CN218848317U - 积木式雷达系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及雷达技术领域，具体涉及一种积木式雷达系统，该积木式雷达系统中包括多个数字阵列模块的积木式有源天线分机可以根据不同地形以及不同使用环境下进行天线阵面的调整，在需要大的威力时，积木式雷达系统中的积木式有源天线分机可以包括较多数量的数字阵列模块，从而扩展为大的天线阵面。在被遮挡的情况下，只需要少量天线阵面便可实际要求的空域覆盖。也就是说，该积木式雷达系统可根据实际任务需要，选择合适数量的模块组成需要的雷达产品。同时，综合处理分机还可以通过校正通道对多个数字阵列模块进行校正，从而针对积木式雷达系统中离散的、模块的天线阵面，保证其雷达性能。

Description

积木式雷达系统

技术领域

本申请涉及雷达技术领域，特别地涉及一种积木式雷达系统。

背景技术

传统的雷达阵面是根据雷达系统指标进行定制化设计，基本不具备可根据任务需要进行拆分或扩展的能力，一方面将会由于天线阵面过大而导致机动性能差，架设困难，无法适应不同地形下的机动能力要求，也无法适应不同环境下不同威力的要求。此外，传统相控阵雷达在使用过程中需要通过实时校正保证雷达的威力及精度，其校正网络在一个整体的整机中能得到较好的保证。但针对离散的、模块的天线阵面，如何解决校正问题将是影响雷达性能的关键。

实用新型内容

针对现有技术中的不能适应不同的环境且性能不高的问题，本申请提供一种积木式雷达系统。

第一方面，本申请提供了一种积木式雷达系统，所述积木式雷达系统包括积木式有源天线分机和综合处理分机；

所述综合处理分机，用于计算发射数字波束系数及接收数字波束系数；

所述积木式有源天线分机，包括多个数字阵列模块，每个所述数字阵列模块分别与所述综合处理分机连接，以用于根据发射数字波束系数发射雷达信号，还用于接收雷达信号；

所述综合处理分机，还用于通过校正通道对多个数字阵列模块进行校正，还用于根据所述接收数字波束系数对接收的雷达信号进行数字波束合成。

上述实施方式中，包括多个数字阵列模块的积木式有源天线分机可以根据不同地形以及不同使用环境下进行天线阵面的调整，在需要大的威力时，积木式雷达系统中的积木式有源天线分机可以包括较多数量的数字阵列模块，从而扩展为大的天线阵面。在被遮挡的情况下，只需要少量天线阵面便可实际要求的空域覆盖。也就是说，该积木式雷达系统可根据实际任务需要，选择合适数量的模块组成需要的雷达产品。同时，综合处理分机还可以通过校正通道对多个数字阵列模块进行校正，从而针对积木式雷达系统中离散的、模块的天线阵面，保证其雷达性能。

根据本申请的实施例，可选的，上述积木式雷达系统中，所述数字阵列模块包括：

信号发生模块，用于产生雷达调制信号及本振信号；

射频收发组件，其与所述信号发生模块连接，用于根据所述雷达调制信号及所述本振信号产生射频信号；

天线阵面，其与所述射频收发组件连接，用于发射所述射频信号；

采样处理模块，其与所述天线阵面以及所述综合处理分机分别连接，以用于采集所述天线阵面接收的中频回波信号，并对所述中频回波信号进行IQ解调，并将所述IQ解调得到的IQ数据发送至所述综合处理分机。

根据本申请的实施例，可选的，上述积木式雷达系统中，所述天线阵面包括多个发射单元，所述射频收发组件包括多路射频收发单元，每个所述发射单元分别与一路射频收发单元对应连接。

根据本申请的实施例，可选的，上述积木式雷达系统中，所述数字阵列模块还包括天线罩及结构件，所述天线罩与所述结构件形成一个空腔，所述天线阵面、射频收发组件、所述信号发生模块及所述采样处理模块设置于所述空腔内。

根据本申请的实施例，可选的，上述积木式雷达系统中，所述射频收发组件与所述信号发生模块之间的连接、所述天线阵面与所述射频收发组件之间的连接以及所述采样处理模块与所述天线阵面之间的连接均采用盲插接插件方式进行连接。

根据本申请的实施例，可选的，上述积木式雷达系统中，所述数字阵列模块还包括：

校正网络，其与所述天线阵面及所述采样处理模块连接，以用于耦合所述天线阵面接收或发射的信号，并将所述信号送至所述采样处理模块进行幅相校正。

根据本申请的实施例，可选的，上述积木式雷达系统中，所述信号发生模块包括信号发生器、时钟驱动器、现场可编程逻辑门阵列及接口电路；

所述信号发生器用于产生本振信号，所述时钟驱动器用于产生时钟信号；

所述现场可编程逻辑门阵列与所述信号发生器以及所述时钟驱动器连接，以用于根据所述本振信号以及所述时钟信号产生雷达调制信号。

根据本申请的实施例，可选的，上述积木式雷达系统中，所述综合处理分机包括通道校正组件、信号处理组件以及数字波束形成组件；

所述信号处理组件，用于生产同源激励信号；

所述通道校正组件，其与所述信号处理组件连接，其还通过校正通道分别与每个所述数字阵列模块连接，以用于接收每个所述数字阵列模块的耦合数据，所述通道校正组件还用于通过所述校正通道向所述数字阵列模块发送同源激励信号，以使所述数字阵列模块进行内校正；

所述数字波束形成组件，用于计算发射数字波束系数及接收数字波束系数。

根据本申请的实施例，可选的，上述积木式雷达系统中，所述综合处理分机还包括：

频率源组件，其用于产生相参时钟信号，以使所述信号处理组件以及数字波束形成组件之间进行时钟同步。

根据本申请的实施例，可选的，上述积木式雷达系统中，两个相邻的数字阵列模块之间通过插销及锁紧镙钉可拆卸连接。

与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：

本申请提供的一种积木式雷达系统，积木式雷达系统包括积木式有源天线分机和综合处理分机；所述综合处理分机，用于计算发射数字波束系数及接收数字波束系数；所述积木式有源天线分机，包括多个数字阵列模块，每个所述数字阵列模块分别与所述综合处理分机连接，以用于根据发射数字波束系数发射雷达信号，还用于接收雷达信号；所述综合处理分机，还用于通过校正通道对多个数字阵列模块进行校正，还用于根据所述接收数字波束系数对接收的雷达信号进行数字波束合成。包括多个数字阵列模块的积木式有源天线分机可以根据不同地形以及不同使用环境下进行天线阵面的调整，在需要大的威力时，积木式雷达系统中的积木式有源天线分机可以包括较多数量的数字阵列模块，从而扩展为大的天线阵面。在被遮挡的情况下，只需要少量天线阵面便可实际要求的空域覆盖。也就是说，该积木式雷达系统可根据实际任务需要，选择合适数量的模块组成需要的雷达产品。同时，综合处理分机还可以通过校正通道对多个数字阵列模块进行校正，从而针对积木式雷达系统中离散的、模块的天线阵面，保证其雷达性能。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本申请进行更详细的描述。

图1为本申请实施例一提供的一种积木式雷达系统的结构示意图。

图2为本申请实施例一提供的一种积木式雷达系统的原理示意图。

图3为本申请实施例一提供的一种数字阵列模块的工作原理示意图。

图4为本申请实施例一提供的一种数字阵列模块的结构示意图。

图5为本申请实施例一提供的一种射频收发组件的结构示意图。

图6为本申请实施例一提供的一种信号发生模块及采样处理模块的结构示意图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记，附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本申请的实施方式，借此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题，并达到相应技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本申请实施例以及实施例中的各个特征，在不相冲突前提下可以相互结合，所形成的技术方案均在本申请的保护范围之内。

实施例一

本实用新型提供一种积木式雷达系统，请参阅图1，所述积木式雷达系统10包括积木式有源天线分机110和综合处理分机120；

所述综合处理分机120，用于计算发射数字波束系数及接收数字波束系数；

所述积木式有源天线分机110，包括多个数字阵列模块111，每个所述数字阵列模块111分别与所述综合处理分机120连接，以用于根据发射数字波束系数发射雷达信号，还用于接收雷达信号；

所述综合处理分机120，还用于通过校正通道对多个数字阵列模块111进行校正，还用于根据所述接收数字波束系数对接收的雷达信号进行数字波束合成。

将多个数字T/R组件集成形成雷达前端功能模块，称为“数字阵列模块(DAM)”，用基于DDS技术的移相功能代替传统的微波数字移相器，用幅度控制功能代替微波数控衰减器，波束形成与信号产生融合在一起，实现发射数字波束形成(DBF)。

上述积木式雷达系统中，所述数字阵列模块111包括：信号发生模块，用于产生雷达调制信号及本振信号；射频收发组件，其与所述信号发生模块连接，用于根据所述雷达调制信号及所述本振信号产生射频信号；天线阵面，其与所述射频收发组件连接，用于发射所述射频信号；采样处理模块，其与所述天线阵面以及所述综合处理分机分别连接，以用于采集所述天线阵面接收的中频回波信号，并对所述中频回波信号进行IQ解调，并将所述IQ解调得到的IQ数据发送至所述综合处理分机。其中，所述天线阵面包括多个发射单元，所述射频收发组件包括多路射频收发单元，每个所述发射单元分别与一路射频收发单元对应连接。

所述射频收发组件与所述信号发生模块之间的连接、所述天线阵面与所述射频收发组件之间的连接以及所述采样处理模块与所述天线阵面之间的连接均采用盲插接插件方式进行连接。

所述数字阵列模块还包括天线罩及结构件，所述天线罩与所述结构件形成一个空腔，所述天线阵面、射频收发组件、所述信号发生模块及所述采样处理模块设置于所述空腔内。

根据本申请的实施例，可选的，上述积木式雷达系统中，所述数字阵列模块还包括：

校正网络，其与所述天线阵面及所述采样处理模块连接，以用于耦合所述天线阵面接收或发射的信号，并将所述信号送至所述采样处理模块进行幅相校正。

根据本申请的实施例，可选的，上述积木式雷达系统中，所述信号发生模块包括信号发生器、时钟驱动器、现场可编程逻辑门阵列及接口电路；

所述信号发生器用于产生本振信号，所述时钟驱动器用于产生时钟信号；

所述现场可编程逻辑门阵列与所述信号发生器以及所述时钟驱动器连接，以用于根据所述本振信号以及所述时钟信号产生雷达调制信号。

根据本申请的实施例，可选的，上述积木式雷达系统中，所述综合处理分机包括通道校正组件、信号处理组件以及数字波束形成组件；

所述信号处理组件，用于生产同源激励信号；

所述通道校正组件，其与所述信号处理组件连接，其还通过校正通道分别与每个所述数字阵列模块连接，以用于接收每个所述数字阵列模块的耦合数据，所述通道校正组件还用于通过所述校正通道向所述数字阵列模块发送同源激励信号，以使所述数字阵列模块进行内校正；

所述数字波束形成组件，用于计算发射数字波束系数及接收数字波束系数。

根据本申请的实施例，可选的，上述积木式雷达系统中，所述综合处理分机还包括：

频率源组件，其用于产生相参时钟信号，以使所述信号处理组件以及数字波束形成组件之间进行时钟同步。

根据本申请的实施例，可选的，上述积木式雷达系统中，两个相邻的数字阵列模块之间通过插销及锁紧镙钉可拆卸连接。

综上所述，本申请提供一种积木式雷达系统。积木式雷达系统包括积木式有源天线分机和综合处理分机；所述综合处理分机，用于计算发射数字波束系数及接收数字波束系数；所述积木式有源天线分机，包括多个数字阵列模块，每个所述数字阵列模块分别与所述综合处理分机连接，以用于根据发射数字波束系数发射雷达信号，还用于接收雷达信号；所述综合处理分机，还用于通过校正通道对多个数字阵列模块进行校正，还用于根据所述接收数字波束系数对接收的雷达信号进行数字波束合成。包括多个数字阵列模块的积木式有源天线分机可以根据不同地形以及不同使用环境下进行天线阵面的调整，在需要大的威力时，积木式雷达系统中的积木式有源天线分机可以包括较多数量的数字阵列模块，从而扩展为大的天线阵面。在被遮挡的情况下，只需要少量天线阵面便可实际要求的空域覆盖。也就是说，该积木式雷达系统可根据实际任务需要，选择合适数量的模块组成需要的雷达产品。同时，综合处理分机还可以通过校正通道对多个数字阵列模块进行校正，从而针对积木式雷达系统中离散的、模块的天线阵面，保证其雷达性能。

实施例二

在实施例一的基础上，本实施例通过具体实施案例对实施例一进行说明。

如图2所示，积木式有源天线分机由多个数字阵列模块(DAM)组成。在数字阵列模块中，将多个数字TR组件进行集成设计，形成一个综合性雷达前端功能模块，称为“数字阵列模块(DAM)”。每个DAM集成多路(如图所示以16路为例进行说明)数字TR组件、波形产生电路、多通道控制电路、数字接收机、电源模块等。综合处理分机主要包括数字波束形成(DBF)、数字信号处理、数据处理等，采用高性能计算平台实现先进算法实时处理。在DAM和高性能计算平台，所有的控制信号和数字化信号都通过光纤传输。

该架构设计下，可以采用搭积木的方式构建大型复杂相控阵雷达，可拆分或扩展前端有源天线阵面的大小及后端的数字信号处理模块快速重构雷达，具有模块化、可扩充、易重构的鲜明特征，极大地提升了雷达系统的灵活度。

实施例三

在实施例一的基础上，本实施例通过具体实施案例对实施例一进行说明。

请参考图3及图4，每个数字阵列模块(DAM)由天线罩、微带天线及功分网络、射频收发及变频模块、中频信号产生及采样、DBF形成及高速数据传输功能模块组成。以单个DAM有16个通道为例，每个DAM可完成内部16个通道的发射、接收校准。对外接口包括相参时钟、高速数据传输。以16阵元的DAM为例，雷达天线阵面由4排水平辐射器组成，每排辐射器由4个辐射单元组阵形成。每个辐射单元后接一路TR组件。

天线阵面设计有校正网络，校正网络为1分16等功分行波网络，每个辐射单元均具有独立收发能力，通过分腔体设计保证各通道间的隔离度，校正网络可耦合发射或接收信号送至采样组件进行逐一采样、比较，完成DMA内部的幅相校正。

如图5所示，射频收发组件主要由滤波器、功放、上下变频器、环形器、限幅器、低噪放、射频开关、电源芯片等组成，完成功率信号发射与弱信号放大；射频与基带间的变换(上、下变频)；发射功率控制及接收增益控制；具有收发校正通道。

如图6所示，信号发生模块及所述采样处理模块依据时序、控制信号产生雷达调制信号(脉冲串相位同步)；通过DDS产生上下变频所需要的本振信号；完成雷达中频回波采样及IQ解调；完成模块内部收发通道补偿、天线收发校正；接收整机时序信号、实时控制信息；通过光纤接口完成IQ数据、参数数据等高速传输；TR通道编号自动识别；时钟同步及自动补偿。信号发生模块及所述采样处理模块完成基带调制信号的产生，产生相应的中频激励信号送至发射通道。产生本振信号用于上下变频。接收中频回波信息并进行IQ解调后打包送往信号处理分机。信号发生模块及所述采样处理模块由16+1通道的DDS、16+1通道的ADC、两片FPGA、16个DDR3、光纤接口及其外围电路组成。

综上，本申请提供的一种积木式雷达系统，积木式雷达系统包括积木式有源天线分机和综合处理分机；所述综合处理分机，用于计算发射数字波束系数及接收数字波束系数；所述积木式有源天线分机，包括多个数字阵列模块，每个所述数字阵列模块分别与所述综合处理分机连接，以用于根据发射数字波束系数发射雷达信号，还用于接收雷达信号；所述综合处理分机，还用于通过校正通道对多个数字阵列模块进行校正，还用于根据所述接收数字波束系数对接收的雷达信号进行数字波束合成。包括多个数字阵列模块的积木式有源天线分机可以根据不同地形以及不同使用环境下进行天线阵面的调整，在需要大的威力时，积木式雷达系统中的积木式有源天线分机可以包括较多数量的数字阵列模块，从而扩展为大的天线阵面。在被遮挡的情况下，只需要少量天线阵面便可实际要求的空域覆盖。也就是说，该积木式雷达系统可根据实际任务需要，选择合适数量的模块组成需要的雷达产品。同时，综合处理分机还可以通过校正通道对多个数字阵列模块进行校正，从而针对积木式雷达系统中离散的、模块的天线阵面，保证其雷达性能。

在本申请实施例所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

虽然本申请所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本申请而采用的实施方式，并非用以限定本申请。任何本申请所属技术领域内的技术人员，在不脱离本申请所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本申请的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种积木式雷达系统，其特征在于，所述积木式雷达系统包括积木式有源天线分机和综合处理分机；

所述综合处理分机，用于计算发射数字波束系数及接收数字波束系数；

所述积木式有源天线分机，包括多个数字阵列模块，每个所述数字阵列模块分别与所述综合处理分机连接，以用于根据发射数字波束系数发射雷达信号，还用于接收雷达信号；

所述综合处理分机，还用于通过校正通道对多个数字阵列模块进行校正，还用于根据所述接收数字波束系数对接收的雷达信号进行数字波束合成。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数字阵列模块包括：

信号发生模块，用于产生雷达调制信号及本振信号；

射频收发组件，其与所述信号发生模块连接，用于根据所述雷达调制信号及所述本振信号产生射频信号；

天线阵面，其与所述射频收发组件连接，用于发射所述射频信号；

采样处理模块，其与所述天线阵面以及所述综合处理分机分别连接，以用于采集所述天线阵面接收的中频回波信号，并对所述中频回波信号进行IQ解调，并将所述IQ解调得到的IQ数据发送至所述综合处理分机。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述天线阵面包括多个发射单元，所述射频收发组件包括多路射频收发单元，每个所述发射单元分别与一路射频收发单元对应连接。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述数字阵列模块还包括天线罩及结构件，所述天线罩与所述结构件形成一个空腔，所述天线阵面、射频收发组件、所述信号发生模块及所述采样处理模块设置于所述空腔内。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述射频收发组件与所述信号发生模块之间的连接、所述天线阵面与所述射频收发组件之间的连接以及所述采样处理模块与所述天线阵面之间的连接均采用盲插接插件方式进行连接。

6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述数字阵列模块还包括：

校正网络，其与所述天线阵面及所述采样处理模块连接，以用于耦合所述天线阵面接收或发射的信号，并将所述信号送至所述采样处理模块进行幅相校正。

7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述信号发生模块包括信号发生器、时钟驱动器、现场可编程逻辑门阵列及接口电路；

所述信号发生器用于产生本振信号，所述时钟驱动器用于产生时钟信号；

所述现场可编程逻辑门阵列与所述信号发生器以及所述时钟驱动器连接，以用于根据所述本振信号以及所述时钟信号产生雷达调制信号。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述综合处理分机包括通道校正组件、信号处理组件以及数字波束形成组件；

所述信号处理组件，用于生产同源激励信号；

所述通道校正组件，其与所述信号处理组件连接，其还通过校正通道分别与每个所述数字阵列模块连接，以用于接收每个所述数字阵列模块的耦合数据，所述通道校正组件还用于通过所述校正通道向所述数字阵列模块发送同源激励信号，以使所述数字阵列模块进行内校正；

所述数字波束形成组件，用于计算发射数字波束系数及接收数字波束系数。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述综合处理分机还包括：

频率源组件，其用于产生相参时钟信号，以使所述信号处理组件以及数字波束形成组件之间进行时钟同步。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，两个相邻的数字阵列模块之间通过插销及锁紧镙钉可拆卸连接。

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