[发明专利]一种数字中频单脉冲测向方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种机载防撞系统，具体一种数字中频单脉冲测向方法。

背景技术

近年来，雷达作为一种探测目标的重要工具，在军事和民用领域发挥越来越重要的作用。其主要任务是在存在噪声、杂波与干扰的背景中检测并跟踪、测量来自空中、地面或水面上的有用目标。其中对目标的精确方位角测量是目标信号处理的一个重要环节，同时也是信号处理中的一个关键问题。

单脉冲体制雷达是一种比较先进的雷达体制，单脉冲测向是依靠多路接收技术实现的，它是用几个独立的接收支路来同时接收目标信号的回波信号，然后再将这些信号的参数加以比较，得出目标的准确方向角，具有更高的定向精度，因而在航空以及军事等领域有广泛的应用。使用单脉冲定向法，只需要一个回波脉冲，就可以给出目标角位置的全部信息，这也是“单脉冲”定向这一术语的来源。因为单脉冲雷达只用一个脉冲定向，所以回波信号的幅度起伏不会对角坐标的测量精度产生显著的影响。

单脉冲测向技术是现代无线电通信导航领域常用的关键技术。单脉冲测向技术包括一般包括比相、比幅、比相比幅结合3种方法。比相方法抗干扰性强，不受幅度变化限制，性能比较稳定。传统单脉冲比相技术是射频上利用波导桥产生和差信号，对和差信号进行混频鉴相，得到相差信号，最终算出方位值。

机载防撞系统(即TCAS)中，要求探测本机空域内入侵机的飞行参数，包括与本机距离、相对高度和方位。但现有机载防撞系统探测上述参数的准确度不高，速度慢，无法产生很高的经济效益。

由此，如何有效跟踪快速精确测量入侵机的方位是本领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明针对现有机载防撞系统测向技术所存在的问题，而提供一种数字中频单脉冲测向方法，该方法用于机载防撞系统接收机中，能够使相应的系统测向准、速度快。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种数字中频单脉冲测向方法，该方法基于机载防撞系统接收机实施，所述机载防撞系统的天线为四阵子单元天线，且四阵子单元采用正方形排列，所述方法包括如下步骤：

(1)带通采样：将来自四阵子单元天线的第一、第二、第三以及第四共四路中频信号分别带通采样，进行数字下变频；

(2)数字鉴相：对下变频后的四路中频信号进行处理，利用数字鉴相方法分别求得第一阵子单元和第三阵子单元间的第一接收支路的相位差、第二阵子单元和第四阵子单元间的第二接收支路的相位差；

(3)自动相差校准：分别通过第二阵子单元和第四阵子单元发射一个校准信号，计算第一接收支路接收到校准信号的相位差，并取平均值，得到第一接收支路的固有相位差；分别通过第第一阵子单元和第三阵子单元发射一个校准信号，计算第二接收支路接收到校准信号的相位差，并取平均值，得到第二接收支路的固有相位差；

(4)相位方位映射：将由步骤(2)测得的信号相位差扣除由步骤(3)测得的固有相位差得到来波信号的真实相位差，再根据相位差和方位的映射关系得到来波信号的方位角。

在本发明的一实施例中，所述四阵子单元天线中第一阵子单元和第三阵子单元间、第二阵子单元和第四阵子单元间的对角线长度小于机载防撞系统接收信号波长的1/2。

在本发明的另一实施例中，所述步骤(1)中的四路中频信号通过以下步骤得到：

(11)四阵子单元天线根据来波信号形成4路接收信号；

(12)将来自四阵子单元天线的4路接收信号下变频到中频输出到机载防撞系统接收机中的数字处理板；

(13)数字处理板对4路中频信号进行AD转换。

本发明提供的方法采用中频数字带通采样、数字鉴相、相差方位映射、自动误差校准等技术，并在FPGA中实现。

采用数字中频单脉冲测向方法进行测向，具有以下特点：

中频以下利用全数字信号处理，抗干扰性强，准确度高；

采用FPGA实现，使硬件体积减小、功耗降低、成本减少；

采用数字单脉冲技术，用信号回波的一个采样点就可以算出方位值，测向更快速；

采用带通采样技术，对数字中频进一步下变频，对采样率和数据处理速度的要求大大降低，硬件成本和功耗也相应降低；

采用双延迟正交鉴相技术测量回波相位差，消除了镜像模糊，提高了测向准确度；

采用自动误差校准技术，使测向性能受环境因素、接收支路线缆延迟改变影响大大减小。