雷达的制作方法

本申请涉及通信技术领域，特别涉及雷达。

背景技术：

调频连续波(fmcw)雷达可以对连续波进行频率调制。根据发射信号与回波信号的频率差和相位差，调频连续波雷达可以监测目标的距离和速度。

目前，调频连续波雷达具有较大的发射带宽，因此具有较高的距离分辨力。另外，调频连续波雷达的接收带宽较大，容易受到噪声干扰。因此，调频连续波雷达的接收机灵敏度待提高。

技术实现要素：

根据本申请一个方面，提供一种雷达，包括发射机和接收机；其中，所述发射机包括信号源；所述信号源，向所述发射机输出第一线性扫频信号，并向所述接收机输出第二线性扫频信号；所述接收机包括：高频放大器；第一混频器，其第一输入端与所述高频放大器的输出端耦接；宽带滤波放大器，其输入端与所述第一混频器的输出端耦接；第二混频器，其第一输入端与所述宽带滤波放大器的输出端耦接，其第二输入端接收所述第二线性扫频信号；窄带滤波放大器，其输入端与所述第二混频器的输出端耦接。

在一些实施例中，所述信号源包括线性扫频源和射频源，其中，所述线性扫频源输出所述第一线性扫频信号和所述第二线性扫频信号，所述射频源输出射频信号。

在一些实施例中，所述发射机进一步包括：第三混频器，其第一输入端与所述射频源耦接，其第二输入端接收所述第一线性扫频信号；功分器，其输入端与所述第三混频器的输出端耦接，其第一输出端与所述第一混频器的第二输入端耦接；功率放大器，其输入端与所述功分器的第二输出端耦接。

在一些实施例中，雷达进一步包括：发射天线，与所述功率放大器的输出端耦接；接收天线，与所述高频放大器的输入端耦接。

在一些实施例中，所述发射天线与所述接收天线为复用天线。

在一些实施例中，所述接收机进一步包括：模数转换器，其输入端与所述窄带滤波放大器的输出端耦接；信号处理器，其输入端与所述模数转换器的输出端耦接。

在一些实施例中，所述信号源为直接数字式频率合成器。

在一些实施例中，所述信号源采用第一扫频斜率输出所述第一线性扫频信号，所述信号源采用第二扫频斜率输出所述第二线性扫频信号，所述第二扫频斜率为所述第一扫频斜率的一半。

在一些实施例中，所述第二混频器输出窄带信号。所述信号源同步输出所述第一线性扫频信号和所述第二线性扫频信号。

综上，根据本申请实施例的雷达，通过第二混频器和窄带滤波放大器，可以减少接收机的接收带宽，从而提高雷达的接收机灵敏度和提高雷达的有效距离(即作用距离)。

另外，本申请实施例的雷达，通过采用同步扫频选通方式(即提供同步的扫频信号)和通过减少接收机的接收带宽，可以提高雷达抗异步干扰的能力。

附图说明

图1示出了一些实施例的雷达的示意图；

图2示出了根据本申请一些实施例的雷达的示意图；

图3-1示出了根据本申请一些实施例的同步脉冲的频率-时间波形图；

图3-2示出了根据本申请实施例的雷达的发射信号s1和回波信号s2的频率-时间波形图；

图3-3示出了根据本申请实施例的雷达的第二混频器的输入信号的频率-时间波形图；

图3-4示出了窄带滤波放大器输出的脉冲的波形图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本申请进一步详细说明。

图1示出了一些实施例的雷达的示意图。图1所示的雷达包括三角波发生器、压控振荡器、功分器、功率放大器、发射天线、接收天线、高频放大器、混频器、滤波放大器、ad采样器和信号处理器。其中，三角波发生器将三角波信号输入压控振荡器。压控振荡器可以产生发射信号。功分器可以将一路发射信号输入功率放大器。功率放大器可以将功率放大的发射信号发送到发射天线。发射天线完成信号发射。另外，混频器还可以将另一路发射信号输入混频器。接收天线可以向高频放大器输入目标的回波信号。高频放大器可以放大回波信号，并将经过放大的回波信号经混频器变频后输入滤波放大器。滤波放大器将回波信号进行滤波处理后，输入到ad采样器中。ad采样器可以向信号处理器输出数字的回波信号。

图2示出了根据本申请一些实施例的雷达的示意图。雷达可以包括发射机、发射天线、接收天线和接收机。

发射机可以包括信号源1。信号源1可以输出第一线性扫频信号和第二线性扫频信号。在一些实施例中，信号源1为直接数字式频率合成器。信号源1可以产生线性扫频源2和射频源3。线性扫频源2可以输出第一线性扫频信号和第二线性扫频信号。射频源3可以输出射频信号。在一些实施例中，线性扫频源2和射频源3可以由两个相互独立的器件产生，本申请对此不做限制。

发射机还可以包括第三混频器4、功分器5、功率放大器6。

第三混频器4的第一输入端与射频源3耦接。第三混频器4的第二输入端接收第一线性扫频信号。功分器5的输入端与第三混频器4的输出端耦接。功率放大器6的输入端与功分器5的第二输出端耦接。发射天线7与功率放大器6的输出端耦接。

接收机还可以包括高频放大器10、第一混频器11、宽带滤波放大器12、第二混频器13、窄带滤波放大器14、模数转换器15和信号处理器16。高频放大器10的输入端与接收天线9耦接。第一混频器11的第一输入端与高频放大器10的输出端耦接。第一混频器11的第二输入端与功分器5的第一输出端耦接。宽带滤波放大器12的输入端与第一混频器11的输出端耦接。第二混频器13的第一输入端与宽带滤波放大器12的输出端耦接。第二混频器13的第二输入端接收第二线性扫频信号。窄带滤波放大器14的输入端与第二混频器13的输出端耦接。

综上，根据本申请实施例的雷达，通过第二混频器和窄带滤波放大器，可以减少接收机的接收带宽，从而提高雷达的接收机灵敏度和提高雷达的有效距离(即作用距离)。

在一些实施例中，线性扫频源2可以向发射机和接收机提供同步的扫频信号(即同步提供第一扫频信号和第二线性扫频信号)。本申请实施例的雷达，通过采用同步扫频选通方式(即提供同步的扫频信号)和通过减少接收机的接收带宽，可以提高雷达抗异步干扰的能力。

图3-1示出了根据本申请一些实施例的同步脉冲的频率-时间波形图。其中，同步脉冲r0，是雷达的时间基准。图3-2示出了根据本申请实施例的雷达的发射信号s1和回波信号s2的频率-时间波形图。其中，b1，扫频带宽，b1＝k*tmax，tmax为雷达最大作用距离对应的电磁波传输时间。图3-3示出了根据本申请实施例的雷达的第二混频器的输入信号的频率-时间波形图。图3-4示出了窄带滤波放大器输出脉冲的波形图。

下面结合图2、3-1、3-2、3-3及3-4，对雷达的工作原理进行示例性说明。

线性扫频源2可以产生第一线性扫频信号。第一线性扫频信号的频率为k*t。其中，k为扫频斜率，t为时间值。扫频斜率k可以依据雷达跟踪距离分辨率要求进行设置，例如取k＝1mhz/s。另外，线性扫频源2可以产生第二线性扫频信号。第二线性扫频信号的频率为k*t/2。换言之，第二线性扫频信号的扫频斜率为k/2，即第一线性扫频信号的扫频频率的一半。射频源3可以产生射频信号。射频信号的频率为f。第一线性扫频信号可以作为第三混频器4的本振信号。第三混频器4对第一线性扫频信号和射频信号进行混频处理后，可以输出发射信号。发射信号的频率为f+k*t。功分器5可以将射频信号分配为两路发射信号。一路发射信号经过功率放大器6后输出到发射天线7。发射天线7可以将发射信号对外发送。另一路发射信号可以作为第一混频器11的本振信号。

雷达监测的目标8可以反射信号，即产生回波信号。接收天线9可以接收回波信号。回波信号的频率例如为f+k*(t-ts)+fd。其中，fd为多普勒频率。例如，图3-2示出了根据本申请实施例的雷达的发射信号s1和回波信号s2的频率-时间波形图。假设，发射信号经时长ts到达目标8。回波信号从目标8经过时长ts到达接收天线9。如图3-2所示，发射信号s1与回波信号s2的时差(即发射天线7发出信号s1的时刻和接收天线9接收到回波信号的时刻之间的差值)为2*ts。

高频放大器10可以对回波信号进行放大处理，并将放大后的信号输出到第一混频器11。第一混频器11可以对发射信号(频率为f+k*t)和回波信号进行混频处理，而输出第一混频信号，频率为k*ts-fd。

宽带滤波放大器12可以对第一混频信号进行滤波处理，并输出宽带滤波信号，频率为k*ts-fd。宽带滤波放大器12可以将宽带滤波信号输出到第二混频器13。

第二混频器13通过对宽带滤波信号和第二线性扫频信号进行混频处理。例如，图3-3示出了频率为k*ts-fd的宽带滤波信号和频率为k*t/2的第二线性扫频信号。第二混频器13可以输出第二混频信号，频率为fd+k*τ/2。这里，第二混频信号为窄带信号。其中，fd+k*τ/2＝(k*t/2)-(k*ts-fd)，τ＝2*b2/k，其中，b2为窄带滤波放大器14的带宽，b2准匹配于fd。b2取值例如为0.5mhz。

窄带滤波放大器14可以对第二混频信号进行滤波处理，而输出经过滤波的窄带信号(即脉冲信号)。窄带滤波放大器14可滤除大部分非同步干扰信号、固定地物回波、地杂波、热噪声等等干扰信号。例如，图3-4示出了窄带滤波放大器输出的脉冲信号的波形图。其中，rs为脉冲信号。当k*τ1/2+fd＝b2时，rs的脉冲宽度为τ1。当k*τ2/2-fd＝b2时，rs的脉冲宽度为τ2。

在图3-4中：

τ1＝2(b2-fd)/k

τ2＝2(b2+fd)/k

τ1、τ2可用于确定目标8的多普勒频率fd＝k(τ2-τ1)/4

在此基础上，模数转换器(即ad采样器)15可以对经过滤波的窄带信号进行采样，而输出数字式窄带信号。信号处理器16可以对数字式窄带信号进行处理。例如，信号处理器可以根据数字式窄带信号确定目标8的距离和速度。例如，目标8的距离r＝c*ts，c为光速。目标8的速度v＝(λ/2)fd＝λ*k(τ2-τ1)/8，其中λ为波长。

需要说明的是，雷达接收机带宽越大，传递给模数转换器的信号中地物杂波越强，越影响模数转换器的正常工作。例如，传递给模数转换器的信号为大信号时，容易造成模数转换器采样饱和的问题。又例如，在传递给模数转换器的信号为小信号时，由于小信号中杂波信号比重较高，模数转换器通过信号采样得不到目标回波信号，而最终影响后续信号处理效能。而根据本申请的雷达，通过第二混频器和窄带滤波放大器，可以减少接收机的接收带宽，从而降低干(噪)/信比，即提高接收机灵敏度。

在一个低空雷达的应用场景中，模数转换器15输入信号的干(噪)/信比改善系数p＝宽带滤波放大器12的带宽/窄带滤波放大器14的带宽＝(k*ts-fd)/b2。假设，雷达最大作用距离为15km，ts＝50μs。扫频斜率k＝1mhz/μs，b2＝1mhz(低空目标的fd小于1mhz)，则改善系数p＝50(17db)。换言之，接收机灵敏度例如可以提高17db。

另外，一些应用场景中可以部署多个雷达。两部同型雷达的异步干扰概率与两雷达接收机带宽乘积成正比。

假设，低空部署的雷达的最大作用距离15km，ts＝50μs。扫频斜率k＝1mhz/μs，b2＝1mhz。本申请雷达的接收带宽例如相比与传统雷达减小50倍。相应的，本申请实施例的雷达受异步干扰概率减少2500倍，从而极大提高了抗异步干扰的能力。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。