一種同時發射多波束形成以及接收信號處理的方法
【專利摘要】本發明提供了一種同時發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，利用直接數字式頻率合成器對兩組正交多相碼分別調制中頻正弦信號，得到第一發射信號波形和第二發射信號波形；將產生的第一發射信號波形和第二發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，經線性功率放大器放大后輸出至天線發送；接收機接收端接收各個發射信號經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，分離出發射的兩組信號，再將得到的回波信息送至接收機后端的數據處理部分處理得到目標信息。
【專利說明】一種同時發射多波束形成以及接收信號處理的方法

【技術領域】
[0001] 本發明屬于相控陣雷達【技術領域】，具體涉及數字陣列雷達同時發射多波束形成以 及接收端信號波形分離技術。

【背景技術】
[0002] 相控陣雷達又稱作相位陣列雷達，是一種以改變發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動即 可使天線波束快速掃描。
[0003] 相控陣雷達的另一個優勢就是易于形成多個波束，這一優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據率；便于實現雙 /多基地雷達組網等。數字陣列雷達（Digital Array Radar)是一種接收和發射波束都以 數字方式實現的全數字相控陣雷達。它可以在數字域進行幅相加權，實現收發數字波束形 成，其核心技術是全數字的T/R組件。
[0004] 目前，相控陣雷達發射多波束形成的方式主要有兩種，一種是分時發射多波束；另 一種就是同時發射多波束。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 跟蹤目標的難度，容易跟丟目標。對于同時發射多波束而言，目前，可以采用多波束形成網 絡（如Rotman透鏡）的模擬方式實現，或者將雷達大型發射陣列天線分為幾個發射陣面， 每個陣面各自獨立形成發射波束。對于前者，用硬件實現的模擬方法，一旦多波束網絡方案 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，雷達發射機的能量未能充分被利用，天線的口徑和峰值發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。


【發明內容】

[0005] 為解決上述問題，本發明提供了一種同時發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] 本發明的技術方案：一種同時發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，利用直接數字式頻率合成器按照步驟S1 中的兩組正交多相碼分別調制中頻正弦信號，得到第一發射信號波形和第二發射信號波 形；
[0009] 步驟S3 :將產生的第一發射信號波形和第二發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，經線性功率放大器放大后輸出至天線發送；
[0010] 步驟S4 :接收機接收端接收各個發射信號經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，分離出發射的兩組 信號，再將得到的回波信息送至接收機后端的數據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] 本發明的有益效果，本發明的一種同時發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合成的方法形成同時發射波束，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， 實現了精確定位的功能。

【專利附圖】

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

【具體實施方式】
[0018] 下面結合附圖并舉實例，對本發明進行詳細描述。
[0019] 本發明提供了一種同時發射多波束形成以及接收信號處理的方法，在陣列天線發 射端發射兩個經過相位加權的正交碼波形線性合成信號并且經過線性功放放大之后再由 天線陣元發射出去，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 后再經過匹配濾波器匹配處理就可以分離出兩個發射信號。
[0020] 本發明的一種同時發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峰值旁 瓣低，碼間互相關峰值旁瓣低準則；
[0022] 假設正交碼集S包含L個信號，每個信號的碼元數為N，編碼相位個數為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：

【權利要求】
1. 一種同時發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，利用兩個直接數字式頻率合成器對步驟S1中 的兩組正交多相碼分別調制中頻正弦信號，得到第一發射信號波形和第二發射信號波形； 步驟S3 :將產生的第一發射信號波形和第二發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，經線性功率放大器放大后輸出至天線發送； 步驟S4 :接收機接收端接收各個發射信號經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射的兩組信號，再將得到的回波信息送至接收機后端 的數據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. 根據權利要求1的一種同時發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，每個信號的碼元數為N，編碼相位個數為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. 根據權利要求1的一種同時發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中第一發射信號波形指向第一發射角和第二發射信號波形指向第二發射 角的相位調整，分別在第一直接數字式頻率合成器、第二直接數字式頻率合成器中通過控 制系統給的第一相位控制字、第二相位控制字完成。
4. 根據權利要求1的一種同時發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中的第一發射信號波形和第二發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個陣元的第一發射信號波形和第二 發射信號波形的函數表達式，^和分別表示對信號Sl (k)，s2 (k)做的相位加權值， $ lk和tk分別表不對信號S1 (k)，S2 (k)做的加權的相位值。
5. 根據權利要求1的一種同時發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發射信號為{sn+s21}，陣元2發射信號為{s12+s 22}......陣元K發射信號為 {s1K+s2K}， 每個陣元發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 信號加權的相位值，λ表示發射信號波長，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、82〇〇從發射出去經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為β i、β 2 ; 接收端接收到的為各個陣元發射信號的合成信號，下變頻之后，記為x (k)
6.根據權利要求1的一種同時發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，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. 根據權利要求1的一種同時發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峰值旁瓣低，碼間互相關峰值旁瓣低準則。
8. 根據權利要求1的一種同時發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 優先權日:2014年7月29日
【發明者】曾祥東, 魏國華, 張存, 魏志龍, 鄒林 申請人:電子科技大學