專利名稱：一種fmcw船用導(dǎo)航雷達(dá)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種雷達(dá)，尤其涉及一種FMCW船用導(dǎo)航雷達(dá)，屬于雷達(dá)導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
線性調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)雷達(dá)是具有高距離分辨率、低發(fā)射功率、高接收靈敏度、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，不存在距離盲區(qū)，具有比脈沖雷達(dá)更好的反隱身、抗背景雜波及抗干擾能力的特點(diǎn)，且特別適用于近距離應(yīng)用，近年來(lái)在軍事和民用方面都得到了較快的發(fā)展。主要優(yōu)點(diǎn)可歸結(jié)為以下三方面I. FMCff最大的優(yōu)點(diǎn)是其調(diào)制很容易通過(guò)固態(tài)發(fā)射機(jī)實(shí)現(xiàn)； 2.要從FMCW系統(tǒng)中提取出距離信息，必須對(duì)頻率信息進(jìn)行處理，而現(xiàn)在這一步可以通過(guò)基于快速傅立葉變換(以下簡(jiǎn)稱為FFT)的處理器來(lái)完成；3. FMCff的信號(hào)很難用傳統(tǒng)的截獲雷達(dá)檢測(cè)到。除了上述優(yōu)點(diǎn)外，F(xiàn)MCff雷達(dá)也存在一些缺點(diǎn)，主要表現(xiàn)在三個(gè)方面I.作用距離有限導(dǎo)致FMCW雷達(dá)作用距離有限的原因主要有兩方面，首先FMCW雷達(dá)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)是同時(shí)工作的，作用距離增大時(shí)，發(fā)射機(jī)泄漏到接收機(jī)的功率也增加；其次由于FMCW雷達(dá)無(wú)盲區(qū)，近距離目標(biāo)回波功率很強(qiáng)，兼顧遠(yuǎn)距離小目標(biāo)回波，接收機(jī)需要設(shè)計(jì)較大動(dòng)態(tài)。由于連續(xù)波雷達(dá)不能同脈沖雷達(dá)一樣在射頻前端設(shè)計(jì)STC，所以難以達(dá)到較大的動(dòng)態(tài)范圍。2.距離-速度耦合問(wèn)題FMCW雷達(dá)采用的是超大時(shí)帶積的線性調(diào)頻信號(hào)，根據(jù)雷達(dá)信號(hào)模糊函數(shù)理論，它必然存在距離與速度的耦合問(wèn)題，這不僅導(dǎo)致系統(tǒng)的實(shí)際分辨能力下降，而且會(huì)引起運(yùn)動(dòng)目標(biāo)測(cè)距誤差。例如申請(qǐng)?zhí)枮?2800268的中國(guó)專利申請(qǐng)，公開了一種實(shí)用新型名稱為“FM-CW雷達(dá)裝置”的技術(shù)方案，其說(shuō)明書摘要如下“FM-CW雷達(dá)裝置，包括切換FM-CW波的調(diào)制信號(hào)發(fā)生裝置；高速傅里葉變換發(fā)送信號(hào)和接收信號(hào)的差拍信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)處理，計(jì)算與目標(biāo)物體的距離、相對(duì)速度的計(jì)算裝置；根據(jù)計(jì)算距離確定檢測(cè)范圍控制調(diào)制信號(hào)的切換的控制裝置；切換為變更了發(fā)送波的調(diào)制頻率、三角波頻率，發(fā)送波的中心頻率之一的值的調(diào)制信號(hào)。把在計(jì)算出的最短距離上加上規(guī)定距離的距離，或者從固定物體的距離中減去規(guī)定距離的距離作為檢測(cè)范圍?！蓖ㄟ^(guò)對(duì)其整體方案分析得知，該專利申請(qǐng)也未解決FMCW雷達(dá)所固有的作用距離有限和距離速度耦合問(wèn)題。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種FMCW船用導(dǎo)航雷達(dá)，有效解決發(fā)射泄露的問(wèn)題，提高接收機(jī)靈敏度，使整機(jī)正常工作，完成了接收機(jī)的大動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，避免了海上運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的距離_多普勒耦合。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是，一種FMCW船用導(dǎo)航雷達(dá)，包括顯控終端分系統(tǒng)、天饋分系統(tǒng)、激勵(lì)器與定時(shí)器分系統(tǒng)、接收機(jī)分系統(tǒng)和信號(hào)處理分系統(tǒng)，其接收機(jī)分系統(tǒng)連接天饋分系統(tǒng)、信號(hào)處理分系統(tǒng)和顯控終端分系統(tǒng)，信號(hào)處理分系統(tǒng)連接顯控終端分系統(tǒng)，顯控終端分系統(tǒng)連接激勵(lì)器與定時(shí)器分系統(tǒng)，天饋分系統(tǒng)連接激勵(lì)器與定時(shí)器分系統(tǒng)。優(yōu)化的,上述FMCW船用導(dǎo)航雷達(dá),其天饋分系統(tǒng)包括天線、匯流環(huán)和步進(jìn)電機(jī),天線通過(guò)匯流環(huán)與顯控終端分系統(tǒng)傳輸連接，匯流環(huán)設(shè)置于齒輪中間部分，步進(jìn)電機(jī)連接天線，天饋分系統(tǒng)還包括有一個(gè)用于實(shí)現(xiàn)艦首信號(hào)的單簧開關(guān)。優(yōu)化的，上述FMCW船用導(dǎo)航雷達(dá)，其接收機(jī)分系統(tǒng)包括限幅器，限幅器連接預(yù)選濾波器，預(yù)選濾波器連接低噪放大器，低噪放大器連接濾波器一，濾波器一連接第一混頻器，第一混頻器連接濾波器二，濾波器二連接第一中頻放大器，第一中頻放大器連接濾波器三，濾波器三連接第二混頻器，第二混頻器連接第二中頻放大器。 優(yōu)化的，上述FMCW船用導(dǎo)航雷達(dá)，其激勵(lì)器與定時(shí)器分系統(tǒng)包括DDS模塊和頻率綜合器模塊，DDS模塊包括一個(gè)電平轉(zhuǎn)換芯片，電平轉(zhuǎn)換芯片連接FPGA控制器，F(xiàn)PGA控制器連接DDS控制器，F(xiàn)PGA控制器和DDS控制器分別連接電源芯片；所述頻率綜合器模塊分別連接第一混頻器、信號(hào)處理分系統(tǒng)和第二混頻器優(yōu)化的，上述FMCW船用導(dǎo)航雷達(dá)，其信號(hào)處理分系統(tǒng)包括A/D采樣模塊、數(shù)字下變頻模塊、FPGA信號(hào)處理模塊和DSP信號(hào)處理模塊，A/D采樣模塊連接接收機(jī)分系統(tǒng)，A/D采樣模塊連接數(shù)字下變頻模塊，數(shù)字下變頻模塊連接FPGA信號(hào)處理模塊，F(xiàn)PGA信號(hào)處理模塊連接DSP信號(hào)處理模塊；所述DSP信號(hào)處理模塊連接顯控終端分系統(tǒng)。優(yōu)化的，上述FMCW船用導(dǎo)航雷達(dá)，其天饋分系統(tǒng)還包括有一個(gè)功率放大器和一個(gè)天線控制，天線包括發(fā)射天線和接收天線，顯控終端分系統(tǒng)通過(guò)天線控制與接收天線連接，接收天線連接低噪放大器；所述發(fā)射天線分別連接功率放大器和天線控制。優(yōu)化的，上述FMCW船用導(dǎo)航雷達(dá)，其預(yù)選濾波器與低噪放大器之間設(shè)置有隔離器一；低噪放大器與濾波器一之間設(shè)置有隔離器二。優(yōu)化的，上述FMCW船用導(dǎo)航雷達(dá)，其第二混頻器與第二中頻放大器之間設(shè)置有SFC濾波器。優(yōu)化的，上述FMCW船用導(dǎo)航雷達(dá)，其SFC濾波器為晶體帶阻濾波器，SFC濾波器的阻帶中心頻率為21. 77MHz, 3dB阻帶帶寬14KHz ；優(yōu)化的，上述FMCW船用導(dǎo)航雷達(dá)，其天線為微帶陣列天線，收發(fā)隔離度為70dB。本實(shí)用新型其有以下的有益效果與以往的技術(shù)相比，本實(shí)用新型使用自主研發(fā)的微帶天線，提高了天線隔離度，基本解決了發(fā)射機(jī)泄露的問(wèn)題，為后期的回波接收，信號(hào)處理打下了良好的基礎(chǔ)；在第二中頻使用了 SFC濾波，對(duì)近距離目標(biāo)的回波進(jìn)行衰減，使接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍達(dá)到了 IOOdB;通過(guò)對(duì)信號(hào)調(diào)制形式，調(diào)制周期進(jìn)行設(shè)計(jì)，在導(dǎo)航雷達(dá)的使用范圍內(nèi)避免了距離-多普勒耦合。本實(shí)用新型采用多功能的微處理器，超大規(guī)模集成電路，F(xiàn)PGA+DSP協(xié)同信號(hào)處理技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)掃描間相關(guān)處理，弱目標(biāo)檢測(cè)，目標(biāo)跟蹤，航跡顯示，設(shè)置警戒區(qū)，GPS顯示等功能，且具有很高的可靠性，特別適用于中小型艦船。

[0023]
以下結(jié)合附圖及其實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明；圖I是本實(shí)用新型的系統(tǒng)邏輯框圖；圖2實(shí)本實(shí)用新型的分系統(tǒng)框圖；圖3是本實(shí)用新型的天饋分系統(tǒng)邏輯框圖；圖4是本實(shí)用新型的激勵(lì)器與定時(shí)器分系統(tǒng)邏輯框圖； 圖5是本實(shí)用新型的DDS模塊系統(tǒng)邏輯框圖；圖6是本實(shí)用新型的接收機(jī)分系統(tǒng)邏輯框圖；圖7是本實(shí)用新型的信號(hào)處理分系統(tǒng)邏輯框圖。
具體實(shí)施方式
如圖I所示，本實(shí)用新型為一種FMCW船用導(dǎo)航雷達(dá)，包括顯控終端分系統(tǒng)、天饋分系統(tǒng)、激勵(lì)器與定時(shí)器分系統(tǒng)、接收機(jī)分系統(tǒng)和信號(hào)處理分系統(tǒng)，其接收機(jī)分系統(tǒng)連接天饋分系統(tǒng)、信號(hào)處理分系統(tǒng)和顯控終端分系統(tǒng)，信號(hào)處理分系統(tǒng)連接顯控終端分系統(tǒng)，顯控終端分系統(tǒng)連接激勵(lì)器與定時(shí)器分系統(tǒng)，天饋分系統(tǒng)連接激勵(lì)器與定時(shí)器分系統(tǒng)。天饋分系統(tǒng)包括天線、匯流環(huán)和步進(jìn)電機(jī)，天線通過(guò)匯流環(huán)與顯控終端分系統(tǒng)傳輸連接，匯流環(huán)設(shè)置于齒輪中間部分，步進(jìn)電機(jī)連接天線，天饋分系統(tǒng)還包括有一個(gè)用于實(shí)現(xiàn)艦首信號(hào)的單簧開關(guān)。接收機(jī)分系統(tǒng)包括限幅器，限幅器連接預(yù)選濾波器，預(yù)選濾波器連接低噪放大器，低噪放大器連接濾波器一，濾波器一連接第一混頻器，第一混頻器連接濾波器二，濾波器二連接第一中頻放大器，第一中頻放大器連接濾波器三，濾波器三連接第二混頻器，第二混頻器連接第二中頻放大器。激勵(lì)器與定時(shí)器分系統(tǒng)包括DDS模塊和頻率綜合器模塊，DDS模塊包括一個(gè)電平轉(zhuǎn)換芯片，電平轉(zhuǎn)換芯片連接FPGA控制器，F(xiàn)PGA控制器連接DDS控制器，F(xiàn)PGA控制器和DDS控制器分別連接電源芯片；所述頻率綜合器模塊分別連接第一混頻器、信號(hào)處理分系統(tǒng)和第二混頻器。信號(hào)處理分系統(tǒng)包括A/D采樣模塊、數(shù)字下變頻模塊、FPGA信號(hào)處理模塊和DSP信號(hào)處理模塊，A/D采樣模塊連接接收機(jī)分系統(tǒng)，A/D采樣模塊連接數(shù)字下變頻模塊，數(shù)字下變頻模塊連接FPGA信號(hào)處理模塊，F(xiàn)PGA信號(hào)處理模塊連接DSP信號(hào)處理模塊；所述DSP信號(hào)處理模塊連接顯控終端分系統(tǒng)。天饋分系統(tǒng)還包括有一個(gè)功率放大器和一個(gè)天線控制，天線包括發(fā)射天線和接收天線，顯控終端分系統(tǒng)通過(guò)天線控制與接收天線連接，接收天線連接低噪放大器；所述發(fā)射天線分別連接功率放大器和天線控制。預(yù)選濾波器與低噪放大器之間設(shè)置有隔離器一。低噪放大器與濾波器一之間設(shè)置有隔離器二。第二混頻器與第二中頻放大器之間設(shè)置有SFC濾波器。SFC濾波器為晶體帶阻濾波器，SFC濾波器的阻帶中心頻率為21. 77MHz，3dB阻帶帶寬14KHz ;天線為微帶陣列天線，收發(fā)隔尚度為70dB。如圖3所示，天饋分系統(tǒng)主要由天線Al、匯流環(huán)A2、步進(jìn)電機(jī)A3組成。天線采用自主研發(fā)的微帶陣列天線，收發(fā)隔離度達(dá)到了 70dB ;天線與雷達(dá)之間通過(guò)匯流環(huán)A2傳輸信號(hào)。匯流環(huán)A2是滑環(huán)的一種，安裝在齒輪的中間部分，負(fù)責(zé)為天線的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連通與傳輸電源和信號(hào)。天線Al使用步進(jìn)電機(jī)控制天線Al轉(zhuǎn)動(dòng)，由顯控終端產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速；船艏信號(hào)采用單簧開關(guān)A4實(shí)現(xiàn)，根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的控制脈沖與船艏信號(hào)配合產(chǎn)生方位信號(hào)。如圖4、圖5所示，激勵(lì)器與定時(shí)器分系統(tǒng)由DDS模塊與頻率綜合器模塊組成。DDS模塊主要由FPGA、DDS芯片、電平轉(zhuǎn)換芯片、看門狗電路以及電源芯片組成。在該系統(tǒng)中DDS模塊采用鋸齒波調(diào)制方式，產(chǎn)生兩種調(diào)頻帶寬信號(hào)，以及觸發(fā)脈沖信號(hào)；頻率綜合器接收DDS模塊產(chǎn)生的基準(zhǔn)信號(hào)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生I路發(fā)射信號(hào)，2路本振信號(hào)，分別送往發(fā)射機(jī)和接收機(jī)。如圖6所示，接收機(jī)分系統(tǒng)將天線接收到的目標(biāo)回波信號(hào)進(jìn)行混頻、放大、濾波處理，產(chǎn)生適合處理的中頻信號(hào)傳輸?shù)叫盘?hào)處理分系統(tǒng)。由于該接收機(jī)中頻較低，增益較大，所以采用兩次變頻的方案。接收天線接收到回波信號(hào)后，經(jīng)過(guò)一定的饋線，將回波信號(hào)輸送到接收信道中?；夭ㄐ盘?hào)首先經(jīng)過(guò)限幅器Cl，以防止回波信號(hào)過(guò)大致使接收信道飽和甚至損毀。然后經(jīng)由預(yù)選濾波器C2濾除帶外的干擾信號(hào)。低噪放C4將回波信號(hào)進(jìn)行放大，并引入較小的噪聲。低噪放前后的隔離器(C3、C5)減小低噪放輸入輸出的失配引起的反射。之后經(jīng)過(guò)一級(jí)濾波器C6，濾除低噪放等器件非線性引起的諧波，進(jìn)入了第一混頻器C7。得到第一中頻信號(hào)后，對(duì)一中頻信號(hào)進(jìn)行濾波選頻ClO和放大C9后，進(jìn)入第二混頻器CU。第二混頻器輸出就是第二中頻信號(hào)。利用晶體帶阻濾波器C12的阻帶特性對(duì)第二中頻信號(hào)的幅頻特性進(jìn)行調(diào)制，最后對(duì)調(diào)制后的第二中頻信號(hào)進(jìn)行放大C13。晶體帶阻濾波器的阻帶中心頻率為21. 77MHz, 3dB阻帶帶寬14KHz。使得中心頻率附近的第二中頻信號(hào)(近距離目標(biāo)回波)幅度到較大的衰減，最大衰減約為40dB。由此可以保證近距離強(qiáng)回波不 飽和的情況下，使遠(yuǎn)距離目標(biāo)回波可以實(shí)現(xiàn)較高增益，實(shí)現(xiàn)接收機(jī)的大動(dòng)態(tài)范圍，總的動(dòng)態(tài)范圍達(dá)到了 IOOdB以上。如圖7所示，信號(hào)處理分系統(tǒng)包括A/D采樣模塊D1，數(shù)字下變頻模塊D2，F(xiàn)PGA信號(hào)處理模塊D3和DSP信號(hào)處理模塊D4。來(lái)自接收機(jī)的模擬中頻信號(hào)首先經(jīng)過(guò)A/D采樣模塊Dl完成信號(hào)的數(shù)字化過(guò)程，通過(guò)數(shù)字下變頻模塊D2將中頻信號(hào)搬移到比較低的頻帶范圍內(nèi)，再通過(guò)FPGA信號(hào)處理模塊D3時(shí)，使用快速傅里葉變換將數(shù)字化的時(shí)域信號(hào)分解到頻域，并將處理的結(jié)果送往DSP信號(hào)模塊D4 ;DSP信號(hào)處理板對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步處理從數(shù)據(jù)中提取目標(biāo)信息調(diào)制成視頻數(shù)據(jù)傳送給顯控終端進(jìn)行顯示。顯控終端分系統(tǒng)，采用基于CPCI (緊湊型外部設(shè)備互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn))的架構(gòu)，使用Windows XP操作系統(tǒng)和MicrosoftVisual C++2008進(jìn)行開發(fā)。該分系統(tǒng)集成了顯示功能，控制功能和數(shù)據(jù)處理功能。其中顯示功能主要包括PPI顯示和AR顯示，顯示功能模塊采用DirectX技術(shù)進(jìn)行編寫，將視頻數(shù)據(jù)直接寫入顯存，保證了雷達(dá)視頻的實(shí)時(shí)顯示；控制功能主要指通過(guò)串口與DDS模塊通信，控制同步信號(hào)、發(fā)射信號(hào)的有無(wú)，通過(guò)PCI接口與DSP通信、系統(tǒng)設(shè)置等，接收雷達(dá)視頻信號(hào)，設(shè)置DSP模塊工作狀態(tài)；數(shù)據(jù)處理功能主要指PPI顯數(shù)據(jù)和AR顯數(shù)據(jù)的接收和顯示，以及原始視頻數(shù)據(jù)的錄取等，使用數(shù)字圖像處理的方法對(duì)PPI顯數(shù)據(jù)和AR顯數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，增強(qiáng)信號(hào)的對(duì)比度，使視頻清晰飽滿。
以下結(jié)合附圖及實(shí)施實(shí)例對(duì)本實(shí)用新型的工作過(guò)程做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明如圖I所示系統(tǒng)上電初始化后等待等待顯控終端15發(fā)出工作命令，雷達(dá)操控人員通過(guò)顯控終端15發(fā)送雷達(dá)發(fā)射命令時(shí)，顯控終端15先向天線控制10發(fā)送一個(gè)“天線環(huán)掃”的命令，然后向頻綜及定時(shí)器4發(fā)送一個(gè)“發(fā)射”命令，頻綜及定時(shí)器4根據(jù)顯控終端15的命令產(chǎn)生發(fā)射信號(hào)、一本振信號(hào)、二本振信號(hào)，其中，發(fā)射信號(hào)送往功率放大器3進(jìn)行功率放大，然后通過(guò)發(fā)射天線發(fā)送到自由空間；一本振信號(hào)和二本振信號(hào)分別送往第一混頻器和第二混頻器。由發(fā)射機(jī)發(fā)出的調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)經(jīng)自由空間傳播遇到目標(biāo)發(fā)生發(fā)射后，部分回波通過(guò)接收天線2被接收到，因?yàn)榛夭òl(fā)生的反射屬于漫反射，回波幅度較弱，所以需經(jīng)過(guò)低噪聲放大器5，對(duì)回波進(jìn)行放大，放大后的回波送往第一混頻器與頻綜及定時(shí)器4送來(lái)一本振信號(hào)進(jìn)行混頻，使信號(hào)載頻降到第一中頻，第一次降頻以后，信號(hào)通過(guò)第一中頻放大器7進(jìn)行一次放大，再經(jīng)過(guò)第一中頻濾波器8進(jìn)行濾波，信號(hào)到達(dá)第二混頻器9，在這里信號(hào)經(jīng)過(guò)混頻，鏡頻抑制到達(dá)第二中頻，進(jìn)入SFC濾波器，在連續(xù)波雷達(dá)的回波當(dāng)中，低頻信號(hào)是近距離目標(biāo)的回波，回波反射最強(qiáng)，持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)，如果不加以抑制，會(huì)使接收機(jī)飽和，而SFC濾波器是一種能使信號(hào)按頻率不同而衰減的濾波器，信號(hào)頻率由高到低衰減越來(lái)越強(qiáng)，呈非線性變化，經(jīng)過(guò)SFC濾波器的調(diào)理，近距離回波得到有效的衰減，避免了接收機(jī)飽和的發(fā)生。SFC濾波器之后，信號(hào)經(jīng)過(guò)第二中頻放大器13的放大，第二中頻濾波器12的濾波，最后的中頻模擬信號(hào)到達(dá)信號(hào)處理分系統(tǒng)11。如圖4所示，模擬中頻信號(hào)道道信號(hào)處理分系統(tǒng)11后，首先經(jīng)過(guò)AD采樣電路轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，再通過(guò)DDC數(shù)字下變頻芯片將信號(hào)轉(zhuǎn)化為零中頻I、Q信號(hào)，然后通過(guò)FPGA芯片對(duì)信號(hào)做FFT快速傅里葉變換，將時(shí)域信號(hào)變換到頻域，變換后 信號(hào)通過(guò)EMIFB接口通過(guò)異步傳輸?shù)男问桨l(fā)給DSP，DSP經(jīng)過(guò)求模，對(duì)數(shù)運(yùn)算，恒虛警處理，目標(biāo)檢測(cè)處理，視頻量化處理等，將FPGA傳過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)處理成視頻數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)顯示。顯控終端分系統(tǒng)接收到視頻數(shù)據(jù)后，將視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成RGB信號(hào)送往顯示器顯示。此外，顯控終端分系統(tǒng)還負(fù)責(zé)整個(gè)雷達(dá)的狀態(tài)控制，電羅經(jīng)，GPS, AIS設(shè)備的控制等。本實(shí)用新型解決的技術(shù)問(wèn)題如下I、發(fā)射泄露問(wèn)題的解決在FMCW體制雷達(dá)中，如果發(fā)射信號(hào)和噪聲泄露到接收機(jī)中將會(huì)直接影響接收機(jī)靈敏度，甚至破壞整機(jī)正常工作。泄露的影響可以從兩個(gè)方面看一方面，如果泄露信號(hào)太強(qiáng)，將會(huì)使接收機(jī)飽和，破壞混頻器工作，不能夠有正確的中頻輸出；另一方面，即使泄露信號(hào)不太強(qiáng)，沒有引起接收機(jī)飽和，但其中的噪聲也會(huì)影響接收機(jī)的靈敏度。泄露的主要原因是收發(fā)天線隔離度太差和收發(fā)信道的隔離度太差。FMCW雷達(dá)原理樣機(jī)采用收發(fā)天線分離形式，提高收發(fā)天線的隔離度；收發(fā)信道電路采用屏蔽盒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提高隔離度。經(jīng)過(guò)測(cè)試，收發(fā)信道間的隔離度可以達(dá)到80dB，收發(fā)天線隔離度可以達(dá)到70dB，有效解決了原理樣機(jī)的發(fā)射泄露問(wèn)題。2、接收機(jī)的大動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)由于FMCW雷達(dá)無(wú)盲區(qū)，近距離目標(biāo)回波功率很強(qiáng)，兼顧遠(yuǎn)距離小目標(biāo)回波，接收機(jī)需要設(shè)計(jì)較大動(dòng)態(tài)。由于連續(xù)波雷達(dá)不能同脈沖雷達(dá)一樣在射頻前端設(shè)計(jì)STC，所以只能在信號(hào)經(jīng)過(guò)去斜混頻后設(shè)計(jì)SFC濾波器來(lái)增加接收系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍?，F(xiàn)有的接收機(jī)噪聲系數(shù)為6. 9dB，接收機(jī)靈敏度設(shè)計(jì)值為131dBm，由于儀器限制測(cè)試到IlOdBm后無(wú)法繼續(xù)，根據(jù)噪聲系數(shù)超過(guò)設(shè)計(jì)值0. 9dB及不考慮積累增益計(jì)算應(yīng)該在122dBm左右。本實(shí)用新型由于在第二中頻實(shí)現(xiàn)了 SFC濾波，接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍接近于100dB。3、距離_多普勒耦合的解決調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)實(shí)現(xiàn)測(cè)距的原理是通過(guò)目標(biāo)回波與發(fā)射信號(hào)進(jìn)行去斜混頻，從而在頻域得到目標(biāo)的距離信息。由于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)存在多普勒信息，所以獲取的目標(biāo)距離信息有誤差，存在距離_多普勒耦合問(wèn)題。為了解決距離-多普勒耦合問(wèn)題，我們?cè)囼?yàn)了三角調(diào)制、鋸齒波調(diào)制的多種形式。采用三角調(diào)制方式，正負(fù)向調(diào)制信號(hào)的目標(biāo)回波配對(duì)是關(guān)鍵技術(shù)。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，驗(yàn)證該方法對(duì)單目標(biāo)檢測(cè)是非常有效的，適用于對(duì)空雷達(dá)。但是由于地面或海上雷達(dá)回波的復(fù)雜性，很難設(shè)計(jì)出有效的配對(duì)方法。變斜率鋸齒波調(diào)制測(cè)距原理與三角調(diào)制基本相同，不同點(diǎn)在于多普勒對(duì)變斜率鋸齒波的回波影響是同向的，而對(duì)三角波的影響是反向的。從頻譜配對(duì)的角度來(lái)說(shuō)更容易一些，但是變調(diào)頻斜率的鋸齒波需要精確估算目標(biāo)回波的中心頻率，需要進(jìn)行更多的計(jì)算。根據(jù)海上目標(biāo)的低速度的特點(diǎn)， 設(shè)定其多普勒頻率在X波段有一個(gè)上限。根據(jù)公 2V
式fd=飛當(dāng)目標(biāo)速度在80節(jié)時(shí)，其多普勒頻率約為2. 7KHz。將信號(hào)形式的調(diào)頻斜率提高，使距離單元的頻率帶寬加大，那么海上最快的目標(biāo)也不可能越過(guò)距離單元。這樣就避免了海上運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的距離_多普勒耦合。與以往的技術(shù)相比，本實(shí)用新型使用自主研發(fā)的微帶天線，提高了天線隔離度，基本解決了發(fā)射機(jī)泄露的問(wèn)題，為后期的回波接收，信號(hào)處理打下了良好的基礎(chǔ)；在第二中頻使用了 SFC濾波，對(duì)近距離目標(biāo)的回波進(jìn)行衰減，使接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍達(dá)到了 IOOdB ;通過(guò)對(duì)信號(hào)調(diào)制形式，調(diào)制周期進(jìn)行設(shè)計(jì)，在導(dǎo)航雷達(dá)的使用范圍內(nèi)避免了距離-多普勒耦合。本實(shí)用新型采用多功能的微處理器，超大規(guī)模集成電路，F(xiàn)PGA+DSP協(xié)同信號(hào)處理技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)掃描間相關(guān)處理，弱目標(biāo)檢測(cè)，目標(biāo)跟蹤，航跡顯示，設(shè)置警戒區(qū)，GPS顯示等功能，且具有很高的可靠性，特別適用于中小型艦船。當(dāng)然，上述說(shuō)明并非是對(duì)本實(shí)用新型的限制，本實(shí)用新型也并不限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)，作出的變化、改型、添加或替換，都應(yīng)屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種FMCW船用導(dǎo)航雷達(dá)，包括顯控終端分系統(tǒng)、天饋分系統(tǒng)、激勵(lì)器與定時(shí)器分系統(tǒng)、接收機(jī)分系統(tǒng)和信號(hào)處理分系統(tǒng)，其特征在于所述接收機(jī)分系統(tǒng)連接天饋分系統(tǒng)、信號(hào)處理分系統(tǒng)和顯控終端分系統(tǒng)，信號(hào)處理分系統(tǒng)連接顯控終端分系統(tǒng)，顯控終端分系統(tǒng)連接激勵(lì)器與定時(shí)器分系統(tǒng)，天饋分系統(tǒng)連接激勵(lì)器與定時(shí)器分系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的FMCW船用導(dǎo)航雷達(dá)，其特征在于所述天饋分系統(tǒng)包括天線、匯流環(huán)和步進(jìn)電機(jī)，天線通過(guò)匯流環(huán)與顯控終端分系統(tǒng)傳輸連接，匯流環(huán)設(shè)置于齒輪中間部分，步進(jìn)電機(jī)連接天線，天饋分系統(tǒng)還包括有一個(gè)用于實(shí)現(xiàn)艦首信號(hào)的單簧開關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的FMCW船用導(dǎo)航雷達(dá)，其特征在于所述接收機(jī)分系統(tǒng)包括限幅器，限幅器連接預(yù)選濾波器，預(yù)選濾波器連接低噪放大器，低噪放大器連接濾波器一，濾波器一連接第一混頻器，第一混頻器連接濾波器二，濾波器二連接第一中頻放大器，第一中頻放大器連接濾波器三，濾波器三連接第二混頻器，第二混頻器連接第二中頻放大器。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的FMCW船用導(dǎo)航雷達(dá)，其特征在于所述激勵(lì)器與定時(shí)器分系統(tǒng)包括DDS模塊和頻率綜合器模塊，DDS模塊包括一個(gè)電平轉(zhuǎn)換芯片，電平轉(zhuǎn)換芯片連接FPGA控制器，F(xiàn)PGA控制器連接DDS控制器，F(xiàn)PGA控制器和DDS控制器分別連接電源芯片；所述頻率綜合器模塊分別連接第一混頻器、信號(hào)處理分系統(tǒng)和第二混頻器
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的FMCW船用導(dǎo)航雷達(dá)，其特征在于所述信號(hào)處理分系統(tǒng)包括A/D采樣模塊、數(shù)字下變頻模塊、FPGA信號(hào)處理模塊和DSP信號(hào)處理模塊，A/D采樣模塊連接接收機(jī)分系統(tǒng)，A/D采樣模塊連接數(shù)字下變頻模塊，數(shù)字下變頻模塊連接FPGA信號(hào)處理模塊，F(xiàn)PGA信號(hào)處理模塊連接DSP信號(hào)處理模塊；所述DSP信號(hào)處理模塊連接顯控終端分系統(tǒng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的FMCW船用導(dǎo)航雷達(dá)，其特征在于所述天饋分系統(tǒng)還包括有一個(gè)功率放大器和一個(gè)天線控制，天線包括發(fā)射天線和接收天線，顯控終端分系統(tǒng)通過(guò)天線控制與接收天線連接，接收天線連接低噪放大器；所述發(fā)射天線分別連接功率放大器和天線控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的FMCW船用導(dǎo)航雷達(dá)，其特征在于所述預(yù)選濾波器與低噪放大器之間設(shè)置有隔離器一；所述低噪放大器與濾波器一之間設(shè)置有隔離器二。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的FMCW船用導(dǎo)航雷達(dá)，其特征在于所述第二混頻器與第二中頻放大器之間設(shè)置有SFC濾波器。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的FMCW船用導(dǎo)航雷達(dá)，其特征在于所述SFC濾波器為晶體帶阻濾波器，SFC濾波器的阻帶中心頻率為21. 77MHz, 3dB阻帶帶寬14KHz。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的FMCW船用導(dǎo)航雷達(dá)，其特征在于所述天線為微帶陣列天線，收發(fā)隔離度為70dB。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種FMCW船用導(dǎo)航雷達(dá)，包括顯控終端分系統(tǒng)、天饋分系統(tǒng)、激勵(lì)器與定時(shí)器分系統(tǒng)、接收機(jī)分系統(tǒng)和信號(hào)處理分系統(tǒng)，其接收機(jī)分系統(tǒng)連接天饋分系統(tǒng)、信號(hào)處理分系統(tǒng)和顯控終端分系統(tǒng)，信號(hào)處理分系統(tǒng)連接顯控終端分系統(tǒng)，顯控終端分系統(tǒng)連接激勵(lì)器與定時(shí)器分系統(tǒng)，天饋分系統(tǒng)連接激勵(lì)器與定時(shí)器分系統(tǒng)。使用自主研發(fā)的微帶天線，提高了天線隔離度，基本解決了發(fā)射機(jī)泄露的問(wèn)題，為后期的回波接收，信號(hào)處理打下了良好的基礎(chǔ)；在第二中頻使用了SFC濾波，對(duì)近距離目標(biāo)的回波進(jìn)行衰減，使接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍達(dá)到了100dB；通過(guò)對(duì)信號(hào)調(diào)制形式，在導(dǎo)航雷達(dá)的使用范圍內(nèi)避免了距離-多普勒耦合，具有很高的可靠性，特別適用于中小型艦船。
文檔編號(hào)G01S7/02GK202794515SQ20122021026
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月11日
發(fā)明者周忠武, 程俊賢, 紀(jì)玉翀, 呂永紅, 吳寶杰, 劉艷, 徐海燕 申請(qǐng)人:青島瑞普電氣有限責(zé)任公司