專利名稱：基于矢量網絡分析儀的l波段岸基海雜波觀測系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及雷達雜波測試技術領域，尤其涉及一種基于矢量網絡分析儀的L波段岸基海雜波觀測系統。
背景技術：
海面背景雜波是影響和限制雷達特別是低仰角探測雷達、機載和星載下視雷達目標探測性能發揮的主要因素。在陸海交界區域由于海面的異常變化引起的海雜波會造成雷達虛警大大增加。對海雜波的認識需要收集足夠多的各種參數條件下的測量結果進行深入分析。為了發展高性能雷達，提高目標檢測能力，從上個世紀五六十年代開始，各國利用車載散射計、機載雷達和岸基雷達系統開展了多種形式、多波段以及特殊環境下的海雜波測量，并開展海雜波的統計特性等研究。九十年代后，隨著機載雷達的迅速發展和軍事需求的變化，很多雜波測量工作更加具有針對性，雜波測量手段也趨于多樣化，且向多頻段、小擦地角、高距離分辨率擴展。國內海雜波理論研究鑒于缺乏有效實驗數據的支撐，多是仿真計算，海雜波建模精度不高，研究成果的工程實用性較差。實驗測量包括岸基測量和機載雷達測量，機載測量受到測量時間地點的限制，測量數據樣本少，測量結果差異也很大，系統性不夠。鑒于缺少觀測手段，基于實測數據的研究工作較少，以岸基平臺為基礎的海雜波長期觀測平臺以及基于實測數據的海雜波均值模型的適用性研究，都還處于起步階段。特別是近年來由于隱身目標和低空超低空突防的出現，小擦地角和高分辨率海雜波的研究成為一個重要方向，而由于缺乏有效的觀測手段，小擦地角、高分辨率海雜波數據相對缺乏。根據發射信號形式的不同，雜波測量雷達有不同體制，連續波是基本配置，但是由于沒有進行調制，所以無法確定距離。脈沖雷達通過測量發射脈沖和接收脈沖間的時間延遲確定距離信息，但是發射功率較大。頻率步進雷達利用信號源發射跳變頻率來替代掃頻模式，可以增大距離分辨率，缺點是增加信號源的復雜性和整個帶寬內部件的穩定性要求。此外，建立岸基海雜波長期觀測站可在臨海的山頂或高臺上搭建，但涉及到土建、 水電等工程實施問題，建站周期較長且成本較高，實施相對困難。另外可以在距海近處的高層建筑上架設，通過實地考察，選取條件適當的高樓樓頂作為搭建平臺，能大大簡化工程實施上許多問題，缺點是輻射功率較大時會對周圍環境產生輻射污染。所以在保證雷達性能前提下，還需要盡量降低對周圍的輻射，即測試系統既要保持較遠的探測距離，又要具備較小的發射功率。而且長期觀測對測試系統穩定性、自動化程度等方面也有較高要求。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種基于矢量網絡分析儀的L波段岸基海雜波觀測系統，該系統能在低輻射功率下進行遠距離探測，實現小擦地角高分辨探測。為解決上述技術問題，本發明基于矢量網絡分析儀的L波段岸基海雜波觀測系統，主要包括矢量網絡分析儀、功率放大器、低噪聲放大器、收發天線和主控計算機；
其中，所述矢量網絡分析儀為信號收發設備，用于在所述主控計算機控制下產生指定參數的頻率步進連續波信號，該信號經所述功率放大器放大后通過所述收發天線輻射到待測海面區域；回波信號經所述收發天線接收，并通過所述低噪聲放大器提高信雜比后進入所述矢量網絡分析儀，所述矢量網絡分析儀還用于在主控計算機控制下設置適當的中頻帶寬，并將回波信號進行時域加窗及計算處理后得到海雜波數據，主控計算機對得到的海雜波數據進行記錄、分析和管理。進一步地，所述矢量網絡分析儀具備信號發射和接收功能，其中，所述矢量網絡分析儀的中頻(IF)帶寬按如下方式確定根據發射信號帶寬和點數計算最大測量距離，根據發射信號帶寬和要測量的距離范圍確定符合條件的點數范圍； 以上點數和中頻帶寬的兩兩不同組合對應不同的掃描時間，找出掃描時間滿足小于1/4海浪周期時對應的中頻帶寬，作為所述矢量網絡分析儀的中頻帶寬。進一步地，所述收發天線分離且均采用單偏置拋物面天線，天線座架選用方位-俯仰型轉臺式座架，方位轉臺由鋁結構件形成盤式結構，其上端用螺栓連接俯仰部分， 下端用螺栓與天線安裝平臺相連，俯仰驅動箱置于俯仰圓筒內部，輸出為與圓筒相連的一個內齒輪。更進一步地，方位驅動電機和俯仰驅動電機采用三相交流異步電機，用以驅動方位、俯仰軸轉動，選用正余弦旋轉變壓器分別安裝在天線方位軸、俯仰軸上，用以感應方位、 俯仰角度的微變；方位、俯仰軸向分別裝有硬件限位裝置。進一步地，主控計算機還用于通過設置批量測量參數，設定測量順序并設置故障恢復處理實現海雜波自動測量，自動測量參數設置包括同一參數多次重復測量、同一時間段內同一參數測量、同一時間段內不同參數測量以及以上三種模式下組合測量，并將測量參數在校驗后存入自動測量參數文件，測量完畢后測量數據自動入庫，同時提供人工入庫方式。進一步地，主控計算機還用于通過以太網線遠程控制觀測設備運作，采用多線程編程技術，利用集線器和通訊服務器分別控制矢網參數設置及天線轉動、展開和收藏。進一步地，所述主控計算機還包括數據分析模塊，所述數據分析模塊用于結合海洋環境參數對所述海雜波數據進行分析，包括均值模型匹配和幅度分布擬合。進一步地，本發明所述基于矢量網絡分析儀的L波段岸基海雜波觀測系統還包括功放監測單元和溫度監測單元；其中，所述功放監測單元用于監測經過所述功率放大器處理后的發射信號；所述溫度監測單元用于檢測機柜的工作溫度。更進一步地，所述矢量網絡分析儀采用UPS(不間斷電源)供電，所述功率放大器采用開關穩壓電源供電，所述功放監測單元和溫度監測單元采用開關電源供電。進一步地，本發明所述基于矢量網絡分析儀的L波段岸基海雜波觀測系統還包括監視計算機，所述監視計算機通過攝像頭監視所述收發天線的轉動狀態，以及監視海面狀況。本發明突破了頻率步進連續波體制岸基海雜波觀測、海雜波自動測量等關鍵技術，利用本發明可展開海雜波岸基平臺的長期連續觀測，為海雜波特性研究積累大量數據， 尤其是陸海交界區域的雜波數據，進而為雷達系統設計、信號處理與目標檢測提供理論支持與技術支撐。與現有技術相比，本發明具有以下有益效果I、本發明采用頻率步進連續波體制構建岸基L波段海雜波長期觀測系統，利用矢量網絡分析儀(簡稱矢網)作為收發裝置，通過降低中頻帶寬并折中考慮掃描時間與測量點數的方法，可在低發射功率下保持較遠的探測距離，能在小擦地角工作，且具有小于Im 的較高分辨率，系統性能穩定，從而易于展開岸基長期測量，得到結合陸海交界區域海洋環境特點的L波段高分辨率海雜波數據，用于雜波統計特性、均值模型適用性等研究。2、實現了設備的遠程控制與監視。通過合理配置設備接口，只需一條以太網線實現主控計算機對觀測設備及電路的控制。采用多接口與多線程編程技術，實現了對控制設備的協調工作及設備狀態監視。3、實現了海雜波的自動測量與有效管理。軟件設計采用有效的數據存儲格式、參數文件配置方式、工作模式及邏輯操作，設計故障恢復功能，實現了海雜波的自動觀測。具備對海雜波數據和海洋環境數據的關聯查詢、添加、刪除、備份、顯示等功能，提高了數據處理效率，并設置了均值模型匹配和幅度分布擬合的數據分析模塊，直觀地為雜波特性深入分析和數據選擇提供參考。
圖I (A)為本發明實施例的輻射功率估算區域示意圖；圖I(B)為本發明實施例的輻射功率估算密度示意圖；圖2為本發明實施例的系統軟件工作流程示意圖；圖3為本發明實施例的軟件設計框圖；圖4為本發明實施例的天伺分系統工作原理圖；圖5為本發明實施例的數據處理分系統工作原理與連接圖；圖6為本發明實施例的斷點恢復事件流程示意圖；圖7為本發明實施例的自動入庫流程示意圖；圖8為本發明實施例的人工入庫流程示意圖；圖9為本發明實施例的海雜波數據處理與分析流程圖。
具體實施例方式以下結合附圖以及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不限定本發明。本發明利用頻率步進連續波體制，采用較窄的中頻帶寬以降低噪聲門限，提高動態范圍，在保持遠距離探測性能的前提下降低發射功率，利用寬頻率跳變波形獲得高距離分辨率，從而實現岸基小擦地角高分辨率探測。本發明基于矢網構建，內置信號源，可發射指定參數下的頻率步進連續波信號，且性能穩定。本發明基于矢量網絡分析儀的L波段岸基海雜波觀測系統主要由天線伺服分系統、數據處理分系統兩大部分組成。天伺分系統包括收發天線、天線座架單元、伺服設備以及連接線纜等。收發天線包括單偏置反射面、饋源支架和饋源；天線座架單元包括方位組合和俯仰組合；伺服設備包括天線控制單元和天線驅動單元；連接線纜包括天線控制單元和天線驅動單元與天線座架之間的伺服控制電纜以及天線控制單元和天線驅動單元之間的信號電纜。數據處理分系統包括收發設備、控制與數據分析設備。收發設備包括矢網、功率放大器、低噪聲放大器、功放電源、不間斷電源UPS、開關電源、極化開關、集線器、通訊服務器、功放及溫度監測單元、開關驅動單元、微波電纜等。控制與數據分析設備包括主控計算機、監視計算機、數據存儲器等。本發明基于矢量網絡分析儀的L波段岸基海雜波觀測系統基本工作流程為矢網接收主控計算機中系統軟件的參數設定，發射指定參數下的頻率步進連續波信號，矢網內的信號源發射跳變頻率，頻率按Af(頻率間隔)間隔遞增，發射信號總帶寬B = NX Af(N 為離散頻率個數)，利用寬頻率跳變波形可獲得高距離分辨率。功率放大器將信號放大后通過發射天線輻射到待測海面區域，采用收發分離天線，增加收發通道間的隔離度至50dB左右，收發天線主波束對準待測區域，回波信號經接收天線通過低噪聲放大器，低噪聲放大器對微弱的回波信號進行放大，提高信雜比，同時低噪聲放大器的強信號飽和功能對矢網接收機起到保護作用。放大后的信后進入矢網，在主控計算機控制下設置適當的中頻帶寬并對回波數據進行時域變換與處理后得到海雜波數據。主控計算機記錄、分析和管理采集的海雜波數據。在工作過程中收發天線的展開、收藏、方位、俯仰轉動由主控計算機遠程控制控制伺服設備來實現。主控計算機實時監測功放狀態、機柜內溫度、控制極化開關。監視計算機通過攝像頭監視天線轉動狀態，出現緊急情況人為干預措施可進一步保證天線設備安全，同時監測海面狀況。觀測設備與主控計算機之間只用一條以太網線連接，利于遠程控制布線，然后通過集線器和通訊服務器，利用多線程編程技術，對矢網、伺服設備、監測單元、 極化開關等部分分別進行控制，實時采集與顯示信號，并監視各設備運行狀態。海雜波測量相較地雜波測量需要更遠的探測距離。利用式(I)估算探測性能，最大探測距離為其中Pt表示發射功率； G2表示雙程雷達天線增益；G2f表示雙程天線方向性因子；A表示波長；0°表示后向散射系數；Φ a表示天線方位波束寬度；表示天線俯仰波束寬度；Sniin表示接收機最小可檢測水平；SNRmin表示最小信雜比；L表不雙向雷達系統損耗。為減小給周圍環境帶來的輻射污染，不能過大增加發射功率，本發明通過提高雷達系統的接收機靈敏度即降低最小可檢測水平來提高雷達的探測距離。根據矢網的工作原理，通過降低系統的中頻帶寬，降低本底噪聲，進而提高接收機靈敏度。另一方面降低中頻帶寬將增大矢網掃描時間，為確保海雜波測量數據的真實性和有效性，在中頻帶寬、掃描時間和測量點數之間折中考慮，參數選取按以下步驟I)首先根據發射信號帶寬和點數計算最大測量距離，根據發射信號帶寬和要測量的距離范圍確定符合條件的點數范圍。2)以上點數和中頻帶寬的兩兩不同組合對應不同的掃描時間，找出掃描時間滿足小于1/4海浪周期時對應的中頻帶寬參數。實際可測量距離即可根據IF帶寬參數加上延遲時間影響得到。以雷達工頻率
I.35GHz，帶寬200MHz，海浪周期3. 9s，接收機IF帶寬2kHz 20kHz為例，對應實際最大測量距離為I. 2 6. 6 km ο此外為增大探測距離對矢網采取以下措施采取平均、平滑等措施降低接收機噪聲電平，刪除無用跡線、斷開無用標記、斷開極限測試功能等一些附加功能，同時通過關閉矢網的顯示以提高掃描速度。利用式⑵進行輻射功率估算，以本發明實際已應用的某測試平臺為例，小擦地角工作，雷達波束下俯1.4°，平臺高90m，陸海交界處與平臺水平距離約I. 5km,發射功率為90W，估算區域及估算輻射功率密度如圖I所示。從估算結果可以看出，輻射功率最大為
O.012W/m2，遠小于國家電磁輻射標準O. 4W/m2。
權利要求
1.一種基于矢量網絡分析儀的L波段岸基海雜波觀測系統，其特征在于，主要包括矢量網絡分析儀、功率放大器、低噪聲放大器、收發天線和主控計算機；其中，所述矢量網絡分析儀為信號收發設備，用于在所述主控計算機控制下產生指定參數的頻率步進連續波信號，該信號經所述功率放大器放大后通過所述收發天線輻射到待測海面區域；回波信號經所述收發天線接收，并通過所述低噪聲放大器提高信雜比后進入所述矢量網絡分析儀，所述矢量網絡分析儀還用于在主控計算機控制下設置適當的中頻帶寬，并將回波信號進行時域加窗及計算處理后得到海雜波數據，主控計算機對得到的海雜波數據進行記錄、分析和管理。
2.如權利要求I所述的基于矢量網絡分析儀的L波段岸基海雜波觀測系統，其特征在于，所述矢量網絡分析儀具備信號發射和接收功能，其中，所述矢量網絡分析儀的中頻帶寬按如下方式確定根據發射信號帶寬和點數計算最大測量距離，根據發射信號帶寬和要測量的距離范圍確定符合條件的點數范圍；以上點數和中頻帶寬的兩兩不同組合對應不同的掃描時間，找出掃描時間滿足小于 1/4海浪周期時對應的中頻帶寬，作為所述矢量網絡分析儀的中頻帶寬。
3.如權利要求I所述的基于矢量網絡分析儀的L波段岸基海雜波觀測系統，其特征在于，所述收發天線分離且均采用單偏置拋物面天線，天線座架選用方位-俯仰型轉臺式座架，方位轉臺由鋁結構件形成盤式結構，其上端用螺栓連接俯仰部分，下端用螺栓與天線安裝平臺相連，俯仰驅動箱置于俯仰圓筒內部，輸出為與圓筒相連的一個內齒輪。
4.如權利要求3所述的基于矢量網絡分析儀的L波段岸基海雜波觀測系統，其特征在于，方位驅動電機和俯仰驅動電機采用三相交流異步電機，用以驅動方位、俯仰軸轉動，選用正余弦旋轉變壓器分別安裝在天線方位軸、俯仰軸上，用以感應方位、俯仰角度的微變； 方位、俯仰軸向分別裝有硬件限位裝置。
5.如權利要求I至4任一項所述的基于矢量網絡分析儀的L波段岸基海雜波觀測系統，其特征在于，主控計算機還用于通過設置批量測量參數，設定測量順序并設置故障恢復處理實現海雜波自動測量，自動測量參數設置包括同一參數多次重復測量、同一時間段內同一參數測量、同一時間段內不同參數測量以及以上三種模式下組合測量，并將測量參數在校驗后存入自動測量參數文件，測量完畢后測量數據自動入庫，同時提供人工入庫方式。
6.如權利要求I至4中任一項所述的基于矢量網絡分析儀的L波段岸基海雜波觀測系統，其特征在于，主控計算機還用于通過以太網線遠程控制觀測設備運作，采用多線程編程技術，利用集線器和通訊服務器分別控制矢網參數設置及天線轉動、展開和收藏。
7.如權利要求I至4中任一項所述的基于矢量網絡分析儀的L波段岸基海雜波觀測系統，其特征在于，所述主控計算機還包括數據分析模塊，所述數據分析模塊用于結合海洋環境參數對所述海雜波數據進行分析，包括均值模型匹配和幅度分布擬合。
8.如權利要求I至4中任一項所述的基于矢量網絡分析儀的L波段岸基海雜波觀測系統，其特征在于，還包括功放監測單元和溫度監測單元；其中，所述功放監測單元用于監測經過所述功率放大器處理后的發射信號；所述溫度監測單元用于監測機柜的工作溫度。
9.如權利要求8所述的基于矢量網絡分析儀的L波段岸基海雜波觀測系統，其特征在于，所述矢量網絡分析儀采用不間斷電源UPS供電，所述功率放大器采用開關穩壓電源供電，所述功放監測單元和溫度監測單元采用開關電源供電。
10.如權利要求I至4中任一項所述的基于矢量網絡分析儀的L波段岸基海雜波觀測系統，其特征在于，還包括監視計算機，所述監視計算機用于通過攝像頭監視所述收發天線的轉動狀態，以及監視海面狀況。
全文摘要
本發明公開了一種基于矢量網絡分析儀的L波段岸基海雜波觀測系統，包括矢量網絡分析儀、功率放大器、低噪聲放大器、收發天線和主控計算機；其中，矢量網絡分析儀為信號收發設備，用于在所述主控計算機控制下發射指定參數的頻率步進連續波信號，該信號經所述功率放大器放大后通過所述收發天線輻射到待測海面區域；回波信號經所述收發天線接收，并通過所述低噪聲放大器提高信雜比后進入所述矢量網絡分析儀，所述矢量網絡分析儀還用于在主控計算機控制下設置適當的中頻帶寬，并將回波信號進行時域加窗及計算處理后得到海雜波數據。借助于本發明的技術方案，能在低輻射功率下進行遠距離探測，實現小擦地角高分辨探測，且系統性能穩定、自動化程度高。
文檔編號G01S7/41GK102590792SQ201210049750
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月29日 優先權日2012年2月29日
發明者尹志盈, 張浙東, 張玉石, 朱秀芹, 李善斌, 李慧明, 田霞, 許心瑜 申請人:中國電子科技集團公司第二十二研究所