基于主辅通道比较控制的雷达自适应STC设计方法与流程

基于主辅通道比较控制的雷达自适应stc设计方法
技术领域
1.本发明属于相控阵雷达总体技术，涉及相控阵雷达接收机和信号处理机中关于stc功能的设计方法。


背景技术：

2.当前业界使用的stc方式是根据电磁波随距离的衰减预先设置好stc连续衰减数值，根据当前雷达工作环境的杂波情况，人工选择较为合适的衰减曲线使接收机不饱和。该方法存在一定的局限性：一是各类不同大小rcs目标随机分布在不同距离段，传统方法对于回波没有饱和的地方，也进行了同样程度的衰减，会导致洁净区域探测能力减弱；二是对于近或者较近距离的强干扰杂波或者目标的回波，按照预先设置的衰减量不够造成接收机饱和，饱和回波的幅度和相位信息被破坏，动目标处理性能恶化，杂波剩余较多，运动目标难以提取，导致雷达探测能力受限。
3.即想得到较好的杂波处理能力，又不损失雷达目标探测能力，长久以来是困扰业界的技术问题。
4.《雷达手册》2003年7月第一版中85页，3.6增益控制放大器中的stc中描述“当信号超过有效动态范围时，许多雷达接收机会出现不好的特性”，由于在使用stc时对于近距离高空的飞机探测性能损失很大，文中提出了“向上辐射更多能量的方向图”、“每个波束有一个接收通道”，在不同波束使用不同stc曲线，本质上是从仰角上分别使用不同stc值而已。并不能做到中低空目标在洁净区域飞行，同时满足探测能力的要求和杂波处理能力的要求。
5.《一种stc控制目标处理的方法和装置》(cn105445702b)中描述，通过“对不同扇区采用不同的曲线进行控制”进而减少虚假目标。该方法本质上是从方位上分别使用不同stc值而已，不能解决飞机目标和杂波在中低空，且在同方位的问题。
6.同时，当相控阵雷达工作在脉冲多普勒模式时，除了接收一次回波外和杂波信号外，会有二次、三次、四次等飞机目标回波折叠，这种情况下飞机目标和杂波可能在同方位、同仰角。如果使用传统stc控制方法，将会使多次折叠的飞机目标能量也受到衰减，进一步造成探测能力降低和动目标信号处理效果下降。


技术实现要素：

7.本发明提出了一种基于主辅通道比较控制的雷达自适应stc设计方法，可使数字接收机a/d不饱和动态扩大，并自适应调节接收机动态，并且不影响一次目标和折叠目标的探测，同时不会受目标和杂波在空间中(仰角和方位)上的特定要求限制，适用于相控阵雷达stc功能设计，同时适用于雷达pd模式。
8.为了解决上述技术问题，本发明技术方案包括：
9.相控阵雷达n路主通道的雷达接收回波依次经过子阵、放大电路、数控衰减器、主通道下变频电路、a/d、幅度补偿后进入信号处理机进行雷达回波的信号处理；1路耦合后的
雷达接收回波进入辅助通道，辅助通道包括辅助通道接收机、a/d；比较器/控制器(fpga)实现主通道和辅助通道雷达回波的处理和比较；根据辅助通道比较结果，对主通道的数控衰减器进行stc控制，使主通道ad不饱和，并在主通道信号处理机中对主通道的回波信号进行幅度补偿。如图1所示。
10.进一步的，相控阵雷达主通道增益高于辅助通道增益，即主通道和辅助通道之间的耦合度lr，主通道a/d饱和时的幅度为sm，为了控制stc深度和动态范围，lr为sm的三分之一。
11.更进一步的，相控阵雷达辅助道接收回波信号ar，分别将ar lr和sm送入比较器，并计算ar lr-sm的数值gx，将此数值作为stc控制值，用于实时控制主通道中的数控衰减器。
12.更进一步的，将gx同时送入雷达主通道信号处理机中，对衰减后的信号进行幅度补偿。如图1和图2所示。
13.本发明设计要素与目标方位、仰角信息均不相关，完全自适应匹配空间杂波情况，解决了传统stc控制中，对高空近距离飞机目标额外损失，对同方位的杂波和飞机目标无法有效区分等问题。
附图说明
14.图1本发明工作原理流程图。
15.图2主辅通道比较控制信号分解图。
具体实施方式
16.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明的优选实施例进行进一步说明。
17.如图1所示，实施例包含相控阵天线子阵、耦合器、主通道放大电路、数控衰减器、下变频电路、a/d、信号处理机、辅助通道接收机、比较器/控制器(fpga)等。优选的实施例步骤如下：
18.步骤1：雷达正常发射信号，回波进入各个天线阵元，进行适当放大后，进入数控衰减器，根据stc衰减值gx对信号进行衰减，gx值是由辅助通道自适应计算得出，随后进行下变频，ad采样后进行信号处理，ad输入的饱和信号幅度为sm；
19.步骤2：挑选相控阵雷达天线面阵中一个，回波在进接收机之前通过耦合器耦合一部分能量送到辅助通道接收机，进行与步骤1相同的下变频和ad采样，将数字信号送至比较器/控制器(fpga)。耦合器的耦合度lr设置为为sm的三分之一，即可将接收机动态扩大lr，需要根据雷达探测能力和接收机最小灵敏度指标进行合理选取。
20.步骤3：在比较器中对信号回波进行实时信号处理及幅度计算，得到幅度为ar；若ar lr大于ad饱和幅度sm，则要对主通道的数控衰减器进行衰减控制，衰减控制量为gx＝ar lr-sm。在出现以上情况时，主通道接收机增益降低，接收信号不会饱和，回波信号的波形和线性程度不被破坏，在做脉冲压缩和动目标处理时信号能够准确匹配。
21.步骤4：将衰减控制量与基带数字信号同步送到后端信号处理器，并将衰减的幅度按gx值补偿，再进行后续的dbf、脉冲压缩等信号处理措施。


技术特征：
1.基于主辅通道比较控制的雷达自适应stc设计方法，其特征在于：n路主通道的雷达接收回波依次经过子阵、放大电路、数控衰减器、主通道下变频电路、a/d、幅度补偿后进入信号处理机进行雷达回波的信号处理；1路耦合后的雷达接收回波进入辅助通道，辅助通道包括辅助通道接收机、a/d；比较器/控制器实现主通道和辅助通道雷达回波的处理和比较；根据辅助通道比较结果，对主通道的数控衰减器进行stc控制，使主通道ad不饱和，并在主通道信号处理机中对主通道的回波信号进行幅度补偿。2.根据权利要求1所述的基于主辅通道比较控制的雷达自适应stc设计方法，其特征在于：相控阵雷达主通道增益高于辅助通道增益，差值为lr，主通道a/d饱和时的幅度为sm，为了控制stc深度和动态范围，lr为sm的三分之一。3.根据权利要求2所述的基于主辅通道比较控制的雷达自适应stc设计方法，其特征在于：相控阵雷达辅助道接收回波信号ar，分别将ar lr和sm送入比较器，并计算ar lr-sm的数值gx，将此数值作为stc控制值，用于实时控制主通道中的数控衰减器。4.根据权利要求3所述的基于主辅通道比较控制的雷达自适应stc设计方法，其特征在于：将gx同时送入雷达主通道信号处理机中，对衰减后的信号进行幅度补偿。

技术总结
本发明属于雷达总体技术领域，涉及一种基于主辅通道比较控制的相控阵雷达自适应STC(Sensitivity Time Control，灵敏度时间控制)设计方法。本发明采用子阵耦合测量、饱和信号反馈调节和衰减信号幅度补偿等技术，扩大数字接收机A/D不饱和动态范围，解决了大动态距离、大动态回波强度造成的接收机饱和带来的信号动目标处理能力下降和雷达探测性能下降问题。动目标处理能力下降和雷达探测性能下降问题。动目标处理能力下降和雷达探测性能下降问题。


技术研发人员：潘瑞云 杨吟华 刘军华 杨光 夏东方
受保护的技术使用者：中国船舶重工集团公司第七二四研究所
技术研发日：2022.07.27
技术公布日：2022/10/11