CN85101915A - 高频装置 - Google Patents

Abstract

一相干雷达，包括有：一磁控管，一用于对磁控管作脉冲触发激励的调制器，一本地振荡器，用于产生输入回波的一中频信号的混频器，一用于检测反射脉冲以产生一通称的双极性视频信号的相敏检测器。稳态振荡器至少于传输时刻输出高频信号至磁性管调谐空腔振荡器，即所谓加栅偏压调制器及中频振荡器同时以下列方式时控：调制器脉冲前沿及磁控管脉冲前沿总出现于中频振荡器输出信号给定相位上，例一过零点。

Description

本发明涉及到一个相干雷达，该雷达中包括有：一个发射管、特别是指磁控管;一个用于激励磁控管使其发射高频脉冲的调制器;一个稳态本地振荡器（STALO），它用于将其本身的输出信号和发射脉冲引起的反射脉冲信号相混频而产生一个中频信号，这个中频信号具有相对于稳态本地振荡器的频率和发射脉冲频率之差的频率;一个工作在中频上的振荡器，它的输出信号和混频所得到的中频信号一起传送到一个相敏检测器上，以检出反射脉冲同时还产生一个称为双极性视频的信号，也即代表了这些被发送的和被接受的高频信号的相对相位。在对该双极性视频信号滤波后，它能用在明确的及不明确的距离范围中将相对于雷达站不同径向速度的目标分离出来。例如，有意地抑制来自固定物体的反射信号从而仅指示移动的目标物。

一个公知的以磁控管作为高频发射源的相干雷达中包括有每个发送脉冲相位的记忆，因为磁控管的连续脉冲间的相位无相互的关系。因此这种记忆功能要利用磁控管的一部分输出信号送到一个混频器来实现，在该混频器中此信号与本地振荡器的输出信号混频。然后在混频器的输出端上获得一个中频的脉冲，它通称为镇相脉冲，这脉冲被传送到中频振荡器-通常称之为相干振荡器（COHO）中，用来在发射脉冲时镇住同一个脉冲。该中频振荡器具有如此的稳定性：即它的相位在接收时间期间总是被保持住，因此该振荡器用作来记忆发射脉冲的相位。上述明显地看出：这个记忆对每次发射脉冲要进行复位，由此它不能对预先发射的脉冲产生的反射信号，即所谓不明确的反射信号（ambiguos    echoes）进行记忆。一种这类的相干雷达接受器不能够分离远到在明确的距离之外的反射信号，即所谓的第二次反射信号，第三次反射信号等，如由于从长距离传来的强反射被抑制了。

不明确的反射信号的分离可用对速度的滤选来达到，但如果该发送脉冲的相位和频率被作成是可调节的才行。而作成可调这点可以这样来实现：中频振荡器-现在被作成是连续运行的，它的输出脉冲传到一个混频器内，在那儿它与稳态本地振荡器的输出信号混频，该本地振荡器也是持续工作的。该混频器的输出信号传到发射管，在发射管中信号被放大且以脉冲的形式进行发射。于是在此情况下，被发射脉冲的相位在脉冲和脉冲之间是具有连续性的。

作为一个磁控管它对于中频振荡器的信号及稳态本地振荡器的信号产生的混频信号不能建立起与其同样的频率和一个固定的相位关系，故它不能在上述类型的雷达中使用。

本发明的目的是提供一个使用磁控管作为发射管的并在不明确的距离上及在明确的距离上均可以得到径向速度分离的相干雷达。

于是根据本发明以上可以这样来作到：利用从稳态本地振荡器传来的一个信号，它在发射的瞬间被传到磁控管的谐振腔上，并且调制器和中频振荡器同时以下面的方法受控制：即调制器脉冲的前沿和磁控管脉冲的前沿总是出现在中频振荡器的输出信号的一个预定的相位上。此调制器能恰当的被中频振荡器中的零通道在某一时间间隔中依赖于所需的脉冲重复频率进行控制。

本发明基于以下事实：磁控管的高频脉冲中的相位相对于稳态本地振荡器的相位能在磁控管的起动瞬间利用稳态振荡器的输出信号的一部分送到磁控管而被控制住，这部分信号被称之为栅偏压（Priming）。利用磁控管的高频脉冲信号和稳态振荡器的信号进行混频就得到一个中间频率信号，在磁控管起动瞬间它的相位在脉冲之间总是相同的。由于根据本发明的磁控管是在持续运行中的中频振荡器的某一相位时起动的，于是中频振荡器的信号和由反射信号产生的中频信号的相对相位将对于发出的各个脉冲总保持不变，只要反射信号对于发射脉冲的相位不变的话。这个双极性视频信号将包含着理想的相位信息，并且，如在不明确的距离上为了得到速度分离此信号能被滤选。

本质的问题是：供给磁控管的信号频率不同于磁控管的发射频率。这个频率的差在一种实施例中等于所选用的中间频率值。供给磁控管的信号及供给混频器作为本地振荡器的频率能够合适地由同一个稳态振荡器来提供。

能够注意到：在前面已经建议了由一个振荡器提供高频能量给脉冲控制的磁控管的谐振腔上，即提供所谓栅偏压。众所周知，这将导致以可控方式开始的高频振荡并产生很小的频率和时间的漂移和有较好的频谱纯度。利用这个栅偏压技术（Priming    techinque）来获得一个具有在不明确的距离上速度分离能力的相干磁控管雷达，无论如何不是属于预先公知的。

本发明使用对应的附图的例子进行了描述，在附图中：

图1表示一个根据本发明的具有一个作为高频源的磁导管的雷达方框图;

图2及图3表示了一些为了解释本发明用的时间波形图。

根据图1，一个磁控管MAG是由一个来自于调制器（MOD）的电压脉冲V_mod来激励的，而所产生的高频脉冲V_mag经过一个循环电路（CIRC）及一个发射-接收开关（TR）至天线（ANT），它用作发射脉冲。由雷达发射的脉冲引起的来自于一个反射物体的反射脉冲被同一个天线（ANT）所接收，且经过该发射-接收开关（TR）传送到混频器（B），在该混频器中它们与来自稳态本地振荡器（STALO）的输出信号V_stalo相结合。该磁控管是如此被调谐的：其发射频率不同于稳态振荡器的频率及混频器（B）以一个中频的方式传送反射脉冲V_mf，其中频值等于发射频率及稳态振荡器频率之差。该中频信号V_mf被一个中频放大器（MF）放大后。传送到相敏检测器D，它也接受来自于一个持续运行的振荡器（MFO）的输出信号V_mfo。此振荡器运行在与所选的中间频率相同的频率上，而相位检测器D输出一个V_bip信号，这个信号被称之为双极性视频信号，因为它既能显现正的值又能显现负的值。该双极性视频信号除去不表示反射信号的强度外，它也能表示成发射信号和接收的高频信号之间的相互相位关系。如果雷达设备和反射物体之间的距离随时间变化则该双极性视频信号V_bip将随基于距离随时间变化的一个频率而变化，也即当信号经过了360度顺序时，到反射物的距离在每半波长度上已经变化了。这个双极性视频信号再被送到一个滤波器滤波，例如在一个MTI-滤波器中，它实际上是一个为了抑制来自固定物体的反射信号的，或者是在不明确距离上用作速度分离的高通滤波器。

为了保证：该双极性视频信号V_bip能真实地表示发射的和接受的信号流之间的相互相位关系，根据本发明将采取下列步骤。

第一步为：稳态振荡器（STALO）输出的一部分信号经过开关（SW）及循环电路（CTRC），在发射脉冲前及发射时立即地被传送到磁控管的谐振腔上，通称加栅偏压（Priming），一个方位耦合器（RT）用来在混频器（B）和磁控管（MAG）之间分配来自于稳态振荡器的能量的。开关（SW）被调制器作如下的控制：即开关平常是打开的。在磁控管起动前立即闭合上，然后在磁控管的脉冲期间总保持闭合。每当磁控管起动一次，它本身的振荡就被建立起来了，从而稳态振荡器的频率和相位的小量振荡器能量出现在磁控管的谐振腔上。这将改善了起动特性，但它也影响了最初的相位，因而对整个高频脉冲的相位产生了影响。

第二步为：调制器（MOD）是由中频振荡器（MFO）经一个控制装置（PRF）在时间上可控的，并且以下列方式进行：调制器的脉冲前沿总是和中频振荡器（MFO）的输出信号的给定相位一致，例如在给定的意义上是一个零通道。

在一个设有一个内部产生脉冲重复频率Prf的例子中控制装置能有一个计数器，它是用来在中频振荡器的输出信号上对正的或负的零通道进行计数及将每n次零通道去起动磁控管。另一方面，脉冲重复频率Prf可以在外部产生，在此情况下控制装置（PRF）可以包括一个与门，在它的一个输入端上接受来自于外部Prf-发生器的信号，见图1中的虚线示。而在与门的另一个输入端上接受中频振荡器输出信号上表示零通道的脉冲。该调制器及磁控管在接受到由外部振荡器送来的Prf-脉冲后在给定方向的第一个零通道时将被起动。

此时，调制器控制的原因参照图2及3来解释，图中表示同一时间的波形图，而它们上面稳态振荡器的信号和调制器的脉冲间的相互相位是不同的。

波形图a在这两个图中表示作为时间t的函数的稳态振荡器的输出信号V_stalo，而波形图b表示调制器脉冲V_mod。作为一个例子图2表示出一个调制器的脉冲，它的前沿和STALO-电压上的正零通道是一致的，也即其相位可被表示为零。在图3中，调制器脉冲的前沿和该STALO-电压信号的最大正向值时，即与它的90°相位时相重合。该图2c）及3c）表示在这种情况下磁导管的电压对时间的函数关系，此两个波形表示没有起动现象时的理想波形，而实际上该现象是可能发生的。明显地，根据波形图2c）磁控管在正向最大值，即导前于稳态振荡器电压信号STALO    90°时起动。根据波形图3c），此情况下该磁振管在负向零通道时起动，也即相位为180°时，这时它们仍然是导前于STALO电压信号90°。一般能够说：该磁控管总是在一个相位上振荡的，此相位相对于所提供的起动电压，即为STALO-电压的相位有着一个预定的关系。这点本身又包含着：由在一个给定不变的距离上的物体反射回的反射脉冲所产生的中频信号将有一个恒定的相位。

以上这点在波形图2d）及3d）上加以说明，它们表示为：如果稳态振荡器的电压V_stalo直接和磁控管的高频信号V_mag相结合的话，后者能被看作为在零距离上一个物体的反射信号，则这两个波形图即表示了所获得的中频信号。明显地，尽管起动时状态不一样，在这两种情况下该中频信号还是具有相同的形状和相位。波形图2e）和3e）表示在相对于调制器脉冲具有两种不同的相位时，其中频振荡器的输出电压V_mfo，如果相对于波形图2d）或3d）的中频信号V_mf使用同一个或另一个振荡器作为参照被检出来的话，波形图2f）及3f）即表示所得到的该双极性视频信号V_bip。在第一个例子中曲线Ⅰ表示的振荡器电压V_mfo和V_mf相位相同，这一点根据波形图2f）及3f）在相敏检测器（D）中被检测出来后将产生一双极性视频信号，其具有零值（比较信号的相位相同时）。在第二个例中，根据以实线描绘的曲线Ⅱ的电压V_mfo，它滞后于V_m90°，这就根据图2f）及3f）产生了一个正向的双极性视频信号。于是，同一个中频信号将基于中频振荡器的输出电压信号V_mfo，相对于调制器脉冲产生了不同的双极性视频信号。如果该双极性视频信号将作为发射的和接收的高频信号间的相位关系的量度，及借此量度反射物体的距离的话，其中频振荡器的输出电压V_mfo相对于调制器的脉冲必须有一个预定的相位关系。

根据本发明，在调制器的时间控制和磁控管的栅偏压控制共同使用时，就得到了由磁控管和稳态本地振荡器的信号混频的结果信号与中频振荡器的输出信号之间的相位相干。这包含：反射脉冲的相位能与中频振荡器的相位有关，而双极性视频信号也将含有发射脉冲和反射脉冲中的高频信号的相对相位的信息。

本发明能和在本说明书开始描述的那种相干雷达接收器相结合。由此能得到：在明确的距离以内及以外的反射信号的分离将由不同的因素来决定。根据发明的步骤的一个结果是在不明确的距离上其分离的可能性更为接近了。而在明确的距离内其分离是雷达接收的相干特性的结果。

在所描述的实施例中，本地振荡器输出信号是直接用来作为栅偏控制信号的，并且这个栅偏信号和磁控管的发射频率之间的差等于所选择的中间频率值。虽然如此，另外的不同于稳态振荡器的栅偏信号频率也能被采用，唯一重要的事是栅偏信号频率不同于磁控管的发射频率。作为一个例子，借助一个混频器，它在如下的条件下使用：即供给此混频器的第二次信号的相位在磁控管的起动瞬间和它的发射瞬间时是同样的，那么本地振荡器的频率能被转换成理想的栅偏信号频率。

在本发明的范围内还可以作各种另外的更改。如该调制器及该磁控管能在该中频振荡器的输出信号的任意相位时被起动。在恒定脉冲重复频率情况下，在原理上也是可能用调制器对中频振荡器的相位进行控制的。

Claims (5)

1、一种相干雷达，它包括有一个发射管，特别指一个磁控管，一个用于激励磁控管以使其产生与发射高频脉冲的调制器，一个稳态本地振荡器，它用其本身的输出信号和由发射脉冲引起的反射脉冲信号相混频而产生一个中频信号，这个中频信号具有相当于稳态本地振荡器的频率和发射脉冲的频率之差的频率，仅一个工作在中频的振荡器，它的输出信号和由混频器所得到的中频信号一起传送到一个相敏检测器上，以检出反射脉冲及产生一个信号，此信号包含有发射的和接收的高频信号之间的相互相位关系的信息在内，其特征为：由该稳态本地振荡器传来的信号被送到磁控管的谐振腔上，这至少在发射的瞬间发生，该调制器及该中频振荡器同时以如下的方式控制：即调制器脉冲的前沿及磁控管的脉冲前沿总在中频振荡器输出信号的一个预定的相位上出现。

2、根据权项1中的一种相干雷达，其特征为：供给该磁控管谐振腔的信号频率不同于磁控管的发射频率，它们在数值上相差一个中频数值。

3、根据权项1和2中的一种相干雷达，其特征为：该调制器是在时间上受到该中频振荡器的控制的。

4、根据权项3的一种相干雷达，其特征为：该调制器被该中频振荡器的输出信号的零通道控制。

5、根据权项1-4中间任何一个权项的一种相干雷达，其特征为：作为本机振荡器电压信号的高频信号和供给磁控管谐振腔的信号是由同一个稳态振荡器提供的。

Images