[发明专利]一种用于机载或星载雷达高度计的多功能数字信号处理机

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于机载、星载雷达高度计的数字信号处理与通讯的信号处理机，特别是涉及一种满足了子孔径高度计对数字信号处理的要求，可实现多种工作模式，支持多种接口通讯的信号处理机。

技术背景

雷达高度计是一种搭载于飞机、卫星等飞行器上的测高雷达，可用来测量雷达至目标面的平均高度、目标起伏特性及后向散射系数等参量。星载雷达高度计自20世纪70年代面世以来，就以其独特的优势在海洋、海冰、陆冰等观测领域发挥着重要作用。星载雷达高度计在海洋动力环境测量中扮演重要角色，可以测量大地水准面的起伏和重力异常、反演地球深层结构、探测大尺度洋流和中尺度涡流、跟踪海洋动力学现象的强弱变化和位置迁移、精确地测量两极覆盖冰量的变化、反演出海洋表面浪高、测量海面风速等等。目前在海洋动力环境探测方面，雷达高度计具有其他仪器不可替代的作用，对国民经济和国防建设都发挥重要的作用

传统星载脉冲有限体制的雷达高度计功率利用效率很低，因此一般体积和重量都比较大，功耗一般都在100W左右，所以一般都采用大卫星平台。为提高功率利用效率，人们提出了将传统高度计技术和孔径合成技术相结合的思路，从而开始了新一代雷达高度计体制的研制工作，延时多普勒高度计(Delay Doppler Altimeter，简称DDA)就是这样一种正在研制的新型雷达高度计，它可以将传统高度计发射信号的峰值功率降低10dB，同时提高了沿航迹方向上的空间分辨率。但DDA在孔径合成方式上采用简单的非聚焦多普勒锐化孔径合成和视配准方法，这在很大程度上制约了功率利用效率和测量精度进一步提高。

子孔径雷达高度计(Sub-aperture Altimeter，简称SAA)则采取不同的设计思路，即通过非聚焦孔径合成和粗视配准的实时处理模式与聚焦子孔径合成和精视配准的后处理模式相结合，其功率利用效率和测量精度从机理上完全优于DDA，而且基本不增加高度计硬件系统实现的复杂度，是非常有前途的一种新型雷达高度计，对于高度计实现小型化具有非常重要的意义。

子孔径雷达高度计的关键在于数字信号处理部分，多功能数字信号处理机正式满足其要求的核心部件，例如文献1(中科院博士论文“高分辨率星载雷达高度计系统研究”)，许可，2001年6月。文中提到的各种典型传统高度计的工作原理，其数字信号处理器的基本结构如图9所示，主要完成了高速A/D采样及之后的FFT、数字滤波、模量平方，通过平均回波功率获得参量估值，实现跟踪功能，它们均没有对脉冲间的回波进行孔径合成，而是直接对其求模平方获得回波功率，从而无法通过利用脉冲间的相关性实现功率利用效率和方位分辨率的提高，在大平均时间的情况下还存在严重的脉冲足迹失配问题，从而影响了测量精度。至于国际上现有的DDA体制高度计，在数字处理部分只是进行了非聚焦处理，同时没有考虑空变性距离徙动的补偿问题，在提高功率利用效率和测量精度方面也存在不足。

发明内容

本发明的目的在于，克服传统高度计和延时多普勒高度计在数字信号处理方面的不足，为了提高功率利用效率和测量精度，同时支持SAA、传统高度计和合成孔径成像等多种工作模式，从而提供一种采取聚焦处理和带空变性的距离徙动补偿的、增加了数字回波模拟、1553B总线通讯和USB通讯功能的多功能数字信号处理机。该多功能数字信号处理机具有高性能、体积小、成本低和通用便携。

本发明的目的是这样实现的：

本发明提供的用于机载或星载雷达高度计的多功能数字信号处理机(如图1所示)，包括高速A/D采样器件3、隔离保持器1和DSP通用处理器10；所述的隔离保持器1由隔离放大器和电容组成，用于使输入/输出信号在电气上完全隔离；

所述的高速A/D采样器件3具有采样频率可调，可实现ADC直流偏移校正，增益微调和采样抽取的功能；

所述的DSP通用处理器10，对接收到的各回波功率观测矩阵进行最大似然估计和预测，实时获得绝对高度、波高和风速等目标信息的估值，用于时序等参量的实时控制；其特征在于，还包括

由FPGA实现的时序控制单元2，它利用外部高稳定晶振提供的稳频基准信号，通过锁相倍频和分频的方式实现上下变频，在DSP提供的触发脉冲控制下，为其它功能单元提供所需频率的时钟信号；

由FPGA实现的数字I/Q处理单元4，用于对A/D后的数字信号进行数字混频和低通滤波处理得到所需的基带数字I、Q信号，以同时提供信号的幅度和相位信息；

由FPGA实现的存储控制单元5，在时序控制单元2提供的时钟信号驱动下，为数据存储器提供地址控制信号；

数据A存储器6，用于存储数字I/Q单元4输出的I/Q数字信号；