源，专用的时钟芯片外加合理的时钟布线拓扑结构，最终能够获得优异无杂散动态范围和信噪比。可见，根据中频信号的频率和信号特性，高性能ADC能够对中频信号准确采样和高精度量化，实现整个系统的高信噪比和宽动态范围。

(5)FPGA：在外部时钟管理的配合下，FPGA控制ADC采样，配置ADC的寄存器，通过接口与上位机通信，实时处理由自检测模块送来的数据并做出判断，最后告知上位机硬件整体运行的情况。

图3为自检测单元的示意性构成框图。

如图3所示，自检测主要包括开机自检测和在线实时监测两部分。

自检测单元例如包括电流检测芯片、电压检测芯片、以及温度传感器，并且，自检测单元至少与作为关键件的电源模块、增益调整单元、高精度模数转换器以及FPGA控制单元相连接，从而能够实时地检测这些关键件的电流、电压及温度中的至少一个。

在接收机刚接通电源时，首先进行开机自检测，由上位机给接收机各通信接口发送自检命令，FPGA会根据自检测电路的结果来判定所有通信接口的状态，然后将各通信接口的结果全部上传给上位机，完成开机自检测。

除了上述开机自检测功能外，通过该自检测单元还对接收机硬件部分的关键件进行实时监测。例如电源芯片、ADC、中频差分放大器等芯片的电压电流和温度是监测的关键参数。

在线工作的过程中，专用的电压监测芯片会实时监测上述关键器件的输出电压和工作电压。专用的电压监测芯片可根据外部电阻调节监测电压门限值，一旦设置了合理的门限值，例如：如果被检测的电压(电流监测工作原理一致)高于门限值则会输出一个高电平(该电平可为TTL，也可是CMOS电平。低于门限则会输出一个低电平，正常则芯片处于静默状态没有输出)，FPGA根据得到的高电平判定该电压值异常，立马向上位机发出警告通知，上位机立即显示是哪个被检测设备出现异常。同时，专用的监测芯片具有过压、欠压、过流和欠流保护，异常出现后，芯片会自行启动保护措施。

置于关键件附近的数字温度传感器用于温度监测，FPGA可以实时回读温度数据，一旦发现某个器件的温度过高，立刻关断电源，停止工作。上位机可显示具体的器件位置，这样既可快速定位异常点，缩短定位时间，提高判断异常的准确性，还可有效预判和保护整个硬件系统，提升了安全警戒能力。

以上对本实用新型的具体实施例进行了说明，但是该实施例对于本实用新型的保护范围并不构成限制。本领域技术人员应当知晓，上述实施例的各种变更也包括在本实用新型的保护范围内。

Claims (3)

1.一种针对相控阵天线的和差测角接收机，其特征在于，包括：

单端信号转差分单元，将单端信号转换为差分信号；

增益调整单元，与所述单端信号转差分单元的输出端相连接，将低功率的信号无失真地放大至规定的适合模数转换器的输入范围；

抗混叠滤波单元，与所述增益调整单元的输出端相连接，在抗输入信号混叠的同时滤掉不必要的高次谐波；

高精度模数转换器，与所述抗混叠滤波单元的输出端相连接，对来自所述抗混叠滤波单元的采样信号进行模数转换；

自检测单元，对关键件的工作状态进行实时检测；

FPGA控制单元，与所述高精度模数转换器相连接，控制所述模数转换器采样，并且与所述自检测单元相连接而进行自检测结果的判定，并且与外部上位机通信而实现单脉冲和差测角算法；

电源模块，至少与所述增益调整单元、所述高精度模数转换器以及所述FPGA控制单元电连接而提供及分配电源；和

时钟管理模块，与所述高精度模数转换器和FPGA控制单元相连接而提供时钟脉冲。

2.根据权利要求1所述的针对相控阵天线的和差测角接收机，其特征在于，所述自检测单元包括电流检测芯片、电压检测芯片、以及温度传感器，并且，

所述自检测单元至少与作为关键件的所述电源模块、所述增益调整单元、所述高精度模数转换器以及所述FPGA控制单元相连接，从而实时地检测这些关键件的电流、电压及温度中的至少一个。

3.根据权利要求1所述的针对相控阵天线的和差测角接收机，其特征在于，

所述单端信号转差分单元、所述增益调整单元、所述抗混叠滤波单元和所述高精度模数转换器构成信号采样处理模块，

所述接收机包括一个或多个所述信号采样处理模块，

所述FPGA控制单元与一个或多个所述信号采样处理模块相连接而进行控制。