8毫米波测距雷达设计

另外 ， 发射脉冲重复周期必须保证在系统波 束扫描某一定宽度 目标所对应 的时间内出现脉 冲数能满足积分计数电路正常工作的需要。 综合 考虑以上 因素， 系统 发射脉 冲重复周期选 为 １ｐ ｏ ３ｓ
２ ３ 测距实现 ．
雷达测距是通过测量发射脉冲与 目标 回波 之间的延时来实现的 式中 △ 为发射脉冲与 目标 回波之间的延时 ｒ
２４１ 接收机噪声引起的测时误差 Ｅ ．． ＇
Ｅ 主要由接收机噪声干扰影响回波脉冲的 １ 前沿引起 ， 可用下式计算 ：
＿ ｔ ，
ｃ １２ Ｒ． Ｔ 全 ｍ １ ， ／ 二 （） ３
式中 Ｒ 二为系统最大作用距离 ， ． 、 Ｔ 为脉 冲
右。
２２３ 发射脉冲重复周期选择 ．． 脉冲雷达发射脉冲重复周期 主要 由时间空 间特性决定 ， 首先应满足最大作用距离的需要，
即：
其中，ｔ ｄ 主要 由以下 四个 因素决定 ： 由接收 机噪声引起的测时误差 。， ，由发射脉冲波形失真 引起的误差 。， ：发射脉冲波形失真引起的误差 Ｅ ２ 以及面 目标 中心误差 。 ；
１３ ．７
ｒ
＿即Ｃ ０ ｔＤ ９ △ｔ ．
（） ９
亡
由上式可见， 当天线波束垂直于地面（ Ｏ 即 Ｄ
＝９０时，ｔ＝０此时对地测量可认为地面等 ０） Ａ ，
效为以天线波束中心为圆心的点 目标。 Ｏ 当 Ｄ并 ９０ 由于面目标效应 ， ０ 时， 将产生误差 。。 ；对式（） ９
根据表 １的参 数， ， 且 Ｔ ．＝ ２０ ， ９ｋ ａ ３ ＝ ． ＯＢ ｋ 下雨 ， ｄ ／ ｍ（ 比较差 的气候条件）Ｆ ＝ Ｂ ， ， ５ ， ｄ
Ｌ ｄ， ３ ，＝一 ３ ２ 对水泥地 二２Ｂ （ ０ ６ ３ ／ ｐ ０ ＝ ｄｍ ｍ（ Ｂ ２
面）代人方程（） ， １ 可得 当作用距离小于 ８０ ０ 米时 信噪比（／ 大于 １ ｄ 。 ＳＮ ） ５ 我们知道 ， Ｂ 考虑信号处
Ａ ｓ ａｔＴ ｅ ｉ ｅｉ ｄｓ ｎ ａ ８ ｌｍ ｔ － ａｅＭＭＷ） ｒ ｇ ｍ ａｕｉ ｄ ｔｎｅ ａ ｓｓ ｍ ｐｅｅ－ ｂｔ ｃ： ｈ ｅｇ ｅｒ ｇ ｉ ｏ ｎ ｌ ｅ ｒ ｖ（ ｒ ｎ ｎ ｎ ｅ ｇ ｆ Ｍｉｉ ｅ ｗ ｎａ ｒ ｅ ｓｒ ｇ ａｃ ｒｄｒ ｔ ｉ ｒ ｎ ｅ ａ ｎ ｅ ｎ ｉ ｓ ａ ｙ ｅ ｓ ｓ
式中， ‘ 尸为发射峰值功率， 又为波长 ，， Ｂ 为系统带 。 宽， ， Ｆ 为单边带噪声系数 ， Ｌ为系统损耗系数 ， Ｇ 为天线增益， 为目标雷达截面积（ Ｃ ）Ｋ 为波 。 Ｒ Ｓ ， 尔兹曼 常数，．８ １－ ＪＫ， １３ Ｘ ２ ／ ａ为大气衰减系 ０＇
数， 为俯视角，为雷达天线半功率波束宽度。 甲 Ｂ
间。
ｄ Ｒ
２４ 测距精度分析 ． 脉冲测距是通过对视频 回波的时延 ｔ Ｒ ＝２ ／
Ｃ的测量来实现的。测距误差主要 由下式决定 ：
ｔｃ ， ｄ ｃ ｔ ｃ ｄ ｄｔ 十 － 一 ， 份 犷． 艾 匕 花 ２ 乙 乙
（） ５
系统发射脉宽为 １ｎ ， ３ 考虑到实际系统中部 ｓ 件之间的其它影响， 系统最小工作距离在 １ｒ左 ０ ｎ
步提高测距精度和测距范围， 可把两片 Ａ ９０ Ｄ５１
级联。测距电路原理如图 ２ 所示：
理， 信噪比要大于 １ｄ ４Ｂ即 ＳＮ ｄ Ｌ， ／ ＞ １ Ｂ２ 所以 ４ １ 系统作用距离从理论上讲至少可以达到 ８０ ０ｍ． ２２２ 发射脉冲宽度选择 ．． 从下式可知闭， 为减小由于系统采用的收发
２ 雷达 设计
２ １ 系统描述 ． 系统原理框 图见图 １ 由发射接收、 ， 信号提 取以及信号处理三大部分组成。发射机将经脉 冲调制的信号由天线向目标发射， 目标回波信号
： ０ ５ ０３ ２ ２０ 一 ： 一 ９
系统主要技术指标 ： 工作频率：５２ Ｈ ３． ｚ Ｇ 脉冲功率 源 ： 发射 脉宽： ３ ｓ 发射周期： １ｎ ； １ｕ ； ３ｓ峰值功率 ：Ｗ ２
ｔ ｉ ｔｉｐｐｒ ＂ ｅ ｎｉｅ ｔｅ ｔ ｉｄ ｃｓｅ， ｔ ｐｒ ｅ ｒ ａｄ ｐｅｉｏ ｏ ｄ ｔ ｃ ｍ ａｕｉ ｅ ｎ ｓ ｅ． ｐｉ ｐ ｏ ｈ ｓｓ ｍ ｉ ｕｓ ｓｓ ｍ ａ ｔ ｓ ｔｅ ｃ ｉ ｆ ａ ｅ ｓｒ ｇ ｄ ｈ ａ Ｔ ｒ ｃ ｌ ｆ ｙ ｅ ｓ ｈ ｓ ｄ ｙ ｅ ａ ｍ ｅ ｎ ｈ ｒ ｓ ｎ ｉ ｎ ｅ ｎ ｓ ａｅ ｌ ｅ ｉ ｄｔｉ Ａ ｄ ｉ ｐ ｍ ｎａｉ ｏ ｄ ｔｎｅ ａｕｉ ｍ ｄ ｌ ｉ ｉｔ ｄ ｃｄ Ｅ ｐｒ ｅｔ ｒ ｕ ｓ ｗ ｒ ａａ ｚｄ ｅ ｌ ｎ ｔｅ ｌ ｅｔｔ ｎ ｉ ａｃ ｍ ｓｒ ｇ ｕ ｓ ｒ ｕｅ． ｅｉ ｎａ ｅ ｌ ｓｏ ｎ ｙ ｎ ａ ． ｈ ｍ ｅ ｏ ｆ ｓ ｅ ｎ ｏ ｅ ｎ ｏ ｘ ｍ ｌ ｔ ｈ ｓ
８０ ０ ｍ．
Ｋ ｙ ｏｄ ： ｉ ｅ ｒ ｖ ； ａｕｉ ｄ ｔ ｃ ｒｄｒ ｅｇ ｅｒ ｇ ｓ ｎｈ ｈｔｗ ｒ ｅｉ ｎ ｅｗ ｒｓｍ ｌｍ ｔ ｗ ｅ ｍ ｓｒ ｇ ａ ｅ ａ； ｉ ｅｉ ｄ ｉ ； － ｅ ｅｐｒ ｔ ｉ ｌ ｅ ａ ｅ ｎ ｉ ｎ ａ ｓ ｎ ｎ ｎ ｅｇ ｉ ｏ ｇ ｘ ｍｅ
本系统测距采用移动门法〔， Ａ Ｒ高速 ３ 利用 Ｖ ］
单片机 Ａ ９Ｓ３３ Ｔ ２１ 和可编程延时芯片 Ａ ９０ 来 ０ Ｄ ５１ 产生延时移动门， 通过与回波信号进行相关处理 来实现测距。 Ｖ Ａ Ｒ单 片机采取 ＲＳ ＩＣ结构， 允许 在一个时钟周期执行单条指令的同时访问两个独 立的寄存器， 这种结构提高了代码效率， Ａ Ｒ 使 Ｖ 得到了比普通的 ＣＳ ＩＣ单片机快 １ 倍的性能， ０ 一 个指令在几十到几百纳秒之间， 这在实时处理中 显得尤为重要。Ａ ９０ 可通过编程产生 ２５ｓ Ｄ ５１ ． － ｎ ｌｕ 的延时， ｏｓ 且具有 ｌｐ 的延时分辨率。为进一 ｏｓ
ｔａ ｔｅ ｓ ｇ ｔｎｅ ｔｉ ｓｓ ｍ ｂｙｎ １０ ｍ， ｔｅ ｃ ｉ ｏ ｄｓ ｎｅ ａｕｉ ｉ 土３ ｗ ｅ ｈｔ ｓｎｉ ｄ ａｃ ｏ ｈｓ ｔ ｉ ｅｏ ｄ ０ ａｄ ｐｅｉｏ ｆ ｔ ｃ ｍ ｓｒ ｇ ｈ ｅ ｎ ｉ ｓ ｆ ｙ ｅ ｓ ０ ｎ ｈ ｒ ｓ ｎ ｉ ａ ｅ ｎ ｓ＜ ｍ ｈｎ＜
求导 ， 可得 ：
ｄＡ ） （ｔ
ｄＤ Ｏ ｃ ｉＯ Ｓｎ Ｄ
一Ｒ Ｏ （０ １）
１５５ ｚ在本系统方案中， ０． 。 ＭＨ 可取比较差的地 面条件 Ｓ Ｎ“ ｌｄ ， ／ ＯＢ 系统带宽 Ｂ ＝ １０ ｚ ａ １ＭＨ ，
因此， 由式（） ６ 表示的最大误差为 ：
￡ ：“ ３ ６ ｓ ． ｎ
时间 。
Ｒ ＝ ｃ・ ｒ ２ Ａ ／ （） ４
２２１ 作用距离分析 ．．
当雷 达 探 测 地 面 上 目标 时 ， 据 雷 达 方 根 程Ｄ ， Ｓ Ｒ可由下式表示 ： ７其 Ｎ ＰＧ２２ Ｂ Ｘ － ２ ， Ａａ ｌ ０． ２ ｏ ．ｋ ＳＮ ／ （） １ ２６２ ２Ｔ Ｂ Ｆ Ｌ ｅＴ ５ｎＲ ｋ ， ， ， ｃ ｓ
经天线和环流器进人混频器 ， 通过与本振信号混 频， 输出的差频信号输人到由中频放大， 带通滤 波、 包络检波、 视频放大等组成的信号提取部分， 将淹没在噪声 中的带有 目标特性 的有用信号提 取出来， 在嵌人式系统中进行测距等处理。
图 １ ｍ ８ ｍ近程测距雷达原理框 图
２４２ 发射脉冲波形失真引起的误差： ．． ２
理想的发射脉冲为一理想矩形波， 但由于器 件开关速度以及噪声等影响 ， 由此产生的测时误 差 。 可由下式近似计算 ： ：
根据总体指标要求， ｏ ０，Ｏ 二５＝ 设０ ＝ ０ Ｄ ０ ６ Ａ
ｄ ｏＢ Ｏ ＋
４ ３， ． 则当 Ｒ ０ ０ ＝ ８ ｍ时， ０ 由式（０ 得： １）
天线 ：
口径：３ｍ 增益 ：８Ｂ 主瓣波束宽度： ｍ； １０ ２ｄ ；
４３ （ ＝３４ ； ．０ ６ ） 噪声系数 ： １ ｄ ； ｂ Ｆ ＜ Ｂ 增益平坦 ２
： 肖泽龙 ， 湖南安仁人， 男， 博士研究生， 研究方向： 毫米波探测技术与被动毫米波成像技术。
第２ ５卷第 ４期
１ 引言
随着毫米波器件与毫米波技术的发展 ， 以及 由于毫米波具有准光特性和近似全天候的工作 能力， 毫米波雷达已广泛的应用于多种领域。毫 米波近程探测雷达是指作用距离从几米到几百 米工作在毫米波段的小型雷达， 由于其成本低、 体积小等优势， 不仅在军事上应用广泛， 在民用 如汽车防撞、 交通管制、 导航等方面也得到了重 点研究。本文介绍了非相干脉冲体制毫米波雷 达的工作原理 、 参数和测距精度分析以及测距功 能模块 的实现 ， 并给出了实验结果 。
４３ ４
弹箭 与制 导学报
２０ ０ ５年
８ 毫米波近程测距雷达设计‘
肖泽龙 ， 许建 中， 彭树生， 余 勇
（ 南京理工大学， 南京 ２０９） １０４ ［ 摘要〕介绍了 ８ 毫米波近程测距雷达的工程实现。讨论了系统的工作原理， 详细分析 了系统参数和测距精
共用天线所产生的“ 测距盲区”就要减小发射脉 ， 冲的宽度 。
图 ２ ｍ ８ ｍ波段近程测距
雷达测距原理框 图
Ｒ一（ ：２ ２ （ ， ・。 。 ＋） ／ ）
式中， ， 为系统最小作用距离 ， 为发射脉 Ｒ， ： 冲的宽度 ， 为天线从发射到接收之间的延迟时 ｔ 。
度， 介绍了测距模块的具体实现。 实验结果表明． 系统的测距范围超过 １０ｍ， ００ 当小于 ８０ ０ｍ时测距精度小于
来自百度文库士３ ｍ，
〔 关键词〕毫米波 ； 测距雷达； 工程设计 ； 高塔试验
［ 中图分类号〕Ｔ ９ Ｎ５ ［ 文献标识码」Ａ
Ｄ ｓ ｎ ８ ｌｍｅ ｒ ｖ Ｎ ａ Ｒ ｎ ｅ ａｕｉｇ ｅｉ ｏ Ｍｉｉ ｔ Ｗａｅ ｒ ｇ Ｍｅｓｒ ｇ ｆ ｌ ｅ ｅ ａ ｎ
重 复周 期 。
Ｅ（ Ｉ １ ＇ ２Ｓ Ｎ）＇ １ 式 中 ， 为回波脉冲上升时间。 ｔ ，
（） ６
４ ６ ３
弹箭与制导学报
２０ ０ ５年
回波脉冲受带宽Ｂ 所限， ， 。 且ｔ １Ｂ 。 、 ／ ｏ可见
增加带宽可减少误差 。。 ｔ本系统发射脉冲宽度 ｒ ＝ １ｎ ， ３ｓ按匹配滤波器设计 ， 带宽 Ｂ ａ＝
８ 毫米波近程测距雷达设计
肖泽龙等
４ ５ ３
度： ｄ ； 士１Ｂ
中放 ：
总增益： Ｇ＝６ｄ ； ０ Ｂ 带宽：１ＭＨ ； １０ ｚ检波灵敏
度： Ｏ ／ ５ Ｖ Ｗ； ０
混频器本振功率源参数 ： 本振功率 ＞ ： ｌｍｗ； ｏ 带宽： Ｇ ； 妻Ｉ Ｈｚ噪声系 数 ：Ｆ 二５ Ｂ ；２ ｄ 双边带且包括其它射频损耗 ２２ 近程测距雷达的参数选择 ．
Ｄｉｔ ｎ ｅ ａ ａ ｓａ ｃ Ｒ ｄ ｒ
Ｘ Ａ ） ｌ ｇ Ｘ Ｊ ｎｚｏｇ Ｐ Ｎ Ｓ ｕ ｈｎ ， Ｙ ｎ Ｉ （ Ｚ－ ｎ ， ｉ － ｎ ， Ｇ － ｅｇ Ｙ ｅｏ Ｕ ｈ ａ Ｅ ｈｓ Ｕ ｇ ｏ
（ ａｊ ｇ ｉ ｒｔ ｏ Ｓｉ ｃ ＆Ｔ ｃｎｌ ｙ Ｎ ｎｎ ２０９ ， ｈ ａ ｊ ｇ ０４ Ｃ ｉ ） Ｎ ｎｎ Ｕ ｖ ｓｙ ｃ ｎｅ ｉ ｎ ｅ ｉ ｆ ｅ ｅｈｏ ｇ ， ｉ １ ｏ ａ ｎ