微型測距雷達的原理及組成

　　1 微型測距雷達的原理及組成

　　1.1 測距方法

　　通常雷達測距的方法有三種：脈沖法測距;調頻連續波法測距;相位法測距。常用的為前兩種。脈沖法測距分辨率要達到距離精度1 m以下，脈沖寬度必須小于6.67 ns，即使當今脈沖雷達普遍采用脈沖壓縮的情況下，精度要做到厘米級是相當困難的，何況是以增大接收機帶寬，降低接收靈敏度為代價，電路上也難以實現。因而對于較精確的距離測量，一般都采用調頻連續波測距的方法。

　　調頻連續波測距有三角波調制和正弦波調制兩種，這里選擇三角波調制。

　　在三角波調制中，測距公式為：

　　式中：R為距離;c為光速;

為三角波正向發射頻率與接收頻率之差，fb-為三角波負向發射頻率與接收頻率之差;f為三角波調制頻率;△fm為受調制的發射頻率最大頻偏的二分之一。

　　三角波調制頻率的選擇與距離分辨率有關。假如選擇f=200 Hz，△fm=100 MHz，而此時測出的頻率fbav為50 kHz，則可以計算出R≈ 93.750 0 m;如果測出的頻率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。提高調制頻率f的值，分辨率還可以增加。假如f=1 000 Hz，其他參數不變，同樣測出的頻率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。

　　如果是運動目標，根據測速公式：

　　求出運動目標的速度。式中V為目標的徑向速度，λ為發射微波的波長。當然，固定目標的fb+與fb-的值相等。

　　1.2 組成

　　根據三角波調制的雷達原理，首先必須有一個微波頭，微波頭可在測速微波頭的基礎上，將體效應振蕩器加一個變容管改為壓控式振蕩，直接混頻。同時還需要一個三角波發生器。為了修正壓控振蕩器的非線性，使之頻率線性變化，必須進行非線性修正。

　　為了增強效果，可采用模擬濾波器組進行積累處理。當然也可以通過高速A/D采樣后將模擬信號變為數字信號用DSP進行數字信號處理，不過成本較高。

　　和工控機、PC104模塊相比，采用單片機控制電路比較簡單，且成本較低，由于沒有復雜的運算，速度完全能夠滿足要求。

　　這個設計功耗較小，用電池就可滿足電源供給要求。

　　微型測距雷達的組成框圖如圖1所示。

　　1.3 工作原理

　　三角波調制頻率選200 Hz，D/A選擇12位，ROM為16位數據輸出，12位數據作為D/A的輸入;一位作為三角波正斜率和負斜率變化時的脈沖輸出，正斜率為“1”，負斜率為“0”;另一位作為一個三角波周期間的過零信號，送單片機的中斷INT0，當三角波正負斜率變化時，輸出脈沖信號。單片機產生過零中斷后，判斷正負信號，為“1”，得到的是fb+;為“O”，得到的是fb-。

　　雷達工作時，單片機控制窄帶濾波器不斷的進行掃描，當某一個濾波器有信號時，由可重觸發單穩態電路組成的信號檢測電路輸出由“0”變為“1”，單片機根據輸出的窄帶濾波器獲得帶內頻率，判斷出精度不太高的距離范圍，利用放大整形輸出進行計數或測量脈沖的周期，獲得足夠精確的頻率值，即為準確距離。根據公式計算出R和V送顯示器予以顯示，或通過RS 232串口送上一級的計算機系統。

　　2 各部分的組成

　　2.1 微波頭

　　微波頭包括喇叭天線、體效應振蕩器、環行器、混頻器。體效應振蕩器產生發射微波，喇叭天線作為微波對外收發之用，環行器將收發進行隔離，混頻器取出發射頻率和接收頻率的差值。微波頭國外常用的有24 GHz，35 GHz和77 GHz，可采用Wisewave公司的產品。其功率輸出為+10 dBm，頻偏DC為100 MHz，波束寬度120，園極化。