雷达磁控管多脉冲图像合成系统及方法与流程

本发明涉及一种雷达磁控管多脉冲图像合成系统及方法。

背景技术：

雷达(radar)原是“无线电探测与定位”的英文缩写。雷达的基本任务是探测感兴趣的目标，测定有关目标的距离、方问、速度等状态参数。雷达主要由天线、发射机、接收机(包括信号处理机)和显示器等部分组成。雷达发射机产生足够的电磁能量，经过收发转换开关传送给天线。天线将这些电磁能量辐射至大气中，集中在某一个很窄的方向上形成波束，向前传播。电磁波遇到波束内的目标后，将沿着各个方向产生反射，其中的一部分电磁能量反射回雷达的方向，被雷达天线获取。天线获取的能量经过收发转换开关送到接收机，形成雷达的回波信号。由于在传播过程中电磁波会随着传播距离而衰减，雷达回波信号非常微弱，几乎被噪声所淹没。接收机放大微弱的回波信号，经过信号处理机处理，提取出包含在回波中的信息，送到显示器，显示出目标的距离、方向、速度等。

磁控管就是上述雷达发射机的重要组成部分，从二次大战开始就一直活跃在雷达领域，当前民用雷达中，主流的应用仍是磁控管发射机体制。磁控管的特点是功率大、效率高、工作电压低、尺寸小、重量轻、成本低。磁控管主要由阴极、阳极、能量耦合装置、磁路和调谐装置等五个部件构成。其基本工作原理是阴极发射电子，经过磁场和电场的相互作用，在谐振腔体中产生微波振荡，最终通过能量输出器将微波能量输出。

在当前船用雷达对磁控管的应用当中，都是采用fet开关方式来进行调制，发射脉冲的长度取决于调制控制fet的开通时间。因为磁控管的特性决定了不能应用其相位信息，所以磁控管发射的脉冲长度就决定了雷达的距离分辨率。当前采用磁控管的船用雷达都是对应不同的量程采用不同的发射脉冲长度，以此来保持相应量程的图像显示能够达到足够的分辨率。

下面是两款主流磁控管脉冲体制雷达的发射脉冲长度与量程的对应关系：

1.主流4kw/6kw雷达脉冲长度和应用量程(furuno1835/1945，onwakr-1238/1268):

0.08μs2100hz(0.125,0.25,0.5,0.75,1,1.5*海里)

0.3μs1200hz(1.5*,2,3海里)

0.8μs600hz(3*,4,6,8,12,16,24,36,48**,64**,72**海里)

*表示1.5和3海里量程的脉冲长度可在菜单中进行选择

2.主流10kw/25kw雷达雷达脉冲长度和应用量程(furunofr-2815/2825等)

通过以上表格可以看出，为了达到理想的对应量程分辨率，雷达厂家都在一些量程上设置了可选的发射脉冲长度。在一定程度上解决了不同应用条件下对探测试精度的不同要求。但是因为受制于探测距离的要求，所以这个可调整范围都比较小，因此在较大量程上就无法兼顾近距离目标的分辨率。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种雷达磁控管多脉冲图像合成系统及方法，为了达到上述目的本发明采用如下技术方案：

一种雷达磁控管多脉冲图像合成系统，包括：

触发脉冲控制模块，根据发射命令，产生不同宽度的触发脉冲给trig电路；

trig电路，对触发脉冲进行信号放大和整形后传送到发射机，以通过发射机产生射频信号并利用天线发射电磁波到外部空间；

数据采样单元，采用不同的采样频率对电磁波回波进行采样，以获得不同量程的电磁波回波信号；

电磁波回波信号处理单元，对电磁波回波信号进行从极坐标到直角坐标的转换，有效信号的截取和进行快时间累积及存储；

视频处理单元，对同一量程范围内两次以上的电磁波回波信号进行拼接，拼接后的回波数据与前一条回波数据进行图像处理算法处理；

综合控制模块，用于数据收发及综合控制各部分电路的时间同步，数据转换。

一种雷达磁控管多脉冲图像合成方法，通过发射不同长度的触发脉冲信号生成电磁波，以获得不同量程的电磁波回波信号。

本发明提供的雷达磁控管多脉冲图像合成系统及方法既实现了用较大功率探测远量程目标的目的，又可以通过较短的发射脉冲长度实现了近距离目标的高精度探测。采用本发明也可以在同一雷达天线下实现远量程和近量程同步显示。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

图1是本发明实施例模块示意图；

图2、3是本发明实施例综合控制模块电路原理图；

图4是本发明实施例触发脉冲控制模块电路原理图；

图5是本发明实施例trig电路原理图；

图6是本发明实施例数据采样单元电路原理图；

图7是本发明实施例电磁波回波信号处理单元电路原理图；

图8是本发明实施例视频处理单元电路原理图；

图9是本发明实施例网络单元电路原理图。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此以本发明的示意性实施例及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

实施例

如图1所示，一种雷达磁控管多脉冲图像合成系统，包括：

触发脉冲控制模块，根据发射命令，产生不同宽度的触发脉冲给trig电路；

trig电路，对触发脉冲进行信号放大和整形后传送到发射机，以通过发射机产生射频信号并利用天线发射电磁波到外部空间；

数据采样单元，采用不同的采样频率对电磁波回波进行采样，以获得不同量程的电磁波回波信号；

电磁波回波信号处理单元，对电磁波回波信号进行从极坐标到直角坐标的转换，有效信号的截取和进行快时间累积及存储；

视频处理单元，对同一量程范围内两次以上的电磁波回波信号进行拼接，拼接后的回波数据与前一条回波数据进行图像处理算法处理；

综合控制模块，用于数据收发及综合控制各部分电路的时间同步，数据转换。

通过上述实施例方案，在雷达工作时，不再是发射固定脉冲长度的信号，而是可变的。比如在1.5海里量程上，先发射一个0.08μs的脉冲，接着发射一个0.3μs的脉冲，同时在采样电路中对采样起始时间进行精确控制，采用不同的采样频率对回波进行采样，然后再在后端对两条回波图像进行拼接。因为发射脉冲的重复频率相对于雷达天线的转速(24转/分～48转/分)来说足够高，所以进行图像拼接基本上不会造成回波的损失和失真。这样在实现了用较大功率探测远量程目标的目的，又可以通过较短的发射脉冲长度实现了近距离目标的高精度探测。采用这个方法后也可以在同一雷达天线下实现远量程和近量程同步显示，比如在显示6海里量程回波的同时显示0.75海里的回波，传统雷达的做法只能采用对6海里量程图像放大的方法来显示0.75海里的回波图像，在这个情况下，近量程显示的分辨率会很低。而采用磁控管多脉冲图像合成技术，这可以从根本上解决这个问题。即6海里的图像是采用图像合成后的显示，而0.75海里回波采用的是0.08μs发射脉冲产生的回波，两者不会互相干扰。

本实施例中，所述综合控制模块采用如图2a、2b所示的lpc4333数字信号控制器及图3所示的xc6slx9_1现场可编程门阵列，如图4所示，所述触发脉冲控制模块采用xc6slx_9现场可编程门阵列的逻辑分区d，如图5所示，所述trig电路包括依次电连接的与非门、rc并联模块、三极管以及三极管对管，如图6所示，所述数据采样单元采用adc08200cimt模数转换芯片，如图7所示，所述电磁波回波信号处理单元采用xc6slx_9现场可编程门阵列逻辑分区b，所述视频处理单元包括如图8a和如图8b所示的xc6slx_9现场可编程门阵列的不同内部逻辑分区a和c，如图9所示，还包括网络单元，所述网络单元采用dp83848cvv以太网控制器以及h1102nl网络变压器，用于远程收发数据。

本发明采用的雷达磁控管多脉冲图像合成方法，通过综合控制模块发出启动发射命令和脉宽信息给触发脉冲控制模块，触发脉冲控制模块根据收到的命令和参数发出相应不同宽度的触发脉冲，触发脉冲经trig电路进行信号放大和整形传送到发射机，以通过发射机产生射频信号并利用天线发射电磁波到外部空间。到此为之完成一次发射。在进行多脉冲组合的工况下，会在完成一次发射后一定的时间内再发射用于组合的另一个(或多个)触发脉冲。这个过程不断循环。

发射机发出电磁波的同时，接收机一直在工作，将信号经过混频和中放处理后传送至数据采样单元，数据采样单元将采样完成后的数字信息传送回电磁波回波信号处理单元，电磁波回波信号处理单元以与发射触发脉冲同步的方式对回波信息进行一系列的处理，包括从极坐标到直角坐标的转换，有效信号的截取和进行快时间累积及存储，完成后等待下一次发射的回波，经过同样的处理后将两次的回波数据在芯片内部传送到视频处理单元，视频处理单元对回波信号进行拼接组合，拼接组合后的回波数据与前一条回波进行慢时间累积、同频干扰抑制的图像处理算法处理；完成后发送到综合控制模块进行打包后发送到显示单元用于图像显示。通过不断的重复上述过程，就可以完成在同一雷达显示画面上显示组合了两种(或多种)不同脉冲宽度的雷达图像。对于需要同时双画面或双显示器显示不同量程真实回波的情况，比如0.75海里量程和6海里量程需要同时显示时，就可以在0.75海里只显示“窄脉冲”时的回波信号，而在6海里时显示“宽脉冲”时的回波信号或显示两种脉冲组合的信号。这样就可以保证两个相差较大量程的回波精度，不会顾此失彼。

本实施例方案中，对于外围发射机电路的功率放大电路、电源电路等则不需要进行改动，因此成本上得到了很好的控制。而对于触发脉冲产生器和信号采样模块，因为时间同步要求很高，所以采用的是xilinx公司生产的超大规模可编程逻辑芯片进行设计。因为磁控管对于发射占空比还有限制，要求是在0.001以下，为了保证磁控管的工作寿命，本实施例对组合脉冲的重复频率和脉冲长度进行了精确的计算，在保证足够的平均功率和探测精度的前提下，将发射占空比控制在0.0008以下，很好的保护了磁控管，同时也降低了整机功耗。

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。