[发明专利]一种基于四维天线阵的多普勒测向装置

说明书

本发明公开了一种基于四维天线阵的多普勒测向装置，它包含收发共用的天线阵，每个阵元所连接的高速射频开关，复杂可编程逻辑器件，以及后端信号发生与处理器件。所述的四维天线阵在接收时发生相位中心运动，对不同方向的回波信号产生不同的多普勒频率，提取多普勒频率即可测定目标之方向，而且接收时天线导通单元的数目实时可变，在测向系统工作时，可以改变接收时导通单元的数目，进而调节测向范围与测向精度。本发明提供的基于四维天线阵的多普勒测向装置的优点是结构简单、使用灵活、适用于不同测向需求。

技术领域

本发明属于天线工程技术领域，涉及雷达探测与阵列信号处理，具体来说是一种基于周期性时间调制并采取两种时序协同工作的收发共用四维天线阵列，可灵活用于不同探测需求的雷达测向系统。

背景技术

1963年，美国学者Kummer等人提出了时间调制天线阵的概念：通过对天线激励的周期性通断，可以在“时间”维控制天线的辐射孔径尺寸。时间调制天线阵列属于四维天线阵的一种。四维天线阵列采用射频开关按照预定的工作时序控制每个单元的工作状态，使天线阵的口径随时间变化，即具有时间调制特性，从而大大增加天线阵的设计自由度。四维天线阵在综合低/超低副瓣方向图与赋形波束方面很有优势，已经取得诸多成果。近年来，四维天线阵的工程应用研究日益受到重视。目前已有关于四维天线阵在同时多波束扫描、脉冲多普勒雷达、保密通信等应用的文献报道。作为一种设计灵活性很强的新型阵列天线，四维天线在雷达与通信领域具有非常大的应用空间与潜在优势。目前，关于四维天线阵在雷达测向中的应用还未见报道。

无线电测向技术作为无线电监测、技术侦查和电子对抗的一项重要的技术手段，已得到业界越来越多的关注。根据测向原理的不同，测向体制可分为幅度法、相位法、多普勒法、时间差法和空间谱估计法等。其中最常用的是幅度法测向与相位法测向。幅度法依据无线电波的等速直线传播特性，利用天线的方向性引起的接收信号幅度变化来测定方向；相位法测向的物理基础是无线电波等速直线传播中在不同距离上产生相位差。幅度法测向原理简单、设备建设成本低，是使用最早、工程上使用最广的无线电测向技术，该技术又包括最大信号法、最小信号法、等信号法、信号比较法等。

在公开号为CN 105929361A的专利中，一种单天线最优化比幅无线电测向系统被提出。该系统采用一付已知方向特征的和定单向的定向天线接收无线电信号，并对接收到的无线电信号进行处理，通过最优化方法进行测向。虽然该系统对部件的一致性要求不高，但是由于使用定向辐射的单天线，在使用时天线需要机械旋转。相对于电扫描，机械扫描速度较慢，会影响测向速度；而且机械扫描的波束指向偏差较大，会影响到系统测向精度；此外这种技术本质上是比幅法测向，在干扰与噪声环境下，性能会急剧下降。

在公开号为CN 102478652A的专利中，一种基于移动平台的多普勒频差测向法被提出。该方法利用三个天线构造出两基线相互垂直的L形阵列，且其中一个基线平行于移动平台的纵轴，另一个基线垂直于移动平台的纵轴。利用两个和纵轴平行的天线阵列所接收到的多普勒频差，按方向余弦变化率得到入射波的正弦角；利用两个和纵轴垂直的天线阵列所接收到的多普勒频差，按方向余弦变化率得到入射波的余弦角。所得到的方向正切角仅与已知的多普勒频差和基线长度相关。本发明实现方法简单，适用于宽频带工作和多目标探测。但是该技术基于移动平台，应用范围有限；而且通过机械运动产生的多普勒频率差，其量级在100Hz以下，信号处理系统检测难度很大，实际上会影响测向精度。

面对以上应用需求，本发明提出一种基于四维天线阵的多普勒测向装置，利用四维天线阵单向相位中心运动产生多普勒频率，且对不同方向的回波信号该频率数值不同，通过测定回波信号的多普勒频率分量，即可确定目标方向。与常规测向方法相比，本文所提方法的系统实现较为简单；而且测向范围与测向精度同时与接收天线任意时刻导通单元数有关，在应用时，可以根据情况实时改变导通单元个数，灵活地调整测向范围与测向精度。

发明内容

本发明鉴于上述背景而实现，目的在于利用四维天线阵相位中心运动产生的多普勒频率，提出一种基于四维天线阵的雷达测向装置。