[发明专利]基于里德堡原子的脉冲雷达系统及距离测量方法

说明书

本申请涉及一种基于里德堡原子的脉冲雷达系统、距离测量方法、计算机设备和存储介质。所述方法包括：使用雷达发射机根据预设的信号发射时间发送雷达信号，由里德堡原子接收机接收雷达信号经目标反射产生的回波信号，通过数据采集模块将里德堡原子接收机收到回波信号后的输出信号转换为数字信号，信号处理模块根据数字信号绘制回波信号的EIT‑AT谱图像，根据EIT‑AT谱图像获取回波信号到达里德堡原子接收机的回波信号到达时间，并根据信号发射时间和回波信号到达时间得到目标的距离测量值。本发明的脉冲雷达系统、距离测量方法在相同发射功率下能够探测更远距离的目标，具有较好的电磁兼容能力和抗干扰能力。

技术领域

本申请涉及雷达探测领域，特别是涉及一种基于里德堡原子的脉冲雷达系统及距离测量方法。

背景技术

里德堡原子是碱金属原子的最外层电子被激发到主量子数n很大的高激发态原子，其轨道半径和极化率较大，能够敏感地响应外部电磁场，利用电磁诱导透明(EIT)、AT分裂效应，可以实现对微波场的自校准精密测量。基于里德堡原子的无线电接收机(下文称为里德堡原子接收机)具有宽频带、高灵敏度、高动态范围的优点。

现有的脉冲雷达系统通常采用传统的超外差接收机，目标回波脉冲信号经过多次下变频获得基带信号，通过对基带信号进行处理实现距离测量。该接收机需要多个本振信号源及滤波器，导致接收链路硬件复杂，特别地，对于毫米波、太赫兹等频段，本振信号源的需求使得雷达系统的成本、体积急剧增加。现有技术在多个应用场景存在适应性不佳、距离测量效果差的问题。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高脉冲雷达性能的基于里德堡原子的脉冲雷达系统及距离测量方法。

一种基于里德堡原子的脉冲雷达系统，系统包括雷达发射机、里德堡原子接收机、数据采集模块和信号处理模块；

雷达发射机用于根据预设的信号发射时间发送雷达信号；

里德堡原子接收机用于接收雷达信号经目标反射产生的回波信号；

数据采集模块用于将里德堡原子接收机收到回波信号后的输出信号转换为数字信号；

信号处理模块用于根据数字信号绘制回波信号的EIT-AT谱图像，根据EIT-AT谱图像获取回波信号到达里德堡原子接收机时，EIT-AT谱图像上出现光带的起始时间，根据起始时间确定回波信号到达时间，根据信号发射时间和回波信号到达时间得到目标的距离测量值。

其中一个实施例中，系统还包括时钟同步装置，用于设置雷达发射机和里德堡原子接收机的工作时序。

其中一个实施例中，里德堡原子接收机还包括探测激光器、耦合激光器、探测光二向色镜、耦合光二向色镜和原子气室；探测激光器发射的探测光经探测光二向色镜穿过原子气室；耦合激光器发射的耦合光经耦合光二向色镜穿过原子气室；原子气室产生的透射光由光电探测器转换为电信号，电信号为里德堡原子接收机的输出信号。

其中一个实施例中，原子气室是由碱金属原子蒸气填充的密闭玻璃器皿。

其中一个实施例中，碱金属原子为铯原子或铷原子。

一种基于里德堡原子的脉冲雷达距离测量方法，方法包括：

由雷达发射机根据预设的信号发射时间发送雷达信号；

由里德堡原子接收机接收雷达信号经目标反射产生的回波信号；

由数据采集模块将里德堡原子接收机收到回波信号后的输出信号转换为数字信号；

由信号处理模块根据数字信号绘制回波信号的EIT-AT谱图像，根据EIT-AT谱图像获取回波信号到达里德堡原子接收机时，EIT-AT谱图像上出现光带的起始时间，根据起始时间确定回波信号到达时间，根据信号发射时间和回波信号到达时间得到目标的距离测量值。