[發明專利]一種基于光學模擬相關接收機的寬帶混沌雷達裝置

有效

• 申請號: 201810307557.8
• 申請日: 2018-04-08
• 公開（公告）號: CN108549074B
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發明（設計）人: 張建國;徐航;孫浩彥;劉麗;李靜霞
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G01S13/58
• 分類號: G01S13/58;G01S13/06
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源;曹一杰

本發明公開了一種一種基于光學模擬相關接收機的寬帶混沌雷達裝置。裝置由信號發射機、信號接收機及寬帶天線三部分組成。寬帶混沌信號源產生混沌信號經峰均功率比值調整器保持輸出信號峰均功率比為2，隨后信號經功分器分為兩路，一路變頻放大后由天線發射信號，另一路作為參考信號，參考信號通過延遲線延遲后，在聲光相關器處與接收天線接收并變頻后的回波信號作相關運算。聲光調制器實現聲光相互作用，最后經光闌濾波及透鏡成像，在CCD處實現時間積分。最終數據處理及顯示模塊顯示結果。本發明最大特點是使用光學方法計算兩路模擬信號的互相關結果，以此代替傳統數字計算方式，具有計算速度快，結構簡單等優點。

技術領域

本發明涉及寬帶雷達設計領域，具體涉及一種基于光學模擬相關接收機的寬帶混沌雷達裝置，可應用于遙感、偵查、地球物理勘探等領域。

背景技術

超寬帶(Ultra-wide Band，UWB)雷達屬于一種新體制雷達，因其信號帶寬很寬(分數帶寬大于0.25)，因此具備反隱身能力強、探測盲區小、距離分辨率高、抗干擾性和抗多徑能力強等特點，被廣泛應用于軍用和民用兩個領域中。按照雷達發射波形的不同，常見的超寬帶雷達可分為沖擊脈沖雷達、線性調頻連續波雷達、步進調頻連續波雷達和隨機噪聲雷達等多個體制。

寬帶混沌雷達是近年來出現的一種新型超寬帶雷達。與其他超寬帶雷達相比，寬帶混沌雷達的典型特點是可以產生極高帶寬的發射信號；因此，該體制雷達具有更理想的距離分辨率(可達毫米量級)。此外，由于發射信號具有類白噪聲特性，寬帶混沌雷達還具備較強的抗電磁干擾能力和反偵查性能。目前，有關寬帶混沌雷達的研究已經成為國內外雷達研究領域的一個新熱點。

寬帶混沌雷達通常由三部分構成：超寬帶天線、信號發射機和信號接收機。雷達工作時，由信號發射機產生寬頻譜的混沌電磁波信號，經超寬帶天線輻射到自由空間中，以光速傳播的電磁波在遇到位于天線波束內的物體(目標體)時形成反射，微弱的回波信號經超寬帶天線接收，再由信號接收機進行互相關計算，提取出電磁波在天線和目標體之間的雙程走時τ，進而利用距離公式計算出目標體的位置。

寬帶混沌雷達的信號接收機作為回波信號的處理裝置，其核心功能是實現發射和回波兩路信號的互相關處理，或者稱之為匹配濾波處理；因此寬帶混沌雷達的信號接收機也被稱為相關接收機，或是匹配濾波相關接收機。目前，在寬帶混沌雷達系統中，普遍使用的是數字相關接收機，其工作原理是：首先使用模數轉換器ADC將雷達模擬信號轉換為數字信號，然后利用數字信號處理器(包括DSP或CPU等)對雷達信號完成互相關計算。目前，寬帶混沌雷達使用的數字相關接收機的最大缺點是信號處理速度慢，計算目標體的距離時花費時間長，尤其在測量運動物體時，無法反映出其實時的運動狀態和位置。

此外，寬帶混沌雷達信號目前使用的信號發射機一般都是將信號源產生的混沌信號直接發射或利用正弦載波進行簡單調制后發射；這種情況下，普遍存在雷達信號峰均功率比(Peak to Average Ratio，PAPR)較高的問題，由于雷達中功率放大器的動態范圍都是有限的，因此，較高的PAPR不僅會導致混沌雷達無法充分利用發射機的效率，而且使雷達信號極易進入功率放大器的非線性區域，導致雷達信號產生非線性失真，造成明顯的頻譜擴展干擾以及帶內信號畸變，導致整個雷達系統性能嚴重下降。高峰均功率比已成為寬帶混沌雷達的一個主要技術障礙。

發明內容

針對寬帶混沌雷達在信號發射機和接收機中存在的上述缺點，本發明提供了一種基于光學模擬相關接收機的寬帶混沌雷達系統。首先，本發明的寬帶混沌雷達信號發射機可以產生峰均功率比為理想值(PAPR＝2)的雷達信號，提高了雷達發射機的效率，避免了雷達信號的非線性失真問題；其次，本發明的寬帶混沌雷達信號接收機利用光學衍射原理，實現寬帶混沌雷達信號的高速互相關計算，將雷達數據處理時間縮短至亞微秒量級(最高為0.24μs)，可以實時、精確測量高速運動物體的位置和速度。