一種低成本微型測(cè)距雷達(dá)的設(shè)計(jì)

0 引言

　　隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，雷達(dá)技術(shù)也得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步。雷達(dá)是以軍事目的發(fā)展起來(lái)的，在當(dāng)今主基調(diào)為和平與發(fā)展的年代，雷達(dá)技術(shù)越來(lái)越多地向民用方面轉(zhuǎn)移。像我國(guó)普遍用于交通方面的測(cè)速雷達(dá)，正在飛速發(fā)展的汽車防撞雷達(dá)等。隨著成本的不斷降低，雷達(dá)在民用方面的用途會(huì)越來(lái)越廣泛。

　　雷達(dá)進(jìn)行測(cè)距，與激光測(cè)距相比，不受氣候條件限制，距離遠(yuǎn)，精度高。本文將主要敘述微型測(cè)距雷達(dá)的原理及組成。

　　微型測(cè)距雷達(dá)主要用于以下幾個(gè)方面：

　　(1)導(dǎo)彈和炮彈的微波引信；

　　(2)汽車前視防撞雷達(dá)；

　　(3)堆積物和小山頭的高度測(cè)量；

　　(4)高速公路及城市道路的機(jī)動(dòng)車流量測(cè)量；

　　(5)建筑行業(yè)的樓層測(cè)量；

　　(6)罐裝液面高度測(cè)量；

　　(7)其他要求精確近距離測(cè)量的地方。

1 微型測(cè)距雷達(dá)的原理及組成

　　1．1 測(cè)距方法

　　通常雷達(dá)測(cè)距的方法有三種：脈沖法測(cè)距；調(diào)頻連續(xù)波法測(cè)距；相位法測(cè)距。常用的為前兩種。脈沖法測(cè)距分辨率要達(dá)到距離精度1 m以下，脈沖寬度必須小于6．67 ns，即使當(dāng)今脈沖雷達(dá)普遍采用脈沖壓縮的情況下，精度要做到厘米級(jí)是相當(dāng)困難的，何況是以增大接收機(jī)帶寬，降低接收靈敏度為代價(jià)，電路上也難以實(shí)現(xiàn)。因而對(duì)于較精確的距離測(cè)量，一般都采用調(diào)頻連續(xù)波測(cè)距的方法。

　　調(diào)頻連續(xù)波測(cè)距有三角波調(diào)制和正弦波調(diào)制兩種，這里選擇三角波調(diào)制。

　　在三角波調(diào)制中，測(cè)距公式為：

　　式中：R為距離；c為光速；為三角波正向發(fā)射頻率與接收頻率之差，fb-為三角波負(fù)向發(fā)射頻率與接收頻率之差；f為三角波調(diào)制頻率；△fm為受調(diào)制的發(fā)射頻率最大頻偏的二分之一。

　　三角波調(diào)制頻率的選擇與距離分辨率有關(guān)。假如選擇f=200 Hz，△fm=100 MHz，而此時(shí)測(cè)出的頻率fbav為50 kHz，則可以計(jì)算出R≈ 93．750 0 m；如果測(cè)出的頻率fbav=50．001 kHz，R=93．751 8 m，二者之差為1．8 mm，即每1 Hz代表1．8 mm的距離。提高調(diào)制頻率f的值，分辨率還可以增加。假如f=1 000 Hz，其他參數(shù)不變，同樣測(cè)出的頻率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的距離。

　　如果是運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，根據(jù)測(cè)速公式：

　　求出運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的速度。式中V為目標(biāo)的徑向速度，λ為發(fā)射微波的波長(zhǎng)。當(dāng)然，固定目標(biāo)的fb+與fb-的值相等。

　　1．2 組成

　　根據(jù)三角波調(diào)制的雷達(dá)原理，首先必須有一個(gè)微波頭，微波頭可在測(cè)速微波頭的基礎(chǔ)上，將體效應(yīng)振蕩器加一個(gè)變?nèi)莨芨臑閴嚎厥秸袷?，直接混頻。同時(shí)還需要一個(gè)三角波發(fā)生器。為了修正壓控振蕩器的非線性，使之頻率線性變化，必須進(jìn)行非線性修正。

　　為了增強(qiáng)效果，可采用模擬濾波器組進(jìn)行積累處理。當(dāng)然也可以通過(guò)高速A／D采樣后將模擬信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)用DSP進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理，不過(guò)成本較高。

　　和工控機(jī)、PC104模塊相比，采用單片機(jī)控制電路比較簡(jiǎn)單，且成本較低，由于沒(méi)有復(fù)雜的運(yùn)算，速度完全能夠滿足要求。

　　這個(gè)設(shè)計(jì)功耗較小，用電池就可滿足電源供給要求。

　　微型測(cè)距雷達(dá)的組成框圖如圖1所示。