專利名稱：一種單脈沖雷達系統自檢與狀態參數的監測結構和方法
技術領域：
本發明屬于雷達系統設計技術領域，更確切地說涉及一種單脈沖雷達系統自檢與狀態參數的監測結構和方法。
背景技術：
由于雷達系統設計要求集成化、設計簡單化，因而系統性參數的測量以及系統自檢測等往往通過人工接入信號源而實現。然而人工的參與以及外圍測試設備的引入不但會帶來如大量接線接試等繁瑣的復雜測試過程，而且還會使不確定因數增多，因而無監測系統的系統設計在雷達系統狀態的準確性以及系統檢測快速響應性上存在快速檢測與準確檢測等問題。
發明內容
本發明鑒于上述技術問題，目的是在不改變雷達性能的情況下，提供一種單脈沖雷達系統自檢與狀態參數的監測結構和方法，結構設計簡單、易于實現，在該結構下，單脈沖雷達系統可以快速自檢與狀態參數檢測。本發明的目的是這樣實現的
一種單脈沖雷達系統自動校準與狀態參數的監測方法，其特征在于單脈沖雷達系統的發射信號被分成兩路，其中第一路信號經數控衰減調整、耦合后進入饋線網絡，從而使第一路信號進入單脈沖雷達系統的接收通道；第二路信號經由調制放大后，按照由靜偏磁場確定的方向順序進入發射通道；第一路信號存在時，第二路信號不工作；第一路信號在固定的數控衰減情況下，由饋線網絡經過多個接收通道形成幅度固定、相位差固定的信號，形成的信號再經由射頻接收前端、微波接收前端后再被進行信號處理；第二路信號正常工作為單脈沖雷達系統正常發射，單脈沖雷達系統的泄漏信號經由射頻接收前端、微波接收前端后再被進行信號處理。 用于上述方法的單脈沖雷達系統自動校準與狀態參數的監測結構，所述單脈沖雷達系統包括天線、饋線網絡、射頻接收前端、微波接收前端、信號處理與系統控制器、信號源，天線連接至饋線網絡，饋線網絡通過對應的接收通道連接至射頻接收前端，射頻接收前端通過對應的接收通道連接至微波接收前端，微波接收前端通過對應的接收通道連接至信號處理與系統控制器，信號處理與系統控制器分別發送不同的信號至射頻接收前端、微波接收前端、信號源，信號源將信號發送射頻接收前端和微波接收前端，其特征在于饋線網絡與射頻接收前端之間的通道設置有環行器，信號源通過調制放大器連接至環行器，該檢測結構包括耦合器、數控衰減器與單刀雙執開關，單刀雙執開關連接于信號源與調制放大器之間，單刀雙執開關的一個輸出端連接至數控衰減器，數控衰減器的輸出端連接至耦合器，耦合器連接于天線和饋線網絡之間。所述饋線網絡、射頻接收前端、微波接收前端及信號處理與系統控制器都是三通道接收通路。三通道分別為和通道、方位差通道，俯仰差通道。
所述環行器的隔離度與射頻接收前端的通斷比之和優于80dB。所述第一路信號經數控衰減器的最大衰減與耦合器進入接收通道的信號低于單脈沖雷達系統接收設計的靈敏度。所述監測系統的具體工作步驟為
(1)工作狀態自檢將單刀雙執開關執向第一路信號，并調整數控衰減器至接收機的動態范圍內，從而第一路信號進入單脈沖雷達系統的接收通道內，同時開啟單脈沖雷達系統的接收；從而使單脈沖雷達系統的正常接收第一路信號，信號處理與系統控制器檢測和通道、方位差通道、俯仰差通道是否有無信號，以檢驗和通道、方位差通道、俯仰差通道是否工作正常；
(2)通道校正通道校正主要就是獲取校正因子；將單刀雙執開關執向第一路信號，在單脈沖雷達系統的和通道、方位差通道、俯仰差通道均工作正常情況下，可得和通道、方位差通道、俯仰差通道的接收信號頻點峰值分別為
HsC/) ,HilO),擬則4處理與系統控制器所得的三種接收通道結果生成通道校 ||:W /· ^i(Z)=hsC/1/ha1(/) , Jti2(Z) =HsCZVH43CO ,從而完成對單脈沖雷達系統
的模擬接收前端三通道幅度、相位一致性校正；
(3)靈敏度測試將單刀雙執開關執向第一路信號，調整數控衰減器的值，通過信號處理與系統控制器輸出檢測結果，并根據檢測結果調整數控衰減器的值，從而使單脈沖雷達系統達到檢測的臨界值，最后根據臨界檢測情況下的數控衰減器的值查表得出單脈沖雷達系統的接收靈敏度，從而驗證系統性能； (4)發射機自檢將單刀雙執開關執向第二路信號，使單脈沖雷達系統處于正常發射狀態，同時關閉射頻接收的接收開關，從而進一步衰減泄漏信號；調整接收時序，使微波接收前端與信號處理與系統控制器接收大功率信號源所泄露至接收通道的信號，并由信號處理與系統控制器獲取是否檢測到信號，從而判別雷達發射機否正常工作。本發明的有益效果如下
在不改變雷達性能情況下，設計了一種結構簡單、易于實現的雷達系統自檢與參數監測結構，該結構通過耦合器將信號通過耦合器旁路進入天線接收通道，而不影響系統的性能；該結構通過數控衰減器的信號，其輸出信號的大小隨數字衰減控制而定；該結構通過單刀雙執開關將信號分別在兩通道分時輸出；該結構可以滿足雷達系統易于集成的要求，同時采用其系統狀態自動，快速檢測方法，滿足雷達系統快速響應的要求；可應用于探測與制導雷達系統中。
圖1為本發明的結構實現框圖 圖2為本發明的接收通道自檢時序圖 圖3為本發明的接收通道校準時序圖
圖4為本發明的接收通道靈敏度測試時序圖 圖5為本發明的發射機工作狀測試時序圖
其中，附圖標記為I天線，2耦合器，3饋線網絡，4數控衰減器，5單刀雙執開關，6調制放大器，7環行器，8射頻接收前端，8-1、8-2、8-3均為和通道，9微波接收前端，9_1、9_2、9_3均為方位差通道，10信號源，11信號處理與系統控制器，11-1、11-2、11-3均為俯仰差通道，12輸出頻率碼，13發射與校正開關控制，14衰減碼，15單刀雙執開關的控制信號，16微波接收前端的控制信號，17射頻接收前端的開關控制信號，18第一路信號通路，19第二路信號通路，20信號源泄漏信號通路。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明做更詳細的描述
一般的單脈沖雷達系統由天線1、饋線網絡3、調制放大器6、環行器7、射頻接收前端8、微波接收前端9、信號源10以及信號處理與系統控制器11組成，為了增加系統狀態自檢與系統自動校準功能，在統中加入了小信號耦合器2，數控衰減器4以及單刀雙執開關5。如圖1所示，該系統為毫米波雷達系統，耦合器2采用波導耦合，其耦合系數為_70dB，數控衰減器4為6位數可控，動態可達64dB，考慮到數控衰減器4至耦合器2的第一路信號18的功率為OdBm，系統設計的靈敏度為_130dBm，耦合器2與數控衰減器4的設計是合理的。考慮到調制放大器6輸出的最大信號為50dBm，設計環行器7的隔離度為_30dB，同時射頻接收前端8的開關通斷比為_40dB，使信號發射時雷達系統能正常工作。結合圖1與圖2，由 信號處理與系統控制器11將單刀雙執開關5的控制信號15設為高電平，同時打開射頻接收前端8與微波接收前端9，即將射頻接收前端8的控制信號17與微波接收前端9的控制信號16設置為高電平。信號沿第一路信號通路18經數控衰減器4后再經由耦合器2進入天線I的饋線網絡3，從而使信號進入正常的接收通道，數控衰減器4為不衰減。信號由天線I的饋線網絡3傳輸到和通道、方位差通道、俯仰差通道，因此信號處理與系統控制器11將同時收到三路信號。若信號處理與系統控制器11同時檢測出三個信號接收通道有信號，說明信號接收通道工作正常。若信號處理與系統控制器11在任意一個、兩個或三個信號接收通道中未檢測到信號則說明系統信號接收通道工作不正常。結合圖1與圖3，在信號接收通道都正常工作的情況下，由信號處理與系統控制器11將單刀雙執開關5的控制信號15設為高電平，同時打開射頻接收前端8與微波接收前端9，即將射頻接收前端8的控制信號17與微波接收前端9的控制信號16設置為高電平。信號沿第一信號通路18經數控衰減器4后再經由耦合器2進入天線I的饋線網絡3，從而使信號進入正常的雷達信號接收通道中，數控衰減器4設為不衰減。信號由天線I的饋線網絡3傳輸到三個信號接收通道。根據實際設計使信號經饋線網絡3后進入三個信號接收通
道為等幅度等相位的信號<0，因三個信號接收通道存在差異，設傳輸函數分別為H1H41Ha3，假定三個信號接收通道的傳輸函不隨時間的改變而改變，因此，在單一頻點下其為是一個常量，分別記為HsC/) ,Ha1C/) ,Ha2CD ,則至信號處理器11的A/D采樣器的信號分別為 Js(T) =Ηε(/> (0 , JTiaCO =Ηλ(/>(0 , -Si2CO =Hj2(ZXi),以和迎Iil (山 7, H-1,9-1, U -1
組成)為接收參考基準，由信號處理器測得方位差通道(由8-2，9-2，11-2組成)、俯仰差通道(由 8-3，9-3,11-3 組成)的校準系數為= Hs(Z)1Ha1C/) ,=Hs(Z)iIIa5C/)。在寬帶的情況下，通過改變信號源10的輸出頻率碼12，即改值，實現系統的寬帶校準。結合圖1與圖4，在信號接收通道都正常工作的情況下，由信號處理與系統控制器11將單刀雙執開關5的控制信號15設為高電平，信號沿第一信號通路18經數控衰減器4后再經由耦合器2進入天線I的饋線網絡3，從而使信號進入正常的雷達信號接收通道，同時射頻接收前端8的控制信號17與微波接收前端9的控制信號16按圖4的時序工作。系統設計的檢測概率為80%，按圖4的時序工作100幀，由信號處理與系統控制器11統計系統檢測到信號的次數，若高于80次則通過改變數控衰減器4的衰減碼14，重新按圖4的時序工作100幀，直至統計檢測次數首次低于80次時停止工作，同時獲取最后一次高于80次時的衰減器4衰減碼14，根據衰減碼14的值查詢系統工作的靈敏度，從而向上位機輸出檢測結果。結合圖1與圖5，在信號接收通道都正常工作的情況下，由信號處理與系統控制器11將單刀雙執開關5的控制信號15設為低電平，信號沿第二信號通路19通入天線，向空間輻射。其泄漏信號沿通路20進入第一路信號接收通道內。此時為了增加對信號的隔離度，將射頻接收前端8的開關控制信號17設為低電平，保證泄漏適量的能量到信號接收通道內。同時微波接收前端9與調制放大器6在相同的時序下工作，以保證雷達所收到的信號為發射機所發射時的泄漏信號。由信號處理與系統控制器11對信號源10工作狀態進行判別，若由信號處理與系統控制器11檢測到信號則表示發射工作正常，反之則不正常。
權利要求
1.一種單脈沖雷達系統自動校準與狀態參數的監測方法，其特征在于單脈沖雷達系統的發射信號被分成兩路，其中第一路信號經數控衰減調整、耦合后進入饋線網絡，從而使第一路信號進入單脈沖雷達系統的接收通道；第二路信號經由調制放大后，按照由靜偏磁場確定的方向順序進入發射通道；第一路信號存在時，第二路信號不工作；第一路信號在固定的數控衰減情況下，由饋線網絡經過多個接收通道形成幅度固定、相位差固定的信號，形成的信號再經由射頻接收前端、微波接收前端后再被進行信號處理；第二路信號正常工作為單脈沖雷達系統正常發射，單脈沖雷達系統的泄漏信號經由射頻接收前端、微波接收前端后再被進行信號處理。
2.根據權利要求1所述方法的單脈沖雷達系統自動校準與狀態參數的監測結構，所述單脈沖雷達系統包括天線、饋線網絡、射頻接收前端、微波接收前端、信號處理與系統控制器、信號源；天線連接至饋線網絡，饋線網絡通過對應的接收通道連接至射頻接收前端，射頻接收前端通過對應的接收通道連接至微波接收前端，微波接收前端通過對應的接收通道連接至信號處理與系統控制器，信號處理與系統控制器分別發送不同的信號至射頻接收前端、微波接收前端、信號源，信號源將信號發送射頻接收前端和微波接收前端，其特征在于饋線網絡與射頻接收前端之間的通道設置有環行器，信號源通過調制放大器連接至環行器，該檢測結構包括耦合器、數控衰減器與單刀雙執開關，單刀雙執開關連接于信號源與調制放大器之間，單刀雙執開關的一個輸出端連接至數控衰減器，數控衰減器的輸出端連接至耦合器，耦合器連接于天線和饋線網絡之間。
3.根據權利要求2所述的監測結構，其特征在于所述饋線網絡、射頻接收前端、微波接收前端及信號處理與系統控制器都是三通道接收通路，三通道分別為和通道、方位差通道，俯仰差通道。
4.根據權利要求2或3所述的監測結構，其特征在于所述環行器的隔離度與射頻接收前端的通斷比之和優于SOdB。
5.根據權利要求4所述的監測結構，其特征在于所述第一路信號經數控衰減器的最大衰減與耦合器進入接收通道的信號低于單脈沖雷達系統接收設計的靈敏度。
6.根據權利要求2或5所述的監測結構，其特征在于工作步驟為 (1)工作狀態自檢將單刀雙執開關執向第一路信號，并調整數控衰減器至接收機的動態范圍內，從而第一路信號進入單脈沖雷達系統的接收通道內，同時開啟單脈沖雷達系統的接收；從而使單脈沖雷達系統的正常接收第一路信號，信號處理與系統控制器檢測和通道、方位差通道、俯仰差通道是否有無信號，以檢驗和通道、方位差通道、俯仰差通道是否工作正常； (2)通道校正通道校正主要就是獲取校正因子；將單刀雙執開關執向第一路信號，在單脈沖雷達系統的和通道、方位差通道、俯仰差通道均工作正常情況下，可得和通道、方位差通道、俯仰差通道的接收信號頻點峰值分別為HsCO H41O)、Ha2(Z),擬則彳,7號處理與系統控制器所得的三種接收通道結果生成通道校正因子IrtC/)=HEC/5/HrtC/)，,從而完成對單脈沖雷達系統的模擬接收前端三通道幅度、相位一致性校正； (3)靈敏度測試將單刀雙執開關執向第一路信號，調整數控衰減器的值，通過信號處理與系統控制器輸出檢測結果，并根據檢測結果調整數控衰減器的值，從而使單脈沖雷達系統達到檢測的臨界值，最后根據臨界檢測情況下的數控衰減器的值查表得出單脈沖雷達系統的接收靈敏度，從而驗證系統性能； (4)發射機自檢將單刀雙執開關執向第二路信號，使單脈沖雷達系統處于正常發射狀態，同時關閉射頻接收的接收開關，從而進一步衰減泄漏信號；調整接收時序，使微波接收前端與信 號處理與系統控制器接收大功率信號源所泄露至接收通道的信號，并由信號處理與系統控制器獲取是否檢測到信號，從而判別雷達發射機否正常工作。
全文摘要
本發明公開的是一種單脈沖雷達系統自動校準與狀態參數的監測結構和方法，該結構包括耦合器、數控衰減器與單刀雙執開關，合理加入到單脈沖雷達系統中，該結構通過耦合器將雷達發射機信號形成自檢信號，并饋入雷達接收通道中，在不同模式的接收處理時序與處理算法的配合下，接收機通過接收自檢信號或發射機泄漏信號，實現對雷達系統通道自檢、校準、靈敏自動測量以及發射機狀態檢測；使用本發明不需要添加任何外圍測試設備，便可實現單脈沖雷達系統的校準與狀態參數監視與測量，可廣泛應用于雷達系統的在線檢測系統中。
文檔編號G01S7/40GK103064070SQ20131000455
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月7日 優先權日2013年1月7日
發明者楊陳, 曾耿華, 張海, 李中云 申請人:中國工程物理研究院電子工程研究所