一種同時發(fā)射多波束形成以及接收信號處理的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種同時發(fā)射多波束形成以及接收信號處理的方法，包括：選擇兩組正交多相碼；對雷達陣列天線的每一個陣元，利用直接數(shù)字式頻率合成器對兩組正交多相碼分別調(diào)制中頻正弦信號，得到第一發(fā)射信號波形和第二發(fā)射信號波形；將產(chǎn)生的第一發(fā)射信號波形和第二發(fā)射信號波形疊加之后再通過上變頻變換至所需的射頻波段，經(jīng)線性功率放大器放大后輸出至天線發(fā)送；接收機接收端接收各個發(fā)射信號經(jīng)過遠場目標反射回來的回波信號；接收端用兩個匹配濾波器分別與回波信號進行匹配，分離出發(fā)射的兩組信號，再將得到的回波信息送至接收機后端的數(shù)據(jù)處理部分處理得到目標信息。
【專利說明】一種同時發(fā)射多波束形成以及接收信號處理的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于相控陣雷達【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及數(shù)字陣列雷達同時發(fā)射多波束形成以 及接收端信號波形分離技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002] 相控陣雷達又稱作相位陣列雷達，是一種以改變發(fā)射信號相位來改變波束指向的 電子掃描陣列雷達。它與天線進行機械掃描的雷達相比，最大的差別在于天線無需轉(zhuǎn)動即 可使天線波束快速掃描。
[0003] 相控陣雷達的另一個優(yōu)勢就是易于形成多個波束，這一優(yōu)勢為相控陣雷達性能帶 來不少新的潛力：擴大雷達天線的輻射覆蓋范圍從而提高搜索與跟蹤數(shù)據(jù)率；便于實現(xiàn)雙 /多基地雷達組網(wǎng)等。數(shù)字陣列雷達（Digital Array Radar)是一種接收和發(fā)射波束都以 數(shù)字方式實現(xiàn)的全數(shù)字相控陣雷達。它可以在數(shù)字域進行幅相加權(quán)，實現(xiàn)收發(fā)數(shù)字波束形 成，其核心技術(shù)是全數(shù)字的T/R組件。
[0004] 目前，相控陣雷達發(fā)射多波束形成的方式主要有兩種，一種是分時發(fā)射多波束；另 一種就是同時發(fā)射多波束。第一種方式雖然可以簡化設備和降低成本，但是也增加了連續(xù) 跟蹤目標的難度，容易跟丟目標。對于同時發(fā)射多波束而言，目前，可以采用多波束形成網(wǎng) 絡（如Rotman透鏡）的模擬方式實現(xiàn)，或者將雷達大型發(fā)射陣列天線分為幾個發(fā)射陣面， 每個陣面各自獨立形成發(fā)射波束。對于前者，用硬件實現(xiàn)的模擬方法，一旦多波束網(wǎng)絡方案 確定之后，波束形狀和波束指向等就固定了，不易改動。特別是不能自適應的形成多個波 束，抗干擾能力很差。對于后者，雷達天線陣列被分割成L個子陣，每個子陣獨立形成波束， 這樣一來，雷達發(fā)射機的能量未能充分被利用，天線的口徑和峰值發(fā)射功率均下降為分割 前的1/L，大幅降低了雷達的測角精度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種同時發(fā)射多波束形成以及接收信號處理的方 法，利用接收端的一組匹配濾波器分離出發(fā)射的正交信號波形，從而得到多個目標的距離， 速度等信息。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案：一種同時發(fā)射多波束形成以及接收信號處理的方法，包括以 下步驟：
[0007] 步驟S1 :選擇兩組正交多相碼；
[0008] 步驟S2 :對雷達陣列天線的每一個陣元，利用直接數(shù)字式頻率合成器按照步驟S1 中的兩組正交多相碼分別調(diào)制中頻正弦信號，得到第一發(fā)射信號波形和第二發(fā)射信號波 形；
[0009] 步驟S3 :將產(chǎn)生的第一發(fā)射信號波形和第二發(fā)射信號波形疊加之后再通過上變 頻變換至所需的射頻波段，經(jīng)線性功率放大器放大后輸出至天線發(fā)送；
[0010] 步驟S4 :接收機接收端接收各個發(fā)射信號經(jīng)過遠場目標反射回來的回波信號；
[0011] 步驟S5 :接收端用兩個匹配濾波器分別與回波信號進行匹配，分離出發(fā)射的兩組 信號，再將得到的回波信息送至接收機后端的數(shù)據(jù)處理部分處理得到目標信息；
[0012] 進一步地，所述目標信息包括，目標的距離，目標的速度。
[0013] 本發(fā)明的有益效果，本發(fā)明的一種同時發(fā)射多波束形成以及接收信號處理的方 法，利用正交多相碼多方位相位加權(quán)合成的方法形成同時發(fā)射波束，并且利用接收端的一 組匹配濾波器就可以分離出發(fā)射的正交信號波形，從而得到多個目標的距離，速度等信息， 實現(xiàn)了精確定位的功能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 圖1為本發(fā)明實現(xiàn)的同時發(fā)射多波束單個發(fā)射通道的結(jié)構(gòu)圖。
[0015] 圖2為相控陣雷達發(fā)射接收模型。
[0016] 圖3為正交多相編碼信號發(fā)射多波束圖。
[0017] 圖4為接收端匹配濾波輸出圖。

【具體實施方式】
[0018] 下面結(jié)合附圖并舉實例，對本發(fā)明進行詳細描述。
[0019] 本發(fā)明提供了一種同時發(fā)射多波束形成以及接收信號處理的方法，在陣列天線發(fā) 射端發(fā)射兩個經(jīng)過相位加權(quán)的正交碼波形線性合成信號并且經(jīng)過線性功放放大之后再由 天線陣元發(fā)射出去，可以得到不同指向的波束。接收天線接收遠場目標反射回來的信號，然 后再經(jīng)過匹配濾波器匹配處理就可以分離出兩個發(fā)射信號。
[0020] 本發(fā)明的一種同時發(fā)射多波束形成以及接收信號處理的方法，具體步驟如下：
[0021] 步驟S1 :選擇兩組有限長度正交多相碼，所述正交碼選取遵循碼的自相關(guān)峰值旁 瓣低，碼間互相關(guān)峰值旁瓣低準則；
[0022] 假設正交碼集S包含L個信號，每個信號的碼元數(shù)為N，編碼相位個數(shù)為M，則第1 個信號可以表示為：
[0023] {s^k) = exp[j Φ χ (η) ]},
[0024] 其中，1 = l，2，...L;n = f(N)，N= l，2，...，N;f(N)代表第N 個碼元的值，N 代 表對應碼元的順序；
[0025] 編碼相位取為：

【權(quán)利要求】
1. 一種同時發(fā)射多波束形成以及接收信號處理的方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟S1 :選擇兩組正交多相碼； 步驟S2 :對雷達陣列天線的每一個陣元，利用兩個直接數(shù)字式頻率合成器對步驟S1中 的兩組正交多相碼分別調(diào)制中頻正弦信號，得到第一發(fā)射信號波形和第二發(fā)射信號波形； 步驟S3 :將產(chǎn)生的第一發(fā)射信號波形和第二發(fā)射信號波形疊加之后再通過上變頻變 換至所需的射頻波段，經(jīng)線性功率放大器放大后輸出至天線發(fā)送； 步驟S4 :接收機接收端接收各個發(fā)射信號經(jīng)過遠場目標反射回來的回波信號； 步驟S5 :接收機接收端分離出發(fā)射的兩組信號，再將得到的回波信息送至接收機后端 的數(shù)據(jù)處理部分處理得到目標信息； 所述目標信息包括：目標的距離，目標的速度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的一種同時發(fā)射多波束形成以及接收信號處理的方法，其特征在 于，所述步驟S1選擇兩組正交多相碼的算法如下： 假設正交碼集S包含L個信號，每個信號的碼元數(shù)為N，編碼相位個數(shù)為M，則第1個信 號可以表示為： {s^k) = exp[j Φ^η)]},
其中，η對應M-1的值，Φ i (η)表示第N個碼元所對應的編碼相位 于是，整個碼組信號矩陣可以表示為： 其中，1 = l，2，...L;n = f(N)，N= l，2，...，N;f(N)代表第N個碼元的值，N代表對 應碼元的順序； 編碼相位取為：
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的一種同時發(fā)射多波束形成以及接收信號處理的方法，其特征在 于，所述步驟S2中第一發(fā)射信號波形指向第一發(fā)射角和第二發(fā)射信號波形指向第二發(fā)射 角的相位調(diào)整，分別在第一直接數(shù)字式頻率合成器、第二直接數(shù)字式頻率合成器中通過控 制系統(tǒng)給的第一相位控制字、第二相位控制字完成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的一種同時發(fā)射多波束形成以及接收信號處理的方法，其特征在 于，所述步驟S3中的第一發(fā)射信號波形和第二發(fā)射信號波形疊加算法為： s\ (k + s2 (k)e~^2i 其中，k表示第k個陣元，Sl (k)、s2 (k)表示所述第k個陣元的第一發(fā)射信號波形和第二 發(fā)射信號波形的函數(shù)表達式，^和分別表示對信號Sl (k)，s2 (k)做的相位加權(quán)值， $ lk和tk分別表不對信號S1 (k)，S2 (k)做的加權(quán)的相位值。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1的一種同時發(fā)射多波束形成以及接收信號處理的方法，其特征在 于，所述步驟S4具體算法如下： 陣元1發(fā)射信號為{sn+s21}，陣元2發(fā)射信號為{s12+s 22}......陣元K發(fā)射信號為 {s1K+s2K}， 每個陣元發(fā)射的信號組成的集合為： S1k+S9k}
Φα表示第k個陣元通道中的第i個 信號加權(quán)的相位值，λ表示發(fā)射信號波長，d表示陣元間距，i = l、2;k= 1、2.....K，表示 K個陣元； 假設信號81〇〇、82〇〇從發(fā)射出去經(jīng)過遠場目標反射回來后的延時為τι、τ 2，這個過 程中信號的傳播衰減系數(shù)為β i、β 2 ; 接收端接收到的為各個陣元發(fā)射信號的合成信號，下變頻之后，記為x (k)
6.根據(jù)權(quán)利要求1的一種同時發(fā)射多波束形成以及接收信號處理的方法，其特征在 于，所述步驟S5具體算法如下： 根據(jù)匹配濾波器原理可知，與Si(k)相匹配的匹配濾波器的沖激響應h (k)應是Si(k) 的鏡像函數(shù)，即： hi (k) = s*i (kd-k), 其中i = 1，2, kd表示附加延時，表示取共軛； 記合成信號x(k)與第j(j = 1、2)個匹配濾波器匹配輸出信號Syj(k)，則有：
因 Si (k)間相互正交，即jV Λ.丨⑴⑴?/Γ = 〇,y W，故： ）=?⑴rA_ (r - ^ )辦（y=1，2) ? 得到發(fā)射的信號波形yi (k)、y2 (k)， 其中，hj(k)*X(k)中的表示卷積運算。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1的一種同時發(fā)射多波束形成以及接收信號處理的方法，其特征在 于，所述步驟S1的正交碼選取遵循碼的自相關(guān)峰值旁瓣低，碼間互相關(guān)峰值旁瓣低準則。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1的一種同時發(fā)射多波束形成以及接收信號處理的方法，其特征在 于，所述步驟S5接收機接收端用兩個匹配濾波器分別與回波信號進行匹配，分離出發(fā)射的 兩組信。
【文檔編號】G01S7/02GK104122532SQ201410365962
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月29日
【發(fā)明者】曾祥東, 魏國華, 張存, 魏志龍, 鄒林 申請人:電子科技大學