CN213149223U - 一种生命探测雷达收发系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种生命探测雷达收发系统，该系统包括接收单元，接收单元包括依次连接的接收天线、信号采集电路、合路器、第一信号放大器和信号对消电路，信号对消电路还与合路器连接，其中，信号采集电路包括依次连接的第二信号放大器、信号滤波器、信号变压器和模数变换单元，第二信号放大器还与接收天线连接，模数变换单元还与合路器连接。本实用新型提供的生命探测雷达收发系统，在接收单元中采样电路的设计，实现了对生命探测雷达接收到的雷达回波信号直接采样，且该采样具有高采样率、高分辨率的优势，可以有效提高输出的采样信号的信号宽度和信号分辨率，并且能有效提高无杂散动态范围，进一步提高雷达回波采样信号的质量。

Description

一种生命探测雷达收发系统

技术领域

本实用新型属于生命探测雷达技术领域，具体涉及一种生命探测雷达收发系统。

背景技术

生命探测雷达是拓展人类视野的一大利器，是一种对非透明介质后进行生命探测的典型系统，在军事，反恐，灾难救援等方面有其独特的优势及应用前景。目前，常见对生命探测雷达回波信号进行采样的方法是对接收到的雷达信号直接进行数字化处理，由此可以避免对雷达信号进行混频，而采用软件完成大量的信号处理功能，既简化了系统结构，同时又可以实现所需器件少、成本低、功耗低、容易取得更高性能的功能特点。

然而，该种技术的采样带宽过窄，难以实现对高频信号的模数转化处理，由于不能通过直接采样进行模数转化处理，往往造成该类系统的硬件设备多、系统结构复杂、功耗高等缺陷。

实用新型内容

为了解决现有技术中的不足，本实用新型提供了一种生命探测雷达收发系统，所述生命探测雷达收发系统包括：

接收单元，所述接收单元包括依次连接的接收天线、信号采集电路、合路器、第一信号放大器和信号对消电路，所述信号对消电路还与所述合路器连接。

在本实用新型的一个实施例中，所述信号采集电路包括依次连接的第二信号放大器、信号滤波器、信号变压器和模数变换单元，所述第二信号放大器还与所述接收天线连接，所述模数变换单元还与所述合路器连接。

在本实用新型的一个实施例中，所述信号变压器为巴伦变压器。

在本实用新型的一个实施例中，所述模数变换单元包括功率分配电路、第一模数转换电路、第二模数转换电路、时钟信号控制电路和数字信号处理电路，其中，

所述第一模数转换电路、所述第二模数转换电路分别与所述功率分配电路、所述时钟信号控制电路和所述数字信号处理电路连接，所述功率分配电路还与所述信号变压器连接，所述数字信号处理电路还与所述合路器连接。

在本实用新型的一个实施例中，所述信号对消电路包括信号分解电路、信号调制电路和信号合成电路，其中，

所述信号分解电路与所述信号调制电路、所述信号合成电路、参考信号输入端和所述合路器连接，所述信号调制电路还与所述信号合成电路连接，所述信号合成电路还与所述第一信号放大器。

在本实用新型的一个实施例中，所述信号分解电路包括第一耦合器、第二耦合器、正交混频器，其中，

所述第一耦合器、所述第二耦合器分别与所述正交混频器、所述信号合成电路连接，所述第一耦合器还与所述参考信号输入端连接，所述第二耦合器还与所述合路器连接，所述正交混频器还与所述信号调制电路连接。

在本实用新型的一个实施例中，所述信号调制电路包括依次连接的低通滤波器、基带放大单元，所述低通滤波器还与所述正交混频器连接，所述基带放大单元还与所述信号合成电路连接。

在本实用新型的一个实施例中，所述信号合成电路包括依次连接的正交调制器、第一叠加器、第二叠加器，所述正交调制器还与所述第一耦合器、所述基带放大单元连接，所述第二叠加器还与所述第一信号放大器、所述第二耦合器连接。

在本实用新型的一个实施例中，所述生命探测雷达收发系统还包括发射单元，所述发射单元包括发射天线。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

本实用新型提供的生命探测雷达收发系统，在接收单元中采样电路的设计，实现了对生命探测雷达接收到的雷达回波信号直接采样，且该采样具有高采样率、高分辨率的优势，可以有效提高输出的采样信号的信号宽度和信号分辨率，并且能有效提高无杂散动态范围，进一步提高雷达回波采样信号的质量。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种生命探测雷达收发系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种生命探测雷达收发系统中模数变换单元的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种生命探测雷达收发系统中信号对消电路的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种生命探测雷达收发系统中另一种信号对消电路的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的一种生命探测雷达收发系统中发射单元的结构示意图。

附图标记说明：

10-接收天线；20-信号采集电路；30-合路器；40-第一信号放大器；50-信号对消电路；201-第二信号放大器；202-信号滤波器；203- 信号变压器；204-模数变换单元；501-信号分解电路；502-信号调制电路；503-信号合成电路；2041-功率分配电路；2042-第一模数转换电路；2043-第二模数转换电路；2044-时钟信号控制电路；2045-数字信号处理电路；5011-第一耦合器；5012-第二耦合器；5013-正交混频器；5021-低通滤波器；5022-基带放大单元；5031-正交调制器；5032- 第一叠加器；5033-第二叠加器。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型做进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例一

为了解决现有技术中存在的难以对高频通信信号进行直接采样的技术问题。本实用新型涉及一种生命探测雷达收发系统。请参见图 1，图1为本实用新型实施例提供的一种生命探测雷达收发系统的结构示意图。具体地，本实用新型提供的生命探测雷达收发系统包括：

接收单元，接收单元包括依次连接的接收天线10、信号采集电路20、合路器30、第一信号放大器40和信号对消电路50，信号对消电路50还与合路器30连接。

具体而言，本实施例信号采集电路20用于对接收天线10接收的生命探测雷达回波信号进行回波信号采集，合路器30用于将对消信号与回波采样信号进行对消处理，第一信号放大器40用于将对消后的回波信号进行低噪放大，信号对消电路50用于根据低噪放大后的回波信号生成对消信号并发送到合路器30中，从而构闭合回路，实现生命探测雷达回波信号在闭合回路内循环处理直至所述回波采样信号的成像结构符合实际需要。

进一步地，请再参见图1，本实施例信号采集电路20包括依次连接的第二信号放大器201、信号滤波器202、信号变压器203和模数变换单元204，第二信号放大器201还与接收天线10连接，模数变换单元204还与合路器30连接，其中，第二信号放大器201用于对接收天线10接收的生命探测雷达回波信号进行放大处理得到放大信号，信号滤波器202用于对放大信号进行滤波处理得到滤波信号，信号变压器203用于将滤波信号进行转换处理成为双端差分信号，模数变换单元204用于对双端差分信号进行数字化采样并转换为数字信号，本实施例模数变换单元204的采样率大于等于1.25GSPS。优选地，信号变压器203为巴伦变压器。

本实施例信号采集电路20还可以包括第三信号放大器，该第三信号放大器设置在信号滤波器202和信号变压器203之间，用于对滤波信号进行放大。由于第二信号放大器201和第三信号放大器组成的两级放大电路的信号增益大于等于38dB，再结合模数变换单元204，使得信号采集电路20可以达到更高的采样率、分辨率。

进一步地，请参见图2，图2为本实用新型实施例提供的一种生命探测雷达收发系统中模数变换单元的结构示意图，本实施例模数变换单元204包括功率分配电路2041、第一模数转换电路2042、第二模数转换电路2043、时钟信号控制电路2044和数字信号处理电路2045，第一模数转换电路2042、第二模数转换电路2043分别与功率分配电路2041、时钟信号控制电路2044和数字信号处理电路2045 连接，功率分配电路2041还与信号变压器203连接，数字信号处理电路2045还与合路器30连接，其中，功率分配电路2041用于将信号变压器203输出的双端差分信号均分为相同的第一模拟信号和第二模拟信号，第一模数转换电路2042用于对第一模拟信号进行模数转换，第二模数转换电路2043用于对第二模拟信号进行模数转换，时钟信号控制电路2044用于生成第一采样控制信号和第二采样控制信号，第一模数转换电路2042还用于按照第一采样控制信号对第一模拟信号进行采样生成第一采样信号，第二模数转换电路2043还用于按照第二采样控制信号对第二模拟信号进行采样生成第二采样信号，数字信号处理电路2045用于分别对第一采样信号和第二采样信号进行延时、同步、累加合成处理，获得属于预设采样速率范围的数字信号。其中，模数转换电路可以不只包括第一模数转换电路2042、第二模数转换电路2043，根据实际需要设计模数转换电路数目；同理，时钟信号控制电路2044生成与模数转换电路数目对应的采样控制信号，本实施例中对于第一采样控制信号、第二采样控制信号，按照第一采样控制信号采样时采取的采样频率为第一采样频率，按照第二采样控制信号采样时采取的采样频率为第二采样频率，第一采样频率与第二采样频率不同。

进一步地，请参见图3，图3为本实用新型实施例提供的一种生命探测雷达收发系统中信号对消电路的结构示意图，本实施例信号对消电路50包括信号分解电路501、信号调制电路502和信号合成电路503，信号分解电路501与信号调制电路502、信号合成电路503、参考信号输入端和合路器30连接，信号调制电路502还与信号合成电路503连接，信号合成电路503还与第一信号放大器40，其中，信号分解电路501用于分别对第一信号放大器40输出的低噪放大回波信号、参考信号输出端输出的参考回波信号进行正交分解，信号调制模块502用于对正交分解的各信号分量进行幅度和频率参数的调整和控制，信号合成模块503用于对调制后的信号分量进行叠加生成对消信号，并将生成的对消信号发送于合路器30，信号分解电路501、信号调制电路502和信号合成电路503构成对消环路，实现对生命探测雷达回波信号自适应对消。

进一步地，请参见图4，图4为本实用新型实施例提供的一种生命探测雷达收发系统中另一种信号对消电路的结构示意图，本实施例信号分解电路501包括第一耦合器5011、第二耦合器5012、正交混频器5013，第一耦合器5011、第二耦合器5012分别与正交混频器5013、信号合成电路503连接，第一耦合器5011还与参考信号输入端连接，第二耦合器5012还与合路器30连接，正交混频器5013还与信号调制电路502连接，其中，第一耦合器5011用于对参考信号输出端输出的参考回波信号进行等分，第二耦合器5012用于对低噪放大回波信号进行等分，正交混频器5013用于对等分后的参考回波信号进行移相，实现与低噪放大回波信号的正交混频。其中，正交混频器5013包括一90°移相器、一I路混频器、一Q路混频器，分别实现I路和Q路的正交混频。

进一步地，请再参见图4，本实施例信号调制电路502包括依次连接的低通滤波器5021、基带放大单元5022，低通滤波器5021还与正交混频器5013连接，基带放大单元5022还与信号合成电路503连接，其中，低通滤波器5021用于防止低噪放大回波信号中有用信号进入对消环路而受到衰减，基带放大单元5022用于对调制后信号的幅度进行调整，以使输出更合适的对消信号。

进一步地，请再参见图4，本实施例信号合成电路503包括依次连接的正交调制器5031、第一叠加器5032、第二叠加器5033，正交调制器5031还与第一耦合器5011、基带放大单元5022连接，第二叠加器5033还与第一信号放大器40、第二耦合器5012连接，其中，正交调制器5031用于将调制后的信号分量进行二次混频，第一叠加器5032用于将正交调制器5031输出的两路信号进行叠加生成合适的逆相信号，第二叠加器5033用于将逆向信号与第一放大电路40输出的低噪放大回波信号进行叠加生成对消信号，并将对消信号发送于合路器30。其中，与正交混频器5013对应的，正交调制器5031也包括一90°移相器、一I路混频器、一Q路混频器，分别实现I路和Q 路的二次正交混频。

进一步地，请参见图5，图5为本实用新型实施例提供的一种生命探测雷达收发系统中发射单元的结构示意图，本实施例生命探测雷达收发系统还包括发射单元，发射单元包括发射天线。发射单元中发射天线发送雷达信号，雷达信号经过墙面(障碍物)反射后，生成穿墙反射回来的生命探测雷达回波信号，并被接收单元接收。本实施例发射单元可以包括DDS、FPGA、频率合成器、数控衰减器、功率放大器、第一低通滤波器，具体电路连接关系参见图5，具体地，现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)发出信号通过直接数字式频率合成器(Direct Digital Synthesizer，简称DDS)产生频率较低的步进频率，然后通过频率合成器将此信号调至射频，再通过数控衰减器和功率放大器控制信号的功率，最后通过第一低频滤波器滤波后通过发射天线发出雷达信号。

整个生命探测雷达收发系统工作原理为：

由发射单元发射雷达信号，经墙面(障碍物)反射后，生成穿墙反射的生命检测雷达回波信号，并被接收单元接收；接收后，依次经过信号采集电路20中第二放大器201、信号滤波器202、巴伦变压器、模数变换单元204的处理，其中，模数变换单元204中功率分配器2041可以将输入的需要被采样的巴伦变压器输出的双端差分信号均分为若干路相同的模拟信号，并分别输入到不同的模数转电路中，然后每个模数转换电路再按照不同的采样频率分别进行采样处理，分别获得相应的采样信号，最后再利用数字信息处理电路2045对分别得到的采样信号进行延时、同步、累加合成处理，从而得到预定采样频率的回波采样信号，由于模数变换单元204的采样率大于等于 1.25GSPS，具有高速采样、高分辨率的特性，使得采样电路20实现了对生命探测雷达回波信号高采样率、高分辨率的直接采样，可以有效提高输出采样回波信号的信号宽度和信号分辨率，并且也能有效提高无杂散动态范围，进一步提高了回波采样信号的质量；之后，合路器30实现对消信号与回波采样信号的对消处理，具体地，本实施例对消信号通过信号对消电路50实现，通过正交混频器5013将低噪放大回波信号与参考信号进行正交混频，实现I/Q两路信号的下变频，然后通过低通滤波器5021提取I/Q两路信号中有用信号进入对消环路，基带放大单元5022用于对调制后信号的幅度进行调整，再通过正交调制器5031将调制后的I/Q两路信号与参考回波信号进行正交混频，实现I/Q两路信号的上变频，通过叠加器5033合成对消信号，实现对低噪放大回波信号的自适应对消，本实施例通过正交混频器 5013、低通滤波器5021、基带放大器5022和正交调制器5031构成对消环路，完成对参考回波信号、低噪放大回波信号的正交分解和参数调制，结合对消环路的特点，通过矢量叠加的方法实现对低噪放大回波信号的实时探测和自适应对消处理。

综上所述，本实施例提供的生命探测雷达收发系统，在接收单元中采样电路20的设计，实现了对生命探测雷达接收到的雷达回波信号高采样率、高分辨率的直接采样，可以有效提高输出的采样信号的信号宽度和信号分辨率，并且也能有效提高无杂散动态范围，进一步提高了雷达回波采样信号的质量，同时避免了硬件设备多、系统结构复杂、功耗高的缺陷问题；本实施例通过正交混频器5013、低通滤波器5021、基带放大器5022和正交调制器5031构成对消环路，完成对参考回波信号、低噪放大回波信号的正交分解和参数调制，结合对消环路的特点，通过矢量叠加的方法实现对低噪放大回波信号的实时探测和自适应对消处理。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种生命探测雷达收发系统，其特征在于，包括接收单元，所述接收单元包括依次连接的接收天线、信号采集电路、合路器、第一信号放大器和信号对消电路，所述信号对消电路还与所述合路器连接，其中，所述信号采集电路包括依次连接的第二信号放大器、信号滤波器、信号变压器和模数变换单元，所述第二信号放大器还与所述接收天线连接，所述模数变换单元还与所述合路器连接。

2.根据权利要求1所述的生命探测雷达收发系统，其特征在于，所述信号变压器为巴伦变压器。

3.根据权利要求1所述的生命探测雷达收发系统，其特征在于，所述模数变换单元包括功率分配电路、第一模数转换电路、第二模数转换电路、时钟信号控制电路和数字信号处理电路，其中，

所述第一模数转换电路、所述第二模数转换电路分别与所述功率分配电路、所述时钟信号控制电路和所述数字信号处理电路连接，所述功率分配电路还与所述信号变压器连接，所述数字信号处理电路还与所述合路器连接。

4.根据权利要求1所述的生命探测雷达收发系统，其特征在于，所述信号对消电路包括信号分解电路、信号调制电路和信号合成电路，其中，

所述信号分解电路与所述信号调制电路、所述信号合成电路、参考信号输入端和所述合路器连接，所述信号调制电路还与所述信号合成电路连接，所述信号合成电路还与所述第一信号放大器。

5.根据权利要求4所述的生命探测雷达收发系统，其特征在于，所述信号分解电路包括第一耦合器、第二耦合器、正交混频器，其中，

所述第一耦合器、所述第二耦合器分别与所述正交混频器、所述信号合成电路连接，所述第一耦合器还与所述参考信号输入端连接，所述第二耦合器还与所述合路器连接，所述正交混频器还与所述信号调制电路连接。

6.根据权利要求5所述的生命探测雷达收发系统，其特征在于，所述信号调制电路包括依次连接的低通滤波器、基带放大单元，所述低通滤波器还与所述正交混频器连接，所述基带放大单元还与所述信号合成电路连接。

7.根据权利要求6所述的生命探测雷达收发系统，其特征在于，所述信号合成电路包括依次连接的正交调制器、第一叠加器、第二叠加器，所述正交调制器还与所述第一耦合器、所述基带放大单元连接，所述第二叠加器还与所述第一信号放大器、所述第二耦合器连接。

8.根据权利要求1所述的生命探测雷达收发系统，其特征在于，还包括发射单元，所述发射单元包括发射天线。

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