一种近程测距雷达系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种近程测距雷达系统，所述系统包括用于产生发射信号的信号发生器，所述信号发生器的输出端与发射天线相连，所述发射天线用于发射所述发射信号；所述系统还包括用于接收接收信号的第一接收天线和第二接收天线，所述第一接收天线和第二接收天线的输出端分别与第一接收机和第二接收机相连，所述第一接收机和第二接收机的输出端分别与信号处理机相连，所述信号处理机包括两个输出端，其中一个输出端与后台计算处理机相连，另一输出端与信号发生器相连。本实用新型能精确测量目标距离和角度，且系统结构简单、成本低廉。
【专利说明】
一种近程测距雷达系统
技术领域
[0001 ]本实用新型涉及雷达技术领域，具体涉及一种近程测距雷达系统。
【背景技术】
[0002] 近程测距雷达系统不仅要求高的测距精度，还要求高精度的测量目标角度，而且 是针对多个目标。目前一般采用大带宽体制的雷达来实现高精度测距，但是大带宽体制的 雷达无法实现高精度的测量目标角度，而且系统复杂、成本高。 【实用新型内容】
[0003] 本实用新型的目的是提供一种能同时高精度的测量目标距离和角度的近程测距 雷达系统，并且所述雷达系统简单、成本低。
[0004] 为实现上述实用新型目的，本实用新型提供了一种近程测距雷达系统，所述系统 包括用于产生发射信号的信号发生器，所述信号发生器的输出端与发射天线相连，所述发 射天线用于发射所述发射信号;所述系统还包括用于接收接收信号的第一接收天线和第二 接收天线，所述第一接收天线和第二接收天线的输出端分别与第一接收机和第二接收机相 连，所述第一接收机和第二接收机的输出端分别与信号处理机相连，所述信号处理机包括 两个输出端，其中一个输出端与后台计算处理机相连，另一输出端与信号发生器相连。
[0005] 优选的，所述第一接收天线、第二接收天线和所述发射天线分开设置。
[0006] 由上述技术方案可知，同时采用第一接收天线和第二接收天线两个接收天线接收 接收信号，这样两路接收信号分别经第一接收机和第二接收机解调后，会各产生一路I、Q信 号到信号处理机;这样在信号处理机进行信号处理时能够产生更多的不模糊距离数据用于 计算目标距离，精度更高，目标角度可以采用双天线相位差测角法，能精确测量目标角度。 该近程测距雷达系统结构简单、成本低廉。
【附图说明】
[0007] 图1是本实用新型近程测距雷达系统的一个实施例的结构示意图。
[0008] 图2是本实用新型在实际应用中使用的多频连续波发射信号的频率变换时序示意 图。
[0009] 图3为本实用新型在实际应用中，发射信号由4个频点构成的跳频波段的时序示意 图。
[0010] 图4为本实用新型在实际应用中采用的角度测量方法的原理图。
【具体实施方式】
[0011] 下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的 实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下 所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0012] 请参照图1，本实用新型实施例提供的近程测距雷达系统，所述系统包括用于产生 发射信号的信号发生器40,所述信号发生器40的输出端与发射天线10相连，所述发射天线 10用于发射所述发射信号;所述系统还包括用于接收接收信号的第一接收天线20和第二接 收天线30,所述第一接收天线20和第二接收天线30的输出端分别与第一接收机50和第二接 收机60相连，所述第一接收机50和第二接收机60的输出端分别与信号处理机70相连，所述 信号处理机70包括两个输出端，其中一个输出端与后台计算处理机80相连，另一输出端与 信号发生器40相连。所述第一接收机50和所述第二接收机60,分别用于解调接收信号，并各 产生一路I、Q信号（如图1所示11、01、12、02)到信号处理机70;所述信号处理机70，用于对所 述I、Q信号进行处理产生目标参数送到后台计算处理机80，同时对信号发生器40进行时序 控制;所述后台计算处理机80，用于对所述目标参数进行处理得到目标测量结果。其中I表 示同相分量，Q表示正交分量。
[0013] 由于雷达设备安装固定，为获取高精度目标方位和距离信息，接收天线采用双通 道接收，即同时采用第一接收天线和第二接收天线两个接收天线接收接收信号，这样两路 接收信号分别经第一接收机和第二接收机解调后，会各产生一路I、Q信号到信号处理机;这 样在信号处理机进行信号处理时能够产生更多的不模糊距离数据用于计算目标距离，精度 更高，目标角度可以采用双天线相位差测角法，能精确测量目标角度。该近程测距雷达系统 结构简单、成本低廉。
[0014] 优选的，在本实用新型近程测距雷达系统的某些优选实施例中，所述第一接收天 线、第二接收天线和所述发射天线分开设置。发射天线和接收天线分开设置，即采用双天线 的形式，可以增大系统收、发通道的隔离度，避免干扰。
[0015] 所述发射天线、第一接收天线、第二接收天线为所述雷达系统的天线部分，所述第 一接收机、第二接收机和信号发生器为所述雷达系统的射频部分，在实际应用中，所述射频 部分可以放置于所述天线部分的背部，所述射频部分和天线部分也可以集成在一块电路板 上。这样设置可以节省更多的空间，便于小型化。
[0016] 本实用新型在实际应用中，可以采用如下方法用于测量目标距离和角度：
[0017] 步骤A1:信号发生器产生多频连续波发射信号，所述多频连续波发射信号包括持 续第一预设周期的跳频波段，所述跳频波段由多个频率不同的连续波组成，所述跳频波段 中每个频率的连续波均持续第一预设时间;所述多频连续波发射信号通过发射天线发射出 去；
[0018] 步骤A2:第一接收机和第二接收机对接收信号分别进行处理并各自产生一路I、Q 信号到信号处理机，信号处理机采样各个频率的I、Q信号，依次通过FFT处理、门限检测、目 标配对、速度解算、距离解算、角度解算、反射强度计算形成目标参数送到后台处理计算机； [00 19]步骤A3:后台计算处理机对各目标参数进行虚假目标剔除、目标起始、目标跟踪、 目标终结、目标分类、目标统计，得出每一个目标的距离、速度和角度。
[0020]其中，所述跳频波段可以由4个频率不同的连续波组成。所述第一预设时间为 5.5us，所述第一预设周期为2048个周期。请参照图2,跳频波段由4个频点（即频点f0，fl，f2 和f3)跳频组成，如图3所示，每个频点的发射时间均为5.5us，4个一组22us，共2048组，约 45ms 〇
[0021] 下面详细说明目标距离、角度和速度的测量原理。假设跳频波段的四个频率分为 fO = 24 · 0810GHz，Π = 24 · 0817GHz，f 2 = 24 · 0827GHz，f3 = 24 · 0882GHz，所述第一预设时间 为5.5us，所述第一预设周期为2048个周期。
[0022] 四个频点形成三个频差，ΔΠ =Π_?? = 0·7ΜΗζ，Af2 = f2-fO = 1.7MHz，Af3 = f3-fO = 7.2MHz,
[0023] 根据不模糊距离公式：
[0024] R = c/(2Af)，其中R表示不模糊距离，c表示光速。
[0025] 那么可以得出三个不模糊距离即三个频差的测量距离分别为R1 = 214.3m，R2 = 88.3m，R3 = 20.8m。即三个频差可以对同一目标产生三个距离，但不模糊距离小的第二频 差、第三频差可能模糊，而不模糊距离大的第一频差由于雷达发射功率较小的原因，不会出 现模糊，即不会超出214.3m。也就是第一频差的倍率永远是0,即第一频点距离=第一频点 测量距离+0*R1。根据测距原理:频差小的不模糊距离大，但测距精度差，频差大的不模糊距 离小，但测距精度高。所以用第一频差确定大致距离，即确定第二频差的倍率;再利用第二 频差测量距离和相应的倍率，进一步提高距离精度，确定第三频差的倍率;再利用第三频差 测量距离和相应的倍率，确定最终的精确距离。
[0026]由于是双天线，一个频差可以产生两个距离，即全部可以产生6个测量距离。因此 双天线的设置可以产生更多的不模糊距离数据用于计算目标距离，提高了距离的测量精 度。
[0027]如果某次目标测量相位差解算距离为：
[0028] 74.7397
[0029] 77.6579
[0030] 2.3416
[0031] 1.8210
[0032] 7.3488
[0033] 7.6148
[0034]前两项是第一频差双天线测量的距离，第3、4项是第二频差双天线测量的距离，最 后两项是第三频差双天线测量的距离。经计算，最终结果是：
[0035] 1.0000
[0036] 4.0000
[0037] 90.8151
[0038]第一行是第二频差倍率，第二行是第三频差倍率，最后一行是最终距离。
[0039]又如：
[0040]某目标测量相位差解算距离为：
[0041 ] 14.6057
[0042] 206.2969
[0043] 12.0614
[0044] 6.4804
[0045] 12.2761
[0046] 11.9324
[0047] 经计算，最终结果是：
[0048] 〇.〇〇〇〇
[0049] 〇.〇〇〇〇
[0050] 12.1042
[0051]第一行是第二频差倍率，第二行是第三频差倍率，最后一行是最终距离。
[0052] 所述目标角度采用采用双天线相位差测角法，请参照图4。
[0053] 两天线阵元接收到的信号的空间相位差Φ为：
[0054]
V ^
[0055]其中Θ是目标入射角，K0和K1为两个天线，D是天线间距。根据上面公式即可求得目 标角度Θ。
[0056] 因为有四个频点发射信号，双天线求相差，可有4个相差。实际测试4个相差分别 为：
[0057] -199.6397
[0058] -157.5984
[0059] -142.4100
[0060] -125.5804
[0061]根据实际数据规律，采用中值滤波，即按大小排序，取中间值(奇数个数据求中间 值，偶数个数值中间两个求均值）。根据数据稳定性，直接取第二个，即最终相差：
[0062] -125.5804
[0063]再根据公式（1)，即可求得目标角度Θ。
[0064] 测速根据传统的连续波测速方法：
[0065] fd = 2*v/A
[0066] fd即目标多普勒频率，v是目标速度，λ是目标波长，等于c/f，即光速除以频率。 [0067] fd = fs/2，即目标多普勒频率等于采样频率的一半，由于目标积累点数是2048，并 且目标速度有正负之分，所以多普勒分辨率是f s/2/ (2048/2) = f s/2048。当目标出现在某 个频道K时，目标的fd = fs/2048*K.再根据v = fd*A/2，解算目标速度。
[0068]在实际测量中，某目标频道是94，那么目标速度解算为:52. Om/s。
[0069]在实际应用中，信号处理机可以采用一块电路板，负责全机时序的产生。其核心是 一块DSP芯片，芯片内嵌硬件定时器，并在GPI0 口产生相应脉冲，控制射频电路的时序产生。 这些都脱离DSP的控制，独立运行。DSP内嵌一个12位AD，并且可采16路信号。
[0070] 本实用新型的近程测距雷达系统既可以用于靶场测距、测速，也可用于低空目标 跟踪，同时也可用于交通雷达，可以有效进行车辆停车线检测，车辆队列长度检测，车辆闯 红灯检测。同时跟踪和分类多达64个目标(包括车辆、自行车、行人），可以同时覆盖4条车道 甚至更多车道，最远可以测量到240米；自动检测交通流的运行方向；用在交叉路口，可以检 测车辆的存在;可以检测每条车道上车辆的体积、容量、车辆之间的间隔和车辆的行进状态 等。
【主权项】
1. 一种近程测距雷达系统，其特征在于，所述系统包括用于产生发射信号的信号发生 器，所述信号发生器的输出端与发射天线相连，所述发射天线用于发射所述发射信号;所述 系统还包括用于接收接收信号的第一接收天线和第二接收天线，所述第一接收天线和第二 接收天线的输出端分别与第一接收机和第二接收机相连，所述第一接收机和第二接收机的 输出端分别与信号处理机相连，所述信号处理机包括两个输出端，其中一个输出端与后台 计算处理机相连，另一输出端与信号发生器相连。2. 根据权利要求1所述的近程测距雷达系统，其特征在于，所述第一接收天线、第二接 收天线和所述发射天线分开设置。
【文档编号】G01S11/10GK205608178SQ201620259829
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年3月30日
【发明人】张彦峰
【申请人】安徽四创电子股份有限公司