专利名称：一种连续波雷达泄露对消系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种连续波雷达泄露对消系统及方法，是针对着陆导航连续波测速 雷达的视频泄露信号对消技术，是一种新的泄露信号抑制方法。
背景技术：
微波泄漏对消技术是解决雷达发射机信号直接泄露到接收机的信号之间的隔离 即收发隔离问题的主要技术，也是几乎所有要求较高的连续波雷达所必须采用的。微波 泄漏对消技术的重要性不仅在于其对微波泄漏信号有一定的抑制作用，而且在于其能保 证雷达回波信号有适中的动态。当前解决连续波雷达隔离度的泄露抑制技术主要包含射频对消、中频对消以及 视频对消，但目前国内外几乎都采用射频对消或中频对消，或者射频对消与中频对消相 结合的技术，之所以要利用射频对消，是由于天线隔离度太低导致泄露信号足以使得接 收机前端的放大器饱和，此时必须利用射频对消，而采用中频对消和视频对消的场合是 在射频前端未存在饱和的前提条件下，能够利用对消技术获得良好的信号动态。另外， 由于泄露信号会随着电磁环境的变化而变化，需要自适应调整以获得较高的对消比。无 论是那种对消技术，实质上都是基于相位补偿的相消技术，即产生一个对消信号调整其 幅度和相位使其与泄露信号抵消，从而降低发射信号到接收机的泄露，保证雷达系统正 常工作。在连续波测速雷达中，当对低速测量甚至零速测量精度要求较高时，就对载波 泄露抑制提出较高的要求，因此，如何获得高的泄露抑制比是连续波雷达的一个关键技 术。早期的连续波泄露信号对消采用的是模拟信号，但是利用模拟信号完成实时自 适应对消处理就存在较大的难度，而随着数字技术的发展，连续波泄露信号对消开始在 数字域完成，从而能够完成实时自适应调整并获得高的泄露抑制比。在美国apollo登月着陆雷达中采用的泄露抑制技术为视频对消技术，它是通过 分立元器件搭建泄露滤波器完成的，未实现实时自适应处理，其所能实现的对消抑制比 仅仅为35dB 45dB，总之，连续波雷达视频实时自适应对消技术目前并无公开的具体资 料。Kaihui Lin 在 IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORYAND TECHNIQUES, VOL.54, N0.12, DECEMBER 2006 发表的题为 “AKa-Band FMCW Radar Front-End With Adaptive Leakage Cancellation”文中针对单站调频连续波的泄露信号
抑制问题，提出一种实时数字信号处理的方法来对消发射机泄露到接收机前端的信号， 从而获得高的隔离度。提出的外差法方案很好地克服了直流偏置的问题，它首先将误差 信号转换到参考频率，从而利用带通滤波器将模拟混频器的直流偏置从误差信号中分离 出来，由于获得调制的误差信号包含泄露信号的幅度和相位信息，这样通过比较调制的 误差信号和参考的外差信号获得误差矢量，从而完成泄露信号的对消。
前面叙述的连续波雷达泄露信号对消方法有三点不足a泄露信号对消比较低， 最高达到50dB左右；b对消设备实现较为复杂；c泄露信号快速准确匹配实现较为困 难。对于着陆器导航雷达而言，其最主要的是能够获得精确的速度(频率)测量结果， 尤其是有时需要获得低速(低频)测量精度，由于泄露信号的存在，其一，它可能会大于 回波信号，这将导致回波信号的动态较小，从而影响测量精度；其二、由于泄露信号对 应的是频率为零频，而目标信号对应的多普勒信号为窄带信号，且存在一定的带宽，此 时，泄露信号和回波信号的频谱会混叠在一起，在进行低速测量时，泄露信号会影响到 测量的精度，因此，将对消后的泄露信号控制在低于目标信号15dB以上，对于高精度测 速极其重要。
发明内容
本发明的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供一种连续波雷达泄露对 消系统及对消方法，可在每个测量周期对I、Q两个通道分别进行泄露信号的估算，进而 实现对泄露信号的对消处理，通过加入易于实现的放大调理电路实现了系统所要求的高 隔离度。本发明的技术解决方案是一种连续波雷达泄露对消系统，包括发射天线、接收天线、发射通道、接收通 道和信号处理器，所述发射通道由滤波放大模块、上变频模块以及功率放大器组成；所 述接收通道由低噪声放大器、下变频模块、滤波放大模块以及正交解调模块组成；所述 信号处理器包含模拟信号调理电路和数字信号处理电路；将中频信号同时送入发射通道中的滤波放大模块中和接收通道中的正交解调模 块中，在发射通道中，所述中频信号通过滤波放大模块进行滤波放大，之后通过上变频 模块将信号上变频至所需要的射频信号，然后通过功率放大器的放大最终由发射天线将 信号发射出去；同时，接收天线将接收雷达回波信号并将雷达回波信号输入到接收通道 中的低噪声放大器中对雷达回波信号进行低噪声放大，之后将低噪声放大的信号送入下 变频模块进行下变频处理，之后再通过滤波放大模块进行滤波放大，将放大之后的信号 送入正交解调模块进行正交解调处理，将解调后的同相信号I和正交信号Q输出到信号处 理器；由信号处理器的模拟信号调理电路和数字信号处理电路将接收通道输出的信号进 行视频放大，即对经过解调后的信号通过运算放大器进行放大，并在放大后分别获得对 同相信号I和正交信号Q这两路泄露信号电平的进行估算，所述对泄露信号电平进行估算是指根据预先设定的采样点数，分别选择I、Q两 路信号中的离散信号电平，然后将所述离散信号电平与A/D的最大采样电平进行比较， 若离散信号电平大于等于A/D的最大采样电平，则所述离散信号电平即是泄露信号电 平，将离散信号电平进行D/A转换之后送入运算放大器的负反馈端，通过运算放大器中 进行反向和求和运算对泄露信号进行对消和补偿；若离散信号电平小于A/D的最大采样
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算放大器，以及多路A/D转换器和多路D/A转换器，当接收通道输出的I、Q信号输入
至模拟信号调理电路后，首先依次经过所述的第一级运算放大器、第二级运算放大器和
第三级运算放大器对信号进行放大，然后通过A/D进行采样，将采样后的信号送入数字
信号处理电路中，由数字信号处理电路计算出泄露电平的估算值，再将获得的估算值通
过D/A转换为模拟信号，再送至运算放大器的负反馈端，实时对泄露信号进行对消和补 m
te ο所述数字信号处理电路由FPGA芯片实现。一种连续波雷达泄露对消方法，步骤如下(1)判断雷达系统是否收到测量信号的指令，若未收到，则继续等待所述测量信 号的指令；若收到测量信号的指令，则雷达系统同时进行信号发射和信号接收，并由接 收通道最终输出同相信号I和正交信号Q，之后进入步骤(2)；(2)由信号处理器中的运算放大器对步骤⑴中的同相信号I和正交信号Q进行 放大，经过A/D采样之后进入步骤(3)；(3)根据步骤(2)中得到的A/D采样之后的信号，若所述A/D采样之后的信号 电平值小于A/D的最大采样电平，则通过公式
权利要求
1.一种连续波雷达泄露对消系统，其特征在于包括发射天线、接收天线、发射通 道、接收通道和信号处理器，所述发射通道由滤波放大模块、上变频模块以及功率放大 器组成；所述接收通道由低噪声放大器、下变频模块、滤波放大模块以及正交解调模块 组成；所述信号处理器包含模拟信号调理电路和数字信号处理电路；将中频信号同时送入发射通道中的滤波放大模块中和接收通道中的正交解调模块 中，在发射通道中，所述中频信号通过滤波放大模块进行滤波放大，之后通过上变频模 块将信号上变频至所需要的射频信号，然后通过功率放大器的放大最终由发射天线将信 号发射出去；同时，接收天线将接收雷达回波信号并将雷达回波信号输入到接收通道中 的低噪声放大器中对雷达回波信号进行低噪声放大，之后将低噪声放大的信号送入下变 频模块进行下变频处理，之后再通过滤波放大模块进行滤波放大，将放大之后的信号送 入正交解调模块进行正交解调处理，将解调后的同相信号I和正交信号Q输出到信号处理 器；由信号处理器的模拟信号调理电路和数字信号处理电路将接收通道输出的信号进行 视频放大，即对经过解调后的信号通过运算放大器进行放大，并在放大后分别获得对同 相信号I和正交信号Q这两路泄露信号电平的进行估算，所述对泄露信号电平进行估算是指根据预先设定的采样点数，分别选择I、Q两路信 号中的离散信号电平，然后将所述离散信号电平与A/D的最大采样电平进行比较，若离 散信号电平大于等于A/D的最大采样电平，则所述离散信号电平即是泄露信号电平，将 离散信号电平进行D/A转换之后送入运算放大器的负反馈端，通过运算放大器中进行反 向和求和运算对泄露信号进行对消和补偿；若离散信号电平小于A/D的最大采样电平， 则根据公式 6=TZ^"),"=0,1, 1和 4=TFZ^"),"=0,1,.", ν—1 计算泄露电 平，并将该泄露电平经过D/A转换之后送入运算放大器的负反馈端，通过运算放大器中 进行反向和求和运算对泄露信号进行对消和补偿；信号处理器对经过泄露对消和补偿之 后的模拟回波信号进行采集，并通过数字信号处理电路输出进而完成雷达测量。
2.根据权利要求1所述的一种连续波雷达泄露对消系统，其特征在于所述模拟信 号调理电路包括第一级运算放大器、第二级运算放大器、第三级运算放大器，以及多路 A/D转换器和多路D/A转换器，当接收通道输出的I、Q信号输入至模拟信号调理电路 后，首先依次经过所述的第一级运算放大器、第二级运算放大器和第三级运算放大器对 信号进行放大，然后通过A/D进行采样，将采样后的信号送入数字信号处理电路中，由 数字信号处理电路计算出泄露电平的估算值，再将获得的估算值通过D/A转换为模拟信 号，再送至运算放大器的负反馈端，实时对泄露信号进行对消和补偿。
3.根据权利要求1所述的一种连续波雷达泄露对消系统，其特征在于所述数字信 号处理电路由FPGA芯片实现。
4.一种连续波雷达泄露对消方法，其特征在于步骤如下(1)判断雷达系统是否收到测量信号的指令，若未收到，则继续等待所述测量信号的 指令；若收到测量信号的指令，则雷达系统同时进行信号发射和信号接收，并由接收通 道最终输出同相信号I和正交信号Q，之后进入步骤(2)；(2)由信号处理器中的运算放大器对步骤(1)中的同相信号I和正交信号Q进行放 大，经过A/D采样之后进入步骤(3)；(3)根据步骤(2)中得到的A/D采样之后的信号，若所述A/D采样之后的信
全文摘要
一种连续波雷达泄露对消系统及方法，包括天线装置、发射通道、接收通道以及信号处理器，其中天线装置由发射天线和接收天线组成；发射通道由滤波放大模块、上变频模块和功率放大器组成；接收通道由低噪声放大器、下变频模块、滤波放大模块和正交解调模块组成；信号处理器包含模拟信号调理和数字信号处理单元两部分电路。通过对正交解调后的信号进行采样以及信号的实时自适应对消，实现对泄露信号的抑制，提高了系统的测量精度。同时，本发明中的视频对消系统还具有方案简单、易于实现等特点。
文档编号G01S7/36GK102023292SQ20101053267
公开日2011年4月20日 申请日期2010年11月1日 优先权日2010年11月1日
发明者党红杏, 孙嘉, 欧祥荣, 牛文博, 王科, 谭小敏, 韩涛 申请人:西安空间无线电技术研究所