技术领域
[0001] 本实用新型涉及雷达技术领域，尤其涉及一种K波段相控阵雷达及安防设备。
相关背景技术
[0002] K波段安防雷达是利用电磁波实现对覆盖区域内移动目标检测的目的，主要应用方向为边防、海防和入侵检测等安防领域，相对于传统红外对照方式检测目标，雷达检测受天气影响更小，且能探测更远距离。
[0003] 但是随着探测距离的增大，探测目标的雷达散射截面积(Radar Cross section，RCS)小且速度慢，现有雷达设备对远距离目标的检测精度低。实用新型内容
[0004] 有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种K波段相控阵雷达及安防设备，以解决现有技术中雷达设备对远距离目标的检测精度低的问题。
[0005] 第一方面，本实用新型实施例提供了一种K波段相控阵雷达，包括：波形发生单元、K波段发射单元、K波段接收下变频单元、信号处理单元和数据处理单元；
[0006] 所述波形发生单元包括依次连接的参考时钟振荡器、鉴频鉴相器、压控振荡器和滤波器；
[0007] 所述波形发生单元的输出端分别与所述K波段发射单元和所述K波段接收下变频单元连接；
[0008] 所述K波段发射单元包括多个指向不同的发射天线；
[0009] 所述K波段接收下变频单元与所述信号处理单元连接；
[0010] 所述信号处理单元与所述数据处理单元连接。
[0011] 在一种可能的实现方式中，所述K波段接收下变频单元包括功分器和多片下混频器；
[0012] 所述功分器的输出端与所述下混频器的输入端连接；所述功分器的输入端与所述滤波器的输出端连接。
[0013] 在一种可能的实现方式中，所述功分器包括八个输出端；
[0014] 所述八个输出端与八片下混频器的输入端一一对应连接；其中，每片下混频器包括四个接收通道。
[0015] 在一种可能的实现方式中，所述信号处理单元包括中频信号带通滤波器和模数转换器；
[0016] 所述中频信号带通滤波器的输入端与所述K波段接收下变频单元的输出端连接；所述中频信号带通滤波器的输出端与所述模数转换器的输入端连接。
[0017] 在一种可能的实现方式中，所述中频信号带通滤波器的拐角频率根据所述雷达设备接收带宽选定。
[0018] 在一种可能的实现方式中，所述K波段发射单元包括单刀多掷射频开关、多个功率放大器和多个发射天线；
[0019] 所述单刀多掷射频开关的输入端与所述滤波器的输出端连接；所述单刀多掷射频开关的输出端与所述功率放大器的输入端连接；所述功率放大器的输出端与所述发射天线连接。
[0020] 在一种可能的实现方式中，所述多个功率放大器的输入端与所述单刀多掷射频开关的多个输出端一一对应连接。
[0021] 在一种可能的实现方式中，所述多个发射天线与所述多个功率放大器的输出端一一对应连接。
[0022] 在一种可能的实现方式中，所述参考时钟振荡器为100MHz振荡器。
[0023] 第二方面，本实用新型实施例提供了一种安防设备，包括如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所述的K波段相控阵雷达。
[0024] 本实用新型实施例提供的K波段相控阵雷达的有益效果在于：
[0025] 本实用新型包括波形发生单元、K波段发射单元、K波段接收下变频单元、信号处理单元和数据处理单元；波形发生单元包括依次连接的振荡器、鉴频鉴相器、压控振荡器和滤波器，波形发生单元的输出端分别与K波段发射单元和K波段接收下变频单元连接，K波段发射单元包括多个指向不同的发射天线，K波段接收下变频单元与信号处理单元连接，信号处理单元与数据处理单元连接。本实用新型由高性能且低相噪的参考时钟振荡器驱动鉴频鉴相器和压控振荡器产生波形，通过滤波器优化设计滤波参数，能够降低相噪，提升性能，从而提升雷达的目标探测精度，采用多个指向不同的发射天线发射信号，能够提高雷达对远距离目标的探测能力。
具体实施方式
[0030] 以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本实用新型实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本实用新型。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本实用新型的描述。
[0031] 为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图通过具体实施例来进行说明。
[0032] 参见图1，其示出了本实用新型实施例提供的一种K波段相控阵雷达的单元示意图，本实用新型提供的K波段相控阵雷达包括波形发生单元、K波段发射单元、K波段接收下变频单元、信号处理单元和数据处理单元，如图1所示，波形发生单元的输出端分别与K波段发射单元和K波段接收下变频单元连接，K波段接收下变频单元与信号处理单元连接，信号处理单元与数据处理单元连接。
[0033] 参见图2，其示出了本实用新型实施例提供的一种K波段相控阵雷达的射频框图，包括波形发生单元、K波段发射单元和K波段接收下变频单元的器件构成及具体连接关系。如图2所示，波形发生单元的输出端通过一个一分二功分器与K波段发射单元和K波段接收下变频单元的输入端连接，波形发生单元包括依次连接的参考时钟振荡器(时钟源)、鉴频鉴相器、压控振荡器(VCO)和滤波器。波形发生单元由高性能的参考时钟振荡器作为时钟源，时钟源驱动鉴频鉴相器和压控振荡器产生频率为24GHz的线性调频(Linear Frequency Modulation，LFM)信号，再经过滤波器滤波后，得到K波段LFM信号。K波段发射单元通过多个指向不同的发射天线向空间辐射信号。
[0034] 可选的，参考时钟振荡器为高性能且低相噪的100MHz振荡器，波形发生单元的鉴频鉴相器和压控振荡器为ADI公司的ADF5902器件，该器件集成鉴频鉴相器和压控振荡器，通过外围电路的滤波器进行滤波参数选择达到环路滤波低相噪的目的。
[0035] 在一种可能的实现方式中，K波段接收下变频单元包括功分器和多片下混频器，功分器的输出端与下混频器的输入端连接，功分器的输入端与滤波器的输出端连接。
[0036] 在一种可能的实现方式中，功分器包括八个输出端，八个输出端与八片下混频器的输入端一一对应连接；其中，每片下混频器包括四个接收通道。
[0037] 可选的，下混频器选择ADI公司的ADF5904器件。
[0038] 在本实用新型实施例中，如图2所示，K波段接收下变频单元中七个一分二功分器组合连接形成八个输出端，每个输出端对应连接一片下混频器，每片下混频器四通道接收，八片下混频器并联使用构成32路接收通道。功分器在K波段发射单元发射信号时，给32路接收通道提供等功率的本振信号，接收天线将雷达覆盖范围内目标的反射回波信号反馈到下混频器，反射回波信号与本振信号混频后，可得到32路模拟零中频信号。本实用新型实施例采用32路接收通道，增大了接收天线的面积和路数，能够接收到更多的回波信号，进而更好的反映目标信息。
[0039] 可选的，K波段接收下变频单元可选用16路或48路接收通道，16路选用4片下混频器并联接收，48路选用12片下混频器并联接收。相较于32路接收通道，16通道的接收范围较小，48路接收通道的成本和雷达尺寸更大，因此，优选32路接收通道，既能满足对接收天线面积和路数的要求，又能达到雷达小成本和小型化的目的。
[0040] 在一种可能的实现方式中，信号处理单元包括中频信号带通滤波器和模数转换器，中频信号带通滤波器的输入端与K波段接收下变频单元的输出端连接，中频信号带通滤波器的输出端与模数转换器的输入端连接。
[0041] 参见图3，其示出了本实用新型实施例提供的一种K波段相控阵雷达的数字模块框图。信号处理单元包括八个中频信号带通滤波器和八个模数转换器，八个中频信号带通滤波器的输入端与八片下混频器的输出端一一对应连接，八个中频信号带通滤波器的输出端与八个模数转换器的输入端一一对应连接，K波段接收下变频单元的下混频器输出模拟零中频信号，经中频信号带通滤波器中频滤波后，进入模数转换器进行模数转换，得到数字信号。
[0042] 可选的，模数转换器为高采样率且12bit精度，如图3所示，模数转换器(ADC)可同时采集多路差分中频信号。
[0043] 在一种可能的实现方式中，中频信号带通滤波器的拐角频率根据雷达设备接收带宽选定。
[0044] 在本实用新型实施例中，中频信号带通滤波器的低通拐点与雷达设备接收带宽相匹配，高通拐点用于压制近距离强目标发射，预防信号饱和，能够提高雷达信噪比。
[0045] 在一种可能的实现方式中，K波段发射单元包括单刀多掷射频开关、多个功率放大器和多个发射天线，单刀多掷射频开关的输入端与滤波器的输出端连接，单刀多掷射频开关的输出端与功率放大器的输入端连接，功率放大器的输出端与发射天线连接。
[0046] 在一种可能的实现方式中，多个功率放大器的输入端与单刀多掷射频开关的多个输出端一一对应连接。
[0047] 如图2所示，发射模式下，单刀多掷射频开关进行切换，控制发射天线空间辐射信号的发射方向。
[0048] 在一种可能的实现方式中，多个发射天线与多个功率放大器的输出端一一对应连接。
[0049] 在本实用新型实施例中，K波段发射单元包括单刀四掷射频开关、四个功率放大器和四个发射天线，单刀四掷射频开关接收滤波器输出端输出的K波段LFM信号，K波段LFM信号经功率放大器放大后，由发射天线按照指定波束方向辐射至空间。四个发射天线的指向不同，代替移相器的功能，能够节省成本，提高雷达对远距离目标角度的探测能力。
[0050] 在一种可能的实现方式中，数据处理单元为集成芯片，用来接收模数转换器输出的数字信号并进行处理，得到目标检测信息，目标检测信息包括目标的距离、速度和角度等信息。
[0051] 本实用新型实施例提供的K波段相控阵雷达的尺寸为300×250×25mm，在提高检测精度的同时，实现了相控阵雷达的小型化、部署方便且低研发成本。
[0052] 本实用新型包括波形发生单元、K波段发射单元、K波段接收下变频单元、信号处理单元和数据处理单元；波形发生单元包括依次连接的振荡器、鉴频鉴相器、压控振荡器和滤波器，波形发生单元的输出端分别与K波段发射单元和K波段接收下变频单元连接，K波段发射单元包括多个指向不同的发射天线，K波段接收下变频单元与信号处理单元连接，信号处理单元与数据处理单元连接。本实用新型由高性能的低相噪参考时钟振荡器驱动鉴频鉴相器和压控振荡器产生波形，通过滤波器优化设计滤波参数，能够降低相噪，提升性能，从而提升雷达的目标探测精度，采用多个指向不同的发射天线发射信号，能够提高雷达对远距离目标的探测能力。
