[實用新型]一種多頻緊湊陣全數字雷達裝置

有效

• 申請號: 201320260206.9
• 申請日: 2013-05-14
• 公開（公告）號: CN203224623U
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發明（設計）人: 文必洋;田應偉;譚劍;李柯;楊星;吳世才
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01S7/282
• 分類號: G01S7/282;G01S7/32
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 薛玲;肖明洲

技術領域

本實用新型屬于雷達技術領域，特別涉及一種可同時工作在多個頻率的緊湊型陣列式全數字雷達裝置。

背景技術

武漢大學研制的全數字高頻地波雷達系統主要用于探測海洋表面風、浪、流場和低速移動目標，專利《一種全數字高頻雷達裝置》（ZL：201220632452.8）。該系統采用線性調頻中斷連續波（FMICW）體制，射頻直接采樣，在數字域實現混頻、脈沖壓縮，解出目標的距離和速度信息；然后通過后續的陣列信號處理算法得到海洋表面狀態信息。

該系統具有非常簡潔的接收機結構，體積小，成本低，控制靈活，并且能實現海洋表面動力學參數的超視距探測；但是它只能工作在一個頻率下，因此探測多尺度海洋表面風、浪參數的能力受到了限制，探測精度也相應下降；此外，該系統所采用的緊湊型接收天線具有非常寬的波束，也會嚴重影響探測的精度。

發明內容

本實用新型的目的就在于克服以上技術的不足，研制一套能同時工作在多個頻率，并且波束寬度更窄，探測精度更高的多頻緊湊陣全數字雷達裝置。

為解決上述技術問題，本實用新型采用如下技術方案：

一種多頻緊湊陣全數字雷達裝置，包括依次連接的單極子多頻發射天線、發射機、直接數字頻率合成芯片DDS、鎖相環PLL時鐘合成器、溫補晶振和依次連接的單極子/交叉環陣列接收天線、接收開關、接收濾波器、接收放大器、模/數轉換器、現場可編程門陣列芯片FPGA、USB控制器、主機；現場可編程門陣列芯片FPGA分別控制單極子多頻發射天線、發射機、直接數字頻率合成芯片DDS、單極子/交叉環陣列接收天線、接收開關；鎖相環PLL時鐘合成器分別與模/數轉換器、現場可編程門陣列芯片FPGA連接。

本實用新型中，采用單極子多頻發射天線同時發射一個或多個頻率信號，采用緊湊型單極子/交叉環陣列接收天線同時接收一個或多個頻率信號；接收濾波器具有很大的帶寬，可以覆蓋多個工作頻率，不需要通過切換濾波器來實現多頻工作。

本實用新型的工作原理是，雷達的每個工作周期包含多個頻率對應的子周期。在每個子周期：FPGA向DDS寫入對應頻率的波形參數，并復位初始掃頻相位；DDS產生的信號經過發射機后由單極子多頻發射天線發射出去；來自單極子/交叉環陣列接收天線的回波在接收開關閉合的條件下，經過接收濾波器、接收放大器后直接被采樣，在FPGA中完成下變頻和脈沖壓縮，得到的距離信息通過USB控制器上傳至主機，做進一步的多普勒相干處理提取海洋表面動力學參數。

本實用新型中的發射天線能同時工作在多個頻率，接收天線能分時工作在多個頻率；對工作頻率、收發開關的時序控制都由FPGA完成。在FPGA內部除了完成同步時序控制外，還要完成數字下變頻和脈沖壓縮處理，這些工作在不同工作頻率下的差異僅體現在部分參數不一致上，因此所有模塊都可以分時復用，從而最大程度節省了硬件資源。

本實用新型具有以下優點和積極效果：

1、結構簡單。相比傳統的多頻雷達而言，本實用新型涉及的系統沒有采用針對多個頻率的分組濾波器，而且采用小型化收發天線，具有結構簡單的特點。

2、探測精度高。多個頻率工作提高了探測多尺度海洋表面風、浪參數的能力和精度，也提高了海面低速目標探測的能力；緊湊陣的引入，使接收天線的波束變得更窄，從而使能量更集中，也會帶來探測精度的提高。

3、功能靈活。該系統不僅能工作在單一頻率下，也能工作在多個頻率下；另外，靈活的接收機結構，使得系統能勝任不同的波形參數體制。

附圖說明

圖1是本實用新型結構框圖；

圖2是本實用新型中單極子多頻發射天線的原理圖；

圖3是本實用新型中單極子/交叉環陣列接收天線的原理圖；

圖4是本實用新型同步控制框圖；

圖5是本實用新型發射波形示意圖。

其中，1—單極子多頻發射天線；2—發射機；3—直接數字頻率合成芯片；4—鎖相環時鐘合成器；5—溫補晶振；6—單極子/交叉環陣列接收天線；7—接收開關；8—接收濾波器；9—接收放大器；10—模/數轉換器；11—現場可編程門陣列芯片；12—USB控制器；13—主機；?

T—單個頻率的掃頻時間；T_s—單個頻率的子周期；N—工作頻率個數；

f₁，f₂，…，f_N—不同工作頻率對應的掃頻起始頻率；