脈沖相參應答機同頻干擾處理系統的制作方法

本發明是關于脈沖體制測量系統的單脈沖應答機中，脈沖相參應答機的同頻干擾處理系統。

背景技術：

單脈沖雷達是一種精密跟蹤雷達。測量精度一般用雷達輸出的數據誤差的大小來表示。它每發射一個脈沖，天線能同時形成若干個波束，將各波束回波信號的振幅和相位進行比較，當目標位于天線軸線上時，各波束回波信號的振幅和相位相等，信號差為零；當目標不在天線軸線上時，各波束回波信號的振幅和相位不等，產生信號差，驅動天線轉向目標直至天線軸線對準目標，這樣便可測出目標的高低角和方位角，從各波束接收的信號之和，可測出目標的距離，從而實現對目標的測量和跟蹤。它的測距系統在單脈沖精密測量雷達里占據非常重要的地位，其功能是通過對雷達回波的處理來獲得雷達徑向距離的測量跟蹤，伺服系統在此基礎上進行空間角度位置跟蹤，兩者構成了單脈沖精密跟蹤測量雷達的測量基礎。單脈沖是指單個脈沖能夠提取目標角位置信息所依賴的回波脈沖的個數方面的信息。而單脈沖測量雷達則是屬于同時波瓣法測角，它僅需要比較各個波束接收的同一個回波脈沖，就能夠獲得目標的全部信息。不過由于對目標的觀測和測量具有連續性的特點，雷達就需要連續不斷的接收目標的回波信號和連續的發射脈沖，在獲得了一系列的目標信息之后，對這些信息就可以進行科學的處理，從而獲得對目標高精度和高真實性的信息。早期的單脈沖精密測量雷達測距分系統都是一個獨立的分系統，跟蹤測量的目標通常為無雜波干擾的“純凈目標"(即為高空目標)。當面對地雜波干擾等復雜電磁環境時，現代測距機需要采用相參積累、雜波對消、恒虛警檢測、游標測距和寬帶測距等復雜高強度實時處理技術，現代測距機的數字信號處理功能越來越突出，與信號處理分系統的界限越來越模糊，兩者一體化融合設計處理將是發展方向。單脈沖精密測量雷達測距系統通常具備以下特點…:1)距離測量精度高，雷達的測距精度受多種因素的影響，如距離零值裝定、接收機遲延、目標運動引起的動態滯后、應答機遲延、傳播誤差、熱噪聲誤差、量化誤差和定時抖動等等。這些誤差可劃分為系統誤差和隨機誤差，系統誤差是指那些隨測量時間的變化測量幅度大小保持恒定或按某種規律緩慢變化的的誤差，具有可預測性，在側量前或者測量后都可以進行適當的校對和對技術進行部分修改；隨機誤差是指隨著時間變化其測量幅度大小不確定或快速變化的誤差，這類誤差測量前不能做出預測，測量后也不能校對修改，只能通過一些方法來減小這種誤差，一般用的方法是濾波技術。系統誤差主要有軸系誤差、數據傳遞系統誤差、動態滯后誤差和大氣傳播誤差。而隨機誤差主要由熱噪聲所引起。隨機誤差主要有測量過程中，由于目標閃動造成的測量噪聲，這些噪聲大都符合“白過程”高斯白噪聲。系統誤差需要進行修正來消除，隨機誤差則可以通過平滑濾波來抑制。在雷達系統誤差中，通常軸系誤差和數據傳遞系統誤差造成的影響較大。雷達在對角坐標進行測量時出現的誤差就是角度跟蹤測量誤差，誤差源有三種，分別是跟蹤誤差、轉換誤差和傳播誤差，造成的后果是雷達的天線軸偏離目標角，軸角報告不準確，這三個誤差源又各自包含了各自的系統誤差和隨機誤差。距離跟蹤測量誤差會導致雷達距離波門或目標選通脈沖與目標回波脈沖的形心偏離。與雷達相關的轉換誤差會導致波門或選通脈沖的延遲形成的錯誤報告，并影響到與目標有關的跟蹤誤差和傳播誤差。

雷達要探測的目標，通常是運動著的物體，例如空中的飛行器，海上艦船艇地面的車輛等。但在目標的周圍經常存在著各種背景，例如各種地物、云雨、海浪及釋放的金屬絲干擾。這些背景可能是完全不動的，如山和建筑物，也可以是緩慢運動的，如有風時的海浪和金屬絲干擾，一般來說，其運動速度遠較目標小，這些背景產生的回波稱為雜波或無源干擾。當雜波和運動目標回波在雷達顯示器上同時顯示時，會使目標的觀察變得很困難。如果目標處在雜波背景內，弱目標湮沒在強雜波中，特別是當強雜波使接收系統過載，發現目標十分困難。目標不在雜波背景內時，要在成片雜波中很快分辨出運動目標回波也不容易。如果雷達終端采用自動檢測和數據處理系統，由于大量雜波的存在會贏棋終端過載或者不必要的增加系統的容量和復雜性。因此，無論從抗干擾或改善雷達跟蹤質量的角度出發，選擇運動目標回波而抑制固定雜波背景都是一個很重要的問題。現代雷達信號處理動目標檢測(mtd)通常采用數字處理技術，通過對回波信號作a/d變換后進行數字化處理，即用一個特定頻率時鐘信號驅動，對雷達回波從重復周期處起始采樣直到重復周期結束，每一個時鐘周期對應一個距離門。信號處理機根據雷達工作方式控制指令字可對重復周期內的全部或部分距離門數據進行處理。從雷達測量精度上分析，上述處理機制存在一些缺陷:1)現代雷達常采用線性調頻信號，經過匹配壓縮處理后其信號視頻包絡為鐘形，在鐘形包絡的頂峰位置采樣則信號不損失而在其它位置采樣則信號略有損失。如果采樣時鐘頻率足夠高，則采樣損失可以忽略不計，但由此造成巨大的處理數據量而不能應用在工程實際中。故此方法存在信噪比輕微損失問題。現代雷達信號處理動目標檢測(mtd)通常采用駐留問重頻參差，如果某個駐留內mtd處理時回波信號落在fft的清晰濾波器單元則不改變重頻，否則就需要改變重頻，控制方式一般按照[重頻l，重頻2，…，重頻，依次循環遞推。采用上述方法，在目標加速度不大情況下基本解決了“盲速”問題，偶爾出現的個別駐留周期信號落在fft的非清晰濾波器單元情況不影響測量精度。該方法的優點在于不需要精確的目標速度測量信息，尤其在低信噪比條件下目標速度測量比較困難時起效。缺點在于仍有個別駐留重頻發生回波信號落在fft非清晰濾波器情況，對于追求每個回波都能被有效檢測等精密測量要求則還需改進。

在測距系統的常規工作流程中，測距機在搜索目標時，信號處理分系統以波門為中心，在指定的檢測范圍內進行搜索，并設置一次門限和二次門限，按照設定的門限檢測準則發現目標后，將目標所在檢測單元距波門中心的距離值及有效標志等信息送給測距機，測距機根據檢測信息調整波門位置，然后進入寬波門跟蹤(即寬帶跟蹤)，回路調整穩定后，便轉入窄帶跟蹤。當測距機轉跟蹤后，信號處理分系統在波門范圍內對回波進行檢測，并提取距離誤差，供測距機進行閉環濾波用。若在記憶跟蹤過程中又滿足檢測準則，則清除記憶跟蹤標志，轉為正常跟蹤。在跟蹤過程中，測距需要根據需要進行消模糊、避盲、應反轉換和多站工作…。

在錯綜復雜、瞬息萬變的電磁環境中雷達抗干擾問題是一個十分重要的問題。為完成整個任務段的跟蹤測量，往往需要多臺同頻雷達接力跟蹤測量同一個目標。為了增加測量的冗余度,在實際工作中,往往采用多站工作方式,這就帶來了一個問題,就是多站同頻干擾。干擾嚴重時,易引起雷達跟蹤目標丟失。同頻干擾是指無用信號的載頻與有用信號的載頻相同，并對接收同頻有用信號的接收機造成的干擾。通常各雷達的任務段有交叉重疊部分，也就是說任務過程中會出現多臺雷達同時跟蹤同一個目標的情況.以便實現測量數據的接力和冗余。由于多站雷達是同頻工作且共用同一套應答機，而應答機在同一時刻只能響應一個觸發信號，因此當多套雷達觸發信號同時到達應答機時，將只有一個信號被應答，可能導致其他雷達丟失目標。同頻干擾已經成為了影響正常跟蹤測量的一個關鍵因素，許多單脈沖測控設備已經將跟蹤過程中的同頻干擾現象識別為主要風險。但是抗同頻干擾的機制卻沒有相應的改進，目前主要采用的是在波門前方設立衛門區，通過檢測衛門區域干擾信號并結合移相避免同頻干擾。因為現有單脈沖雷達一般不能直接區分他站干擾信號與本站相參信號，因此在應答式跟蹤時，必須對飛行器載體反射信號所在位置進行扣除處理，進而導致衛門盲區。。現有抗同頻干擾機制由于同頻干擾問題對跟蹤測量過程會產生較大影響，目前主要采用的是在波門之前設立衛門檢測區來降低同頻干擾的風險。避盲過程導致同頻干擾還有一種情況，b站雷達未跟蹤上目標，此時前衛門也不起作用，當b站信號從后方靠近a站正常跟蹤的信號時，就會慢慢進入a站波門，造成測量數據誤差增大。由于雷達不能區分他站干擾信號與本站相參信號，導致衛門檢測時誤把本站相參反射信號當作他站干擾信號，或者把落人衛門盲區的他站干擾信號認為是本站相參信號，從而在不該進行移相時啟動移相動作，而本該進行移相時卻沒有正確啟動。因此，雷達不能區分信號相參性是問題的根源。如果雷達能夠識別出衛門區域內的信號是不是本站發出的，那么衛門盲區也就不需要了，從而也就提高了抗同頻干擾的可靠性，這就要求各雷達的發射脈沖具有自身的“獨特性”。同頻干擾是同型號雷達近距離工作時常常遇到的情況,它導致雷達在發現設脈沖相參應答機接收信號頻率為fr，發射信號頻率為ft，本振頻率為fo，接收中頻信號頻率為fir，發射中頻信號頻率為fit。

根據脈沖應答機的頻率關系設計方案有：

fr＝fir+fo(1)

ft＝fit+fo(2)

當要求fr＝ft時，(1)式和(2)式相等，很容易推導出fir＝fit。可見，根據計算，要保證脈沖應答機的相參轉發特性，只需要保證中頻信號的相參轉發特性即可，與本振信號無關。

敵方目標前已經受到己方雷達的強同頻干擾,雷達探測性能急劇下降,甚至完全癱瘓。目前對同頻干擾的抑制,主要是從時域、頻域、空域和極化域等方面找出干擾與真實回波的區別,采取措施加以消除。

如何解決同頻干擾問題，成為解決脈沖應答機相參轉發設計的核心問題。特別是發射信號經過功率放大后，信號能量較大，在脈沖應答機內部會直接進入接收信道，導致脈沖應答機自收自發，出現自激問題。現有技術對脈沖應答機自激問題，一般采用收發分時工作的處理方案。但傳統模擬體制的脈沖應答機，采用了基于微波開關的模擬電路方案，受限于環形器、微波開關等模擬電路的隔離度指標，當發射信號功率較大時，仍然會干擾接收通道，導致脈沖應答機轉發自發脈沖，工作出現異常。

綜上所述，在單脈沖雷達測量系統中，為了保證測量系統的距離分辨率、測距精度，一般要求脈沖信號的脈沖寬度越窄越好，且要求脈沖應答機轉發時延穩定；為了保證測速精度，要求脈沖應答機轉發的下行信號載波頻率等于雷達上行信號載波頻率且相參，相當于相參轉發比，脈沖應答機收發信號同頻，設計中必須考慮同頻干擾問題。同時，經過脈沖應答機的相參轉發處理后，可提高轉發時延的穩定性，提高轉發信號的脈沖功率，從而提高地面站接收到的回波信號質量，最終提高地面雷達的作用距離和測量精度。

技術實現要素：

為了解決脈沖雷達測量系統中單脈沖應答機的收發信號同頻干擾問題，提高抗同頻干擾的可靠性，保證單脈沖應答機可靠工作，避免單脈沖應答機出現自激問題，本發明提供一種簡單可靠、靈活性和擴展性的脈沖相參應答機的同頻干擾處理系統。

本發明的上述目的可以通過以下措施來達到。一種脈沖相參應答機同頻干擾處理系統，包括：環形器、接收信號模塊、功放模塊、發射信道模塊、本振和數字電路模塊，其特征在于：脈沖應答機選用接收頻率與發射頻率同頻的射頻信號fr通過環形器送入接收信號模塊與本振信號混頻輸出中頻信號，中頻信號經中放模塊放大和檢波后分為兩路，一路送入數字電路模塊a/d采集轉換為數字信號，該數字信號在fpga電路中進行時間延遲存儲，另一路經中放模塊輸出的脈沖檢波信號在數字電路模塊中，通過收發時序控制電路以基準脈沖的前沿脈沖為參考，產生延時轉發控制脈沖、微波開關脈沖延遲和功放檢波脈沖，在可編程門陣列fpga電路中產生完全封閉接收信號的時序處理，采用脈沖時序控制對收到的脈沖檢波信號進行時序控制，產生再生的檢波基準脈沖控制延遲存儲電路實現數字延遲線，a/d數字信號采集信號經過數字延遲線存儲轉發，轉發信號送d/a變換器，經d/a轉換為模擬中頻信號，該模擬中頻信號通過發射信道模塊上變頻送入功放模塊進行放大；功放模塊在功放檢波脈沖為高電平時，將放大后的射頻信號ft經過環形器輸出脈沖調制信號。

本發明相比于現有技術具有如下有益效果：

簡單可靠。本發明當脈沖應答機接收到信號后，通過場放模塊對接收信號進行濾波放大，放大后的信號與混頻器進行下混頻，混頻獲得的中頻信號通過中放模塊進行放大檢波，并送a/d轉換器進行采樣，轉換為數字信號，該數字信號在fpga電路中進行一定時間的延遲存儲(該延遲時間可編程)，延遲后的信號通過d/a轉換為模擬中頻信號，該模擬中頻信號經過發射信道上變頻后，通過功放模塊放大輸出。通過同頻相參轉發設計，簡化了脈沖應答機的信道設計。

具有靈活性和擴展性。本發明脈沖應答機天線接收到射頻信號后，射頻信號fr通過環形器進入場放模塊，該信號經過場放模塊濾波放大后，再通過微波開關控制，控制后的射頻信號與本振信號混頻輸出中頻信號，中頻信號通過中放模塊放大和檢波后，可編程門陣列通過數字存儲的方式，送數字電路模塊的a/d采集，采集信號經過數字延遲線存儲轉發，轉發信號送d/a變換器輸出中頻信號，中頻信號經過發射信道模塊上變頻后，通過功放模塊放大，放大后的信號ft經過環形器輸出。實現脈沖應答機的時延可編程，增強了脈沖應答機的靈活性和擴展性。

解決了脈沖應答機出現的自激問題。本發明在基于微波開關的模擬電路方案基礎上，增加基于數字電路的脈沖時序控制，實現脈沖應答機的收發分時工作，即當功放工作時，在可編程門陣列fpga電路中產生完全封閉接收信號的時序處理。在數字電路模塊中，收發時序控制電路接收中放模塊輸出的脈沖檢波信號，并采用脈沖時序控制的方法對該信號進行時序控制，產生微波開關脈沖、延遲轉發控制脈沖和功放檢波脈沖，從根本上徹底解決了傳統模擬體制的脈沖應答機，采用基于微波開關的模擬電路隔離度指標，受限于環形器，當發射信號功率較大會干擾接收通道，導致脈沖應答機轉發自發脈沖，同頻干擾的自激，工作出現異常脈沖應答機問題。本發明通過再生的脈沖時序控制，在基準信號上屏蔽了由于功放發射信號干擾接收信道而產生的自激檢波脈沖，從而有效解決了脈沖收發同頻的自激問題。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對發明進一步說明。

圖1是本發明脈沖相參應答機同頻干擾處理系統的電路原理示意圖。

圖2是圖1脈沖相參應答機的脈沖時序控制波形圖。

圖3是脈沖應答機的脈沖測量原理示意圖。

具體實施方式

參閱圖1。在以下實施例中，一種脈沖相參應答機同頻干擾處理系統，包括：環形器、接收信號模塊、功放模塊、發射信道模塊、本振和數字電路模塊。首先，為了保證脈沖應答機的相參轉發，脈沖應答機頻率關系選用接收頻率與發射頻率同頻，相參轉發比。同時，為了應答機的小型化設計，脈沖應答機收發信號均采用一次變頻方案，共用本振。脈沖應答機選用接收頻率與發射頻率同頻的射頻信號fr通過環形器送入接收信號模塊與本振信號混頻輸出中頻信號，中頻信號經中放模塊放大和檢波后分為兩路，一路送入數字電路模塊a/d采集轉換為數字信號，該數字信號在fpga電路中進行時間延遲存儲，另一路中放模塊輸出的脈沖檢波信號在數字電路模塊中，通過收發時序控制電路以基準脈沖的前沿脈沖為參考，產生延時轉發控制脈沖、微波開關脈沖延遲和功放檢波脈沖，在可編程門陣列fpga電路中產生完全封閉接收信號的時序處理，采用脈沖時序控制對收到的脈沖檢波信號進行時序控制，再生的檢波基準脈沖控制延遲存儲電路實現數字延遲線，a/d數字信號采集信號經過數字延遲線存儲轉發，轉發信號送d/a變換器，經d/a轉換為模擬中頻信號，該輸出模擬中頻信號通過發射信道模塊上變頻送入功放模塊進行放大；功放模塊在功放檢波脈沖為高電平時，將放大后的射頻信號ft經過環形器輸出脈沖調制信號。

設脈沖相參應答機接收信號頻率為fr，發射信號頻率為ft，本振頻率為fo，接收中頻信號頻率為fir，發射中頻信號頻率為fit°

根據脈沖應答機的頻率關系設計方案有：

fr＝fir+fo(1)

ft＝fit+fo(2)

當要求fr＝ft時，(1)式和(2)式相等，很容易推導出fir＝fit。可見，根據計算，要保證脈沖應答機的相參轉發特性，只需要保證中頻信號的相參轉發特性即可，與本振信號無關。

接收信道模塊包括：順次串聯的場放模塊、微波開關和混頻器，頻脈沖應答機天線接收到射頻信號后，射頻信號fr通過環形器進入場放模塊，射頻信號fr經過場放模塊濾波放大后，通過微波開關控制輸出的射頻信號與本振信號混頻輸出中頻信號，中頻信號通過中放模塊放大和檢波后，送入收發時序控制電路對中放檢波輸出的脈沖檢波信號進行再生處理，將該脈沖信號取反后，與微波開關脈沖的取反脈沖相與，獲取新的基準檢波脈沖，以該基準脈沖的前沿脈沖為參考，產生延時轉發控制脈沖，采集信號經過數字延遲線存儲轉發，轉發信號通過d/a變換器輸出中頻信號。

中頻信號經過發射信道模塊上變頻后，通過功放模塊放大，放大后的信號ft經過環形器輸出。同時，在數字電路模塊中，收發時序控制電路接收中放模塊輸出的脈沖檢波信號，并采用脈沖時序控制的方法對該信號進行時序控制，產生微波開關脈沖、延遲轉發控制脈沖和功放檢波脈沖。微波開關將脈沖送至接收信道模塊的微波開關控制端，當功放工作時及時關閉接收信道。收發時序控制電路將延遲轉發控制脈沖送數字延遲線，在fpga內部編程延遲時間，將脈沖相參應答機的延時轉發控制產生的功放檢測脈沖送至功放模塊，只有當功放檢波脈沖為高電平時，功放模塊才有脈沖調制信號輸出。

根據圖2波形圖所示，脈沖檢波信號為中放模塊檢波輸出的脈沖寬度為0.6us的負脈沖信號。微波開關脈沖是控制接收信道模塊微波開關通斷的控制脈沖信號，該控制脈沖信號為脈沖寬度為35.7us的正脈沖信號，該信號為高電平時，表示接收信道關閉。收發時序控制電路再生檢波脈沖將中放模塊輸出的脈沖檢波信號取反后，與微波開關脈沖的取反脈沖相與，獲取新的基準檢波脈沖；功放檢測脈沖時候控制功放工作的開關信號，該信號為脈沖寬度為3.3us的正脈沖，延遲轉發控制脈沖是控制脈沖相參應答機的延遲轉發精度的控制脈沖，該脈沖為脈寬為0.6us的正脈沖，且該脈沖前沿與脈沖檢波信號下降沿之間的時間差為脈沖應答機的轉發延時值，圖中設置為16.4us，該時間可以通過收發時序控制電路的軟件設置，可任意編程控制。

參閱圖3。單脈沖雷達測量系統通過脈沖雷達地面站重復發射上行脈沖調制信號，飛行器上的脈沖應答機收到該信號相參轉發回地面，地面站測量收發信號的時延差，即可計算獲得飛行器目標的徑向距離；地面站測量脈沖應答機轉發的下行脈沖信號內調制的載波信號多普勒頻率值，即可計算獲得飛行器目標的徑向速度。

若脈沖重復周期為t，脈沖寬度δ，傳播時延τ,

則上行脈沖調制信號：

s(t)＝ac(t)cos(2πfot+θ)

下行脈沖調制信號：

s(t-τ)＝ac(t-τ)cos[2πfo(t-τ)+θ]

則有：

目標距離：

最大探測目標距離：

距離分辨率：

將代入下行脈沖調制信號得：

其中，多普勒頻率

根據(3)、(6)式，可測量距離和速度值。分析(4)、(5)式，可以知道：發射脈沖越窄，其距離分辨率越高，測距精度就越高；重復周期越長，最大探測距離越大，但重復合周期越大，其脈沖的平均功率越低，反過來制約作用距離。

以上所述的僅是本發明的優選實施例。應當指出，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以作出若干變形和改進，比如，從上面的描述可以看出，根據系統使用要求更改脈沖寬度、延遲轉發時間等參數，實現不同延遲轉發時間要求的脈沖相參應答機。這些變更和改變應視為屬于本發明的保護范圍。