CN218567603U - 一种雷达与光学信息融合的形变监测处理板 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种雷达与光学信息融合的形变监测处理板，通过设置限幅器，一方面，对低噪声放大器进行保护，防止在大功率信号或大功率干扰信号输入至接收链路造成低噪声放大器损坏；另一方面，当输入较低的功率信号时，限幅器对输入信号不会造成衰减；而当输入的微波信号功率不断增加，功率增大至某一固定值，限幅器就产生了衰减，对接收机的损耗较少；通过优化低通滤波器的结构，可以滤除有用信号中的干扰和噪声，减少低噪声放大器的噪声系数，提高雷达信号接收机灵敏度。

Description

一种雷达与光学信息融合的形变监测处理板

技术领域

本实用新型涉及地质形变监测技术领域，尤其涉及一种雷达与光学信息融合的形变监测处理板。

背景技术

基于调频连续波的地基合成孔径雷达是一种精度高、易于操作维护的微形变监测设备，可以应用到地震、滑坡等大型地质灾害监测及山川、城市等地理测绘领域。基于地基合成孔径雷达的形变检测系统一般含精密导轨、雷达信号收发机、数据采集控制子系统和电源系统等。

其中，雷达信号收发机的灵敏度直接关系形变监测结果。现有的雷达信号接收机在接收和检测有用信号时不可避免的要混入某些干扰和噪声，这些干扰和噪声与有用信号一起被放大，从而影响有用信号的检测，限制雷达信号接收机灵敏度。因此，为解决上述问题，本实用新型提供了一种雷达与光学信息融合的形变监测处理板，提供雷达发射和接收的硬件结构，优化发射链路和接收链路的结构，滤除形变监测处理板内部干扰和噪声，提高形变监测处理板的灵敏度。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出了一种雷达与光学信息融合的形变监测处理板，提供雷达发射和接收的硬件结构，优化发射链路和接收链路的结构，滤除形变监测处理板内部干扰和噪声，提高形变监测处理板的灵敏度。

本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了一种雷达与光学信息融合的形变监测处理板，其包括数字频率合成器、发射链路、发射天线、接收天线、接收链路和处理器，接收链路包括限幅器、低噪声放大器、下变频器、中频放大电路和A/D转换器；

数字频率合成器的输出端输出余弦信号，所述余弦信号输入至发射链路，发射链路将所述余弦信号上变频转换为高频信号并通过发射天线传输至自由空间；

接收天线接收目标的回波信号，并传输至限幅器的输入端，限幅器对回波信号进行电平钳制，限幅器的输出端通过依次串联的低噪声放大器、下变频器和中频放大电路与A/D转换器的模拟输入端电性连接，A/D转换器的数字输出端与处理器的I/O口电性连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，限幅器包括：极性电容C20-C22、电感L11、PIN二极管D1和PIN二极管D2；

极性电容C20的负极与接收天线电性连接，极性电容C20的正极分别与电感L11的一端、PIN二极管D1的正极和极性电容C21的负极电性连接，电感L11的另一端和PIN二极管D1的负极接地，极性电容C21的正极分别与PIN二极管D2的正极和极性电容C22的负极电性连接，PIN二极管D2的负极接地，极性电容C22的正极通过依次串联的低噪声放大器与下变频器的输入端电性连接，下变频器的输出端通过中频放大电路与A/D转换器的模拟输入端电性连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，低噪声放大器包括：电容C23-C25、电感L12-L15、电阻R1和MOS管Q1；

极性电容C22的正极通过电容C23分别与电感L12的一端和电感L13的一端电性连接，电感L12的另一端接地，电感L13的另一端与MOS管Q1的栅极电性连接，MOS管Q1的源极通过电感L14分别与电容C24的一端和电阻R1的一端电性连接，电阻R1的另一端和电容C24的另一端均接地，MOS管Q1的漏极分别与下变频器的输入端和电感L15的一端电性连接，电感L15的另一端分别与电源和电容C25的一端电性连接，电容C25的另一端接地。

在以上技术方案的基础上，优选的，发射链路包括上变频器、固态功率放大器、耦合器和隔离器；

上变频器的输入端与数字频率合成器的输出端电性连接，上变频器的输出端通过固态功率放大器与耦合器的输入端电性连接，耦合器的第一输出端通过隔离器与发射天线电性连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，下变频器包括第一带通滤波器、第一混频器、第二带通滤波器、第二混频器、低通滤波器和频率综合器；

限幅器的输出端通过依次串联的低噪声放大器和第一带通滤波器与第一混频器的射频输入端电性连接，第一混频器的本振输入端与耦合器的第二输出端，第一混频器的输出端通过第二带通滤波器与第二混频器的射频输入端电性连接，第二混频器的本振输入端与频率综合器的输出端电性连接，第二混频器的输出端通过低通滤波器与中频放大电路电性连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，中频放大电路包括：衰减器、对数放大器；

第二混频器的输出端通过依次串联的低通滤波器、衰减器和对数放大器与A/D转换器的模拟输入端电性连接。

本实用新型的一种雷达与光学信息融合的形变监测处理板相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)通过设置限幅器，一方面，对低噪声放大器进行保护，防止在大功率信号或大功率干扰信号输入至接收链路造成低噪声放大器损坏；另一方面，当输入较低的功率信号时，限幅器对输入信号不会造成衰减；而当输入的微波信号功率不断增加，功率增大至某一固定值，限幅器就产生了衰减，对接收机的损耗较少；

(2)通过优化低通滤波器的结构，可以滤除有用信号中的干扰和噪声，减少低噪声放大器的噪声系数，提高雷达信号接收机灵敏度；

(3)通过设置发射天线和接收天线，并采用双天线分立结构代替传统的收发天线一体结构，可以提高天线的收发隔离度；

(4)通过在发射链路中设置耦合器，耦合器将输入的射频信号按功率比例分成两路，其中一路通过通过隔离器传输至自由空间，另一路作为第一混频器的本振参考信号，第一混频器与第二带通滤波器组合，滤除泄露信号，提升整个雷达系统的收发隔离度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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为本实用新型一种雷达与光学信息融合的形变监测处理板的结构图；

图2为本实用新型一种雷达与光学信息融合的形变监测处理板中限幅器和低噪声放大器的电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型的一种雷达与光学信息融合的形变监测处理板，其包括数字频率合成器、发射链路、发射天线、接收天线、接收链路和处理器。

数字频率合成器，产生余弦信号。不属于本实施例的改进点，可以采用现有技术实现，在此不再累述。

发射链路，将数字频率合成器产生的余弦信号上变频转换为高频信号并通过发射天线传输至自由空间。优选的，发射链路包括上变频器、固态功率放大器、耦合器和隔离器。具体的，上变频器的输入端与数字频率合成器的输出端电性连接，上变频器的输出端通过固态功率放大器与耦合器的输入端电性连接，耦合器的第一输出端通过隔离器与发射天线电性连接。其中，上变频器可以采用现有技术实现，在此不再累述。由于上变频器输出信号具有大的时带积，峰值功率低，为了便于捕捉和放大上变频器输出信号，本实施例中，采用固态功率放大器对上变频器输出信号进行放大，并放大至23dBm输出至发射天线，固态功率放大器可以采用现有技术实现，在此不再累述。耦合器将输入的射频信号按功率比例分成两路，其中一路通过通过隔离器传输至自由空间，另一路传输至接收链路作为本振参考信号。隔离器用于防止外界干扰信号进入发射链路，保护发射链路。

发射天线和接收天线，用于发射雷达信号和接收回波信号。本实施例中，采用双天线分立结构代替传统的收发天线一体结构，可以提高天线的收发隔离度，降低发射链路产生的泄露信号进入接收链路的概率。

接收链路，对接收天线接收到的回波信号进行放大滤波处理。优选的，接收链路包括限幅器、低噪声放大器、下变频器、中频放大电路和A/D转换器。

限幅器，对低噪声放大器进行保护，防止在大功率信号或大功率干扰信号输入至接收链路造成低噪声放大器损坏。优选地，如图2所示，限幅器包括：极性电容C20-C22、电感L11、PIN二极管D1和PIN二极管D2；具体的，极性电容C20的负极与接收天线电性连接，极性电容C20的正极分别与电感L11的一端、PIN二极管D1的正极和极性电容C21的负极电性连接，电感L11的另一端和PIN二极管D1的负极接地，极性电容C21的正极分别与PIN二极管D2的正极和极性电容C22的负极电性连接，PIN二极管D2的负极接地，极性电容C22的正极通过依次串联的低噪声放大器与下变频器的输入端电性连接，下变频器的输出端通过中频放大电路与A/D转换器的模拟输入端电性连接。其中，in表示信号输入，out表示信号输出，PIN二极管D1主要起承担大功率的作用，PIN二极管D2主要起到降低尖峰泄漏和平坦泄漏的作用，PIN二极管D1和PIN二极管D2级联可以提高限幅器承受功率能力，PIN二极管不易烧毁；极性电容C20-C22均起隔离作用。本实施例中，限幅器的门限电平低于接收机的低噪声放大器能够承受的功率限制，用于保证接收机不会被过大的功率损坏。在实际应用时，当输入较低的功率信号时，限幅器对输入信号不会造成衰减；而当输入的微波信号功率不断增加，功率增大至某一固定值，限幅器就产生了衰减，此时的功率电平即为门限电平；当再进一步增大输入信号的功率时，输出功率将始终维持在一个固定的值附近。

低噪声放大器，雷达信号接收机在接收和检测有用信号时不可避免的要混入某些干扰和噪声，这些干扰和噪声与有用信号一起被放大，从而影响有用信号的检测，成为限制雷达信号接收机灵敏度的主要因素。一般雷达信号接收机的干扰来源主要来源于内部干扰，要想提高雷达信号接收机的灵敏度，就必须减少内部噪声电平。而低噪声放大器作为雷达接收机的前端，其噪声系数直积决定雷达接收机的噪声系数，由此可见低噪声放大器的重要性。低噪声放大器的直流偏置对低噪放指标影响很大，为了减少低噪声放大器的噪声系数，优选的，本实施例中，如图2所示，低噪声放大器包括：电容C23-C25、电感L12-L15、电阻R1和MOS管Q1；具体的，极性电容C22的正极通过电容C23分别与电感L12的一端和电感L13的一端电性连接，电感L12的另一端接地，电感L13的另一端与MOS管Q1的栅极电性连接，MOS管Q1的源极通过电感L14分别与电容C24的一端和电阻R1的一端电性连接，电阻R1的另一端和电容C24的另一端均接地，MOS管Q1的漏极分别与下变频器的输入端和电感L15的一端电性连接，电感L15的另一端分别与电源和电容C25的一端电性连接，电容C25的另一端接地。其中，电容C23、电感L12和电感L13组成了π型衰减网络，起到滤波和保护低噪声放大器的作用。本实施例中，将正电压加到MOS管Q1的漏极上，将负电压加到MOS管Q1的栅极上，此时场效应管的源极等同于接地效果；而MOS管Q1用于放大。

下变频器，完成“去斜”处理，生成无载波的中频信号。优选的，下变频器包括第一带通滤波器、第一混频器、第二带通滤波器、第二混频器、低通滤波器和频率综合器；具体的，限幅器的输出端通过依次串联的低噪声放大器和第一带通滤波器与第一混频器的射频输入端电性连接，第一混频器的本振输入端与耦合器的第二输出端，第一混频器的输出端通过第二带通滤波器与第二混频器的射频输入端电性连接，第二混频器的本振输入端与频率综合器的输出端电性连接，第二混频器的输出端通过低通滤波器与中频放大电路电性连接。其中，第一带通滤波器用于抑制带外杂波；由于天线泄露的影响，发射泄露信号亦会经放大后作用在混频器，为保证泄露信号不会使得混频器饱和，第一混频器的本振参考信号来源于发射链路中耦合器的第二输出端耦合信号，第一混频器将耦合器第二输出端输出的高频信号与回波信号进行去斜下混频处理，去掉耦合干扰信号，得到中频信号；第二带通滤波器滤除泄露信号，提升整个雷达系统的收发隔离度，优选的，第一带通滤波器可以为七阶椭圆函数带通滤波器；第二混频器将回波信号与频率综合器产生的本振信号进行混频，得到零中频信号；低通滤波器对第二带通滤波器输出信号进行低通滤波处理，净化混频后的信号频谱。

中频放大电路，提高雷达的动态范围，限制杂波干扰电平。优选的，中频放大电路包括：衰减器、对数放大器；具体的，第二混频器的输出端通过依次串联的低通滤波器、衰减器和对数放大器与A/D转换器的模拟输入端电性连接。其中，衰减器，用于调节雷达接收机的总增益，使用LVTTL电平，以1dB为步进间隔实现0-32dB的精确增益调节。对数放大器其增益随接收信号幅度增大而减小，可以提高雷达的动态范围，限制杂波干扰电平。

本实施例的工作原理为：数字频率合成器产生余弦信号，经上变频器变频为高频信号、经固态功率放大器放大后输入至耦合器，耦合器将输入的射频信号按功率比例分成两路，其中一路通过通过隔离器传输至自由空间，另一路传输至接收链路作为本振参考信号；自由空间的射频信号经目标反射后产生回波信号，接收天线接收目标的回波信号，该回波信号经限幅器限幅、经低噪声放大器放大并减少内部噪声电平后输入至第一带通滤波器，第一带通滤波器抑制带外杂波，第一带通滤波器输出的回波信号作为第一混频器的本振信号，第一混频器将耦合器第二输出端输出的高频信号与回波信号进行去斜下混频处理，去掉耦合干扰信号，得到中频信号，所述中频信号经第二带通滤波器滤除泄露信号后输出至第二混频器，第二混频器将回波信号与频率综合器产生的本振信号进行混频，得到零中频信号，所述零中频信号经过衰减器调节总增益后输入至对数放大器，经数放大器限制杂波干扰信号后，输入至A/D转换器转换为数字信号。

本实施例的有益效果为：通过设置限幅器，一方面，对低噪声放大器进行保护，防止在大功率信号或大功率干扰信号输入至接收链路造成低噪声放大器损坏；另一方面，当输入较低的功率信号时，限幅器对输入信号不会造成衰减；而当输入的微波信号功率不断增加，功率增大至某一固定值，限幅器就产生了衰减，对接收机的损耗较少；

通过优化低通滤波器的结构，可以滤除有用信号中的干扰和噪声，减少低噪声放大器的噪声系数，提高雷达信号接收机灵敏度；

通过设置发射天线和接收天线，并采用双天线分立结构代替传统的收发天线一体结构，可以提高天线的收发隔离度；

通过在发射链路中设置耦合器，耦合器将输入的射频信号按功率比例分成两路，其中一路通过通过隔离器传输至自由空间，另一路作为第一混频器的本振参考信号，第一混频器与第二带通滤波器组合，滤除泄露信号，提升整个雷达系统的收发隔离度。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种雷达与光学信息融合的形变监测处理板，其包括数字频率合成器、发射链路、发射天线、接收天线、接收链路和处理器，其特征在于：所述接收链路包括限幅器、低噪声放大器、下变频器、中频放大电路和A/D转换器；

所述数字频率合成器的输出端输出余弦信号，所述余弦信号输入至发射链路，发射链路将所述余弦信号上变频转换为高频信号并通过发射天线传输至自由空间；

所述接收天线接收目标的回波信号，并传输至限幅器的输入端，限幅器对回波信号进行电平钳制，限幅器的输出端通过依次串联的低噪声放大器、下变频器和中频放大电路与A/D转换器的模拟输入端电性连接，A/D转换器的数字输出端与处理器的I/O口电性连接。

2.如权利要求1所述的一种雷达与光学信息融合的形变监测处理板，其特征在于：所述限幅器包括：极性电容C20-C22、电感L11、PIN二极管D1和PIN二极管D2；

所述极性电容C20的负极与接收天线电性连接，极性电容C20的正极分别与电感L11的一端、PIN二极管D1的正极和极性电容C21的负极电性连接，电感L11的另一端和PIN二极管D1的负极接地，极性电容C21的正极分别与PIN二极管D2的正极和极性电容C22的负极电性连接，PIN二极管D2的负极接地，极性电容C22的正极通过依次串联的低噪声放大器与下变频器的输入端电性连接，下变频器的输出端通过中频放大电路与A/D转换器的模拟输入端电性连接。

3.如权利要求2所述的一种雷达与光学信息融合的形变监测处理板，其特征在于：所述低噪声放大器包括：电容C23-C25、电感L12-L15、电阻R1和MOS管Q1；

所述极性电容C22的正极通过电容C23分别与电感L12的一端和电感L13的一端电性连接，电感L12的另一端接地，电感L13的另一端与MOS管Q1的栅极电性连接，MOS管Q1的源极通过电感L14分别与电容C24的一端和电阻R1的一端电性连接，电阻R1的另一端和电容C24的另一端均接地，MOS管Q1的漏极分别与下变频器的输入端和电感L15的一端电性连接，电感L15的另一端分别与电源和电容C25的一端电性连接，电容C25的另一端接地。

4.如权利要求1所述的一种雷达与光学信息融合的形变监测处理板，其特征在于：所述发射链路包括上变频器、固态功率放大器、耦合器和隔离器；

所述上变频器的输入端与数字频率合成器的输出端电性连接，上变频器的输出端通过固态功率放大器与耦合器的输入端电性连接，耦合器的第一输出端通过隔离器与发射天线电性连接。

5.如权利要求4所述的一种雷达与光学信息融合的形变监测处理板，其特征在于：所述下变频器包括第一带通滤波器、第一混频器、第二带通滤波器、第二混频器、低通滤波器和频率综合器；

所述限幅器的输出端通过依次串联的低噪声放大器和第一带通滤波器与第一混频器的射频输入端电性连接，第一混频器的本振输入端与耦合器的第二输出端，第一混频器的输出端通过第二带通滤波器与第二混频器的射频输入端电性连接，第二混频器的本振输入端与频率综合器的输出端电性连接，第二混频器的输出端通过低通滤波器与中频放大电路电性连接。

6.如权利要求5所述的一种雷达与光学信息融合的形变监测处理板，其特征在于：所述中频放大电路包括：衰减器、对数放大器；

所述第二混频器的输出端通过依次串联的低通滤波器、衰减器和对数放大器与A/D转换器的模拟输入端电性连接。

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