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    重庆时时彩一星万能法: 一种基于太赫兹波段的雷达信号处理方法.pdf

    摘要
    申请专利号:

    重庆时时彩单双窍门 www.4mum.com.cn CN201410176503.4

    申请日:

    2014.04.29

    公开号:

    CN103954933A

    公开日:

    2014.07.30

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01S 7/02申请日:20140429|||公开
    IPC分类号: G01S7/02; G01S7/282 主分类号: G01S7/02
    申请人: 中国人民解放军国防科学技术大学
    发明人: 张金英; 陈书明; 宁希; 池雅庆; 梁斌
    地址: 410073 湖南省长沙市开福区砚瓦池正街47号中国人民解放军国防科学技术大学计算机学院微电子与微处理器研究所
    优先权:
    专利代理机构: 湖南兆弘专利事务所 43008 代理人: 周长清
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201410176503.4

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2017.03.08|||2014.08.27|||2014.07.30

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明公开了一种基于太赫兹波段的雷达信号处理方法,在基于太赫兹波段的雷达信号发射后,由天线阵列接收反射信号,反射信号输出到移相器,由移相器通过相位调制为同相位信号;所述移相器输出的信号输送至脉冲压缩器,经过脉冲压缩后产生主瓣幅值大的信号输出到数模转换器中,数模转换器将幅值大的脉冲信号转换为数字信号输出到数字信号处理器,供数据后处理。本发明具有原理简单、能够有效增大THz信号的传输距离、减轻数字信号处理压力、提高可靠性和精确性等优点。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  一种基于太赫兹波段的雷达信号处理方法,在基于太赫兹波段的雷达信号发射后,由天线阵列接收反射信号,其特征在于,反射信号输出到移相器,由移相器通过相位调制为同相位信号;所述移相器输出的信号输送至脉冲压缩器,经过脉冲压缩后产生主瓣幅值大的信号输出到数模转换器中,数模转换器将幅值大的脉冲信号转换为数字信号输出到数字信号处理器,供数据后处理。

    2.  根据权利要求1所述的基于太赫兹波段的雷达信号处理方法,其特征在于,所述移相器为数个,并与接收天线一一对应,每一个移相器对应设置一个脉冲压缩器;经过每个脉冲压缩器脉冲压缩后的信号通过叠加,产生一个主瓣幅值较大的信号输出到数模转换器中;所述数模转换器将幅值较大的脉冲信号转换为数字信号输出到数字信号处理器,供数据后处理。

    3.  根据权利要求2所述的基于太赫兹波段的雷达信号处理方法,其特征在于,所述雷达信号发射过程为:由所述数字信号处理器根据相控阵扫描需要的偏转角度,到ROM中查找每个移相器施加的偏置电压值,然后通过数模转换器将偏置电压值转换成偏置电压,输出到移相器;同时,数模转换器控制THz脉冲源产生一个脉冲信号输入到脉冲压缩器中;所述脉冲压缩器在脉冲激励下产生调频信号,输出到与之对应的移相器;所述移相器根据输入偏置电压,对信号进行相位调置,输出到天线;天线将相位调置后的信号幅射到空间。

    4.  根据权利要求1所述的基于太赫兹波段的雷达信号处理方法,其特征在于,所述移相器为数个,并与接收天线一一对应,设置一个脉冲压缩器与所有移相器对应;所述移相器输出的多路信号先经过功率合成后,再被输入到脉冲压缩器;经过脉冲压缩器进行信号叠加和脉冲压缩后,产生一个主瓣幅值大的信号输出到数模转换器中;数模转换器将幅值大的脉冲信号转换为数字信号输出到数字信号处理器,供数据后处理。

    5.  根据权利要求4所述的基于太赫兹波段的雷达信号处理方法,其特征在于,所述雷达信号发射过程为:由所述数字信号处理器根据相控阵扫描需要的偏转角度,到ROM中查找每个移相器施加的偏置电压值,然后通过数模转换器将偏置电压值转换成偏置电压,输出到移相器;同时,数字信号处理器控制THz脉冲源产生一串调频信号输出到移相器;移相器根据输入偏压,对信号进行相位调置,输出到天线;天线将相位调置后的信号幅射到空间。

    6.  根据权利要求1~5中任意一项所述的基于太赫兹波段的雷达信号处理方法,其特征在于,所述移相器为基于功能材料的铁电性移相器,所述脉冲压缩器为基于功能材料的压电性脉冲压缩器。

    7.  根据权利要求6所述的基于太赫兹波段的雷达信号处理方法,其特征在于,所述铁电性移相器的铁电材料与所述压电性脉冲压缩器的压电功能材料集成在硅基基片上,令与移相器、脉冲压缩器与硅基CMOS电路集成为一体。

    说明书

    说明书一种基于太赫兹波段的雷达信号处理方法
    技术领域
    本发明主要涉及到微波射频电路及信号处理领域,特指一种可增大太赫兹信号传输距离的甚高频雷达信号处理方法。
    背景技术
    太赫兹(THz:0.1THz ~10THz)技术被誉为本世纪的又一场“前沿革命”,它已经成为本世纪科研的热门课题,将会极大地改变人类的生活。THz因本身所具有的独特性质,其应用潜力和功能让红外、微波以及其他波段的电磁波望尘莫及。THz雷达已经吸引了各国科学家的高度重视,而大功率THz源的产生目前还存在很多困难和挑战。若要增大THz信号的传输距离,可采用脉冲压缩技术和相控阵技术。这是因为,第一,采用相控阵技术可实现多个THz源信号在空间的功率合成,来增大其作用距离,降低对大功率THz源的要求。第二,采用脉冲压缩技术可使得THz源提供给每个天线的都是一串宽脉冲信号而不是一个窄脉冲信号,使天线辐射出更多的能量,从而推远THz信号传输距离,也可降低对大功率THz源的要求。返回的回波信号经过放大后由脉冲压缩滤波器转变为窄脉冲,由此保障THz雷达的距离分辨率,有效解决常规脉冲雷达技术中增大雷达探测距离与提高距离分辨率的矛盾,且能够显著提高信噪比和提高抗干扰能力。
    现有技术中,X波段(8-12GHz)及以下的相控阵雷达普遍采用的信号处理技术是:接收信号经过移相器后,通过下变频转换为中频信号,然后经过模数转换器(ADC),输出数字信号送往接收机进行脉冲压缩等数字信号处理,如图1所示。而对于THz波段的相控阵雷达来说,上述方式存在以下不足致使其无法实现:1.下变频本身是一个难点,会导致较大的尺寸开销和功耗开销;2.将如此高频的信号下变频到ADC可处理的频率,可能会引入较大的噪声和信号失真。3.海量数据送往接收机后,给数字信号处理器的实时处理数据过程带来极大压力。
    发明内容
    本发明要解决的技术问题就在于:针对现有技术存在的技术问题,本发明提供一种原理简单、能够有效增大THz信号的传输距离、减轻数字信号处理压力、提高可靠性和精确性的基于太赫兹波段的雷达信号处理方法。
    为解决上述技术问题,本发明采用以下技术方案:
    一种基于太赫兹波段的雷达信号处理方法,在基于太赫兹波段的雷达信号发射后,由天线阵列接收反射信号,反射信号输出到移相器,由移相器通过相位调制为同相位信号;所述移相器输出的信号输送至脉冲压缩器,经过脉冲压缩后产生主瓣幅值大的信号输出到数模转换器中,数模转换器将幅值大的脉冲信号转换为数字信号输出到数字信号处理器,供数据后处理。
    作为本发明的进一步改进:所述移相器为数个,并与接收天线一一对应,每一个移相器对应设置一个脉冲压缩器;经过每个脉冲压缩器脉冲压缩后的信号通过叠加,产生一个主瓣幅值较大的信号输出到数模转换器中;所述数模转换器将幅值较大的脉冲信号转换为数字信号输出到数字信号处理器,供数据后处理。
    作为本发明的进一步改进:所述雷达信号发射过程为:由所述数字信号处理器根据相控阵扫描需要的偏转角度,到ROM中查找每个移相器施加的偏置电压值,然后通过数模转换器将偏置电压值转换成偏置电压,输出到移相器;同时,数模转换器控制THz脉冲源产生一个脉冲信号输入到脉冲压缩器中;所述脉冲压缩器在脉冲激励下产生调频信号,输出到与之对应的移相器;所述移相器根据输入偏置电压,对信号进行相位调置,输出到天线;天线将相位调置后的信号幅射到空间。
    作为本发明的进一步改进:所述移相器为数个,并与接收天线一一对应,设置一个脉冲压缩器与所有移相器对应;所述移相器输出的多路信号先经过功率合成后,再被输入到脉冲压缩器;经过脉冲压缩器进行信号叠加和脉冲压缩后,产生一个主瓣幅值大的信号输出到数模转换器中;数模转换器将幅值大的脉冲信号转换为数字信号输出到数字信号处理器,供数据后处理。
    作为本发明的进一步改进:所述雷达信号发射过程为:由所述数字信号处理器根据相控阵扫描需要的偏转角度,到ROM中查找每个移相器施加的偏置电压值,然后通过数模转换器将偏置电压值转换成偏置电压,输出到移相器;同时,数字信号处理器控制THz脉冲源产生一串调频信号输出到移相器;移相器根据输入偏压,对信号进行相位调置,输出到天线;天线将相位调置后的信号幅射到空间。
    作为本发明的进一步改进:所述移相器为基于功能材料的铁电性移相器,所述脉冲压缩器为基于功能材料的压电性脉冲压缩器。
    作为本发明的进一步改进:所述铁电性移相器的铁电材料与所述压电性脉冲压缩器的压电功能材料集成在硅基基片上,令与移相器、脉冲压缩器与硅基CMOS电路集成为一体。
    与现有技术相比,本发明的优点在于:
    1、本发明的基于太赫兹波段的雷达信号处理方法,不需要下变频处理,节省了很大的体积开销、功耗开销,避免了由于下变频而带来的信号失真;省去了处理一长串高频调频信号的ADC,取而代之的是处理简单的单脉冲信号的ADC’;将脉冲压缩信号预处理功能从DSP数字信号处理中提取出来,由脉冲压缩器完成,减轻了数字信号处理的压力。
    2、本发明采用相控阵技术和脉冲压缩技术实现THz信号源的大功率合成,并且采用模拟技术实现THz相控阵雷达的信号预处理器件,即包括了基于铁电功能材料实现移相器和基于压电功能材料实现脉冲压缩器。
    3、本发明相较于常规雷达技术,有效增大了THz信号的传输距离,其模拟技术可实现超快速信号处理,且可实现电路的小型化和高性能。同时,采用模拟技术实现的声表面波脉冲压缩器可同时实现信号变频的功能,从而可省去单独的下变频器件,大大简化了信号处理链路。
    附图说明
    图1是传统雷达信号处理时接收阶段的流程示意图。
    图2是本发明方法在接收阶段的流程示意图。
    图3是本发明在具体应用实例1中的流程示意图。
    图4是本发明在具体应用实例2中的流程示意图。
    具体实施方式
    以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
    如图2所示,本发明的一种基于太赫兹波段的雷达信号处理方法,在基于太赫兹波段的雷达信号发射后,由天线阵列接收反射信号;反射信号输出到移相器,由移相器通过相位调制为同相位信号;所述移相器输出的信号输送至脉冲压缩器,经过脉冲压缩后产生主瓣幅值大的信号输出到数模转换器(ADC)中,数模转换器将幅值大的脉冲信号转换为数字信号输出到数字信号处理器(DSP),供数据后处理。
    在具体应用时,移相器为数个,并与接收天线一一对应的,可以为每一个移相器设置一个脉冲压缩器;经过每个脉冲压缩器脉冲压缩后的信号通过叠加,产生一个主瓣幅值较大的信号输出到ADC中;ADC将幅值较大的脉冲信号转换为数字信号输出到DSP,供数据后处理。
    可以理解,也可以仅设置一个脉冲压缩器与所有移相器对应,移相器输出的多路信号先经过功率合成后,再被输入到脉冲压缩器;经过脉冲压缩器进行信号叠加和脉冲压缩后,产生一个主瓣幅值较大的信号输出到ADC中;ADC将幅值较大的脉冲信号转换为数字信号输出到DSP,供数据后处理。
    在上述结构中,脉冲压缩器是当输入一延续时间相当长的编码信号(通常是线性频率调制)后,能以最小假信号响应输出一个延续时间很短的窄能量脉冲的器件。也可以作为逆向应用,即当输入一个窄能量脉冲时,可以输出一个延续时间相当长的编码信号(通常是线性频率调制)。移相器是一种信号处理器件,将通过它的信号实现相移Δψ,即移相器输出端信号的相位与输入端信号的相位差Δψ。功率合成器就是将各个电路输出信号相加,得到的总输出功率远远大于单个电路的输出功率。
    进一步,本发明的脉冲压缩器和移相器是基于铁电/压电功能材料来实现,以此完成信号移相和脉冲压缩预处理过程,将DSP数字信号处理中的脉冲压缩部分提取出来,脉冲压缩信号处理在模拟域实现的同时,还完成了变频的功能,从而省去了传统方式的下变频和ADC部分,取而代之的是开销较小的脉冲压缩器和采样性能要求较低的ADC’,且简化了DSP数字信号处理部分的工作。
    由上可知,本发明的方法具有以下优点:(1)不需要下变频处理,节省了很大的体积开销、功耗开销,避免了由于下变频而带来的信号失真;(2)省去了处理一长串高频调频信号的ADC,取而代之的是处理简单的单脉冲信号的ADC’;(3)将脉冲压缩信号预处理功能从DSP数字信号处理中提取出来,由脉冲压缩器完成,减轻了数字信号处理的压力。
    具体应用实施例1:如图3所示,本发明的基于太赫兹波段的雷达信号处理方法,具体流程为:
    (1)信号发射阶段:
    数字信号处理器(DSP)根据相控阵扫描需要的偏转角度,到ROM中查找每个移相器施加的偏置电压值,然后通过数模转换器(DAC)将偏置电压值转换成偏置电压,输出到移相器;同时,DSP控制THz脉冲源产生一个脉冲信号输入到脉冲压缩器中;此时,脉冲压缩器起到了调频信号发生器的功能,能够在脉冲激励下产生调频信号,输出到与之对应的移相器;移相器根据输入偏置电压,对信号进行相位调置,输出到天线;天线将相位调置后的信号幅射到空间。
    (2)反射信号接收阶段:
    雷达信号发射后,系统要固定在当前的偏转方向等待接收射信号,即接收信号时移相器的控制偏压保持不变。当反射信号到达天线阵列后,由天线接收信号,输出到移相器。移相器通过相位调制,将接收到的信号调制为同相位信号;经过脉冲压缩器的脉冲压缩及所有信号叠加后,产生一个主瓣幅值较大的信号输出到ADC中;ADC将幅值较大的脉冲信号转换为数字信号输出到DSP,供数据后处理。
    在这个过程中,当调频信号从其它方向发射来时,无法叠加出较大的主瓣,如此便实现了信号的识别与提取。
    在上述方式中,除了THz脉冲源和ADC,系统各组成部分在信号发射阶段和信号接收阶段是复用的。THz脉冲源只在信号发射时工作,而ADC只在信号接收时对信号进行模数转换。
    具体应用实施例2:如图4所示,本发明的基于太赫兹波段的雷达信号处理方法,具体流程为:
    (1)信号发射阶段:
    数字信号处理器(DSP)根据相控阵扫描需要的偏转角度,到ROM中查找每个移相器施加的偏置电压值,然后通过DAC将偏置电压值转换成偏置电压,输出到移相器;同时,DSP控制THz脉冲源产生一串调频信号输出到移相器;移相器根据输入偏压,对信号进行相位调置,输出到天线;天线将相位调置后的信号幅射到空间。
    (2)反射信号接收阶段:
    雷达信号发射后,系统要固定在当前的偏转方向等待接收射信号,即接收信号时移相器的偏压保持不变。当反射信号到达天线阵列后,由天线接收信号,输出到移相器,移相器通过相位调制,接收到的信号被调制为同相位信号;移相器输出的多路信号经过功率合成,输入到脉冲压缩器;经过信号叠加和脉冲压缩后,产生一个主瓣幅值较大的信号输出到ADC中;ADC将幅值较大的脉冲信号转换为数字信号输出到DSP,供数据后处理。
    在这个过程中,当调频信号从其它方向发射来时,无法叠加出较大的主瓣,如此便实现了信号的识别与提取。
    本发明在具体实施时,移相器为根据功能材料的铁电性设计性能优良的铁电性移相器,脉冲压缩器为根据功能材料的压电性设计性能优良的压电性脉冲压缩器;进一步,还可以将铁电/压电功能材料集成在硅基基片上,从而实现铁电移相器、压电脉冲压缩器与硅基CMOS电路的集成。具体可以采用以下几种方式:
    方案一:基于选定的铁电材料制备单独的移相器,基于选定的压电材料制备单独的脉冲压缩器,基于硅基材料制备单独的其他所需电路,并在硅基电路上预留适当空间。然后,将铁电移相器和压电脉冲压缩器通过键合和互连技术等分别固定在硅基基片上的相应位置,并实现三者之间的恰当互连。
    方案二,选定一种功能材料,它同时具有良好的铁电性和压电性,在该材料上通过集成电路工艺技术加工出一体化的移相器和脉冲压缩器,两者之间已通过集成电路工艺技术实现互连?;诠杌牧现票傅ザ赖钠渌璧缏?,并在硅基电路上预留适当空间。再将基于功能材料的一体化的器件通过键合和互连技术固定在硅基基片上的相应位置,并实现两者之间的恰当互连。
    方案三,分别将选定的铁电材料和压电材料沉积到硅基基片上的某一设定区域,再分别在相应区域制备移相器、脉冲压缩器、其他信号处理电路,同时通过设计和优化的集成电路工艺实现三者之间的恰当互连。
    方案四,选定一种功能材料,它同时具有良好的铁电性和压电性,将该选定的功能材料沉积到硅基基片上的某一设定区域,再分别在相应区域制备移相器、脉冲压缩器、其他信号处理电路,同时通过设计和优化的集成电路工艺实现三者之间的恰当互连。
    以上仅是本发明的优选实施方式,本发明的?;し段Р⒉唤鼍窒抻谏鲜鍪凳├?,凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的?;し段?。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰,应视为本发明的?;し段?。 

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