本發(fā)明涉及一種雷達(dá)磁控管多脈沖圖像合成系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

雷達(dá)(radar)原是“無線電探測與定位”的英文縮寫。雷達(dá)的基本任務(wù)是探測感興趣的目標(biāo)，測定有關(guān)目標(biāo)的距離、方問、速度等狀態(tài)參數(shù)。雷達(dá)主要由天線、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)(包括信號處理機(jī))和顯示器等部分組成。雷達(dá)發(fā)射機(jī)產(chǎn)生足夠的電磁能量，經(jīng)過收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)傳送給天線。天線將這些電磁能量輻射至大氣中，集中在某一個(gè)很窄的方向上形成波束，向前傳播。電磁波遇到波束內(nèi)的目標(biāo)后，將沿著各個(gè)方向產(chǎn)生反射，其中的一部分電磁能量反射回雷達(dá)的方向，被雷達(dá)天線獲取。天線獲取的能量經(jīng)過收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)送到接收機(jī)，形成雷達(dá)的回波信號。由于在傳播過程中電磁波會隨著傳播距離而衰減，雷達(dá)回波信號非常微弱，幾乎被噪聲所淹沒。接收機(jī)放大微弱的回波信號，經(jīng)過信號處理機(jī)處理，提取出包含在回波中的信息，送到顯示器，顯示出目標(biāo)的距離、方向、速度等。

磁控管就是上述雷達(dá)發(fā)射機(jī)的重要組成部分，從二次大戰(zhàn)開始就一直活躍在雷達(dá)領(lǐng)域，當(dāng)前民用雷達(dá)中，主流的應(yīng)用仍是磁控管發(fā)射機(jī)體制。磁控管的特點(diǎn)是功率大、效率高、工作電壓低、尺寸小、重量輕、成本低。磁控管主要由陰極、陽極、能量耦合裝置、磁路和調(diào)諧裝置等五個(gè)部件構(gòu)成。其基本工作原理是陰極發(fā)射電子，經(jīng)過磁場和電場的相互作用，在諧振腔體中產(chǎn)生微波振蕩，最終通過能量輸出器將微波能量輸出。

在當(dāng)前船用雷達(dá)對磁控管的應(yīng)用當(dāng)中，都是采用fet開關(guān)方式來進(jìn)行調(diào)制，發(fā)射脈沖的長度取決于調(diào)制控制fet的開通時(shí)間。因?yàn)榇趴毓艿奶匦詻Q定了不能應(yīng)用其相位信息，所以磁控管發(fā)射的脈沖長度就決定了雷達(dá)的距離分辨率。當(dāng)前采用磁控管的船用雷達(dá)都是對應(yīng)不同的量程采用不同的發(fā)射脈沖長度，以此來保持相應(yīng)量程的圖像顯示能夠達(dá)到足夠的分辨率。

下面是兩款主流磁控管脈沖體制雷達(dá)的發(fā)射脈沖長度與量程的對應(yīng)關(guān)系：

1.主流4kw/6kw雷達(dá)脈沖長度和應(yīng)用量程(furuno1835/1945，onwakr-1238/1268):

0.08μs2100hz(0.125,0.25,0.5,0.75,1,1.5*海里)

0.3μs1200hz(1.5*,2,3海里)

0.8μs600hz(3*,4,6,8,12,16,24,36,48**,64**,72**海里)

*表示1.5和3海里量程的脈沖長度可在菜單中進(jìn)行選擇

2.主流10kw/25kw雷達(dá)雷達(dá)脈沖長度和應(yīng)用量程(furunofr-2815/2825等)

通過以上表格可以看出，為了達(dá)到理想的對應(yīng)量程分辨率，雷達(dá)廠家都在一些量程上設(shè)置了可選的發(fā)射脈沖長度。在一定程度上解決了不同應(yīng)用條件下對探測試精度的不同要求。但是因?yàn)槭苤朴谔綔y距離的要求，所以這個(gè)可調(diào)整范圍都比較小，因此在較大量程上就無法兼顧近距離目標(biāo)的分辨率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種雷達(dá)磁控管多脈沖圖像合成系統(tǒng)及方法，為了達(dá)到上述目的本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種雷達(dá)磁控管多脈沖圖像合成系統(tǒng)，包括：

觸發(fā)脈沖控制模塊，根據(jù)發(fā)射命令，產(chǎn)生不同寬度的觸發(fā)脈沖給trig電路；

trig電路，對觸發(fā)脈沖進(jìn)行信號放大和整形后傳送到發(fā)射機(jī)，以通過發(fā)射機(jī)產(chǎn)生射頻信號并利用天線發(fā)射電磁波到外部空間；

數(shù)據(jù)采樣單元，采用不同的采樣頻率對電磁波回波進(jìn)行采樣，以獲得不同量程的電磁波回波信號；

電磁波回波信號處理單元，對電磁波回波信號進(jìn)行從極坐標(biāo)到直角坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換，有效信號的截取和進(jìn)行快時(shí)間累積及存儲；

視頻處理單元，對同一量程范圍內(nèi)兩次以上的電磁波回波信號進(jìn)行拼接，拼接后的回波數(shù)據(jù)與前一條回波數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像處理算法處理；

綜合控制模塊，用于數(shù)據(jù)收發(fā)及綜合控制各部分電路的時(shí)間同步，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

一種雷達(dá)磁控管多脈沖圖像合成方法，通過發(fā)射不同長度的觸發(fā)脈沖信號生成電磁波，以獲得不同量程的電磁波回波信號。

本發(fā)明提供的雷達(dá)磁控管多脈沖圖像合成系統(tǒng)及方法既實(shí)現(xiàn)了用較大功率探測遠(yuǎn)量程目標(biāo)的目的，又可以通過較短的發(fā)射脈沖長度實(shí)現(xiàn)了近距離目標(biāo)的高精度探測。采用本發(fā)明也可以在同一雷達(dá)天線下實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)量程和近量程同步顯示。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定，在附圖中：

圖1是本發(fā)明實(shí)施例模塊示意圖；

圖2、3是本發(fā)明實(shí)施例綜合控制模塊電路原理圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例觸發(fā)脈沖控制模塊電路原理圖；

圖5是本發(fā)明實(shí)施例trig電路原理圖；

圖6是本發(fā)明實(shí)施例數(shù)據(jù)采樣單元電路原理圖；

圖7是本發(fā)明實(shí)施例電磁波回波信號處理單元電路原理圖；

圖8是本發(fā)明實(shí)施例視頻處理單元電路原理圖；

圖9是本發(fā)明實(shí)施例網(wǎng)絡(luò)單元電路原理圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明，在此以本發(fā)明的示意性實(shí)施例及說明用來解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。

實(shí)施例

如圖1所示，一種雷達(dá)磁控管多脈沖圖像合成系統(tǒng)，包括：

觸發(fā)脈沖控制模塊，根據(jù)發(fā)射命令，產(chǎn)生不同寬度的觸發(fā)脈沖給trig電路；

trig電路，對觸發(fā)脈沖進(jìn)行信號放大和整形后傳送到發(fā)射機(jī)，以通過發(fā)射機(jī)產(chǎn)生射頻信號并利用天線發(fā)射電磁波到外部空間；

數(shù)據(jù)采樣單元，采用不同的采樣頻率對電磁波回波進(jìn)行采樣，以獲得不同量程的電磁波回波信號；

電磁波回波信號處理單元，對電磁波回波信號進(jìn)行從極坐標(biāo)到直角坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換，有效信號的截取和進(jìn)行快時(shí)間累積及存儲；

視頻處理單元，對同一量程范圍內(nèi)兩次以上的電磁波回波信號進(jìn)行拼接，拼接后的回波數(shù)據(jù)與前一條回波數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像處理算法處理；

綜合控制模塊，用于數(shù)據(jù)收發(fā)及綜合控制各部分電路的時(shí)間同步，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

通過上述實(shí)施例方案，在雷達(dá)工作時(shí)，不再是發(fā)射固定脈沖長度的信號，而是可變的。比如在1.5海里量程上，先發(fā)射一個(gè)0.08μs的脈沖，接著發(fā)射一個(gè)0.3μs的脈沖，同時(shí)在采樣電路中對采樣起始時(shí)間進(jìn)行精確控制，采用不同的采樣頻率對回波進(jìn)行采樣，然后再在后端對兩條回波圖像進(jìn)行拼接。因?yàn)榘l(fā)射脈沖的重復(fù)頻率相對于雷達(dá)天線的轉(zhuǎn)速(24轉(zhuǎn)/分～48轉(zhuǎn)/分)來說足夠高，所以進(jìn)行圖像拼接基本上不會造成回波的損失和失真。這樣在實(shí)現(xiàn)了用較大功率探測遠(yuǎn)量程目標(biāo)的目的，又可以通過較短的發(fā)射脈沖長度實(shí)現(xiàn)了近距離目標(biāo)的高精度探測。采用這個(gè)方法后也可以在同一雷達(dá)天線下實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)量程和近量程同步顯示，比如在顯示6海里量程回波的同時(shí)顯示0.75海里的回波，傳統(tǒng)雷達(dá)的做法只能采用對6海里量程圖像放大的方法來顯示0.75海里的回波圖像，在這個(gè)情況下，近量程顯示的分辨率會很低。而采用磁控管多脈沖圖像合成技術(shù)，這可以從根本上解決這個(gè)問題。即6海里的圖像是采用圖像合成后的顯示，而0.75海里回波采用的是0.08μs發(fā)射脈沖產(chǎn)生的回波，兩者不會互相干擾。

本實(shí)施例中，所述綜合控制模塊采用如圖2a、2b所示的lpc4333數(shù)字信號控制器及圖3所示的xc6slx9_1現(xiàn)場可編程門陣列，如圖4所示，所述觸發(fā)脈沖控制模塊采用xc6slx_9現(xiàn)場可編程門陣列的邏輯分區(qū)d，如圖5所示，所述trig電路包括依次電連接的與非門、rc并聯(lián)模塊、三極管以及三極管對管，如圖6所示，所述數(shù)據(jù)采樣單元采用adc08200cimt模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，如圖7所示，所述電磁波回波信號處理單元采用xc6slx_9現(xiàn)場可編程門陣列邏輯分區(qū)b，所述視頻處理單元包括如圖8a和如圖8b所示的xc6slx_9現(xiàn)場可編程門陣列的不同內(nèi)部邏輯分區(qū)a和c，如圖9所示，還包括網(wǎng)絡(luò)單元，所述網(wǎng)絡(luò)單元采用dp83848cvv以太網(wǎng)控制器以及h1102nl網(wǎng)絡(luò)變壓器，用于遠(yuǎn)程收發(fā)數(shù)據(jù)。

本發(fā)明采用的雷達(dá)磁控管多脈沖圖像合成方法，通過綜合控制模塊發(fā)出啟動(dòng)發(fā)射命令和脈寬信息給觸發(fā)脈沖控制模塊，觸發(fā)脈沖控制模塊根據(jù)收到的命令和參數(shù)發(fā)出相應(yīng)不同寬度的觸發(fā)脈沖，觸發(fā)脈沖經(jīng)trig電路進(jìn)行信號放大和整形傳送到發(fā)射機(jī)，以通過發(fā)射機(jī)產(chǎn)生射頻信號并利用天線發(fā)射電磁波到外部空間。到此為之完成一次發(fā)射。在進(jìn)行多脈沖組合的工況下，會在完成一次發(fā)射后一定的時(shí)間內(nèi)再發(fā)射用于組合的另一個(gè)(或多個(gè))觸發(fā)脈沖。這個(gè)過程不斷循環(huán)。

發(fā)射機(jī)發(fā)出電磁波的同時(shí)，接收機(jī)一直在工作，將信號經(jīng)過混頻和中放處理后傳送至數(shù)據(jù)采樣單元，數(shù)據(jù)采樣單元將采樣完成后的數(shù)字信息傳送回電磁波回波信號處理單元，電磁波回波信號處理單元以與發(fā)射觸發(fā)脈沖同步的方式對回波信息進(jìn)行一系列的處理，包括從極坐標(biāo)到直角坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換，有效信號的截取和進(jìn)行快時(shí)間累積及存儲，完成后等待下一次發(fā)射的回波，經(jīng)過同樣的處理后將兩次的回波數(shù)據(jù)在芯片內(nèi)部傳送到視頻處理單元，視頻處理單元對回波信號進(jìn)行拼接組合，拼接組合后的回波數(shù)據(jù)與前一條回波進(jìn)行慢時(shí)間累積、同頻干擾抑制的圖像處理算法處理；完成后發(fā)送到綜合控制模塊進(jìn)行打包后發(fā)送到顯示單元用于圖像顯示。通過不斷的重復(fù)上述過程，就可以完成在同一雷達(dá)顯示畫面上顯示組合了兩種(或多種)不同脈沖寬度的雷達(dá)圖像。對于需要同時(shí)雙畫面或雙顯示器顯示不同量程真實(shí)回波的情況，比如0.75海里量程和6海里量程需要同時(shí)顯示時(shí)，就可以在0.75海里只顯示“窄脈沖”時(shí)的回波信號，而在6海里時(shí)顯示“寬脈沖”時(shí)的回波信號或顯示兩種脈沖組合的信號。這樣就可以保證兩個(gè)相差較大量程的回波精度，不會顧此失彼。

本實(shí)施例方案中，對于外圍發(fā)射機(jī)電路的功率放大電路、電源電路等則不需要進(jìn)行改動(dòng)，因此成本上得到了很好的控制。而對于觸發(fā)脈沖產(chǎn)生器和信號采樣模塊，因?yàn)闀r(shí)間同步要求很高，所以采用的是xilinx公司生產(chǎn)的超大規(guī)?？删幊踢壿嬓酒M(jìn)行設(shè)計(jì)。因?yàn)榇趴毓軐τ诎l(fā)射占空比還有限制，要求是在0.001以下，為了保證磁控管的工作壽命，本實(shí)施例對組合脈沖的重復(fù)頻率和脈沖長度進(jìn)行了精確的計(jì)算，在保證足夠的平均功率和探測精度的前提下，將發(fā)射占空比控制在0.0008以下，很好的保護(hù)了磁控管，同時(shí)也降低了整機(jī)功耗。

以上對本發(fā)明實(shí)施例所提供的技術(shù)方案進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對本發(fā)明實(shí)施例的原理以及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只適用于幫助理解本發(fā)明實(shí)施例的原理；同時(shí)，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，在具體實(shí)施方式以及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。