專利名稱：雷達(dá)探測(cè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雷達(dá)探測(cè)器，用該探測(cè)器例如可以測(cè)量目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度和/或運(yùn)動(dòng)方向。
雷達(dá)探測(cè)器廣泛應(yīng)用于無接觸法測(cè)量目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度和目標(biāo)距離。對(duì)此，與光和聲的探測(cè)器相比較，雷達(dá)探測(cè)器由于其抗環(huán)境干擾的穩(wěn)定性，在惡劣的條件下使用顯示出很大優(yōu)點(diǎn)。
由于對(duì)價(jià)格的考慮，雷達(dá)探測(cè)器經(jīng)常只采用零拍接收器，就是說，解調(diào)采用接收信號(hào)與發(fā)射信號(hào)直接混頻來實(shí)現(xiàn)。因?yàn)?，?shí)際上雷達(dá)信號(hào)源有噪聲(例如振蕩器噪聲)，所以發(fā)射信號(hào)帶有噪聲。如果在低級(jí)的雷達(dá)中，使用只有一個(gè)二極管(大多數(shù)是一種肖特基二極管)的所謂單個(gè)二極管混頻器作為接收器，也稱為解調(diào)器，那么發(fā)射信號(hào)的噪聲就將導(dǎo)致接收噪聲電平的增加。

圖1示出代表當(dāng)前技術(shù)水平的雷達(dá)探測(cè)器方框電路圖，如由下文已知P.Heide，V.Mágori，R.Schubert，R.Schwarte“使用基頻PHEMT-DRO(準(zhǔn)高電子遷移率晶體管雙共振振蕩器)的24GHz廉價(jià)多卜勒地上速度探測(cè)器”，IEEE GAAS’94，Turin(意大利)，1994年4月。雷達(dá)信號(hào)源RS包括一個(gè)微波振蕩器MWO，并且往往還包括一些調(diào)制用的部件M，所以雷達(dá)信號(hào)源RS一般能產(chǎn)生任意調(diào)制的雷達(dá)信號(hào)。對(duì)調(diào)制信號(hào)的選擇取決于雷達(dá)探測(cè)器的測(cè)量任務(wù)。雷達(dá)信號(hào)源RS產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)天線A向外發(fā)射，并由位于天線射束范圍內(nèi)的目標(biāo)O反射，作為接收信號(hào)回到天線A。用復(fù)數(shù)場(chǎng)強(qiáng)ER和ER表示的發(fā)射信號(hào)和接收信號(hào)，在雷達(dá)信號(hào)源RS和天線A之間的導(dǎo)線L上相互疊加。與導(dǎo)線L連接的解調(diào)器DM產(chǎn)生零拍解調(diào)，并提供解調(diào)的、通常稱為多卜勒信號(hào)的輸出信號(hào)UA(t)。低通濾波器(TP)決定輸出信號(hào)的測(cè)量帶寬。輸出信號(hào)UA(t)近似地作為在解調(diào)器(DM)中使用的肖基特二極管特性曲線平方分量的結(jié)果給出。經(jīng)低通濾波后得到下式uA(t)～(Re{ES+ER})2＝ES2+ER2+2ESERcos(∠ESER)≈ES2+2ESERcos(∠ESER)其中Es＝復(fù)數(shù)發(fā)射場(chǎng)強(qiáng)(相當(dāng)于發(fā)射信號(hào))
ER＝復(fù)數(shù)接收?qǐng)鰪?qiáng)(相當(dāng)于接收信號(hào))2EsERcos(∠EsER)＝有效信號(hào)E2S＝經(jīng)整流的發(fā)射信號(hào)(帶有噪聲的干擾信號(hào))E2R＝經(jīng)整流的接收信號(hào)ER＜＜ES接收信號(hào)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于發(fā)射信號(hào)基于雷達(dá)信號(hào)RS的噪聲，發(fā)射信號(hào)的幅度不是恒定的，所以E2S應(yīng)該作為干擾信號(hào)來理解，該信號(hào)通過輸出信號(hào)UA(t)信噪比的減小產(chǎn)生不利影響。
這種缺點(diǎn)在昂貴的雷達(dá)探測(cè)器中通過應(yīng)用所謂的平衡混頻器予以避免，這類混頻器例如在Stepben A.Maas所著“微波混頻器”ArtechHouse，Dedham，MA(USA)一書中已有敘述。但是，雷達(dá)探測(cè)器因此而價(jià)格昂貴。此外混頻器本身也帶有噪聲，該噪聲不能通過應(yīng)用平衡混頻器而抑制。
本發(fā)明的任務(wù)是提供一種雷達(dá)探測(cè)器裝置，在該探測(cè)器中可以使用直角相位解調(diào)，該種調(diào)制根據(jù)當(dāng)前技術(shù)水平，到目前為止一直需要應(yīng)用一種第二混頻器，如在J.Detlefsen所著“雷達(dá)技術(shù)”Springer出版社，1989，一書中77頁(yè)后數(shù)頁(yè)所述。通過使用直角相位解調(diào)有可能測(cè)定移動(dòng)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)方向。
此任務(wù)根據(jù)權(quán)利要求1得以解決。
在從屬權(quán)利要求中給出本發(fā)明的其它結(jié)構(gòu)。
在權(quán)利要求5的另一種結(jié)構(gòu)中，不僅可使發(fā)射信號(hào)的噪聲(與發(fā)射信號(hào)的解調(diào)無關(guān))而且可使解調(diào)器的噪聲對(duì)測(cè)量精度皆無影響。
同時(shí)實(shí)現(xiàn)噪聲抑制和直角相位解調(diào)是可能的。
下面借助附圖進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
圖1當(dāng)前技術(shù)水平的雷達(dá)探測(cè)器結(jié)構(gòu)，見P.Heide，V.Mágori，R.Schubert，R.Schwarte“使用基頻PHEMT-DRO(準(zhǔn)高電子遷移率晶體管雙共振振蕩器)的24GHz廉價(jià)多卜勒地上速度探測(cè)器”IEEEGAAS‘94，Turin(意大利)，1994年4月；圖2本發(fā)明雷達(dá)探測(cè)器結(jié)構(gòu)。
圖2所示的本發(fā)明裝置，是在圖1所示代表當(dāng)前技術(shù)水平的裝置上增加了一個(gè)微波相移器MWPS、一個(gè)信號(hào)分離器DEMUX、一個(gè)求差部件DIF和一個(gè)第二低通濾波器TP。
借助微波相移器MWPS，接收信號(hào)ER的相位也就是2EsERcos(∠EsER)的相位，2EsERcos(∠EsER)相當(dāng)于有效信號(hào)，受一個(gè)例如周期性TTL-信號(hào)U(t)控制，在相位差Δ的兩個(gè)相位狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。同時(shí)，被解調(diào)的輸出信號(hào)UB(t)分解為兩個(gè)與兩個(gè)相位狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)UB1(t)、UB2(t)的兩個(gè)表達(dá)式uB1(t)≈ES2+2ESERcos(∠ESER)uS2(t)≈ES2+2ESERcos([∠ESER]+Δ)如果選擇Δ＝180°，那么就可組成如下差值信號(hào)UDIF(t)uDIF(t)＝uB1(t)-uB2(t)＝4ESERcos(∠ESER)受雷達(dá)信號(hào)源RS的噪聲干擾的干擾信號(hào)E2S，和解調(diào)器DM對(duì)噪聲的貢獻(xiàn)在差值信號(hào)UDIF(t)中均不再出現(xiàn)。因此差值信號(hào)UDIF(t)比圖1的UA(t)信號(hào)具有大大提高的信/噪比。
轉(zhuǎn)換信號(hào)U(t)例如是一轉(zhuǎn)換頻率為fu的周期性矩形信號(hào)。噪聲抑制只有在這樣的情況下才是有效的，即當(dāng)轉(zhuǎn)換頻率fu比圖2輸出信號(hào)UB1(t)、UB2(t)所要求的帶寬至少高一數(shù)量級(jí)。
原則上轉(zhuǎn)換信號(hào)U(t)允許為任一形狀的信號(hào)，這種信號(hào)與在噪聲中所含頻率相比能實(shí)現(xiàn)更快的轉(zhuǎn)換。如果相位差Δ不是選擇180°，而是0＜|Δ|＜180°，那么UB1(t)、UB2(t)就含有正交信號(hào)分量，或者當(dāng)Δ＝±90時(shí)，它們甚至完全是正交的。因此，圖2所示本發(fā)明裝置也允許直角相位解調(diào)。與當(dāng)前技術(shù)，見J.Detlefsen所著“雷達(dá)技術(shù)”Springer出版社，1989，一書中77頁(yè)后數(shù)頁(yè)所述相比較，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，為實(shí)現(xiàn)直角相位解調(diào)不需要第二個(gè)解調(diào)器DM。
本發(fā)明的另一改進(jìn)結(jié)構(gòu)是，在0＜|Δ|＜180°范圍內(nèi)選擇相位差Δ，并且在此也組成UB1(t)和UB2(t)輸出信號(hào)的差值信號(hào)UDIF(t)＝UB1(t)-UB2(t)。于是該裝置提供三個(gè)輸出信號(hào)。差值信號(hào)UDIF(t)是一個(gè)清除掉噪聲的信號(hào)，和輸出信號(hào)UB1(t)、UB2(t)是用于識(shí)別目標(biāo)移動(dòng)方向的直角相位分量。
解調(diào)器不必是一個(gè)單二極管混頻器，也可以是一個(gè)任意的混頻器或一任意的非線性部件，用該部件可以實(shí)現(xiàn)混頻。
轉(zhuǎn)換信號(hào)U(t)也可以是一個(gè)非周期性信號(hào)。
此外，一個(gè)轉(zhuǎn)換器或者一個(gè)掃描、數(shù)字化和存儲(chǔ)解調(diào)信號(hào)UB(t)的部件都可用作信號(hào)分離器DEMUX。
權(quán)利要求
1.雷達(dá)探測(cè)器，-其中，一個(gè)產(chǎn)生發(fā)射信號(hào)的部件(RS)與一個(gè)相移器(MWPS)和一個(gè)解調(diào)器(DM)連接在一起，-其中，為了向外發(fā)射信號(hào)和為了接收發(fā)射信號(hào)，相移器(MWPS)與一個(gè)天線(A)連接在一起，-其中，一個(gè)信號(hào)分離器(DEMUX)連接在解調(diào)器(DM)的后面，與相移器(MWPS)同樣受轉(zhuǎn)換信號(hào)(U(t))的節(jié)拍控制，和-其中，信號(hào)分離器(DEMUX)的輸出端總是與一低通濾波器(TP)連接，從該濾波器可取得輸出信號(hào)(UB1(t)、UB2(t))。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述雷達(dá)探測(cè)器，其中解調(diào)器(DM)是一個(gè)混頻器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述雷達(dá)探測(cè)器，其中解調(diào)器(DM)是一個(gè)單二極管混頻器或一個(gè)非線性元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述雷達(dá)探測(cè)器，-其中，轉(zhuǎn)換信號(hào)(U(t))是一個(gè)周期性矩形波信號(hào)，和-其中，轉(zhuǎn)換信號(hào)(U(t))的頻率高于所要求的輸出信號(hào)(UB1(t)、UB2(t))的帶寬。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述雷達(dá)探測(cè)器，其中一個(gè)求差部件(DIF)連接在低通濾波器(TP)的后面，以便把輸出信號(hào)(UB1(t)、UB2(t))相互分開。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述雷達(dá)探測(cè)器，其中，相移器(MWPS)產(chǎn)生的相位差Δ為180°。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-5之一所述雷達(dá)探測(cè)器，其中相移器(MWPS)產(chǎn)生的相位差Δ在0＜Δ＜180°范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7之一所述雷達(dá)探測(cè)器，其中，信號(hào)分離器(DEMUX)是一個(gè)轉(zhuǎn)換器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8之一所述雷達(dá)探測(cè)器，其中，產(chǎn)生發(fā)送信號(hào)的部件(RS)具有一微波振蕩器(MWO)，該振蕩器與調(diào)制單元連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9之一所述雷達(dá)探測(cè)器，用于測(cè)量速度和/或用于識(shí)別運(yùn)動(dòng)方向。
全文摘要
在此雷達(dá)探測(cè)器中，在微波發(fā)生器與天線之間插入一個(gè)相移器，該相移器可在兩個(gè)相位之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。解調(diào)器(DM)解調(diào)接收的反射信號(hào)，該信號(hào)疊加在微波發(fā)生器產(chǎn)生的微波信號(hào)上。解調(diào)器(DM)后面接入的信號(hào)分離器(DEMUX)把兩個(gè)相移的解調(diào)信號(hào)分開。測(cè)量結(jié)果噪聲很小。
文檔編號(hào)G01S7/288GK1159857SQ95195367
公開日1997年9月17日 申請(qǐng)日期1995年8月7日 優(yōu)先權(quán)日1994年8月17日
發(fā)明者P·海德 申請(qǐng)人:西門子公司