一种便携式场面监视雷达系统的制作方法

本发明特别涉及一种便携式场面监视雷达系统。

背景技术：

场面监视雷达通过发射高频电磁波脉冲，利用场面监视雷达不同地理位置的物体的回波在距离维和角度维上频率和相位的不同来分辨监测场面内监测目标的位置变化。场面监视雷达早期一般应用于海上舰船，各种港口河道，主要目的是监视舰船等水面上的目标，用于港口的舰船调度，保证港口在各种复杂天气条件下舰船的安全水上航行。随着雷达技术的不断发展，场面监视雷达逐步扩大技术领域，如水库大坝的安全防护、海岸监视、重点军事设施区域监视、局部战区监视以及机场场面监视等。目前国际上生产场面监视雷达的主要厂家有法国的thales公司、丹麦的terma公司、西班牙的indra公司，技术较国内先进。国外已研制的同类产品包括an/pps系列雷达、srhawk新型侦查雷达、arss先进雷达监视系统、ranger系列雷达、spotterrf超轻便探测雷达。

通过文章检索中国航空无线电电子研究所的庞瑞帆对地面战场传感侦察系统及其发展概述介绍了国外战场监视雷达的研制情况，通过专利检索，专利申请号201110458286.4提出一种用于场面监视雷达的脉冲波形，采用窄脉冲与宽脉冲信号结合的方式，与本发明中采用的大带宽线性调频连续波信号形式不同。专利号sq201120209468提出的一种基于共形阵列天线的机场场面监视雷达系统，采用相控阵电子扫描体制，使用共性天线、移相器以及功率放大器、波束控制器等，功耗大，成本高。本发明采用单发射与阵列接收天线，采用宽带线性调频连续波解决发射功率与带宽的矛盾，采用多通道阵列测角解决单天线波束宽度窄，覆盖范围小，需要额外增加电子扫描或机电伺服扫描的矛盾。专利号cn96193823.4提出的一种飞机场地面探测雷达，采用线性调频脉冲信号，单脉冲接收天线，使用发射与接收分时工作的体制。本发明采用线性调频连续波发射信号，采用阵列接收天线，使用发射与接收同时工作的体制。现有的论文主要集中在产品的设计及杂波算法的处理等方面，未见具体应用的雷达系统。西安电子工程研究所郑卫东撰写的论文阵列雷达接收通道校正技术分析主要介绍了阵列雷达接收通道校准的技术，本发明采用内部自校准的补偿的方式，与论文中采用的技术有区别。西安电子科技大学的李强提出了一种新的自适应背景及建立及更新算法仅应用于光学图像的处理，本发现使用的自适应背景及建立更新算法主要用于距离-角度图像的处理，与光学图像有本质区别。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种便携式场面监视雷达系统，主要用于对场景内较近距离内的运动目标进行实时的，全天时监控，并发出警报，测量其所在位置与角度等信息，提供重要设施如机场异物监控、山体滑坡落石安全监控、安防区域监控等应用提供服务。

为了实现以上目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种便携式场面监视雷达系统，其特点是，包括：雷达主机和与之通信相连的监视客户端；

所述的雷达主机包括收发天线模块、微波收发模块、信号处理模块和通信模块；

所述的微波收发模块产生一雷达发射信号经由所述的收发天线模块辐射，随后收发天线模块将接收的雷达回波信号传输至微波收发模块；

所述的信号处理模块用于根据所述微波收发模块输出的基带信号输出监控雷达测量信息；

所述的通讯模块将监控雷达测量信息传输至监视客户端；

所述的监视客户端显示监控雷达测量信息。

所述的收发天线模块包括：

发射天线和若干个阵列接收天线。

所述的微波收发模块包括：

微波发射单元，其向发射天线发送雷达发射信号；

若干路接收通道，其接收阵列接收天线输出的雷达回波信号并与微波发射单元设有的本振源本振信号混频，且输出基带信号。

每个所述的接收通道包括：混频滤波单元、衰减控制单元和耦合校准单元。

所述的信号处理模块包括：

差分放大器，其输入端连接于微波收发模块输出端；

模/数转换器，其输入端连接于差分放大器输出端；

信号预处理单元，其输入端连接于模/数转换器输出端，用于接收模/数转换器输出的adc转换信号并进行预处理；

dds，dsp，其与信号预处理单元相连，所述的dds用于产生中频基准信号输入至微波收发模块，所述的dsp用于对信号预处理单元预处理后的adc转换信号进行处理。

所述的监视客户端还用于接收雷达控制指令。

该雷达主机还包括一电源模块，用于给所述的便携式场面监视雷达系统供电。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

(1)产品小型化

与传统雷达相比，系统采用收发阵列微带天线，集成一体化的微波与发射单元，多通道集成vga的芯片的软件无线电的信号处理单元，小型化的ac电源转换及可扩展通信模块单元。全部单元集成在一个328mm*271mm*51.5mm的结构件中，重量不超过10kg。

(2)低成本造价

与传统雷达相比，监视雷达系统采用的微带阵列天线比起传统的有源相控阵雷达，成本大大降低。考虑产品在测距高精度的要求以及系统功耗、大功率发射功放造价昂贵等，采用低峰值功率大脉宽的线性调频信号作为雷达信号的工作体制，降低微波与接收发射单元采用一体化设计的使用的成本。信号处理单元采用集成多通道芯片对阵列信号进行处理，避免使用多通道模拟数字转化器的使用成本。

(3)友好的操作界面

雷达系统采用c#设计的友好操作界面，便于客户在一定距离范围内能够通过移动终端接收到监视雷达的信息并下发控制指令。客户端软件考虑到通信方式的变更，采用面向接口编程，使得通信硬件本体虚拟化，方便客户根据不同情况的需求，更改通信硬件模块。

(4)高检测概率与低虚警概率

雷达系统采用自适应样本背景训练，积累一定环境内固定目标的背景模板，在检测时，消除要对固定目标的杂波干扰，获取背景中目标检测出来。通过二维恒虚警检测，保证系统的高截获概率与低虚警概率，通过卡尔曼滤波算法建立多个目标的跟踪轨迹。

附图说明

图1为本发明雷达主机的结构示意图；

图2为本发明信号处理模块的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

如图1所示，一种便携式场面监视雷达系统，包括：雷达主机200和与之通信相连的监视客户端100，更具体的，可以将所述的雷达主机200设置在三角架上，监视客户端100用于接收雷达控制指令监测一定环境区域内移动目标的探测。

所述的雷达主机200包括收发天线模块201、微波收发模块202、信号处理模块203和通信模块204；所述的微波收发模块202产生一雷达发射信号经由所述的收发天线模块201辐射，随后收发天线模块201将接收的雷达回波信号传输至微波收发模块202；所述的信号处理模块203用于根据所述微波收发模块202输出的基带信号输出监控雷达测量信息；所述的通讯模块204将监控雷达测量信息传输至监视客户端100；所述的监视客户端100显示监控雷达测量信息。

所述的收发天线模块包括：发射天线和若干个阵列接收天线。

收发天线模块201主要用于辐射微波信号与接收回波信号，收发天线模块201由17个子微带天线组成，其中包括1个发射天线与16个阵列接收天线，采用x波段天线，带宽200mhz。接收天线间隔为0.01m，所有天线制作在一个基板上，天线增益7db，子天线方位波束宽度为15°，俯仰波束宽度90°，收发隔离度不小于15db，天线后端使用波导连接。收发天线模块201具有自校准通道，用于校准微波及天线16个接收通道的相位一致性。雷达发射信号由信号处理模块203产生的基准线性调频连续波信号经过微波收发模块202中的微波源调制后，经过1w功率放大器辐射到外部空间环境，16路子阵列天线用于接收雷达回波信号，通过电缆至微波收发模块202。

所述的微波收发模块202包括：微波发射单元，其向发射天线发送雷达发射信号；若干路接收通道，其接收阵列接收天线输出的雷达回波信号并与微波发射单元设有的本振源本振信号混频，且输出基带信号。

每个所述的接收通道包括：混频滤波单元、衰减控制单元和耦合校准单元。

主要用于产生发射信号及接收雷达回波信号的数字下变频dechirp去斜处理，微波收发组件202的接收包括16个接收通道，其中4个接收通道一组，每个通道接收的雷达回波信号经过低噪声放大、与微波本振混频后，经过宽带滤波、中放i、数控衰减、中放ii，输出基带信号进入信号处理模块203，其中数控衰减范围为0～60db，精度为10db，接收通道能接收的最大功率不小于25dbmw，通道幅度不一致性小于1db要求。发射信号由信号处理模块203上变频滤波处理后，通过功率放大器件输出至收发天线模块201；在天线内部校准模式下，微波收发组件耦合发射信号通过放大，输出至收发天线模块201，实现接收通道自校准。

如图2所示，所述的信号处理模块包括：差分放大器，其输入端连接于微波收发模块输出端；模/数转换器adc，其输入端连接于差分放大器输出端；信号预处理单元，其输入端连接于模/数转换器输出端，用于接收模/数转换器输出的adc转换信号并进行预处理；dds，dsp，其与信号预处理单元相连，所述的dds用于产生中频基准信号输入至微波收发模块，所述的dsp用于对信号预处理单元预处理后的adc转换信号进行处理。

信号处理模块203是监控雷达的核心处理单元，硬件上使用两片多通道vga芯片ad9257，其中每片最高采样速率为65mhz，采样位宽为14位，用于完成信号的模拟数字采样功能；接收的16路adc转换信号经过可编程逻辑器件fpga芯片ep3c80f484i完成数字信号梳状滤波、fifo乒乓处理，时序控制功能；由直接数字综合dds芯片ad9910产生中频基准信号，输入到微波收发模块202中；由1片高性能浮点信号处理dsp芯片tigersharc201进行阵列信号算法处理，包括背景对消、fft、角度测量、距离测量，动目标检测功能。dsp嵌入式软件采用异步体制架构，具有适应不同环境下目标监测的能力。产品嵌入式框架是基于rhapsody的uml设计思路，形成完备的状态转换，能够根据客户需求，快速完成嵌入式软件的定制，输出的监控雷达测量信息传输至通信模块205。

通信模块205主要用于传输监控测量雷达，主要使用rs422串口通信传输，传输速率为115200bps，通过串口usb转换器up1130与监视客户端的usb进行互连。后期可以扩展通过采用无线收发装置，便于客户在一定距离范围内能够通过监视客户端接收到监视雷达的信息，或者扩展使用千兆以太网模式实现多部监视雷达的监控。监视客户端可以为笔记本电脑或ipad。

所述的监视客户端100还用于接收雷达控制指令监测一定环境区域内移动目标的探测，监视客户端采用.net架构，利用c#语言开发。其完全利用面向对象的开发手段，使得客户端软件能够方便地根据客户需求，快速开发并重构出新的功能。客户端软件考虑到通信方式的变更，采用面向接口编程，使得通信硬件本体虚拟化，方便客户根据不同情况的需求，更改通信模块。

在具体实施例中，该雷达主机还包括一电源模块204，用于给所述的便携式场面监视雷达系统供电，该电源模块用于提供220v交流电，进一步可采用便携式多次利用的蓄电池。

设计该雷达系统需要满足的技术指标如表1：

表1雷达系统达到的技术指标

综上所述，本发明一种便携式场面监视雷达系统，主要用于对场景内较近距离内的运动目标进行实时的，全天时监控，并发出警报，测量其所在位置与角度等信息，提供重要设施如机场异物监控、山体滑坡落石安全监控、安防区域监控等应用提供服务。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。