[發明專利]基于里德堡原子的脈沖雷達系統及距離測量方法

有效

• 申請號: 202110317771.3
• 申請日: 2021-03-25
• 公開（公告）號: CN113156415B
• 公開（公告）日: 2023-04-11
• 發明（設計）人: 武博;林沂;王延正;吳逢川;安強;付云起
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G01S13/10
• 分類號: G01S13/10;G01S7/285
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 邱軼

本申請涉及一種基于里德堡原子的脈沖雷達系統、距離測量方法、計算機設備和存儲介質。所述方法包括：使用雷達發射機根據預設的信號發射時間發送雷達信號，由里德堡原子接收機接收雷達信號經目標反射產生的回波信號，通過數據采集模塊將里德堡原子接收機收到回波信號后的輸出信號轉換為數字信號，信號處理模塊根據數字信號繪制回波信號的EIT?AT譜圖像，根據EIT?AT譜圖像獲取回波信號到達里德堡原子接收機的回波信號到達時間，并根據信號發射時間和回波信號到達時間得到目標的距離測量值。本發明的脈沖雷達系統、距離測量方法在相同發射功率下能夠探測更遠距離的目標，具有較好的電磁兼容能力和抗干擾能力。

技術領域

本申請涉及雷達探測領域，特別是涉及一種基于里德堡原子的脈沖雷達系統及距離測量方法。

背景技術

里德堡原子是堿金屬原子的最外層電子被激發到主量子數n很大的高激發態原子，其軌道半徑和極化率較大，能夠敏感地響應外部電磁場，利用電磁誘導透明(EIT)、AT分裂效應，可以實現對微波場的自校準精密測量。基于里德堡原子的無線電接收機(下文稱為里德堡原子接收機)具有寬頻帶、高靈敏度、高動態范圍的優點。

現有的脈沖雷達系統通常采用傳統的超外差接收機，目標回波脈沖信號經過多次下變頻獲得基帶信號，通過對基帶信號進行處理實現距離測量。該接收機需要多個本振信號源及濾波器，導致接收鏈路硬件復雜，特別地，對于毫米波、太赫茲等頻段，本振信號源的需求使得雷達系統的成本、體積急劇增加。現有技術在多個應用場景存在適應性不佳、距離測量效果差的問題。

發明內容

基于此，有必要針對上述技術問題，提供一種能夠提高脈沖雷達性能的基于里德堡原子的脈沖雷達系統及距離測量方法。

一種基于里德堡原子的脈沖雷達系統，系統包括雷達發射機、里德堡原子接收機、數據采集模塊和信號處理模塊；

雷達發射機用于根據預設的信號發射時間發送雷達信號；

里德堡原子接收機用于接收雷達信號經目標反射產生的回波信號；

數據采集模塊用于將里德堡原子接收機收到回波信號后的輸出信號轉換為數字信號；

信號處理模塊用于根據數字信號繪制回波信號的EIT-AT譜圖像，根據EIT-AT譜圖像獲取回波信號到達里德堡原子接收機時，EIT-AT譜圖像上出現光帶的起始時間，根據起始時間確定回波信號到達時間，根據信號發射時間和回波信號到達時間得到目標的距離測量值。

其中一個實施例中，系統還包括時鐘同步裝置，用于設置雷達發射機和里德堡原子接收機的工作時序。

其中一個實施例中，里德堡原子接收機還包括探測激光器、耦合激光器、探測光二向色鏡、耦合光二向色鏡和原子氣室；探測激光器發射的探測光經探測光二向色鏡穿過原子氣室；耦合激光器發射的耦合光經耦合光二向色鏡穿過原子氣室；原子氣室產生的透射光由光電探測器轉換為電信號，電信號為里德堡原子接收機的輸出信號。

其中一個實施例中，原子氣室是由堿金屬原子蒸氣填充的密閉玻璃器皿。

其中一個實施例中，堿金屬原子為銫原子或銣原子。

一種基于里德堡原子的脈沖雷達距離測量方法，方法包括：

由雷達發射機根據預設的信號發射時間發送雷達信號；

由里德堡原子接收機接收雷達信號經目標反射產生的回波信號；

由數據采集模塊將里德堡原子接收機收到回波信號后的輸出信號轉換為數字信號；

由信號處理模塊根據數字信號繪制回波信號的EIT-AT譜圖像，根據EIT-AT譜圖像獲取回波信號到達里德堡原子接收機時，EIT-AT譜圖像上出現光帶的起始時間，根據起始時間確定回波信號到達時間，根據信號發射時間和回波信號到達時間得到目標的距離測量值。