微型測距雷達(dá)的原理及組成

　　1 微型測距雷達(dá)的原理及組成

　　1.1 測距方法

　　通常雷達(dá)測距的方法有三種：脈沖法測距;調(diào)頻連續(xù)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(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，電路上也難以實現(xiàn)。因而對于較精確的距離測量，一般都采用調(diào)頻連續(xù)波測距的方法。

　　調(diào)頻連續(xù)波測距有三角波調(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(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(biāo)，根據(jù)測速公式：

　　求出運動目標(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。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，首先必須有一個微波頭，微波頭可在測速微波頭的基礎(chǔ)上，將體效應(yīng)振蕩器加一個變?nèi)莨芨臑閴嚎厥秸袷?，直接混頻。同時還需要一個三角波發(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)然也可以通過高速A/D采樣后將模擬信號變?yōu)閿?shù)字信號用DSP進(jìn)行數(shù)字信號處理，不過成本較高。

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

　　這個設(shè)計功耗較小，用電池就可滿足電源供給要求。

　　微型測距雷達(dá)的組成框圖如圖1所示。

　　1.3 工作原理

　　三角波調(diào)制頻率選200 Hz，D/A選擇12位，ROM為16位數(shù)據(jù)輸出，12位數(shù)據(jù)作為D/A的輸入;一位作為三角波正斜率和負(fù)斜率變化時的脈沖輸出，正斜率為“1”，負(fù)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(jī)的中斷INT0，當(dāng)三角波正負(fù)斜率變化時，輸出脈沖信號。單片機(jī)產(chǎn)生過零中斷后，判斷正負(fù)信號，為“1”，得到的是fb+;為“O”，得到的是fb-。

　　雷達(dá)工作時，單片機(jī)控制窄帶濾波器不斷的進(jìn)行掃描，當(dāng)某一個濾波器有信號時，由可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路組成的信號檢測電路輸出由“0”變?yōu)?ldquo;1”，單片機(jī)根據(jù)輸出的窄帶濾波器獲得帶內(nèi)頻率，判斷出精度不太高的距離范圍，利用放大整形輸出進(jìn)行計數(shù)或測量脈沖的周期，獲得足夠精確的頻率值，即為準(zhǔn)確距離。根據(jù)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(jī)系統(tǒng)。

　　2 各部分的組成

　　2.1 微波頭

　　微波頭包括喇叭天線、體效應(yīng)振蕩器、環(huán)行器、混頻器。體效應(yīng)振蕩器產(chǎn)生發(fā)射微波，喇叭天線作為微波對外收發(fā)之用，環(huán)行器將收發(fā)進(jìn)行隔離，混頻器取出發(fā)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(chǎn)品。其功率輸出為+10 dBm，頻偏DC為100 MHz，波束寬度120，園極化。