[发明专利]一种基于时间调制天线阵的单脉冲雷达系统

说明书

技术领域

本发明属于雷达工程技术领域，它特别涉及基于时间调制天线阵的相控阵单脉冲雷达系统。

背景技术

单脉冲天线的概念源自干涉仪，从理论上讲，单脉冲测角方法只需一个回波脉冲即可获得目标全部角误差信息，因此获取角误差信息所需时间很短。单脉冲法测角精度很高，因此多用于精密跟踪雷达系统中。目前还没有能够超过单脉冲跟踪精度的其他跟踪系统。

目前采用的精密跟踪系统主要是单脉冲跟踪系统，美国导弹靶场测量雷达的角跟踪精度高达0.1密位，是目前所知的精度最高的地面跟踪系统。美国新一代跟踪与数据中继卫星系统ATDRSS(Advanced Tracking & Data Relay Satellite System)中的KSA(Ka-band Single Access)链路也是采用单脉冲跟踪系统，跟踪精度高达1密位，是目前所知的精度最高的空间跟踪系统。在目前的单脉冲跟踪系统中，若采用振幅和差单脉冲测角或采用相位和差单脉冲测角，角误差信号都是由一个和信号与一个差信号比较确定的。从测角误差分析角度来看，对于一个目标回波信号，只有一个误差信号，为了提高跟踪距离和测量精度，或为了提供多普勒分辨，角误差信号只能通过多个目标回波信号来共同确定，这无疑会增加获取角误差信号的时间。

另一方面，在天线研究领域新型天线形式的研究推动了新型雷达系统的研究。时间调制技术在阵列天线方面的引入带来了为实现低副瓣乃至超低副瓣带来了极大的方便。在时间调制阵列天线的研究中，各种不同策略的时间序列调制方式为时间调制天线阵在各种应用背景下的应用(包括在精密角跟踪雷达系统)提供了新的研究课题。

发明内容

本发明鉴于上述技术背景而实现，目的在于提供一种基于时间调制天线阵的单脉冲雷达系统，其新颖性在于同时和差波束在各自不同频率上实现，接收一个目标回波时能得到两个高频角误差信号，接收和差波束性能较传统天线阵易于控制，获取角误差信号时间短，在相同时间内获得的角跟踪精度高的特点。

为了描述方便，我们首先对所用术语作如下定义。

环流器：指用于将发射机与接收机进行隔离的装置。

收发开关：指用于与环流器协同工作时，起到收发通道转换和隔离的作用。当发射机送来高频大功率脉冲时，它能关闭接收机输入端，让高频大功率脉冲送到天线，经天线发射出去；当接收目标回波信号时，它能切断发射机端口，接通接收机输入端，使回波信号直接进入接收机。

CPLD(复杂可编程逻辑器件)电路：指在本发明中为每个天线单元生成时间序列的数字逻辑电路。

高速射频开关：指按照CPLD产生的时间序列工作的单刀单掷射频吸收性开关。

移相器：指用于调节天线单元馈电相位的器件。

可变幅度衰减器：指用于调节天线单元馈电幅度的器件。

天线子阵：指作为多天线阵列的一部分相对独立的天线部件，它构成一个子天线系统。

线性中放：指用于将中频信号进行线性放大的器件。

相位检波器：指能够将高频角误差信号转换成直流误差电压的器件。

本发明提供一种基于时间调制天线阵的单脉冲雷达系统，它包括以下基本方案和改进方案，所述的基本方案如下：

基本方案：

一种基于时间调制天线阵的单脉冲雷达系统，角跟踪体制采用幅度和差单脉冲体制。它包括由收发共用的天线单元1组成的天线阵，其中每个天线单元1都接有环流器2和收发开关4。天线单元间距和静态激励幅度作为设计参量确定和差波束的性能。所述的每个天线单元1还接有低噪声放大器3，移相器5，高速射频开关7，可变幅度衰减器8。如图1所示，所述的高速射频开关7受CPLD(复杂可编程逻辑器件)电路6的控制。图1所示的接收机9中包含有一分三的功分器10，输出的三路射频信号分别由三个本振频率不同的本振信号经混频器11混频后送至中心频率为f_I的中频滤波器后分别得到中心频率和正负第一边带上的中频信号，三路中频信号送至线性中频放大器12，各线性中频放大器12的放大增益统一受自动增益控制电路13控制。中频和支路信号送至包络检波器14，两路中频差信号送至相位检波器15。相位检波器15获得的角误差信号送至波束控制器或雷达伺服机构16，如图2所示。

所述的改进方案包括如下十五种：

第一种改进方案：

它是将所述基本方案中的基于幅度和差单脉冲体制的雷达接收机9替换为基于相位和差单脉冲体制的雷达接收机，以实现目标角信息的提取，如图3所示。

第二种改进方案：