一种雷达成像实验装置

1.本技术涉及雷达成像实验仪器技术领域，特别是涉及一种雷达成像实验装置。


背景技术：

2.合成孔径雷达利用雷达与目标间的相对运动合成较大的等效天线口径，从而可以获取高分辨率的雷达图像。合成孔径雷达成像技术具有全天时、全天候等优点，在民用和军事领域均有广泛运用。
3.合成孔径雷达技术在研发和使用培训过程中的一个难点是成像原理和成像算法比较复杂，需要辅以合成孔径雷达系统来直观展示工作过程和验证成像算法。但是产业用合成孔径雷达一般搭载于飞机或卫星等平台，成本高昂、结构复杂，且运动轨迹容易受到环境因素干扰，难以做到测量结果的精确复现，不便用于学习培训和初步的算法验证，急需一种结构简单、使用便捷、可重复性好的教学科研用成像实验平台。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种结构简单、易于使用、可重复性好的模块化合成孔径雷达成像装置，便于合成孔径雷达成像技术的学习培训和算法研发。
5.一种雷达成像实验装置，包括3个模块，分别是：信号收发模块、扫描平台以及显控模块；
6.所述扫描平台包括同步带、滑轨、滑块和驱动电路板；所述滑块安装在所述同步带上，由所述同步带带动所述滑块在所述滑轨上移动；
7.所述信号收发模块包括发射单元、接收单元和控制机；所述信号收发模块安装在所述滑块上；
8.所述显控模块包括中控机；
9.通过所述控制机与所述中控机的usb接口实现所述显控模块和所述信号收发模块之间的双向通信，通过所述驱动电路板与所述中控机的usb接口实现所述显控模块和所述扫描平台之间的双向通信。
10.在一个实施例中，所述扫描平台通过所述驱动电路板的usb接口接收所述中控机发送的第一控制指令，通过所述驱动电路板控制所述同步带的运动完成所述第一控制指令的执行；
11.所述信号收发模块通过所述控制机的usb接口接收所述中控机发送的第二控制指令，通过所述控制机控制所述发射单元和所述接收单元的状态完成所述第二控制指令的执行。
12.在一个实施例中，所述发射单元包括发射机和发射天线，所述接收单元包括接收机和接收天线；所述发射机、接收机、发射天线和接收天线封装为一个整体；
13.所述接收机和所述发射机均与所述控制机通过电缆连接，所述发射机与所述发射天线通过射频电缆连接，所述接收机与所述接收天线通过射频电缆连接；
14.所述控制机根据所述第二控制指令控制所述发射机输出信号、所述发射天线发射所述信号，所述接收天线接收目标反射的回波信号，接收机接收所述接收天线传输的回波信号。
15.在一个实施例中，所述扫描平台还包括伺服电机；
16.所述驱动电路板接收所述中控机的第一控制指令，通过控制所述伺服电机的运转来控制所述同步带的启停和运动，从而控制所述滑块的运动，同时将所述信号收发模块移动到所述第一控制指令指定的位置。
17.在一个实施例中，所述显控模块还包括显示屏；
18.通过所述控制机将所述回波信号发送给所述显控模块，所述显控模块接收所述回波信号，将得到的目标成像结果呈现在所述显示屏内。
19.在一个实施例中，所述显控模块还搭载人机交互界面，通过所述人机交互界面控制所述中控机，从而控制所述实验装置的运转。
20.上述雷达成像实验装置，将信号收发模块安装在扫描平台的滑块上，而滑块又安装在扫描平台的同步带上，于是可以通过同步带带动信号收发模块在扫描平台的滑轨上移动，从而实现在不同空间位置处对待测目标的测量。信号收发模块将产生的发射信号辐射到空间中，作用于待测目标，之后接收回波信号。本装置通过控制信号收发模块的控制机以及扫描平台的驱动电路板，来调整信号收发模块和扫描平台工作的相对时序关系，完成一维距离向成像和二维正侧视成像。
附图说明
21.图1本实用新型双向通信示意图。
22.图2本实用新型用于进行一维成像实验的示意图。
23.图3本实用新型用于进行二维成像实验的示意图。
具体实施方式
24.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
25.一种雷达成像实验装置，包括信号收发模块、扫描平台以及显控模块。
26.扫描平台包括同步带、滑轨、滑块和驱动电路板，滑块安装在同步带上，由同步带带动滑块在滑轨上移动。
27.信号收发模块包括发射单元、接收单元和控制机，信号收发模块安装在滑块上。控制机可以用于控制信号收发模块的开关电路的通断状态来控制信号收发模块的启停。
28.根据同步带的性质可以知道，本实用新型的扫描平台为直线型，通过滑块带动信号收发模块的移动可以实现信号收发模块对待测目标的正侧视扫描成像。
29.显控模块包括中控机。
30.如图1所示，通过控制机与中控机的usb接口实现显控模块和信号收发模块之间的双向通信，通过驱动电路板与中控机的usb接口实现显控模块和扫描平台之间的双向通信。
31.也就是说，本实用新型的显控模块的中控机包括至少2个usb接口，信号收发模块
作为数字化收发一体的雷达系统，其控制机上包括usb接口，扫描平台的驱动电路板上也包括usb接口，于是显控模块通过中控机的usb接口分别与信号收发模块和扫描平台进行双向通信。
32.上述雷达成像实验装置，将信号收发模块安装在扫描平台的滑块上，而滑块又安装在扫描平台的同步带上，于是可以通过同步带带动信号收发模块在扫描平台的滑轨上移动，从而实现对待测目标的正侧视扫描成像。由于信号收发模块安装在滑轨上，并且由同步带带动进行空间位置移动与定位，因此其运动轨迹具有良好的可重复性。信号收发模块将产生的发射信号辐射到空间中，作用于待测目标，然后接收回波信号。本装置通过控制信号收发模块的控制机以及扫描平台的驱动电路板，来调整信号收发模块和扫描平台工作的相对时序关系，完成一维距离向成像和二维正侧视成像。
33.在一个实施例中，扫描平台通过驱动电路板的usb接口接收中控机发送的第一控制指令，通过驱动电路板控制同步带的运动完成第一控制指令的执行。
34.第一控制指令包括扫描平台的启停，具体包括扫描平台中同步带的运动速度、运动时间、运动步长和运动步数，可以通过第一控制指令的执行将固定在滑块上的信号收发模块移动到第一控制指令指定的扫描坐标位置。
35.信号收发模块通过控制机的usb接口接收中控机发送的第二控制指令，通过控制机控制开关电路的状态完成第二控制指令的执行。
36.第二控制指令具体包括雷达的信号体制、信号中心频率、信号带宽以及信号脉冲重复频率，可以通过第二控制指令的执行操作信号收发模块发射雷达信号以及接收回波信号。可以看出通过配置信号收发模块的工作频率可以进行不同频段下的成像实验，从而获取更丰富的成像信息，覆盖更多应用场景。
37.在一个实施例中，发射单元包括发射机和发射天线，接收单元包括接收机和接收天线；发射机、接收机、发射天线和接收天线封装为一个整体。
38.接收机和发射机均与控制机通过电缆连接，发射机与发射天线通过射频电缆连接，接收机与接收天线通过射频电缆连接；
39.控制机根据第二控制指令控制发射机输出信号、发射天线发射信号，接收天线接收目标反射的回波信号，接收机接收接收天线传输的回波信号。
40.可以理解，在本实用新型中采用模块化设计，将完成合成孔径雷达实验所需的信号收发功能单元、空间移动控制与定位单元以及显示控制功能单元分别封装为信号收发模块、扫描平台和显控模块，使用时无需考虑模块内部具体结构，只需通过简单的模块间连接，即可搭建具有合成孔径成像功能的实验装置，此外可以通过模块更换快速进行维修，提高了实验装置的利用率。
41.在一个实施例中，扫描平台还包括伺服电机。
42.驱动电路板接收中控机的第一控制指令，通过控制伺服电机的运转来控制同步带的启停和运动，从而控制滑块的运动，同时将信号收发模块移动到第一控制指令指定的位置。其中驱动电路板与驱动电路板可以安装在扫描平台的滑轨侧面。
43.将信号收发模块安装于扫描平台模块的滑块上，显控模块依据使用者指定的工作时序和扫描坐标，通过控制机控制信号收发模块进行数据采集，以及通过伺服电机带动扫描平台的同步带移动，从而实现在不同空间位置处的雷达测量。
44.在一个实施例中，显控模块还包括显示屏。
45.通过控制机将回波信号发送给显控模块，显控模块接收回波信号，将得到的目标成像结果呈现在显示屏内，用于实验现象的观察与分析。
46.在一个实施例中，显控模块还搭载人机交互界面，通过人机交互界面控制中控机，从而控制实验装置的运转。
47.下面将结合附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行详细描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。
48.实施例1
49.如图2所示，将本实用新型用于进行一维成像实验。
50.首先进行实验准备，将信号收发模块安装于扫描平台的滑块上，并将显控模块分别与信号收发模块和扫描平台相连，通过显控模块设置信号收发模块参数，并控制扫描平台的滑块移动到起始位置，如此完成实验准备工作。然后开始实验，通过显控模块启动信号收发模块；信号收发模块按照设定的参数进行雷达测量，记录雷达回波数据，并将雷达回波数据发送给显控模块；显控模块将接收到的雷达回波数据显示在屏幕上，并进行成像处理即可获取一维成像实验数据；实验期间，扫描平台模块的滑块保持位置不变。
51.实施例2
52.如图所示，将本实用新型用于进行二维成像实验。首先进行实验准备，将信号收发模块安装于扫描平台的滑块上，并将显控模块分别与信号收发模块和扫描平台相连；通过显控模块设置信号收发模块，并控制扫描平台的滑块移动到起始位置；与实施例1不同，二维成像实验要求信号收发模块运动形成一定长度的测量基线，因此通过显控模块设置扫描平台运动参数，其中运动模式设置为“停——走——停”模式，如此完成实验准备。然后开始实验，步骤如下：1)显控模块控制信号收发模块在当前位置进行一次测量并记录、回传雷达回波数据；2)显控模块控制扫描平台将滑块和安装在滑块上的信号收发模块按照设置的运动参数移动到下一个位置，然后保持位置；如此循环重复步骤1)和步骤2)，直到在所设定的空间位置处都完成雷达测量，即可获取二维成像实验数据。
53.以上，仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，本实用新型的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本实用新型的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本实用新型的保护范围内。