[发明专利]一种可跨介质探测水下声源的多通道脉冲多普勒雷达

说明书

本发明公开了一种可跨介质探测水下声源的多通道脉冲多普勒雷达，涉及雷达探测领域，该雷达包括多波束抛物柱面天线模块、收发模块以及集成于机箱的信号处理模块和数据处理模块，收发模块用于接收目标回波信号或发出发射信号至多波束抛物柱面天线模块的抛物柱面反射体，数据处理模块用于完成对雷达的操控、数据通讯和回波显示，信号处理模块根据海浪杂波和水面微动信号相对于该雷达探测方向的径向速度不同，通过在目标回波信号中提取多普勒频率不为零的信号即为水面微动信号，有效区分海浪杂波和目标回波，为采用水面、空中雷达跨介质探测水下声源奠定技术基础，进而使跨介质通信成为可能。

技术领域

本发明涉及雷达探测领域，尤其是一种可跨介质探测水下声源的多通道脉冲多普勒雷达。

背景技术

目前，水下传感器不能与陆地上的传感器共享数据，因为它们都使用仅在各自介质中工作的不同的无线信号。通过空气传播的无线电信号在水中非常快速地衰减，而由水下装置发出的声信号大部分反射到水面以下而不会向空中传输。例如一艘水下潜艇从空中的一架飞机下面经过，飞机没有办法在潜艇没有浮出水面的情况下发现其存在并相互通信，而浮出水面会危及潜艇自身安全，暴露潜艇的位置。

2019年麻省理工学院的研究人员设计了一个系统，允许水下和机载传感器之间直接共享数据。水下发射器将声源信号引导到水面，产生相对应的微小振动。在水面上方，采用高频连续波(Frequency Modulated Continuous Wave，FMCW)雷达读取水面微小振动并解码声源信号，即将跨介质探测水下声源转化为探测由水下声源引起的水面微动信号。

FMCW雷达是通过对连续波进行频率调制，根据发射信号和回波信号的频率差来获取目标信息的一种雷达体制。

分析麻省理工学院采用FMCW雷达探测水面微动信号的方案优势如下：

1.距离分辨力是由雷达信号的带宽决定的，FMCW雷达具有较大的带宽，因此具有较高的距离分辨力；

2.由于FMCW雷达的回波信号延时远小于发射信号的时宽，所以雷达发射机和接收机可以同时工作，不存在距离盲区；

3.由于FMCW雷达具有超大的时带积，所以不需要较高的峰值功率，工作电压比较低，不需要使用高压大功率器件，从而使得雷达系统结构简单，体积较小、重量较轻、成本较低。

方案存在的劣势如下：

考虑目前水下声源的频率、声源级的现状，水下声源引起水面微动的位移只有十几微米，通常海浪位移(峰谷幅度)在几十厘米到几百厘米，FMCW雷达无法测量到叠加在海浪上的水面微动信号，即在海浪存在的情况下，FMCW雷达无法跨介质探测到水下声源。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种可跨介质探测水下声源的多通道脉冲多普勒雷达，采用该雷达提取水面微动信号的多普勒频率，有效区分海浪杂波和目标回波，进而实现跨介质探测水下目标声源。

本发明的技术方案如下：

一种可跨介质探测水下声源的多通道脉冲多普勒雷达，包括多波束抛物柱面天线模块、收发模块以及集成于机箱的信号处理模块和数据处理模块；

多波束抛物柱面天线模块包括抛物柱面反射体、俯仰随动装置和馈源支架，抛物柱面反射体通过馈源支架设置在机箱上，俯仰随动装置与馈源支架电连接，用于控制抛物柱面反射体在俯仰方向转动；

收发模块包括综合控制模块以及与综合控制模块相连的T模块及子阵天线、R模块及子阵天线和低纹波电源模块，T模块及子阵天线、R模块及子阵天线通过馈源支架设置在抛物柱面反射体的反射面一侧，用于接收目标回波信号或发出发射信号至抛物柱面反射体；低纹波电源模块用于给所有用电模块供电，综合控制模块还连接数据处理模块和俯仰随动装置，用于传递数据处理模块发出的人机交互信息；