基于随机开关阵列天线的调频连续波雷达系统

摘要

本发明提出一种基于随机开关阵列天线的调频连续波雷达系统，包括：发射模块；天线模块，包括发射天线和接收天线，发射天线发出发射信号以扫描目标，接收天线接收目标反射信号；开关模块，包括多个选通开关，控制多个接收阵元与单个接收通道相连，选通开关随机切换，以使与当前导通的选通开关相连的接收阵元中的目标反射信号占用接收通道；接收模块将接收通道中合成的信号和发射信号进行混频，并对混频后的信号进行中频放大和带通滤波，得到中频信号；处理模块对中频信号进行数字采样，并进行后续的处理。本发明实施例的系统能够有效减少雷达系统的成本和复杂度，并能够有效解决顺序切换开关带来的时空耦合的问题。

主权项

一种基于随机开关阵列天线的调频连续波雷达系统，其特征在于，包括：发射模块，所述发射模块用于产生雷达所需的发射信号，其中，所述发射信号为调频连续波的雷达信号x₀(t)，且：x₀(t)＝exp{j2π(f₀t+φ(t))},φ(t)＝αt²/2,0≤t<T，其中，f₀为发射载频，α为调频连续波的调频率B/T，B为发射信号扫频带宽，T为发射周期；天线模块，所述天线模块包括由单阵元构成的发射天线和由多个接收阵元构成的接收天线，所述发射天线用于发出发射信号以扫描目标，所述接收天线用于接收目标反射信号，其中，所述目标反射信号x_k(t)通过下式表示：x_k(t)＝α₀x₀(t‑t_k),t_k＝2(r+vt)/c+τ_k,τ_k＝(dsinθ/c)(k‑1),k＝1,...,M，其中，M表示接收阵元的总数，k表示第k个接收阵元，r，v，θ分别为目标相对于雷达的距离，径向速度及方位，a₀表示目标反射系数，c为光速，d为接收阵元间距，τ_k表示第k个接收阵元相对于第1个接收阵元反射信号到达的延时；开关模块，所述开关模块包括与多个接收阵元一一对应相连的多个选通开关，所述多个选通开关控制所述多个接收阵元与单个接收通道相连，所述多个选通开关随机切换，以使与当前导通的选通开关相连的接收阵元中的目标反射信号占用所述接收通道；接收模块，所述接收模块用于将所述单个接收通道中合成的信号和所述发射信号进行混频，并对混频后的信号进行中频放大和带通滤波，得到中频信号，其中，所述混频后的信号y_nk(t)通过下式表示：y_nk(t)＝aexp{‑j(2πη(((n‑1)M+(k‑1))T_sw+t‑((n‑1)M+(k‑1))T_sw))}·exp{‑j(2π(dsinθ/λ)(M_nk‑1))}+n(t),，((n‑1)M+(k‑1))T_sw≤t<((n‑1)M+k)T_sw其中，T_sw表示每个选通开关的导通状态保持时间，M表示接收阵元的数量，M_nk表示第n个轮换周期中第k个时分复用间隔内占据接收通道的阵元编号，η称为距离频率，且η＝2αr/c+2v/λ,r、v、θ和a₀分别表示每个目标相对于雷达的的距离、径向速度、角度和反射系数，c为光速，f₀为发射载频，d为接收阵元间距，n(t)为接收通道噪声，α为调频连续波的调频率B/T，B为发射信号扫频带宽，T为发射周期；处理模块，所述处理模块用于对所述中频信号进行数字采样，得到数字信号y_nk，设ω＝sinθ，计算所述数字信号y_nk在距离频率‑方位上的自相关函数χ(Δη,Δω)，其中，所述自相关函数χ(Δη,Δω)通过如下公式计算：$\chi (\Delta \eta ,\Delta \omega )=\underset{n=1}{\overset{N}{\Sigma }}\underset{k=1}{\overset{K}{\Sigma }}\begin{array}{c}\exp \{-j\left(2\pi \Delta \eta \right(\left(\right(n-1)M+(k-1)T_{sw})\\ +2\pi (d\Delta \omega /\lambda )(M_{nk}-1)\left)\right\}\end{array},$其中，T_sw表示每个选通开关的导通状态保持时间，M表示接收阵元的数量，d为接收阵元间距，M_nk表示第n个轮换周期中第k个时分复用间隔内占据接收通道的阵元编号。