微型测距雷达的原理及组成

2011-06-30 09:08:32来源: 互联网 关键字:微型测距雷达

  1 微型测距雷达的原理及组成

  1.1 测距方法

  通常雷达测距的方法有三种:脉冲法测距;调频连续波法测距;相位法测距。常用的为前两种。脉冲法测距分辨率要达到距离精度1 m以下,脉冲宽度必须小于6.67 ns,即使当今脉冲雷达普遍采用脉冲压缩的情况下,精度要做到厘米级是相当困难的,何况是以增大接收机带宽,降低接收灵敏度为代价,电路上也难以实现。因而对于较精确的距离测量,一般都采用调频连续波测距的方法。

  调频连续波测距有三角波调制和正弦波调制两种,这里选择三角波调制。

  在三角波调制中,测距公式为:

  


 

  式中:R为距离;c为光速;

为三角波正向发射频率与接收频率之差,fb-为三角波负向发射频率与接收频率之差;f为三角波调制频率;△fm为受调制的发射频率最大频偏的二分之一。

 

  三角波调制频率的选择与距离分辨率有关。假如选择f=200 Hz,△fm=100 MHz,而此时测出的频率fbav为50 kHz,则可以计算出R≈ 93.750 0 m;如果测出的频率fbav=50.001 kHz,R=93.751 8 m,二者之差为1.8 mm,即每1 Hz代表1.8 mm的距离。提高调制频率f的值,分辨率还可以增加。假如f=1 000 Hz,其他参数不变,同样测出的频率fbav=50 kHz,R=18.750 O m;fbav=50.001 kHz,R=18.750 4 m,相差0.4 mm,每1 Hz代表O.4 mm的距离。

  如果是运动目标,根据测速公式:

  

 

  求出运动目标的速度。式中V为目标的径向速度,λ为发射微波的波长。当然,固定目标的fb+与fb-的值相等。

  1.2 组成

  根据三角波调制的雷达原理,首先必须有一个微波头,微波头可在测速微波头的基础上,将体效应振荡器加一个变容管改为压控式振荡,直接混频。同时还需要一个三角波发生器。为了修正压控振荡器的非线性,使之频率线性变化,必须进行非线性修正。

  为了增强效果,可采用模拟滤波器组进行积累处理。当然也可以通过高速A/D采样后将模拟信号变为数字信号用DSP进行数字信号处理,不过成本较高。

  和工控机、PC104模块相比,采用单片机控制电路比较简单,且成本较低,由于没有复杂的运算,速度完全能够满足要求。

  这个设计功耗较小,用电池就可满足电源供给要求。

  微型测距雷达的组成框图如图1所示。

  

 

  1.3 工作原理

  三角波调制频率选200 Hz,D/A选择12位,ROM为16位数据输出,12位数据作为D/A的输入;一位作为三角波正斜率和负斜率变化时的脉冲输出,正斜率为“1”,负斜率为“0”;另一位作为一个三角波周期间的过零信号,送单片机的中断INT0,当三角波正负斜率变化时,输出脉冲信号。单片机产生过零中断后,判断正负信号,为“1”,得到的是fb+;为“O”,得到的是fb-。

  雷达工作时,单片机控制窄带滤波器不断的进行扫描,当某一个滤波器有信号时,由可重触发单稳态电路组成的信号检测电路输出由“0”变为“1”,单片机根据输出的窄带滤波器获得带内频率,判断出精度不太高的距离范围,利用放大整形输出进行计数或测量脉冲的周期,获得足够精确的频率值,即为准确距离。根据公式计算出R和V送显示器予以显示,或通过RS 232串口送上一级的计算机系统。

  2 各部分的组成

  2.1 微波头

  微波头包括喇叭天线、体效应振荡器、环行器、混频器。体效应振荡器产生发射微波,喇叭天线作为微波对外收发之用,环行器将收发进行隔离,混频器取出发射频率和接收频率的差值。微波头国外常用的有24 GHz,35 GHz和77 GHz,可采用Wisewave公司的产品。其功率输出为+10 dBm,频偏DC为100 MHz,波束宽度120,园极化。

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关键字:微型测距雷达

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2011/0630/article_2846.html
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