专利名称：天线半圆弧运动提高地面雷达方位分辨率装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及合成孔径雷达领域，特别涉及一种天线半圆弧运动提高地面雷达方位分辨率装置，该装置通过雷达天线的半圆弧运动，雷达装置在天线运动中相干采集需探測区域的回波信号，通过合成孔径算法来提高雷达天线的方位角度分辨率。
背景技术：
地面雷达被广泛的应用于对各类地面目标的探測，雷达对地面小目标的探測能力不仅取决于雷达的发射功率、工作频率、天线增益、目标的雷达截面积等因素，还与小目标所处的背景杂波的強度有关，如果地面背景杂波等效雷达截面积高于小目标的雷达截面积，那么再増加雷达的发射功率也不能检测到这个小目标。因此降低地面背景杂波强度，提 高雷达信杂比是雷达对地面小目标检测的关键问题，尤其对于地面静止小目标的检测更为重要。降低地面杂波的強度的ー个主要方法是提高雷达的距离和方位角度分辨能力，使雷达的杂波分辨单元面积減少。雷达的距离分辨率和雷达发射信号的带宽有夫，采用大带宽发射信号可以实现较高的距离分辨率。雷达的方位角度分辨率主要取决于雷达天线的方位向波束宽度，雷达波束宽度取决于天线的尺寸，天线尺寸越大波束越窄，但是受到使用环境和加工难度的影响，采用大的天线口径的方法常常受到限制。另ー种提高角度分辨能力的方法是采用合成孔径雷达，合成孔径雷达通常采用机载或星载方式运行，通过飞机载雷达沿直线飞行获取地面区域信息，通过合成孔径算法实现角度的高分辨能力。但是机载星载等平台在使用中成本高，实时性差，同时受到探測地域的影响，因而在对近距离地面小目标的实时探测中不能应用。在地面形成天线直线运动形成合成孔径也受到地面环境的限制，同时不能兼顾对方位的扫描处理。
发明内容本实用新型的目的就在于克服上述现有技术中存在的不足，而提供一种天线半圆弧运动提高地面雷达方位分辨率装置，该装置通过架设雷达天线沿半圆周轨迹运动同时照射目标区域，雷达在运动的同时接收目标区域的回波，通过将回波信号与本地预设的參考信号进行距离和方位相关处理用以实现距离方位ニ维图像，从而提高了雷达方位分辨率，有利于从强地杂波中检测出目标。如上构思，本实用新型的技术方案是一种天线半圆弧运动提高地面雷达方位分辨率装置，其特征在干由支架与旋转机构、回流环、悬臂和雷达系统组成；悬臂与支架相连，雷达系统与悬臂相连，回流环与旋转机构装配在支架内，雷达系统受悬臂支撑并以支架为中心转动，雷达的电源和数据通过回流环传输到地面。上述雷达系统由高稳定宽带测距信号产生模块，至少三个收发前端模块、多个雷达天线，信号预处理模块，转台控制及角度编码器，孔径形成与成像处理模块以及目标检测所构成；高稳定宽带测距信号产生模块与至少三个收发前端模块的输入端ロ相连接，将测距信号送入收发前端进行处理，收发前端模块的输出端ロ分别与雷达天线和信号预处理模块相连接，信号预处理模块的输出端与孔径形成与成像处理模块的输入端相连接，孔径形成与成像处理模块的输出端与目标检测相连接，转台控制及角度编码器与信号预处理模块的输入端相连接。上述多个雷达天线并列放置。上述高稳定宽带测距信号产生模块由IOOMHz高稳定低相噪晶体振荡器、DDS测距信号产生、变频器、带通滤波以及时序控制器组成；其中100MHz高稳定低相噪晶体振荡器输出分为两路，一路与DDS测距信号产生模块相连接，另一路与收发前端模块相连接，DDS测距信号产生模块与变频器相连接，变频器与带通滤波器相连接，时序控制器与DDS测距信号产生模块相连接。上述收发前端模块由倍频锁相微波源、上变频调制器、带通滤波放大器、移相器、功率放大、环形器、低噪声放大器、正交混频器和低通滤波器组成；其中倍频锁相微波源 与高稳定宽带测距信号产生模块的晶体振荡器输出端相连，并与上变频调制器相连，上变频调制器还与高稳定宽带测距信号产生模块的DDS测距信号输出相连接，上变频调制器的输出端与带通滤波放大器相连接，其输出分为两路一路与正交混频器相连接，另一路与移相器相连接，移相器与功率放大器相连接，功率放大器与环行器相连接，环行器与雷达天线相连接，还与低噪声放大器相连接，低噪声放大器与正交混频器相连接，正交混频器的两路正交输出分别与低通滤波器相连接。上述信号预处理模块由正交两路信号预处理电路组成，信号预处理电路包括合路器、视频放大器、频率增益控制模块、A/D模数变换模块以及数据整理模块，其中合路器将多路收发前端模块的输出端合并为一路，其输出端与视频放大器相连接，视频放大器与频率増益控制模块相连接，频率增益控制模块与A/D模数变换模块相连接，A/D模数变换模块与数据整理模块相结合，时序控制器与A/D模数变换模块相连接。上述孔径形成与成像处理模块包括按距离间隔定义的參考函数、数据存储、距离向压缩处理、距离徙动校正、正交复数处理、方位向数字相关处理、成像处理与存储等组成。其中信号预处理模块的两路数据整理后的两路输出分别与数据存储相连接，数据存储与距离向压缩处理相连接，距离向压缩处理与距离徙动校正相连接，两路距离徙动校正与正交复数处理相连接，正交复数处理与方位向数字相关处理相连接，按距离间隔定义的參考函数与方位向数字相关处理相连接，方位向数字相关处理与成像处理与存储相连接。本实用新型为了提高雷达的方位分辨率从而提高雷达在强地杂波下的目标检测能力，采用了雷达天线半圆周轨迹运动形成合成孔径的方法，通过沿路径相干采集和距离向方位向压缩处理形成目标区域的距离方位图像，提高了方位分辨率和目标检测能力。单天线工作时，为了实现大的孔径需要采取宽波束，这样降低了天线的增益，同时减少了雷达的作用距离。本实用新型通过多个雷达天线并列布置在保证宽波束实现大孔径的同时可实现较远距离探測。本实用新型可以应用于对地面小目标探测的较多场合，可以提高小目标探測的能力。
[0014]图I是本实用新型的使用示意图；图2是本实用新型雷达系统的组成框图；图3是高稳定宽带测距信号产生组成框图；图4是收发前端模块组成框图；图5是信号预处理模块组成框图；图6是孔径形成与成像处理组成框图。
具体实施方式
如图I所示一种天线半圆弧运动提高地面雷达方位分辨率装置，它由支架与旋 转机构、回流环、悬臂和雷达系统组成。支架将悬臂和雷达系统架高实现较大的观察视场，悬臂与支架相连，雷达系统与悬臂相连，回流环与旋转机构装配在支架内，雷达系统受悬臂支撑并以支架为中心转动，雷达的电源和数据通过回流环传输到地面。图2为本装置雷达系统的组成框图，雷达系统由高稳定宽带测距信号产生模块3，至少三个收发前端模块4和雷达天线I，信号预处理模块5，转台控制及角度编码器2，孔径形成与成像处理6以及目标检测7所构成。高稳定宽带测距信号产生模块与至少三个收发前端模块的输入端ロ相连接，将测距信号送入收发前端模块进行处理，并且受信号预处理模块5时序控制信号控制，每个收发前端模块4的输出端ロ与ー个雷达天线I相连接，信号预处理模块的输出端与孔径形成与成像处理模块的输入端相连接，孔径形成与成像处理模块的输出端与目标检测装置相连接，转台控制及角度编码器与信号预处理模块的输入端相连接。如图3所示高稳定宽带测距信号产生模块由IOOMHz高稳定低相噪晶体振荡器、DDS测距信号产生、变频器、带通滤波以及时序控制组成；其中100MHz高稳定低相噪晶体振荡器输出分为两路，一路与DDS测距信号产生相连接，另一路与收发前端模块相连接，DDS测距信号产生与变频器相连接，变频器与带通滤波相连接，时序控制与DDS测距信号产生相连接。如图4所示收发前端模块由倍频锁相微波源、上变频调制器、带通滤波放大器、移相器、功率放大、环形器、低噪声放大器、正交混频器和低通滤波器组成；其中倍频锁相微波源与高稳定宽带测距信号产生模块的晶体振荡器输出端相连，并与上变频调制器相连，上变频调制器还与高稳定宽带测距信号产生模块的DDS测距信号输出相连接，上变频调制器的输出端与带通滤波放大器相连接，其输出分为两路一路与正交混频器相连接，另一路与移相器相连接，移相器与功率放大器相连接，功率放大器与环行器相连接，环行器与雷达天线相连接，还与低噪声放大器相连接，低噪声放大器与正交混频器相连接，正交混频器的两路正交输出分别与低通滤波器相连接。如图5所示信号预处理模块由正交两路信号预处理电路组成，信号预处理电路包括合路器、视频放大器、频率增益控制模块、A/D模数变换模块以及数据整理模块，其中合路器将多路收发前端模块的输出端合并为一路，其输出端与视频放大器相连接，视频放大器与频率增益控制模块相连接，频率增益控制模块与A/D模数变换模块相连接，A/D模数变换模块与数据整理模块相结合，时序控制器与A/D模数变换模块相连接。如图6所示孔径形成与成像处理模块包括按距离间隔定义的參考函数、数据存储、距离向压缩处理、距离徙动校正、正交复数处理、方位向数字相关处理、成像处理与存储等组成。其中信号预处理模块的两路数据整理后的两路输出分别与数据存储相连接，数据存储与距离向压缩处理相连接，距离向压缩处理与距离徙动校正相连接，两路距离徙动校正与正交复数处理相连接，正交复数处理与方位向数字相关处理相连接，按距离间隔定义的參考函数与方位向数字相关处理相连接，方位向数字相关处理与成像处理与存储相连接。收发前端输出端ロ 8和9与信号预处理模块的端ロ 10和11相连接，信号预处理模块输出端ロ 12和13与孔径形成与成像处理模块的端ロ 14和15相连接，孔径形成与成像处理模块的输出端ロ 16与目标检测器相连接，转台控制及角度编码器与信号预处理的端ロ 17相连接。收发前端模块中的倍频锁相微波源的输入端18与高稳定宽带测距信号产生模块的晶体振荡器输出端19相连，收发前端模块中的上变频调制器输入端20与高稳定宽带测距信号产生模块的DDS测距信号输出端ロ 21相连接。信号预处理模块的输出端ロ22与高稳定宽带测距信号产生模块的输入端ロ 23连接。 本实用新型的工作过程是根据需要探測的地面环境，将雷达支架和旋转机构架设，安装悬臂和雷达，通过控制旋转机构电机实现雷达天线的旋转，角度编码器实时记录转动角度并存储和送入信号预处理模块。雷达天线在旋转的同时向目标区域辐射电磁波，产生的电磁波信号是包含了宽带测距信号的低相位噪声的微波信号，为产生低相位噪声的测距微波信号，本发明采用了IOOMHz高稳定低相噪晶振作为基准，由DDS产生所需的测距信号并通过放大滤波处理产生测距信号，同时通过对高稳定晶振进行倍频锁相形成高稳定低噪声微波源，将测距信号与高稳定低噪声微波源信号进行变频处理滤波并进行功率放大形成雷达发射信号，雷达发射信号通过环行器送入天线，照射到目标区域后目标区域反射回到雷达天线，通过环行器送入收发前端的低噪声放大器，经过放大后的信号送入正交混频器中，正交混频器的本振由发射信号的分路信号产生，正交混频器输出两路正交视频信号分别经过两路滤波器消除高频噪声分量。本发明采用至少三组雷达天线并列放置，并通过三个雷达收发前端实现宽域辐射和接收，在每个收发前端模块中有移相器，通过调整移相器使三组收发组件相位一致，在信号预处理模块中将多个接收视频信号进行合并，形成正交两路信号，在频率增益控制模块中降低信号的动态范围将信号送入A/D模数变换实现信号的数字化，数据整理模块对数据进行按照测距信号周期(角度)进行排列，形成以角度变化为慢时、距离向延时为快时的两维序列，将数据序列进行缓存，对距离维数据进行压缩处理获得目标的距离数据，然后进行距离徙动校正，将正交两路数据作为实部和虚部进行复数处理，然后和预先按距离单元间隔形成的方位压缩參考函数进行方位向相关处理形成目标区域ニ维雷达图像并进行存储，在形成ニ维雷达图像的基础上进行目标检测提取小目标。
权利要求1.一种天线半圆弧运动提高地面雷达方位分辨率装置，其特征在于由支架与旋转机构、回流环、悬臂和雷达系统组成；悬臂与支架相连，雷达系统与悬臂相连，回流环与旋转机构装配在支架内，雷达系统受悬臂支撑并以支架为中心转动，雷达的电源和数据通过回流环传输到地面。
2.根据权利要求I所述的天线半圆弧运动提高地面雷达方位分辨率装置，其特征在干上述雷达系统由高稳定宽带测距信号产生模块，至少三个收发前端模块、多个雷达天线，信号预处理模块，转台控制及角度编码器，孔径形成与成像处理模块以及目标检测所构成；高稳定宽带测距信号产生模块与至少三个收发前端模块的输入端ロ相连接，将测距信号送入收发前端进行处理，收发前端模块的输出端ロ分别与雷达天线和信号预处理模块相连接，信号预处理模块的输出端与孔径形成与成像处理模块的输入端相连接，孔径形成与成像处理模块的输出端与目标检测相连接，转台控制及角度编码器与信号预处理模块的输入端相连接。
3.根据权利要求2所述的天线半圆弧运动提高地面雷达方位分辨率装置，其特征在于上述多个雷达天线并列放置。
4.根据权利要求2所述的天线半圆弧运动提高地面雷达方位分辨率装置，其特征在于上述高稳定宽带测距信号产生模块由IOOMHz高稳定低相噪晶体振荡器、DDS测距信号产生、变频器、带通滤波以及时序控制器组成；其中100MHz高稳定低相噪晶体振荡器输出分为两路，一路与DDS测距信号产生模块相连接，另一路与收发前端模块相连接，DDS测距信号产生模块与变频器相连接，变频器与带通滤波器相连接，时序控制器与DDS测距信号产生模块相连接。
5.根据权利要求2所述的天线半圆弧运动提高地面雷达方位分辨率装置，其特征在于上述收发前端模块由倍频锁相微波源、上变频调制器、带通滤波放大器、移相器、功率放大、环形器、低噪声放大器、正交混频器和低通滤波器组成；其中倍频锁相微波源与高稳定宽带测距信号产生模块的晶体振荡器输出端相连，并与上变频调制器相连，上变频调制器还与高稳定宽带测距信号产生模块的DDS测距信号输出相连接，上变频调制器的输出端与带通滤波放大器相连接，其输出分为两路一路与正交混频器相连接，另一路与移相器相连接，移相器与功率放大器相连接，功率放大器与环行器相连接，环行器与雷达天线相连接，还与低噪声放大器相连接，低噪声放大器与正交混频器相连接，正交混频器的两路正交输出分别与低通滤波器相连接。
6.根据权利要求2所述的天线半圆弧运动提高地面雷达方位分辨率装置，其特征在干上述信号预处理模块由正交两路信号预处理电路组成，信号预处理电路包括合路器、视频放大器、频率增益控制模块、A/D模数变换模块以及数据整理模块，其中合路器将多路收发前端模块的输出端合并为一路，其输出端与视频放大器相连接，视频放大器与频率增益控制模块相连接，频率增益控制模块与A/D模数变换模块相连接，A/D模数变换模块与数据整理模块相结合，时序控制器与A/D模数变换模块相连接。
专利摘要一种天线半圆弧运动的提高地面雷达方位分辨率装置，由支架与旋转机构、回流环、悬臂和雷达系统组成。支架将悬臂和雷达系统架高实现较大的观察视场，悬臂与支架相连，雷达系统与悬臂相连，回流环与旋转机构装配在支架内，雷达系统受悬臂支撑并以支架为中心转动，雷达的电源和数据通过回流环传输到地面。本实用新型采用了雷达天线半圆周轨迹运动形成合成孔径的方法，通过沿路径相干采集和距离向方位向压缩处理形成目标区域的距离方位图像，提高了方位分辨率和目标检测能力，通过多个收发天线并列布置在保证宽波束实现大孔径的同时实现较远距离探测。本实用新型可以应用于对地面小目标探测的较多场合，可以提高小目标探测的能力。
文档编号G01S13/90GK202522700SQ20112053718
公开日2012年11月7日 申请日期2011年12月16日 优先权日2011年12月16日
发明者张军 申请人:天津职业技术师范大学