阅读说明：本技术 一种基于二维频相扫描阵列的高帧频快速目标探测方法 (High-frame-frequency rapid target detection method based on two-dimensional frequency phase scanning array ) 是由 徐国庆 朱迪 黄莹珠 于 2020-06-18 设计创作，主要内容包括：本发明属于空域目标探测技术领域,具体地说,涉及一种基于二维频相扫描阵列的高帧频快速目标探测方法,该方法包括：将多频点功率脉冲信号发送至发射天线,发射天线将多频点功率脉冲信号发射至待探测空域中的待测目标,待探测空域中的待测目标产生多频点回波信号；接收天线阵列接收从待测目标反射回的多频点回波信号,采用俯仰向频扫和水平向数字波束合成相结合的方法,利用接收机和数控单元,对接收的多频点回波信号进行俯仰向和水平方向数据处理,得到待测目标的位置信息、速度信息和待测目标的检测距离,完成快速目标探测。(The invention belongs to the technical field of airspace target detection, and particularly relates to a high-frame-frequency rapid target detection method based on a two-dimensional frequency phase scanning array, which comprises the following steps: sending the multi-frequency point power pulse signals to a transmitting antenna, transmitting the multi-frequency point power pulse signals to a target to be detected in a space to be detected by the transmitting antenna, and generating multi-frequency point echo signals by the target to be detected in the space to be detected; the receiving antenna array receives the multi-frequency point echo signals reflected from the target to be detected, the method of combining the pitching direction frequency scanning and the horizontal direction digital beam synthesis is adopted, the receiver and the numerical control unit are utilized to perform data processing in the pitching direction and the horizontal direction on the received multi-frequency point echo signals, the position information and the speed information of the target to be detected and the detection distance of the target to be detected are obtained, and the rapid target detection is completed.)

一种基于二维频相扫描阵列的高帧频快速目标探测方法

技术领域

本发明属于空域目标探测技术领域，具体地说，涉及一种基于二维频相扫描阵列的高帧频快速目标探测方法。

背景技术

波束的二维扫描技术是相控阵列的核心，该技术通过发射多个不同相位电磁脉冲信号进行波束合成，从而形成特定指向的波束探测目标，在此基础上通过不停的改变波束指向完成对不同指向角度的二维扫描。高帧频二维宽带扫描技术提出了一种不同于现有相控阵波束合成技术的，能够实现快速扫描的技术方案。

高帧频二维宽带扫描技术可实现快速的空域扫描，并且技术复杂度低，成本低，对于低空高速无人机的跟踪探测和反制、重要场所陆地周界及临近空域的智能防护、重要运动车辆目标的近距离主动防护等方面具有广泛的应用前景。

现有的二维波速扫描方法扫描速度较慢，扫描时间长，系统技术复杂度高的缺陷；具体如下：

1、现有的二维相控扫描技术扫描速度慢；如果每一个波位的扫描时间为T，水平方向有N个波位，俯仰方向有M个波位，则扫描时间为M×N个T时间；

2、现有的二维相控扫描技术复杂度较高，需要在每一个单元后加入移相器(或TR组件)。系统非常复杂，成本高。对于目标探测的性价比非常差，无法做到大规模的应用，尤其是在民用领域；

发明内容

为解决现有技术存在上述缺陷，本发明提出了一种基于二维频相扫描阵列的高帧频快速目标探测方法，实现对待测空域的快速扫描，能够精确测量待测目标的位置信息，检测距离，待测目标的速度信息，而且复杂度较低，成本较低。

所述二维频相扫描阵列包括：发射天线、接收天线阵列、接收机和数控单元；接收天线阵列与接收机电连接，接收机与数控单元电连接，该方法包括：

将多频点功率脉冲信号发送至发射天线，发射天线将多频点功率脉冲信号发射至待探测空域中的待测目标，待探测空域中的待测目标产生多频点回波信号；

接收天线阵列接收从待测目标反射回的多频点回波信号，采用俯仰向频扫和水平向数字波束合成相结合的方法，利用接收机和数控单元，对接收的多频点回波信号进行俯仰向和水平方向数据处理，得到待测目标的位置信息、速度信息和待测目标的检测距离，完成快速目标探测。

作为上述技术方案的改进之一，所述接收机包括：多个多段波位滤波器和多个信道接收组件；数控单元包括：多个A/D转换器和数据处理模块；

其中，每个多段波位滤波器依次顺序连接信道接收组件和A/D转换器；

将多频点功率脉冲信号送至发射天线，形成发射链路；

接收天线阵列中的每个接收天线依次顺序连接多段波位滤波器、信道接收组件、A/D转换器和数据处理模块，形成接收链路。

作为上述技术方案的改进之一，所述发射天线包括单根发射波导。

作为上述技术方案的改进之一，所述接收天线阵列包括：多个水平平行排列的接收天线；其中，每个接收天线包括单根频扫波导。

作为上述技术方案的改进之一，所述接收天线阵列接收从待测目标反射回的多频点回波信号，采用俯仰向频扫和水平向数字波束合成相结合的方法，利用接收机和数控单元，对接收的多频点回波信号进行俯仰向和水平方向数据处理，得到待测目标的位置信息、速度信息和待测目标的检测距离；具体为：

发射天线发射多频点功率脉冲信号至待测目标，接收天线阵列中的每个接收天线接收从待测目标反射回的多频点回波信号，将多频点回波信号输入至多段波位滤波器进行多段波位滤波处理，得到不同俯仰波位的高频模拟信号，再将每个高频模拟信号输入至信号接收组件进行降频处理，得到中频模拟信号，再经过A/D转换器进行模数转换后，得到数字中频信号，再将每个数字中频信号输入至数据处理模块进行数据处理，得到多个不同俯仰波位的数字中频信号及其对应的俯仰波束角度；

同时，将每个相同俯仰波位的多个数字中频信号组成一组数据，并将该组数据输入至数据处理模块进行数字波束合成处理，得到每个相同俯仰波位的水平方向波束角度；

根据每个相同俯仰波位的俯仰向波束角度和水平方向波束角度，得到待测目标的位置信息；

通过获得的数字中频信号，计算发射的多频点功率脉冲信号和反射回的多频点回波信号的时间差，将时间差乘以光速，则得到待测目标的检测距离；

通过获得的数字中频信号，计算发射的多频点功率脉冲信号和反射回的多频点回波信号的频率差，获得回波信号的多普勒频移，则得到待测目标的速度，作为待测目标的速度信息。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

1、本发明的方法扫描速度快，仅利用原单个波位的扫描时间T即可实现水平方向的波位和俯仰方向的波位的全部扫描，比传统二维扫描方式速度提高N*M倍(水平方向有N个波位，俯仰方向有M个波位)，可以实现较高的帧频，对于高速目标能够提供较高的数据刷新率。

2、采用俯仰向频扫、波段滤波与水平方向的数字波束合成的新的扫描方式，可以实现快速扫描，在探测待测目标时，实现了更高的扫描速度和数据更新率，更高的扫描速度能够更快的发现目标，更高的数据刷新率，能够跟踪待测目标的复杂运动轨迹；

3、复杂度较低，结构较为简单，成本低，非常适用于采用相控方式扫描的系统。

附图说明

图1是本发明的一种基于二维频相扫描阵列的高帧频快速目标探测方法的二维频相扫描阵列的电路连接的结构框图；

图2是本发明的一种基于二维频相扫描阵列的高帧频快速目标探测方法的二维频相扫描阵列中的发射天线与接收天线阵列的结构示意图；

图3是本发明的一种基于二维频相扫描阵列的高帧频快速目标探测方法的二维频相扫描阵列的数控单元信号处理流程图。

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步的描述。

本发明提供了一种基于二维频相扫描阵列的高帧频快速目标探测方法，主要用于高速目标的探测、定位和跟踪。其中，高速目标为速度大于100米/秒的目标；

如图1所示，所述接收机包括：多个多段波位滤波器和多个信道接收组件；数控单元包括：多个A/D转换器和数据处理模块；

其中，每个多段波位滤波器依次顺序连接信道接收组件和A/D转换器；

将多频点功率脉冲信号送至发射天线，形成发射链路；

接收天线阵列中的每个接收天线依次顺序连接多段波位滤波器、信道接收组件、A/D转换器和数据处理模块，形成接收链路。

如图2所示，所述发射天线包括单根发射波导。

如图2所示，所述接收天线阵列包括：多个水平平行排列的接收天线；其中，每个接收天线包括单根频扫波导。其中，所述接收天线阵列为矩形平面阵。

该方法包括：

将多频点功率脉冲信号发送至发射天线，发射天线将多频点功率脉冲信号发射至待探测空域中的待测目标，待探测空域中的待测目标产生多频点回波信号；

其中，在本市实施例中，所述多频点功率脉冲信号是通过DDS信号处理器产生的。

接收天线阵列接收从待测目标反射回的多频点回波信号，采用俯仰向频扫和水平向数字波束合成相结合的方法，利用接收机和数控单元，对接收的多频点回波信号进行俯仰向和水平方向数据处理，得到待测目标的位置信息、速度信息和待测目标的检测距离，完成快速目标探测。

具体地，如图2所示，发射天线发射多频点功率脉冲信号至待测目标，接收天线阵列中的每个接收天线接收从待测目标反射回的多频点回波信号，将多频点回波信号输入至多段波位滤波器进行多段波位滤波处理，得到不同俯仰波位的高频模拟信号，再将每个高频模拟信号输入至信号接收组件进行降频处理，得到中频模拟信号，再经过A/D转换器进行模数转换后，得到数字中频信号，再将每个数字中频信号输入至数据处理模块进行数据处理，得到多个不同俯仰波位的数字中频信号及其对应的俯仰波束角度；

同时，如图3所示，将每个相同俯仰波位的多个数字中频信号组成一组数据，并将该组数据输入至数据处理模块进行数字波束合成处理，得到每个相同俯仰波位的水平方向波束角度；图3中的俯仰单波位为每个相同俯仰波位，其中的ADC采样数据为每个数字中频信号，每个数字中频信号经过DDC(Direct Digital Control，直接数字控制)控制器，输入至数据处理模块进行数字波束合成(DBF)处理，得到每个相同俯仰波位的水平方向波束角度，将其作为接收天线阵列的阵面扫描结果；根据每个相同俯仰波位的俯仰向波束角度和水平方向波束角度，得到待测目标的位置信息；

通过获得的数字中频信号，计算发射的多频点功率脉冲信号和反射回的多频点回波信号的时间差，将时间差乘以光速，则得到待测目标的检测距离；

通过获得的数字中频信号，计算发射的多频点功率脉冲信号和反射回的多频点回波信号的频率差，获得回波信号的多普勒频移，则得到待测目标的速度，作为待测目标的速度信息。

在本实施例中，发射天线发射M个频点功率脉冲信号至待测目标，接收天线阵列由N个单根接收天线组成，接收从待测目标反射回的多频点回波信号，将多频点回波信号进行多段波位滤波处理、降频处理和模数转换，再输入至数据处理模块进行数据处理，得到M个不同俯仰波位的数字中频信号及其对应的俯仰波束角度；

同时，将每个相同俯仰波位的N个数字中频信号组成一组数据，并将该组数据输入至数据处理模块进行数字波束合成处理，得到每个相同俯仰波位的水平方向波束角度；

根据俯仰向波束角度和水平方向波束角度，得到待测目标的位置信息；其中，得到待测目标的不同位置信息是在一个T时间内完成，实现了快速扫描。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。