CN103454620B - 一种基于转发信号重建体制的跟踪型有源定标器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于转发信号重建体制的跟踪型有源定标器，包括：天伺单元（1），射频接收机（2），射频发射机（5），该跟踪型有源定标器还包括跟踪器（3），信号重建器（4），频率综合器（6），所述的跟踪器（3）分别与射频接收机（2）、频率综合器（6）和信号重建器（4）连接，所述的信号重建器（4）还与频率综合器（6）和射频发射机（5）连接；该跟踪型有源定标器能够快速捕获跟踪雷达信号并重建射频信号发射给在轨卫星雷达，实现在卫星的雷达信号覆盖区域内的任一地点处，都能够快速捕获跟踪雷达信号，根据接收到的信号间隔准确设置信号发射时刻，重建射频信号发射给雷达的功能。

Description

一种基于转发信号重建体制的跟踪型有源定标器

技术领域

本发明涉及微波遥感技术领域，尤其涉及一种基于转发信号重建体制的跟踪型有源定标器。

背景技术

卫星雷达在轨运行期间，由于元器件老化，时钟漂移，天线姿态波动等因素，会影响雷达的系统延时和增益，从而造成雷达对地观测的误差。

为保证雷达在轨运行期间观测数据的稳定性，准确性和可靠性，需要对雷达进行在轨定标与真实性检验，保证雷达观测任务的连续性和数据标准的一致性。

有源定标器是一种雷达地面在轨定标设备。为雷达提供标准已知的点目标回波信号，雷达通过接收此标准信号来修正自身系统的延时测量等误差，从而实现雷达在轨绝对定标。

传统的直接转发型有源定标器不能跟踪雷达信号，仅实现对雷达信号的接收，放大和直接转发，对接收到的雷达信号不能进行基带变换及频谱的分析处理，对卫星雷达而言，该类型有源定标器仅作为一个透明转发的弯管。由于其不具备对雷达信号的捕获和跟踪功能，为了保证有源定标器转发的信号能够进入雷达接收窗口内，需要在试验开展之前根据预测的卫星雷达飞行高度和信号发射间隔等参数计算出该有源定标器要求的布设地点的准确高度，在轨测试期间，必须将该类型有源定标器固定安装在雷达波束覆盖区域内的这一特定高程处，以确保定标器转发的信号能够进入雷达接收窗口。

另外，由于该直接转发型有源定标器仅对接收到的雷达信号做透明转发，没有转发信号的重建功能，使得转发信号只具有固定的延时量，即转发信号的起始触发时刻固定。实际上，在卫星雷达在轨运行过程中，由于多种空间因素的影响难以对其飞行高度做到准确预测，对于只能提供固定延时量的有源定标器无法保证其转发信号在触发时刻准确进入雷达接收窗口，所以在轨定标试验的成功率较低。

目前，国内外的卫星雷达在轨定标均使用的是直接转发型有源定标器，将设备固定安装在雷达信号覆盖区域内的某一点位上，在雷达一个回归周期内，仅有一次在轨定标的时机，为了获取足够多次数的试验数据，需要很长的试验周期。

发明内容

本发明的目的在于，为解决上述直接转发型有源定标器安装位置的特定限制，以及只能提供一个固定的延时量导致在轨定标试验的成功率较低的技术问题，本发明提供一种基于转发信号重建体制的跟踪型有源定标器。该跟踪型有源定标器能够快速捕获跟踪雷达信号并重建射频信号发射给在轨卫星雷达，实现在卫星的雷达信号覆盖区域内的任一地点处，都能够快速捕获跟踪雷达信号，根据接收到的信号间隔准确设置信号发射时刻，重建射频信号发射给雷达的功能。

为实现上述目的，本发明提供一种基于转发信号重建体制的跟踪型有源定标器。该跟踪型有源定标器包括：天伺单元，射频接收机，射频发射机，其特征在于，该跟踪型有源定标器还包括跟踪器，信号重建器，频率综合器，所述的天伺单元分别与射频接收机和射频发射机连接；

所述的跟踪器分别与射频接收机、频率综合器和信号重建器连接，该跟踪器用于将射频接收机输出的射频信号进行快速傅里叶变换分析处理后，生成频谱分析结果并分别输出至频率综合器和信号重建器；

所述的信号重建器还与频率综合器和射频发射机连接，该信号重建器用于将跟踪器输出的频谱分析结果进行分析处理，生成基带模拟信号并将其调制到中频后输出至射频发射机；

所述的频率综合器分别为射频接收机、射频发射机、跟踪器、信号重建器提供本振信号，各本振信号均通过跟踪器输出的频谱分析结果进行调整并保持相位一致，其用于控制射频接收机、射频发射机、跟踪器、信号重建器的起始触发时刻。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的跟踪器包括：射频检波器、相敏检波器、AD转换器和跟踪滤波器；

所述的射频检波器接收射频接收机输出的射频信号进行检波，得到射频包络信号，该射频包络信号作为跟踪器的初始时间基准，用于计算所述各本振信号的起始触发时刻；

所述的相敏检波器用于将射频接收机输出的中频信号进行相敏检波，生成两路基带正交信号输入至AD转换器；

所述的AD转换器用于将接收到的所述两路基带正交信号进行AD转换，生成数字信号；

跟踪滤波器通过快速傅里叶变换分析处理AD转换器输出的数字信号，并结合射频检波器输出的射频包络信号后，生成和输出频谱分析结果。

作为上述技术方案的进一步改进，所述信号重建器包括：数字量产生器、DA转换器和正交调制器；

所述的数字量产生器用于接收跟踪器输出的频谱分析结果，将该结果做频谱分析和延时数值计算，生成基带数字信号并将其输出至DA转换器；

DA转换器的输入端与数字量产生器连接，将接收到的所述基带数字信号进行DA转化，将生成的两路基带模拟信号输出至正交调制器；

正交调制器与DA转换器连接，将接收到的所述基带模拟信号进行调制，生成中频信号输出至射频发射机。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的射频接收机包括：低噪声放大与滤波器、全去斜坡混频器、第一中频放大与滤波器；

所述的低噪声放大与滤波器的输入端与天伺单元连接，接收天伺单元输出的射频信号进行放大滤波，其输出端分别与全去斜坡混频器和射频检波器连接；

全去斜坡混频器输入端与低噪声放大与滤波器连接，接收低噪声放大与滤波器输出的经过放大滤波后的射频信号，将其与本振信号混频，得到去斜后的中频信号；

第一中频放大与滤波器与全去斜坡混频器连接，对去斜后的中频信号做进一步放大滤波，并将放大滤波后的中频信号输出至相敏检波器。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的射频发射机包括：第二中频放大与滤波器、上变频混频器、功率放大与滤波器；

第二中频放大与滤波器与正交调制器连接，将从正交调制器接收到的中频信号进行放大滤波，并将放大滤波后的中频信号输出至上变频混频器；

上变频混频器与第二中频放大与滤波器连接，将从第二中频放大与滤波器接收到的放大滤波后的中频信号上变频至射频信号，并将该射频信号输出至功率放大与滤波器；

功率放大与滤波器与上变频混频器连接，将从上变频混频器接收到的射频信号进行放大滤波并输出至天伺单元。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的频率综合器还提供时钟信号作为AD转换器和DA转换器的转换时钟。

本发明的一种基于转发信号重建体制的跟踪型有源定标器的优点在于：

（1）具有射频信号的跟踪功能，在轨定标试验过程中，无需事先计算定标器的布设高程，只需将定标器放置在雷达信号覆盖范围内的任意位置处，即可进行在轨测试，大大降低了定标设备对布设场地的要求，使设备布设更加机动灵活；

（2）在卫星雷达的回归周期内，可在雷达信号覆盖范围内的任意位置处实现多点位的布设，使得定标试验周期大大缩短，在卫星雷达一个回归周期内，可以在相邻卫星轨道上分别进行在轨试验，提高了试验效率，增强了定标结果的时效性；

（3）具有转发信号的重建功能，通过对接收的雷达信号的频谱分析，能够准确计算重建的转发信号的起始触发时刻，重建一组与雷达信号的发射时间间隔完全匹配的射频脉冲并发射给卫星雷达，保证发射的转发信号准确进入雷达的接收窗口，大大提高了在轨定标试验的成功率；

（4）转发信号重建和雷达信号跟踪功能是通过快速傅里叶变换算法分析处理来实现的，相比于传统体制直接转发型有源定标器，该种转发信号重建体制跟踪型有源定标器并未增加硬件成本和复杂程度。

附图说明

图1是本发明的一种基于转发信号重建体制的跟踪型有源定标器的示意框图。

图2是本发明实施例中的一种基于转发信号重建体制的跟踪型有源定标器的结构图。

附图标记

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述并通过下述技术方案予以实现。

如图1所示，本发明的基于转发信号重建体制的跟踪型有源定标器，该跟踪型有源定标器包括：天伺单元，射频接收机，射频发射机，该跟踪型有源定标器还包括跟踪器，信号重建器，频率综合器，所述的天伺单元分别与射频接收机和射频发射机连接；

所述的跟踪器分别与射频接收机、频率综合器和信号重建器连接，该跟踪器用于将射频接收机输出的射频信号进行快速傅里叶变换分析处理后，生成频谱分析结果并分别输出至频率综合器和信号重建器；

所述的信号重建器还与频率综合器和射频发射机连接，该信号重建器用于将跟踪器输出的频谱分析结果进行分析处理，生成基带模拟信号并将其调制到中频后输出至射频发射机；

所述的频率综合器分别为射频接收机、射频发射机、跟踪器、信号重建器提供本振信号，各本振信号均通过跟踪器输出的频谱分析结果进行调整并保持相位一致，其用于控制射频接收机、射频发射机、跟踪器、信号重建器的起始触发时刻。

如图2所示，为本发明实施例中的一种基于转发信号重建体制的跟踪型有源定标器的结构图。其中，天伺单元1是所述的跟踪型有源定标器的射频信号收发部件，具体包含：天线，馈源，环形器，伺服转台。天伺单元1中的环形器通过射频电缆与射频接收机2和射频发射机5连接；环形器前端与馈源连接，馈源进行电磁波信号在空间和电缆间的转换；伺服转台用于调节天线指向，在雷达定标过程中，伺服转台控制天线最大辐射方向对准雷达天线主波束。

所述的射频接收机2包括：低噪声放大与滤波器21、全去斜坡混频器22、第一中频放大与滤波器23；所述的低噪声放大与滤波器21的输入端与天伺单元1连接，接收天伺单元1输出的射频信号进行放大滤波，其输出端分别与全去斜坡混频器22和射频检波器31连接，信号主路连接全去斜坡混频器22，耦合支路与射频检波器31连接；全去斜坡混频器22输入端与低噪声放大与滤波器21连接，接收低噪声放大与滤波器21输出的经过放大滤波后的射频信号，将其与射频接收机本振信号61混频，得到去斜后的中频信号；第一中频放大与滤波器23与全去斜坡混频器22连接，对去斜后的中频信号做进一步放大滤波，并将放大滤波后的中频信号输出至相敏检波器34。所述的射频接收机本振信号61来自于频率综合器6，该射频接收机本振信号61用于控制射频接收机2的起始触发时刻。

所述的跟踪器3包括：射频检波器31、相敏检波器34、AD转换器33和跟踪滤波器32；所述的射频检波器31接收射频接收机2输出的射频信号进行检波，得到射频包络信号，该射频包络信号作为跟踪器3的初始时间基准，用于计算所述各本振信号的起始触发时刻；所述的相敏检波器34用于将射频接收机2输出的中频信号进行相敏检波，生成两路基带正交信号输入至AD转换器33；所述的AD转换器33用于将接收到的所述两路基带正交信号进行AD转换，生成数字信号；跟踪滤波器32通过快速傅里叶变换分析处理AD转换器33输出的数字信号，并结合射频检波器31输出的射频包络信号后，生成和输出频谱分析结果。跟踪器3将上述频谱分析结果输出至频率综合器6，去调整各本振信号，即调整射频接收机本振信号61、射频发射机本振信号62、跟踪器本振信号63和信号重建器本振信号64的起始触发时刻及相位保持同步；然后得到下一个频谱分析结果，如此循环，直到频谱分析结果稳定在设置范围内，表示该跟踪型有源定标器进入稳定跟踪阶段。进入稳定跟踪阶段后，跟踪滤波器32将频谱分析结果输出至信号重建器4。所述的跟踪器本振信号63来自于频率综合器6，该跟踪器本振信号63用于控制跟踪器3的起始触发时刻。

所述信号重建器4包括：数字量产生器41、DA转换器42和正交调制器43；所述的数字量产生器41用于接收跟踪器3输出的频谱分析结果，将该结果做频谱分析和延时数值计算，生成基带数字信号并将其输出至DA转换器42；DA转换器42的输入端与数字量产生器41连接，将接收到的所述基带数字信号进行DA转化，将生成的两路基带模拟信号输出至正交调制器43；正交调制器43与DA转换器42连接，将接收到的所述基带模拟信号进行调制，生成中频信号输出至射频发射机5。所述的信号重建器本振信号64来自于频率综合器6，该信号重建器本振信号64用于控制信号重建器4的起始触发时刻。

所述的射频发射机5包括：第二中频放大与滤波器51、上变频混频器52、功率放大与滤波器53；第二中频放大与滤波器51与正交调制器43连接，将从正交调制器43接收到的中频信号进行放大滤波，并将放大滤波后的中频信号输出至上变频混频器52；

上变频混频器52与第二中频放大与滤波器51连接，将从第二中频放大与滤波器51接收到的放大滤波后的中频信号上变频至射频信号，并将该射频信号输出至功率放大与滤波器53；功率放大与滤波器53与上变频混频器52连接，将从上变频混频器52接收到的射频信号进行放大滤波并输出至天伺单元1。所述的射频发射机本振信号62来自于频率综合器6，该射频发射机本振信号62用于控制射频发射机5的起始触发时刻。

在上述雷达信号的跟踪与转发信号的重建、发射过程中，所述的频率综合器6不仅为射频接收机2、射频发射机5、跟踪器3和信号重建器4提供本振信号，即射频接收机本振信号61、射频发射机本振信号62、跟踪器本振信号63和信号重建器本振信号64；该频率综合器6还可提供时钟信号作为AD转换器（33）和DA转换器（42）的转换时钟。频率综合器6输出的各本振信号和时钟信号具有高稳定度，低杂散的特性。

本发明的一种基于转发信号重建体制的跟踪型有源定标器在卫星雷达在轨测试中得到多次成功应用。实际测试结果表明：该转发信号重建体制的跟踪型有源定标器能够稳定跟踪雷达信号，并能够将重建的射频信号准确发射至雷达接收窗口。定标结果的精度和稳定度均优于当前国际最新水平。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种基于转发信号重建体制的跟踪型有源定标器，包括：天伺单元(1)，射频接收机(2)，射频发射机(5)，其特征在于，该跟踪型有源定标器还包括跟踪器(3)，信号重建器(4)，频率综合器(6)，所述的天伺单元(1)分别与射频接收机(2)和射频发射机(5)连接；

所述的跟踪器(3)分别与射频接收机(2)、频率综合器(6)和信号重建器(4)连接，该跟踪器(3)用于将射频接收机(2)输出的射频信号进行快速傅里叶变换分析处理后，生成频谱分析结果并分别输出至频率综合器(6)和信号重建器(4)；

所述的信号重建器(4)还与频率综合器(6)和射频发射机(5)连接，该信号重建器(4)用于将跟踪器(3)输出的频谱分析结果进行分析处理，生成基带模拟信号并将其调制到中频后输出至射频发射机(5)；

所述的频率综合器(6)分别为射频接收机(2)、射频发射机(5)、跟踪器(3)、信号重建器(4)提供本振信号，各本振信号均通过跟踪器(3)输出的频谱分析结果进行调整并保持相位一致，其用于控制射频接收机(2)、射频发射机(5)、跟踪器(3)、信号重建器(4)的起始触发时刻；

所述的跟踪器(3)包括：射频检波器(31)、相敏检波器(34)、AD转换器(33)和跟踪滤波器(32)；

所述的射频检波器(31)接收射频接收机(2)输出的射频信号进行检波，得到射频包络信号，该射频包络信号作为跟踪器(3)的初始时间基准，用于计算所述各本振信号的起始触发时刻；

所述的相敏检波器(34)用于将射频接收机(2)输出的中频信号进行相敏检波，生成两路基带正交信号输入至AD转换器(33)；

所述的AD转换器(33)用于将接收到的所述两路基带正交信号进行AD转换，生成数字信号；

跟踪滤波器(32)通过快速傅里叶变换分析处理AD转换器(33)输出的数字信号，并结合射频检波器(31)输出的射频包络信号后，生成和输出频谱分析结果；

所述信号重建器(4)包括：数字量产生器(41)、DA转换器(42)和正交调制器(43)；

所述的数字量产生器(41)用于接收跟踪器(3)输出的频谱分析结果，将该结果做频谱分析和延时数值计算，生成基带数字信号并将其输出至DA转换器(42)；

DA转换器(42)的输入端与数字量产生器(41)连接，将接收到的所述基带数字信号进行DA转化，将生成的两路基带模拟信号输出至正交调制器(43)；

正交调制器(43)与DA转换器(42)连接，将接收到的所述基带模拟信号进行调制，生成中频信号输出至射频发射机(5)。

2.根据权利要求1所述的基于转发信号重建体制的跟踪型有源定标器，其特征在于，所述的射频接收机(2)包括：低噪声放大与滤波器(21)、全去斜坡混频器(22)、第一中频放大与滤波器(23)；

所述的低噪声放大与滤波器(21)的输入端与天伺单元(1)连接，接收天伺单元(1)输出的射频信号进行放大滤波，其输出端分别与全去斜坡混频器(22)和射频检波器(31)连接；

全去斜坡混频器(22)输入端与低噪声放大与滤波器(21)连接，接收低噪声放大与滤波器(21)输出的经过放大滤波后的射频信号，将其与本振信号混频，得到去斜后的中频信号；

第一中频放大与滤波器(23)与全去斜坡混频器(22)连接，对去斜后的中频信号做进一步放大滤波，并将放大滤波后的中频信号输出至相敏检波器(34)。

3.根据权利要求1所述的基于转发信号重建体制的跟踪型有源定标器，其特征在于，所述的射频发射机(5)包括：第二中频放大与滤波器(51)、上变频混频器(52)、功率放大与滤波器(53)；

第二中频放大与滤波器(51)与正交调制器(43)连接，将从正交调制器(43)接收到的中频信号进行放大滤波，并将放大滤波后的中频信号输出至上变频混频器(52)；

上变频混频器(52)与第二中频放大与滤波器(51)连接，将从第二中频放大与滤波器(51)接收到的放大滤波后的中频信号上变频至射频信号，并将该射频信号输出至功率放大与滤波器(53)；

功率放大与滤波器(53)与上变频混频器(52)连接，将从上变频混频器(52)接收到的射频信号进行放大滤波并输出至天伺单元(1)。

4.根据权利要求1所述的基于转发信号重建体制的跟踪型有源定标器，其特征在于，所述的频率综合器(6)还提供时钟信号作为AD转换器(33)和DA转换器(42)的转换时钟。