基于外差相关法的超宽带直接混沌测速测距雷达装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及雷达探测装置技术领域，特别是涉及一种基于外差相关法的超宽带直 接混沌测速测距雷达装置，可应用于遥感、侦查等领域。
【背景技术】
[0002] 随着信息技术的快速发展，雷达已成为现代通信、军事保障等不可或缺的工具。在 多重复杂干扰环境下，各种应用对雷达也提出了更高的要求，即：精度高、抗干扰能力强、多 目标跟踪、多径干扰小、自适应性能良好等，所以随之衍生了超宽带雷达。超宽带雷达是指 工作带宽大于或等于其中心频率25%的雷达。与窄带雷达相比，超宽带雷达的优势在于，传 输速率高；安全性和保密性好，有很强的隐蔽性，很难被截获；定位精度高，系统距离分辨 率高；多径分辨能力强；功耗低等。所以越来越多的研宄人员将目光聚焦于超宽带雷达的 研宄和设计。
[0003] 在超宽带雷达的研宄和设计中，波形的设计与选择直接影响获取的目标信息量， 特别是在的空间上扩展的目标。设计适当的波形需要考虑诸多因素，如：距离分辨率、多普 勒分辨率、探测环境、系统成本以及应用频率的限制等等。
[0004] 混沌信号是类噪声信号，对初值敏感、可控、频谱宽，具有超宽带特性和良好的相 关特性，在雷达应用中可以实现高距离和多普勒分辨率、强抗干扰、强抗多径衰落、强电子 反干扰和良好的目标识别等。所以超宽带混沌雷达成为了新体制雷达的研宄热点。
[0005] 超宽带混沌信号可以由电域或光域系统产生。目前电域混沌信号可以通过模拟电 路产生，如：改进型的Colpitts混沌振荡电路。光域混沌信号可以通过光反馈、光电反馈 或光注入的方式产生混沌光，然后通过光电转换器将光信号转化为电信号进行目标探测。 两种方式各有优势，光域系统产生的混沌信号中心频率及带宽灵活可控，带宽可高达数十 GHz;电域系统产生的混沌信号幅度大，与混频器结合可达到中心频率灵活可控，且产生成 本低。
[0006] 2004年，加州大学洛杉矶分校的刘佳明等人利用半导体激光器产生的 混沌激光，经光电转换后作为雷达发射信号，用于空间目标测距（IEEEJournal ofQuantumElectronics, 40 (6) ,815-820,2004 和IEEEJournalofQuantum Electronics, 40(6)，682-689, 2004) ;2007 年到 2010 年，浙江大学的史治国等人 研宄了Colpitts电路产生的混纯信号作为雷达信号的抗干扰能力（ProgressIn ElectromagneticsResearch, 77, 1-14, 2007)，并将其运用于目标测距的仿真和 实验（ProgressInElectromagneticsResearch, 90，15-30, 2009 和Journalof ElectromagneticsWavesandApplication, 24, 1229_1239, 2〇10) ;2〇〇8 年以来， 太原理工大学的王云才课题组对混沌激光雷达抗干扰性能进行了分析（红外与激 光工程，36 (zl)，214-218, 2007和中国激光，38 (5)，0514002, 2011)并将其应用于 多目标测距（ChineseOpticsLetters, 11,868-870,2008)和汽车防撞（中国激 光，36(9)，2426-2430, 2009)等领域。这些混沌雷达均是将混沌信号直接作为雷达信号，称 为直接混沌雷达。此外，加拿大麦克马斯特大学，国内南京理工大学、南京航空航天大学、电 子科技大学、西安电子科技大学、桂林电子科技大学、北京航空航天大学等科研院校的研宄 者将混沌信号作为调制信号，对连续波或脉冲信号进行调制后作为雷达发射波形，称为混 沌调制雷达。
[0007] 已有研宄表明超宽带直接混沌雷达可用于空间或障碍物后的目标测距，由于这些 雷达系统采用传统的直接相关法进行探测，故只能提取目标的距离信息，而丢失了目标的 相位信息，无法实现目标测速。而利用直接混沌雷达进行目标测速只是通过仿真进行了验 证（RadarConference2013,IETInternational, 1-5, 2013)，且米用软件方法，即将发射 信号与回波信号的傅里叶变换进行匹配滤波后采用MUSIC谱估计算法获得目标的多普勒 频移从而计算目标的速度。利用硬件实现直接混沌雷达目标测距尚未有文献报道。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于提供一种基于外差相关法的超宽带直接混沌测速测距雷达装 置，采用外差相关法，利用超宽带混沌信号发生器产生混沌信号，同时提取目标的距离信息 和相位信息，从而实现目标的距离和速度探测。
[0009] 本发明是采用如下技术方案实现的：
[0010] 一种基于外差相关法的超宽带直接混沌测速测距雷达装置，包括发射端、接收端、 数据采集和处理单元。
[0011] 所述发射端由超宽带混沌信号发生器产生混沌信号，经第一宽带功分器分为三路 同相分量：第一路作为探测信号，经第一功率放大器放大后，由宽带加脊喇叭天线发射；第 二路与信号发生器I通过第二宽带功分器产生的一路本振信号通过第一混频器混频后，作 为参考信号I，并将与回波信号进行外差处理；第三路作为参考信号II，直接输入到数据采 集和处理单元进行采集，并将与回波信号进行相关处理，用于提取目标的距离信息。
[0012] 所述接收端，目标散射的信号与杂波信号作为回波信号由宽带加脊喇叭天线接 收，回波信号经低噪放大器后，通过第三宽带功分器分为两路同相分量：第一路与参考信号 I通过第二混频器进行外差处理，再经带通滤波器、第二功率放大器后输入到I/Q混频器， 信号发生器I通过第二宽带功分器产生的另一路本振信号输入到I/Q混频器，然后I/Q混 频器输出两路信号至数据采集和处理单元进行采集和处理，提取目标的相位信息，从而获 得目标的速度信息；第二路直接输入数据采集和处理单元进行采集，与参考信号II进行相 关处理，提取目标的距离信息。
[0013] 外差相关法的工作原理是通过改变超宽带混沌信号发生器产生的混沌信号的频 率，使其与回波信号产生一个频率差，变频后参考信号I与回波信号相关后，产生的信号中 包含了相位调制相和被测量项（目标的相位信息等），通过对该信号进行解调即可获得被 测目标信息。在信号被解调到基带时，信号被放大，减少了闪变效应噪声产生的影响。
[0014] 所述超宽带混沌信号发生器可以是电域系统或光域系统。
[0015] 所述电域系统由改进型的Colpitts混沌振荡电路、混频器和信号发生器构成。
[0016] 所述光域系统采用外光单向注入半导体激光器。
[0017] 该基于外差相关法的超宽带直接混沌测速测距雷达装置，不仅可以实现高分辨率 的目标测距，同时可以提取目标的相位信息，计算目标的速度，其优点与有益效果集中体现 如下：
[0018] 1、基于改进型Coliptts混沌振荡电路（电域系统）和基于光反馈、光电反馈或光 注入的方式（光域系统）产生的混沌信号具有宽带宽、无模糊、功耗低等优点，能够实现距 离分辨率和多普勒分辨率高、抗干扰能力强和抗多径衰落能力强的目标探测；此外，电域系 统产生混沌的方式简单、系统稳定、成本低，光域系统产生的混沌信号具有平坦的功率谱和 高达数十GHz的带宽。
[0019] 2、结合超宽带微波信号收发技术、外差相关法和正交解调法，装置同时实现对目 标的距离和速度检测，且不受随机相位的影响。
[0020] 本发明设计合理，采用外差相关法，利用超宽带混沌信号发生器产生混沌信号，同 时提取目标的距离信息和相位信息，从而实现目标的距离和速度探测，可应用于遥感、侦查 等领域。
【附图说