L型收发阵列天线前端及其信号处理方法
【技术领域】
[0001]本发明属于传感器(雷达)探测领域，具体涉及一种在探测近程、高速运动目标中形成的L型阵列天线及其信号处理技术。
【背景技术】
[0002]随着自动化技术的发展，人们需要对一些领域中的近程、高速运动目标进行目标位置、速度的准确测量，早期的测量系统期望应用光学系统如红外、电视和激光等进行联合测量实现，但是光学系统由于受气候、恶劣环境影响很大，使其应用受到很大限制；基于无线电的测量系统由于通过非接触测量，呈现出测量介质广、精确度高、耐腐蚀、抗干扰能力更强和信息传递方便优点，能够满足应用的需要。
[0003]近程、高速运动目标无线电测量系统，其技术体制的发展主要受到电子器件高速发展的影响，特别是信号处理器件从DSP (Digital Signal Processing:数字信号处理器)到FPGA的发展，使得信号处理能力大大提高，实现了 DBF (Data beam Forming:数字波束合成)等技术，L型收发阵列天线前端及其信号处理方法就是在这样的技术背景下产生。L型收发阵列天线前端及其信号处理方法相比以前的简单喇叭天线前端，在连续波体制下具有收发系统隔离度高、探测精度高的特点，与其它单一极化方式的相控阵天线前端比较由于采用45°斜极化具有对目标特性适应性强、受地物杂波影响小的特点。
[0004]基于近程、高速运动目标无线电测量系统，具有高检测概率、低虚警概率的要求。能自动区分来向、远离目标，对于运行车辆或运动车辆溅起的石子、飞鸟、走动的人员等假目标不作响应。由于近程、高速目标速度高，因此探测系统必须快速、准确地测量目标的参数，从而提高系统的响应时间。探测系统还应具有良好的低辐射特性、抗干扰能力和电磁兼容性特性。从工程应用角度来说应该满足小型化、低能耗、强环境适应能力的应用需求。
【发明内容】
[0005]要解决的技术问题
[0006]为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种适用于近程高速运动目标探测的L型收发阵列天线前端及其信号处理方法。
[0007]技术方案
[0008]—种L型收发阵列天线前端，其特征在于包括发射天线、发射机、俯仰维数字接收阵列天线、俯仰维多通道接收机、方位维数字接收阵列天线、方位维多通道接收机和信号处理器；发射机的输出端接发射天线的输入端，俯仰维数字接收阵列天线的输出端接俯仰维多通道接收机的输入端，方位维数字接收阵列天线的输出端接方位维多通道接收机的输入端，俯仰维多通道接收机的输出端和方位维多通道接收机的输出端接信号处理器的输入端。
[0009]所述的发射天线、俯仰维数字接收阵列天线、方位维数字接收阵列天线在结构上均采用45°扭转波导实现，俯仰维数字接收阵列天线与方位维数字接收阵列天线组成L型结构，L型结构与发射天线之间设有收发隔离挡板、收发隔离部分。
[0010]所述的俯仰维数字接收阵列天线、方位维数字接收阵列天线由相同口径的若干波导单元并行排列组成，每一组波导单元包括天线单元、馈线单元组成。
[0011]所述的俯仰维多通道接收机、方位维多通道接收机由相同若干组并联排列的信号处理电路组成，每一组信号处理电路由低噪声放大器、混频器、滤波器和中频放大器组成。
[0012]所述的信号处理器包括A/D采样单元、FPGA处理器单元和高速接口单元。
[0013]—种采用所述的L型收发阵列天线前端实现的信号处理方法，其特征在于步骤如下:
[0014]步骤1:发射机将信号SI (η)送给发射天线赋形辐射；
[0015]步骤2:俯仰维数字接收阵列天线接收的信号S2 (η)经俯仰维数字多通道接收机处理低噪声放大、混频、滤波器和中频放大后得到信号S4(n)送给信号处理器；
[0016]方位维数字接收阵列天线接收的信号S3 (η)经方位维数字多通道接收机处理低噪声放大、混频、滤波器和中频放大后得到信号S5(n)也送给信号处理器；
[0017]步骤3:信号处理器将接收的信号S4(n)、S5 (η)进行A/D变换、DDC、高通滤波、DBF、MTI/MTD、求模、恒虚警处理、门限判决、目标凝聚、目标配对后以信号S6 (η)送出。
[0018]有益效果
[0019]本发明提出的一种L型收发阵列天线前端及其信号处理方法，根据高速移动目标特性，提出使用L型收发阵列天线45°扭转波导的斜极化方式，可以兼顾不同目标类型对垂直、水平极化波敏感探测的需要，有效增加多种极化目标回波，同时可以有效抑制地物杂波、背景杂波的干扰，非常适合于近程、高速目标的测量。
【附图说明】
[0020]图1是本发明的总体电气框图
[0021]图2是L型收发阵列天线的天线外形示意图
[0022]图3是L型收发阵列天线的前端接收信号的硬件组成
[0023]其中:9-天线辐射单元，10-馈线单元，11-低噪声放大器，12-混频器，13-滤波器，14-中频放大器，15-A/D采样单元，16-FPGA处理器单元，17-高速接口单元
[0024]图4是信号处理器对俯仰维阵列接收信号和方位维阵列接收信号的处理过程
【具体实施方式】
[0025]现结合实施例、附图对本发明作进一步描述:
[0026]发射机将线性调频连续波信号调制到载频，并进行功率放大后以SI (η)形式送给发射天线，发射天线根据设计要求的俯仰维、方位维覆盖范围进行赋形辐射。俯仰维数字接收阵列天线接收的目标回波信号S2(n)送给俯仰维数字多通道接收机，接收机首先进行低噪声放大:使得微波信号得到一定增益放大，并满足混频器的输入功率；其次混频器将微波信号与本振信号进行下变频到中频信号(中频信号载频根据信号带宽、本振等进行确定)；然后对于混频后的中频信号，用滤波器实现一定通带的选通；最后中频放大器确保一定动态的中频信号始终在A/D采样器的采样范围内。俯仰维数字多通道接收机将处理后的中频信号S4(n)送给信号处理器；同理方位维数字接收阵列天线接收的信号S3 (η)经方位维数字多通道接收机处理后得到信号S5 (η)也送给信号处理器。信号处理器对送入的S4 (n)、S5 (η)信号进行A/D采样，分别进行俯仰维和方位维的DDC、高通滤波、DBF、MT I/MTD、求模、恒虚警处理、门限判决、目标凝聚等处理，由于俯仰维多通道接收信号送信号处理器进行DBF处理的合成波束在俯仰窄而方位维宽，故目标在俯仰维的测量精度高而方位维的测量信息模糊，其信息包括方位、俯仰、距离、速度和目标强度等。同理方位维多通道接收信号送信号处理进行DBF处理的合成波束在方位窄而俯