雷达系统范文（精选12篇）
雷达系统 第1篇
1 机载雷达告警系统功能
机载雷达告警系统就是在复杂的电磁信号环境中探测、截获和识别敌威胁信号,根据信号的重频、功率、脉宽等参数信息确定威胁目标的等级并显示其方向和大致距离,以灯光或声音向飞行员发出威胁告警信号,以便采取相应的电子干扰或其它战术对抗措施。告警对象及功能主要有:对警戒雷达、跟踪雷达信号的告警;对导弹制导雷达信号进行告警;对脉冲多普勒雷达等特殊雷达的告警和测向;对主动、半主动雷达制导的空空、地空导弹制导信号的告警和测向及距离估计;实时对主动、半主动雷达制导导弹的逼近告警、定位,并根据目标特性通知飞行员或主动采取最合理的对抗措施等[1]。
2 雷达告警系统组成及测向性能分析
告警机的功能包括发现并定位辐射雷达,测重频、功率、脉宽等信息确定辐射雷达型别,确定最危险雷达并向飞行员进行告警。
2.1 机载雷达告警系统组成
机载雷达告警设备主要包含:各种天线、接收机、数字信号分析器、控制盒以及显示器四通道高频变换器、电源控制和部件故障显示盒等部件,如图1所示。其中天线结构对告警精度具有较大影响。
对于测向天线来说,为能够对任意方向进入的信号进行接收,要求天线能够对水平360°方向的信号进行接收,并具备较宽的工作频带。由于平面螺旋天线的波束形状不随频率的变化改变,且能对大角度方位内各种极化的电磁信号进行接收,这里以平面螺旋天线为例进行分析。采用4个螺旋天线,分别安装在与飞机机身轴向成45°的4个方向上,其测向范围水平方向覆盖360°,俯仰方向范围为-30°～30°,如图2和图3所示。
2.2 目标方位角的确定
2.2.1 粗方位区域判断
为便于分析,把天线1、2、3、4方位比幅测向系统的波束覆盖图等效为如图4所示。首先以相邻天线波束的交点和天线波束轴线为界将水平方向360°分成8个区域。通过比较4个天线波束接收到的同一雷达信号的大小,可确定信号方位角所位于的区域,从而粗略指示雷达方位角。将8个区域分别用3位粗方位码表示,则粗方位区域的判断可由表1确定[2]。
2.2.2 信号精确方位的确定
雷达信号经过粗略判定入射区域之后,将相应的相邻两天线的输出信号进行幅度比较,求取信号的精确方位。具体为:4天线将接收到的信号送入各自接收通道,在通道内经过视频对数放大分别加到两个减法器上进行比幅处理,然后经过A/D变换变换电路、信号处理,得到目标的精确角度[3,4,5]。
2.2.3 系统测角误差分析
假设天线方向图F(θ)满足对称性,如图4和图5所示。若以ki表示第i通道的振幅响应,A(t)为雷达信号的振幅调制,θs为相邻天线的张角,则各通道输出对数脉冲包络为
Si(t)=lg[k1F(θ-iθs)A(t)],i=0,1,2,3 (1)
设天线的方向图函数F(θ)为高斯分布,
(1)系统误差。
设各天线振幅响应ki相等,对两通道的电压做对数比R,并整理得系统误差dφ
由图6,图7 和式(2)可以看出,测角误差与波束宽度、天线张角、相邻通道输出信号的对数电压比有关,在波束正方向时R最大,对测角误差的影响也最大;在等信号方向影响最小。同时测角误差还与天线的数目有直接关系,天线数目越多,测角越精确。
(2)随机误差。
随机误差是由测向系统内部噪声引起,由于不同通道内的内部噪声不相关,相邻通道在进行比幅测向时,内部噪声的通道输出不能相互抵消,导致通道失衡,造成测角误差。即当考虑内部噪声时,两天线信号幅度相等的交叉点偏离实际的辐射源方向,误差角设为Δθ0,此时两天线信号相等的条件变为
AF(θ0.5/2+Δθ0)-A1噪-AF(-θ0.5/2+Δθ0)-A4噪=0 (3)
式中,A为信号经接收通道后的振幅响应;A1噪、A4噪分别为1、4通道中的噪声电压;θ0.5为两波束交点到天线轴线方向的角度。把式(3)在θ=θs/2进行泰勒级数展开整理可得噪声所引起的测角误差为
Δθ0=(A1噪+A4噪)/2F′(θ0.5/2) (4)
可得在θ=θs/2处测角误差的均方根值σθ0为
通过式(5)可以看出,在θs/2±(θ0.5/2)区间内测角误差的均方根值与θ0.5成正比,与2倍信噪比的平方根成反比。
3 典型的机载雷达告警系统
自第一代机载雷达告警系统AN/APR-25问世以来,如今已经发展到了第四代。随着制空权夺取与反夺取战争的越演越烈,现代战争对机载告警系统的要求越来越高。机载告警系统主要朝两个方向发展:一方面为了提高系统决策的准确度、增强系统的快速反应能力、提高作战效率,机载告警系统逐步发展成了综合告警系统;另一方面,机载告警系统与其他机载自卫电子对抗系统高度综合,发展成为集电子支援、告警、干扰措施控制于一体的综合对抗系统,比如有AN/ALQ-211(V)系列的综合射频对抗(SIRFC)系统,不仅能够实现威胁告警,还能对威胁目标的威胁等级进行快速评估,并自动启动相应的干扰措施。
4 结束语
机载告警系统能够从复杂的电磁环境中及时发现、识别威胁目标,极大地提高了飞机的存活概率。全向比幅测向系统对目标信号具有极高的方位截获概率,设备简单轻便。然而系统测角误差较大,波束宽度、天线张角、信噪比以及通道的平衡程度都对系统的方位角确定有影响。实际中应尽量增加天线数目,提高通道之间平衡程度和信噪比,把系统的侧角误差降到最低程度。
摘要：机载告警系统是机载自卫电子对抗系统的重要组成部分。文中介绍了机载雷达告警系统的组成及功能,重点对该系统的方位角确定和测量误差进行了分析,指出了机载告警系统未来发展方向。
关键词：雷达告警系统,方位角误差,雷达测向
参考文献
[1]赵国庆.雷达对抗原理[M].西安:西安电子科技大学出版社,1998.
[2]郁洋.机载四比幅测向矫正算法改进[J].电子信息对抗技术,2007(22):24-26.
[3]丁鹭飞,耿富录.雷达原理[M].北京:电子工业出版社,2009.
[4]董蓉霞.某机载雷达伺服带宽的工程设计[J].现代电子技术,2003(9):83-84.
路面雷达检测系统及其应用 第2篇
路面雷达检测系统及其应用
结合黑龙江省多条高等级公路交工验收情况,详细阐述了IRIS-L2型路面厚度自动化检测系统的先进性及操作原理、方法.
作 者：邵培东 夏玉超 Shao Peidong Xia Yuchao 作者单位：黑龙江省公路工程质量监督站刊 名：林业科技情报英文刊名：FORESTRY SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION年，卷(期)：200941(1)分类号：U4关键词：路面厚度 面层 基层 稳定层 雷达检测
浅谈频率步进雷达及其系统实现 第3篇
关键词：频率步进信号
1 频率步进信号理论
采用矩形子脉冲合成频率进步信号是比较典型的做法，当频率进步信号的合成带宽一定时，其距离分辨率也就决定了，而矩形子脉冲模式下，脉冲重复频率决定了雷达的不模糊作用距离，重复频率越高，不模糊距离越大，相应数据率就很低，反之数据率就会很高，因此矩形脉冲的数据率与不模糊作用距离就成了一对矛盾。用CHIRP子脉冲代替矩形脉冲，可以解决数据率与作用距离的关系，子脉冲为CHIRP的频率步进信号称为调频步进信号。
2 调频频率步进信号处理流程
对于调频步进信号处理，首先要进行子脉冲匹配滤波得到压缩后的窄脉冲，其次对窄脉冲作脉间IFFT处理。调频步进高分辨处理成像。
上述关于调频步进信号处理的方法是在目标静止的前提下，实际目标经常是运动的，其处理方法也会有所不同。
3 宽带频率步进雷达系统的设计
3.1 参数设计
本文参考CAMBER雷达的设计方法，采用脉冲压缩比为320的线性调频信号，脉冲宽度20微秒，占空比20%，重复频率10K。权衡系统的各方面性能及同时能满足所需的距离分辨率要求（0.3米），信号的合成带宽定为1024M赫兹，调频点设计为128个，子脉冲带宽16M赫兹。
3.2 系统总体组成及部件设计
3.2.1 频率综合器设计
频率综合器主要实现宽频带雷达信号的产生，包括中频信号生成和射频信号生成两个部分。其中中频信号的产生采用直接数字频率合成原理（DDS），射频段则采用倍频器和混频器实现。
3.2.2 接收机设计
信号经过腔体滤波器引起功率损失1dB，最后一级中频滤波引起功率损失3dB。每个隔离器引起的功率损失为0.5dB，此外在两次变频时，会引起回波功率的大幅降低，下降10dB，功分器引起4 dB功率损失，因此整个接收之路会引起功率下降31dB。接收机输入信号动态范围为-106～-30dB，接收机噪声系数4dB，中频输出信号距中心频率1.5倍信号带宽外谐波抑制可达45dBc。
3.2.3 处理机系统设计
该系统信号处理机应包括如下功能：
①对工作时序进行控制，保证整个雷达系统的正常工作；②对A/D 中频采样的进行数字接收处理，完成数字正交下变频和滤波抽取；③采用相位导出测距和测速算法实现目标径向距离和速度的精确测量；④利用精确测量获得的速度信息，对目标回波进行速度补偿，使用频域拼接法得到高分辨一维距离像；⑤通过基于宽带模糊函数的多帧联合处理算法，完成目标的二维高分辨成像；⑥利用多天线干涉的工作机理完成目标角度的测量。
3.2.4 信号处理机硬件结构
①中频采集单元采用一块ZD_6ADC_400M数据采集板实现，该板采用FPGA+ADC思想，采用标准cPCI+ZD总线架构所构建的采集板卡。板载2片高性能Virtex5系列SX95T芯片，可以同时实现6通道数据同时采集，分辨率达14bits，采样频率为20～400Msps，触发电平为3.3VTTL。②定时单元采用一块ZD_TCR通信定时板，该板基于cPCI 6U标准板型通信定时时钟板。板载1片高性能FPGA 芯片Virtex IV，提供PCI、内部自定义总线、同步总线、LINK、UART、GPIO。③处理单元采用三块T2FP6U_4DSP_ZD信号处理板，该板基于高性能DSP芯片TS201实现，采用标准cPCI+ZD总线架构所构建的信号处理板卡。单板载有4片TS201芯片，处理能力达14.4GFLOPs，每片含有四个Link接口，可实现片间互联、与FPGA和底板互联等；板间定义了定时同步总线，并通过CPLD与DSP中断、FPGA相连。④存储单元采用一块ZD_FLASH存储板，该板采用Virtex5 Pro系列FPGA+C6455系列DSP的架構，集成多片Nand Flash，单板存储容量可达384GB～1.5TB，单板持续存取带宽大于600MHz，对外接口采用RapidIO。⑤通信接口单元采用一块后IO接口板，该板非通用型板卡，主要采用AM26LS31系列芯片，主要功能是接收外部输出的各类信号，将RS422差分信号转换为TTL信号输入；将TTL信号转换为RS422信号输出。⑥信号处理机各单元之间数据传输采用一块SRIO_Switch_ZD板实现，该板基于高性能SRIO交换芯片Tsi568A和TMS32C6455实现数据交换，采用标准cPCI+ZD总线架构，提供RapidIO、以太网以及PCI标准总线接口等。
4 结语
本文分析了基于调频频率步进宽带信号雷达系统设计实现，从调频频率步进信号原理、X波段频率步进雷达系统设计，本文主要完成对调频频率步进信号原理分析及X波段频率步进雷达系统设计。
当前关于X波段频率步进雷达系统已经取得初步效果，还需要进一步深入研究改善系统的性能。对系统存在的幅/相误差，研究更加有效的补偿算法，将系统误差
航海雷达供电系统初探 第4篇
关键词：航海雷达,脉宽调制 (PWM) ,IGBT
1 引言
雷达早在上个世纪30年代末和40年代初就开始应用了, 他主要用于船舶定位、避碰、狭水道航行等, 以确保传播的安全航行, 使用者主要通过雷达荧光屏上的回波图象的观察和测量来实现雷达的应用。航海雷达既要求使用大功率微波发射, 同时对雷达回波的微弱信号进行处理, 最后还要将该信号放大, 并用荧光屏显示出来。由于这一系列的过程都需要各种不同的电源, 所以使用现代电子技术来分析满足雷达所需要的产生多种电源的逆变器的原理。
2 基本供电
2.1 接收机电源
船用雷达接收机均采用超外差式接收机, 他设有较好的滤波选频网络和特定的抗杂波的性能, 同时, 他的最重要的作用是放大信号, 因天线接收到的回波信号只有几至几十微伏, 而适合于终端显示设备正常工作所需的信号为几十伏。在接收机系统中要将天线收到的回波信号放大到1V左右的检波幅值的任务, 也就是要求接收机放大器要有120db左右的增益, 其次是解调。解调的器件是使用微波混频晶体二极管, 在船用雷达设备接收系统是采用本振与信号在混频晶体二级管中混频, 混频电流I=f (UL+US) 。
2.2 高压电源
雷达设备的高压电源是发射机发射大功率射频脉冲的功率源, 不同调制形式的发射机对高压的要求有较大的差别。
2.2.1 刚性调制发射机的高压供电通常为1万伏左右的直流高压, 称为极高压。
2.2.2 软性调制发射机的高压供电通常为几千伏的直流高压。
2.2.3 固态调制发射机的供电通常为几百伏的直流或交流低压。
2.3 低压电源
船用雷达发射机是以大功率振荡器作为末级, 而目前基本上都是用多腔磁控管来完成该功能, 磁控管就是将电能转化为微波的震荡电流能量的重要部位, 如图1。
现代雷达设备中, 为磁控管灯丝电源设计专用电源及控制电路, 为使磁控管输出功率有效地发挥, 典型电路如图2。该电路中控制电路 (BG1~BG3) 和逆变器电路 (BG4、BG5) 组成。该电路为磁控管灯丝提供一个按阳极平均输入功率成比例变化的交流电压。该电路的功能为:发射机在“预备状态”时, 磁控管灯丝电压为~6.3V, 当发射机工作在窄脉冲时, 灯丝电压降低, 当发射机工作在宽脉冲时, 灯丝电压更低, 同时本处逆变器电路把+24V直流低压转换成~6.3V交流低压的电源变换的作用。
在雷达供电系统中, 多种部件需要相应的电压和频率, 故逆变器需要为了提供各种不同频率和电压的技术。
3 变频和变压的供电技术
3.1 脉宽调制的开关函数
脉宽调制变频器的整流环节采用不可控整流器, 中间环节的直流电压Ud是不变的常值, 逆变器靠调制矩形脉冲的宽度和脉冲序列的周期来改变输出电压的大小和频率。脉冲宽度取决于功率期间的开关角α, 所以逆变器的输出电压u0随α角的变化而变化。若用g0 (α) 来表示输出电压u0与直流电压Ud间的关系, 则逆变器的三相输出电压列矩阵u0应为:u0=g0Ud式中, u0=[UA0UB0UC0]T;
3.2 PWM的优化技术
采用PWM技术优化可以理解为用最少的开关次数, 取得最大谐波抑制, 比如采用倍频式PWM技术或者使用电压源双向型直接变频电路就能获得设备所需的频率。
3.2.1 倍频式PWM技术
倍频式PWM逆变电路就是指输出电压等效载波频率fcp是逆变器件开关频率fc的2倍, 即:fcp=2fc;式中, fc是PWM载波重复频率。
3.2.2 电压源双向型直接变频电路
电压源双向型IGBT直接变频电路如图3 HFB前置级虽然都采用全桥结构, 在图3中这一级是逆变电路, 将直流电能转换成高频电能, 直接变频电路可采用高频链逆变电路中的移相SPWN控制方式。
4 结论
电源是雷达工作的原动力, 电源的质量好坏是直接影响雷达探测精度, 随着现代电子技术日新月异的发展, 雷达的种类和型号在不断增加, 不同型号的雷达, 其性能及电路各异, 对电源的要求也不尽相同。根据电子技术的发展, 新式电子电路和大规模集成电路能够很方便地提供高精度和高稳定性的电源来满足船用雷达的各个部件所需的电压和频率。
参考文献
[1]史伯涛.船用雷达设备[M].大连海运学院出版社, 2005.[1]史伯涛.船用雷达设备[M].大连海运学院出版社, 2005.
[2]林渭勋等.现代电力电子技术[M].机械工业出版社, 2008.[2]林渭勋等.现代电力电子技术[M].机械工业出版社, 2008.
分析航空网络技术发展雷达系统论文 第5篇
1、计算机网络技术的发展和特点
数字化、网络化和信息化成为当今社会的重要特征，形成了一个以网络为核心的信息时代。1969年，出现了互联网的雏形，伴随着技术的革新和进步，直至1994年互联网发展成熟，因特网演变成基于ISP和NAP的多层次结构网络，计算机网络技术日益广泛应用。计算机网络提供了两个重要的功能，即连通性和共享性。连通性是指网络上的用户之间都可以交换信息，而共享性指的是资源共享，资源共享可分为信息软件与硬件共享。网络根据作用范围分为广域网、城域网、局域网、个人区域网，每一种网络都有不同的特点和使用范围，而航管雷达系统使用的是局域网，因为现阶段网络技术仅仅在单一航管雷达系统内应用，如果下一步实现全国雷达信号联网，就会涉及到更大范围内的网络应用。开放系统互联OSI模型定义了连接异种计算机标准的体系结构，OSI为连接分布式应用处理的“开放”系统提供了基础。OSI的七层体系结构为应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层和物理层。TCP/IP协议非国际标准，但是由于其更简单、更容易理解和实现，已经成为事实上的国际标准。
2、RAYTHEON一次雷达结构
RAYTHEONASR-10SS一次雷达是20世纪90年代具有先进技术的全固态航管监视雷达，具有覆盖范围广、数据可靠性高、系统实用性强和目标容量可扩展的特点，适用于中高飞行流量的机场环境。ASR-10SS一次雷达的基本配置包括天线和天线基座、发射机、双通道接收机/录取器、双通道信号数据处理器、主/备现场控制和数据接口、遥控终端等。此航管雷达的特点是应用了以太网技术。20世纪90年代，网络技术的应用远没有现在广泛，而其采用的以太网并没有配备交换机或路由器等一类的网络核心部件，仅仅采用特性阻抗为50Ω的同轴电缆，将所有需要连网的设备利用“T”形头来实现以太网，用同轴电缆的起点端和终点端加载假负载来实现阻抗匹配。IEEE802.3以太网具有10Mb/sec的数据传输速率，双通道采用的是总线型的网络拓扑结构。
3、INDRA二次雷达结构和特点
INDRAIRS-20MP/L二次雷达基本配置包括双通道接收机/录取器、发射机、天线、马达及马达控制器、双通道GPS时钟、主备交换机、UTS测试单元、VR3K、监控设备、ATC系统中用到的数台SDD设备等。INDRAIRS-20MP/L二次雷达采用双网冗余的网络结构，并且主要部件采取双通道配置，AB网均配置交换机，并且相互独立运行，使用的是ICP/IP协议的10、100BASE-T。通过双网冗余，所有部件均接入AB网，包括主动通道切换、故障通道切换等，均能实现无缝隙衔接，确保设备工作的可靠性。马达控制器采用CAN-BUS技术进行自动切换。INDRAIRS-20MP/L二次雷达采用星型拓扑结构，由中央节点和其他各个节点连接组成，每个节点之间的通信均需通过中央节点，在星型拓扑结构中中央节点是至关重要的，而在INDRAIRS-20MP/L二次雷达系统中，中央节点是利用交换机形成的。星型网络拓扑结构的优点就是结构比较简单、局域网建网更加容易、使用网络协议简单、单设备故障对系统影响不大且容易排除和便于控制、线路的传输效率取决于中央节点设备的速率等，缺点是局域网中线束较多，对中央节点设备依赖性强;长时间工作中央节点负担重，容易形成系统瓶颈。现阶段，星型网络拓扑结构是局域网通常采用的主流形式。需要注意的是，航管楼SLG作为远端监控设备，功能与本地SLG相同，然而在逻辑上却作为本地SLG的备用机，我们将在后面介绍INDRAIRS-20MP/L二次雷达曾经出现的故障来说明逻辑上的主备关系。在INDRAIRS-20MP/L二次雷达网络拓扑结构中，使用双绞线作为传输媒介，并采用EIA/TIA-568标准。由于设备属于远山台站，设备监控信号和雷达数据需要传输至航管楼使用，因此网络拓扑结构中还使用到光缆和微波传输设备。，比较它们的系统图，主要区别在于网络拓扑结构、形成网络的器件以及接入网络的功能部件不同。IRS-20MP/L二次雷达拓扑结构中，网络中引入了交换机，最大限度地实现了互连和共享。从接入网络的部件数量来看，我们可以看到网络技术随着航管雷达的更迭也有了长足的发展和广泛的应用
4、INDRA二次雷达故障案例分析
INDRAIRS-20MP/L二次雷达的监控部分SLG，其基本作用就是监控设备各部件的工作状态，配置雷达各部分的功能进行配置，修改参数，并提供各部件的`信息和故障报告。在SLGUCS监控主界面中，我们能自动实时监控录取器控制器的CPU性能、内存容量，以确保网络系统的数据处理能力始终处于最优状态。
4.1天线监控失效
在设备运行正常并且雷达信号正常情况下，远端(航管楼)监控SLG显示，天线系统失去监控，显示橙色或者白色，橙色表示出现非关键故障，白色表示未监控到。从监控中看到天线正常旋转，SLG中PPI中显示雷达信号正常，由此得出，设备工作正常，仅是监控部分出现异常，重新启动远端(航管楼)SLG系统，故障现象依旧。重新启动本地(罕山)SLG系统，故障现象消失。进一步分析可知，该故障系厂家软件BUG，远端SLG是由本地SLG镜像而成，在厂家的原始配置中并没有远端SLG，因此远端SLG在此网络系统中逻辑上是不存在的，因此故障处置需要在本地SLG上重启处理。
4.2参数修改失效
-09秋季维护中，为验证假目标的成因，在本地SLG增加反射区域0°～360，在反射区域中仅显示目标原始视频(原始视频即没有经过处理的目标，没有二次代码、高度显示和地速显示)，验证后需要恢复初始状态，即便将此反射区域删除，系统录取器也并没有恢复初始状态，依然只显示原始视频。维护人员先后将此故障定位于VR3K、本地SLG、录取控制器、收发机，将上述部件的参数恢复初始状态并重新启动，故障现象仍然存在，经反复与厂家工程师联系，提出是否为本地SLG和远端SLG同步出现问题，也就是说增加反射区域的操作同步，而删除反射区域操作没有同步，同时重启本地SLG和远端SLG后，故障现象消除。本地SLG与远端SLG出现不同步，也是网络系统中逻辑冲突。
5、计算机网络技术应用设想
5.1改进航管雷达设备维护理念
20世纪80年代航管雷达系统中，功能的实现是靠电路板;进入20世纪90年代，模块化是组成雷达系统的基础，维护和维修多是更换功能模块，更深层次的模块维修则依靠厂家工程师;现阶段，在模块化的基础上应用和发展了网络技术，设备的模块均增加了网络功能，虽然深层次的维修依然是依靠厂家，但是由于网络的引入，每一部件在系统中的作用弱化，更多的靠网络技术的信息交换与共享。笔者认为，航管雷达维护人员应该从以雷达专业为重过渡到以网络技术为重，不局限于航管雷达系统，包括更多的专业化设备，都是建立在以交换机为核心的网络架构中，尤其是空管行业，工作必须确保万无一失。
5.2航管雷达全国联网
随着雷达站点覆盖的增加和空域管理区域化，任何一地的管制部门需要引入多部雷达信号，各地雷达信号交织成全国雷达信号网，每一部雷达都将成为全国雷达信号网中的节点。随着航管雷达设备中网络应用更加全面，就为形成雷达信号网提供了更多的技术基础，在未来，航管雷达设备将实现统一标准，更加有利于全国雷达联网。在形成全国雷达信号网后，任何一部单一的雷达设备故障都不会影响雷达信号网，也就不会影响空中交通管制服务，从而确保飞行安全。
6、结束语
目前，计算机网络技术越来越多地应用于航管设备，我们需要改变对设备的认识。笔者认为，通信导航监视专业人员无论从事哪一个专业，计算机网络技术知识将成为我们必须要掌握的技术，这就需要老一代的技术人员要及时更新自己掌握的知识，无论是单一系统设备，还是数据联网，都要以网络为核心。随着航管设备的发展，网络将变得非常重要，我们今后的维护工作重点将会与网络息息相关。
雷达系统 第6篇
关键词：汽车安全性测距技术防撞雷达
0 引言
为保障汽车驾驶时的舒适性和安全性，世界各国对汽车防撞技术的研究和发展投入了大量的人力、物力和财力。据统计，危险境况时，如果能给驾驶员半秒钟的预处理时间，则可分别减少追尾事故的30％，路面相关事故的50％，迎面撞车事故的60％，所以现代汽车安装各类雷达系统以保障行车安全。
1 超声波距离测距
它利用超声探测原理，在司机倒车时，能正确的从数码显示器上了解汽车尾部与障碍物之间的距离。当测距显示小于报警距离时，还能准确报警，及时提醒司机刹车。超声波一般指频率在20kHz以上的机械波，具有穿透性较强、衰减小、反射能力强等特点。超声波测距仪器一般由发射器、接收器和信号处理装置三部分组成。工作时，超声波发射器不断发出一系列连续的脉冲，并给测量逻辑电路提供一个短脉冲。超声波接收器则在接收到遇障碍物反射回来的反射波后，也向测量逻辑电路提供一个短脉冲。最后由信号处理装置对接收的信号依据时间差进行处理，自动计算出车与障碍物之间的距离。超声波测距原理简单，成本低、制作方便，但其在高速行驶的汽车上的应用有一定局限性，这是因为超声波的传输速度受天气影响较大，不同的天气条件下传播速度不一样；另一方面是对于远距离的障碍物，由于反射波过于微弱，使得灵敏度下降。故超声波测距一般应用在短距离测距，最佳距离为4～5米，一般应用在汽车倒车防撞系统上。
2 毫米波雷达长距离测距
为了更好的适应道路交通状况，解决盲区视野问题，在日本和美国开展了大量的工作。如应用毫米波雷达CCD摄像检测交通状况，根据危险程度改变直观信号的音调、颜色和位置，并在显示器中显示。实现高度智能化，极大的改善车辆的安全性。雷达是利用目标对电磁波反射来发现目标并测定其位置的。汽车上应用的雷达采用的是30GHz以上的毫米波雷达。毫米波频率高、波长短，一方面可缩小从天线辐射的电磁波射束角幅度，从而减少由于不需要的反射所引起的误动作和干扰，另一方面由于多普勒频移大，相对速度的测量精度高。在汽车上应用毫米波雷达测距，探测性能稳定，环境适应性能好。
3 激光测距
激光测距装置是一种光子雷达系统，它具有测量时间短、量程大、精度高等优点，在许多领域得到了广泛应用。目前在汽车上应用较广的激光测距系统可分为非成象式激光雷达和成象式激光雷达。非成象式激光雷达根据激光束传播时间确定距离。它的工作原理是：从高功率窄脉冲激光器发出的激光脉冲经发射物镜聚焦成一定形状的光束后，用扫描镜左右扫描，向空间发射，照射在前方车辆或其他目标上，其反射光经扫描镜、接收物镜及回输光纤，被导入到信号处理装置内光电二极管，利用计数器计数激光二极管启动脉冲与光电二极管的接收脉冲间的时间差，即可求得目标距离。利用扫描镜系统中的位置探测器测定反射镜的角度即可测出目标的方位。
成象式激光雷达又可分为扫描成象激光雷达和非扫描成象激光雷达。扫描成象激光雷达把激光雷达同二维光学扫描镜结合起来，利用扫描器控制激光的射出方向，通过对整个视场进行逐点扫描测量，即可获得视场内目标的三维信息。非扫描成象式激光雷达将光源发出的经过强度调制的激光经分束器系统分为多束光后沿不同方向射出，照射待测区域。由于非扫描成象激光雷达测点数目大大减少，从而提高了系统三维成象速度。
在汽车测距系统中，非成象激光雷达更具有实用价值。同成象式激光雷达相比，具有造价低、速度快、稳定性高等特点。但由于激光雷达测距仪器工作环境处于高速运动的车体中，振动大，对其稳定性、可靠性提出了较高的要求，其体积也受到了一定的限制，同时还要考虑省电、低价、对人眼安全等因素。这些决定了其光源只能采用半导体激光器。目前，在汽车上，上述各种激光雷达测距仪均有应用，但成象式激光雷达还在进一步研究之中。
3.1 自适应巡航控制(Adaptive Cruise Contro) 该装置是通过装在汽车前方的雷达传感器，帮助司机保持适当车速并控制与前方车辆的距离。当需巡航控制时，可通过节气门的控制和有限制动来调节车速，保持车辆前后之间的距离，并可减少手动变速的动作。
3.2 防碰撞预警系统(COllision Warning Systems)
3.2.1 防碰撞预警探测系统 该系统采用76GHZ的微波雷达传感器，能探测距离车辆前方150m以上的物体，不受车辆行驶速度的影响。它能根据所测出的障碍物与本车辆的距离，给司机发出不同的警告，如司机对发出的视觉闪光警告未作出反应，能立即发出蜂鸣声或响铃报警。如车辆在行驶状态时，即能自动工作，可减少前面碰撞的危险。
3.2.2 防侧面(左右两边)碰撞预警探测系统 该系统采用微波雷达探测行驶在盲区内的车辆及警告司机注意车道左右两旁的车辆和行人的距离等。当车辆在正常行驶状态时，该侧面探测预警系统会自动工作，它不会对雷达探测器及其他电子系统造成干扰。
3.2.3 防后部碰撞预警探测系统 该系统采用微波雷达探测车辆后部司机看不到区域内障碍物体(固定的或移动的)，探测距离为5m以内，当车辆正常行驶时也会自动工作，能测出后面跟随车辆的距离，提供警告预防后部车辆碰撞。它为倒车和停车泊位提供了帮助。
3.3 碰撞干预预警系统(ColIision Intervention Systems) 该系统通过微波雷达探测系统，向司机发出预警后，司机如未能及时采取措施，系统就能通过发动机的节气门控制和有限制动，使车辆自动减速，直至车辆停驶。另外，该系统还能自动控制转向，帮助司机将车辆行驶在正确的车道上，这对女性驾驶汽车提供了很多方便。1999绅宝9-5型轿车因此销售量大幅度上升。
4 高招度的摄像系统测距
CCD摄像机是一种用来模拟人眼的光电探测器。它具有尺寸小、质量轻、功耗小、噪声低、动态范围大、光计量准确、其线扫描输出的光电信号有利于后续信号处理等优良特性，在汽车行业也得到了广泛的应用。利用面阵CCD，可获得被测视野的二维图像，但无法确定与被测物体之间的距离。只使用一个CCD摄像机的系统称为单目摄像系统，在汽车上常用于倒车后视系统，辅助驾驶员获得后视死角信息，以避免倒车撞物。为获得目标三维信息，模拟人的双目视觉原理，利用间隔固定的两台摄像机同时对同一景物成象，通过对这两幅图像进行计算机分析处理，即可确定视野中每个物体的三维坐标，这一系统称为双目摄像系统。双目摄像系统模仿人体视觉原理，测量精度高。但目前价格较高，同时由于受软件和硬件的制约，成象速度较慢。随着计算机软硬件性能的提高，最终将得到广泛应用。
目前，在国外已有一些汽车厂家推出了可根据路况控制车速的装置，如新款奔驰S系列高级轿车装备了安全距离自动控制雷达系统，不仅可自动调节车速，还能根据的速确定与前车的距离。新系统在汽车后视镜背后装置了两台微型摄像机以充当“眼睛”。两台摄像机指向汽车前方，其间距与人自然间距接近，可提供汽车前方交通情况的三维图象。通过对比，电脑系统对汽车在道路上所处的位置以及周围的路况等进行判断，然后通过传动装置对汽车的方向盘、油门或刹车进行自动控制。司机只需重新握住方向盘或踩下油门或刹车，即可轻易“夺回”对汽车的控制权。
毫米波雷达前端系统设计 第7篇
毫米波的工作频率介于微波和光之间,毫米波雷达比微波雷达体积小、重量轻、波速窄、带宽大、抗干扰能力强;比红外或激光传感器气象适应性好,所以它是继激光、红外之后电磁频谱利用中的一枝新秀。以前毫米波雷达的应用受到器件,尤其是有源器件功率不高的限制,使它难以在末制导以外的领域发挥作用。然而今非昔比,20世纪90年代第二阶段的微波毫米波集成电路规划取得重大突破后,大功率毫米波功率源、介质天线、集成天线、低噪声接收机芯片等相继问世,使毫米波雷达发生了更新换代的变革,并且大大拓宽了它的应用领域。
2 毫米波雷达前端系统设计原理
利用伪随机编码信号良好的自相关特性,低距离副瓣,获得高的测量精度和距离分辨率。同时利用正弦波调频信号体制的回波信号功率为距离函数的特点来有效地抑制近区杂波干扰。图1为采用伪随机编码调相和正弦波调频这两种连续波信号的复合调制体制框图。
16 GHz高频振荡器产生16 GHz±10 MHz微波振荡信号,经正弦调制后信号送到调相器,进行随机编码调相。调相后的信号通过功分器,一部分放大后由发射天线辐射出去,另一部分泄漏信号加到信号混频器经天线辐射出去的射频信号照射到目标后,目标反射的回波信号由天线接收,回波信号送到信号混频器与泄漏信号混频并滤除高频信号,得到视频信号。视频信号放大后经过数字信号处理就可以送到耳机从而直接监听目标运动情况、速度和状态。
如图1所示,雷达前端系统的主要组成部分有振荡器、0/π调相器、功率放大器以及混频器。
2.1 介质振荡器
介质振荡器采用如图所示的场效应管介质反馈型振荡器。GaAs场效应管介质反馈型振荡器可以采用漏极输出或源极输出两种方式,为了获得尽可能大的输出功率,选用漏极输出、源极直接接地的形式。
通常选用的介质振荡器模式有TE01δ模、TM01δ模和HE11δ模,但在与微带耦合时一般选用TE01δ模,因为其电磁场是圆对称的,与微带耦合非常方便,而且振荡模式稳定。本文选用圆柱形介质谐振器,其直径D=3.423 mm,高度h=2.28 mm。参数为:f=16 GHz,εr=40。实际电路中,在谐振器与微带基片之间垫入一低介电常数、低损耗的介质片,用来减少微带基片和金属接地板对谐振器Q值和温度性能的影响。
2.2 0/π调相器
0/π调相器采用开关线调相器。开关线调相器的电原理图如图3所示。L1,L2是两条长度不同的微带传输线(或者是其他任意微波传输线),D1,D2,D3,D4是4只性能一致的PIN二极管。当两边二极管互补偏置时,二极管D1,D2导通时,D3,D4处在截止状态,载频信号经L1传输。反之,D1,D2截止时,D3,D4处在导通状态,载频信号经L2传输。很显然,由于L1和L2长度不同,因而引起相移作用。
设较短的路径为L1,较长的路径为L2。则调相相位为:
式中:β为传输线相位常数;λg为传输线中的波导波长;ΔΦ 为相移量;ΔL为路径长度之差。
要实现0/π调相,那么。
2.3 功率放大器
如图1所示,介质振荡器产生16 GHz±10 MHz的振荡信号为6～9 dBm,为了确保信号能传输取最小值进行设计。6 dBm的信号经过隔离器损耗1 dBm,又经过0/π调相器损耗1 dBm,得到4 dBm的信号。4 dBm信号经过3 dBm的功分器,进入功率放大器的信号只剩下1 dBm,要得到17 dBm的发射信号,功率放大器至少要放大18 dBm左右。通过选择适当的放大管子,设计一定的放大器电路,最终能达到设计所要求的性能指标。
2.4 信号混频器
信号混频器采用如图4所示的双平衡混频器。
此电路的特点是本振和信号电压分别通过平衡不平衡变换器加到二极管上,这种变换器简称巴伦,用巴伦代替了定向耦合器及高低频短路线等,展宽了工作频带。信号与本振功率分别通过巴伦加到二极管电桥的两个对角线上。只要四只二极管性能完全相同,电桥保证平衡,则信号与本振端口之间就可以完全隔离。同时二极管电桥又为二极管提供了高低频和直流通路。
这种混频器具有如下的长处:双平衡混频器隔离度高;动态范围大;双平衡混频器是宽带混频器。
3 结语
经过长时间的研究,已经研制出了一个满足要求毫米波雷达前端系统。该系统采用如图1所示的毫米波雷达前端系统设计原理图,工作频率为16 GHz,在常温下频率偏移小于等于10 MHz,输出功率Po≥45 mW,相位噪声-70 dBc/Hz/10 kHz。0/π调相器在750 kHz对称方波下,常温载波抑制-25 dB。
参考文献
[1]顾其诤.介质振荡器微波电路[M].北京:人民邮电出版社,1986.
[2]言华.微波固态电路[M].北京:北京理工大学出版社,1995.
[3]Holger Meinel H.Commercial Applications of Millimeter-wave History Present Status and Future Trends[J].IEEETrans.Microwave Theory Technology,1995,43(7):1 639-1 653.
雷达信号采集及处理系统探析 第8篇
1 FGPA的显著优势
在速度方面, FGPA更具优势。它具有较高的频率, 延时程度低, 借助硬盘实现逻辑性的掌控。同时, FGPA也是数据的通道, 能够实现对数据的合理分配和处理, 将其进行高效传输, 运至芯片, 保证配置的灵活性。同时, 所耗费的时间少, 系统比较简易, 可以进行讯速地转移, 实现成本的降低。为此, 借助高速雷达信号采集及处理系统, 能够借助FPGA实现对整个系统核心的有效管控。
2 数据采集系统结构介绍
根据实际需要, 采集处理系统主要包含如下主要功能:控制AD的转换, 对恒虚警进行处理, 实现坐标的转换以及单元的合并预处理, 而后, 将数字信号向芯片的传递, 进行更进一步的处理, 在上位机上进行集中显示。
2.1 对系统硬件结构介绍
对于系统的硬件, 主要包含A/D电路转换、FPGA以及时钟电路。
2.1.1 A/D模块介绍
A/D转换器主要采用了AD芯片, 速率为105MHz, 信号输入为差号类型, 内部包含缓存保持器。鉴于差分输入形式的应用必须将信号调理电力变成差分形式。
2.1.2 FPGA核心控制器介绍
对于数据存储以及对电路的控制, 主要依赖FPGA专业技术。同时, 借助逻辑器件完成对AD采集电路的有效控制, 完成对时钟的合理配置, 实现不同信号的有效处理。对于FGPA设计方法, 主要是由上至下, 依次完成不同模块的代码编写。上电配置主要以串行方式实现。鉴于FPGA为RAM的工艺, 如果出现掉电, 信息必将丢失。因此, 需要设置外置存储器, 以实现对信息的有效保存。
2.2 FPGA内部模块软件的设计介绍
在整个系统同, 发挥控制作用的就是FPGA, 推进系统任务的执行, 主要过程为:
(1) 采集控制块借助AD转换器, 将收集而来的数字信息信号转入FPGA, 同时, 实现对其它三路信号的引入。其中, 视频信号需要经过杂波的处理, 在脉冲控制下, 存储于RAM中。其次, 借助脉冲进行极坐标与之直角标的转换, 视频信号在PC机上进行信息的呈现, 而后实现视频与位置信息的结合, 进行再一次储存, 最后将数据读出, 并且传送至芯片, 进行深度处理。
(2) 在对FGPA进行设计的过程中, 要采取同步设计的方式, 避免异步设计, 这主要源于其内部编程和分布的特征。同步设计的使用能够突破异步的竞争, 保证电路运行的可靠性, 提升系统速率, 与此同时, 同步设计也大大降低了设计的难度系数, 有利于FPGA的整个运行。
(3) CFAR及滑窗检测器介绍:CFAR主要应用于杂波环境, 作用是避免雷达虚警概率变化过于严重, 也是有效解决杂波问题的关键性技术。CFAR主要包含两种方式, 即时间和空间两种方式。两种方式的共性是都能够对杂波强度进行估计, 形成检测门限, 尤其适用于空域平稳、时域变化强烈的环境。在FPGA的具体实践过程中, 要利用移位寄存器实现对信息的储存, 在脉冲控制下, 向右移动, 对信号进行求和处理, 系统工作效率被提升, 最后将最大值与检测部位进行比较输出。
(4) 对于极坐标至直角坐标的变化, 借助光栅显示器, 采取逐行或者隔行扫描的方式, 扫描点采取直角坐标系的形式, 而对于雷达回波信号, 主要采取极坐标的方式, 而后实现在显示器上的呈现, 由此可见, 坐标转变问题不容忽视, 对于实时雷达信号的收集、保证高效性和高速性至关重要。
(5) 对于RAM和读写功能的控制模块来讲, 主要采取乒乓存储传输模式, 目的是保证信息采集和处理的连续性。具体方式为:借助IP工具, 将FPGA芯片配置RAM。分为两路进行数据的输入, 在进行数据采集的时候, 一个RAM实现对信号置高的控制, 另外一个RAM控制信号置低, 以此类推, 循环操作, 实现数据的缓存和传输, 达到数据的连续性和全面性。在针对RAM进行读写控制的时候, 重要的目标就是通过对RAM的写时钟, 也就是进行采样的AD采样时钟, 达到量的转换。在进行雷达视频的时候, 根据现实状况, 进行量程的不同选择。因此, 采样时钟的作用是实现对量程的变换。
3 结束语
本文主要借助FPGA技术, 实现了对雷达视频信号数字化的全方位处理, 彰显高速性的特征。整个系统的控制中心为FPGA, 设计方式比较灵活, 具有较高的集成度, 功耗较低, 使用时间不长, 同时成本也实现了降低。随着科技的不断发展, FPGA技术将日益强大, 能够更大程度上促进雷达信号采集和处理系统的不断完善。
参考文献
[1]赵庆凯.雷达信号数字处理的研究[D].大连海事大学, 2004.
[2]朱文发, 柴晓冬, 郑树彬, 李立明, 罗永建.基于Lab VIEW的惯性测量单元信号采集及处理系统设计[J].计算机测量与控制, 2012, 06:1697-1698+1706.
[3]黄志立, 王晓铭.基于DSP的雷达信号采集处理技术[J].数字技术与应用, 2012, 07:62.
通用雷达信号场景系统的研制 第9篇
1 雷达场景信号特点
雷达系统使用的载频范围几乎覆盖了全部可用频段,从2 MHz载频的地波超视距雷达,到高分辨率雷达使用的毫米波,一些激光雷达的载波甚至近百GHz。但多数雷达系统在20 GHz以下频率运行。根据信号特征,雷达主要分脉冲雷达与连续波雷达两大类,而脉冲雷达是目前使用最广的一种[1,2]。
1.1 脉冲压缩技术
根据基本雷达方程,距离会随着发射功率提高而最大化,空间分辨率则会随着发射信号脉宽变窄而提高。采用脉冲压缩技术的雷达之所以可以提高威力距离,是由于其发送较长的脉冲使得峰值功率一定时的平均功率会提高,同时在接收回波的处理中使用匹配滤波器进行处理“压缩”脉冲,会大幅提高雷达的空间分辨率。由于兼顾了作用距离和分辨率的两方面要求,脉冲压缩技术被广泛应用于当今脉冲式雷达系统中。
1.2 实现脉冲压缩方法
脉冲压缩要求对雷达脉冲进行内部调制脉冲压缩方法主要有:线性调频(LFM)和相位调制。
该技术采用线性快速扫描(LFM)或非线性快速扫描(NLFM)方法。由于线性调频信号的产生和处理均较容易,其压缩脉冲的形状和信噪比对多普勒频移不敏感,且技术成熟,因此雷达系统中多采用线性调频信号作脉压信号。而非线性调频(NLFM)在带宽方面具有某些优势,因此也可以改善接收机灵敏度、提高接收机上的信噪比。
相位编码又称“相位调制”,每个脉冲有一串较短的脉冲组成,其中载波相位有某个自动相关度低的二进制序列控制。平均功率由序列的总时长决定,而空间分辨率则由每个符号时长决定。在二进制相位编码中,载波的相位在0°~180°之间变化,在对准不完美时,自动相关度会比较低。如Barker码是一种应用较广泛的相位编码方法[1,2,3,4,5,6]。
无论发射信号的脉冲相位特点如何,接收的回波信号是由多个相位叠加信号组成。这是由于将有多个任意延迟的目标回波,来自相同目标由于多路径引起达到时间不同而产生多个回波,目标相对速度引起的多普勒效应频移、发射机本身产生各类噪声杂波,目标的RCS也会引起回波的幅度和相位的瞬时变化,因此回波信号复杂程度远大于发射信号的情况,而雷达信号场景系统就是要尽可能还原或模拟这些复杂信号环境[7,8]。
2 雷达场景信号系统的工作原理
2.1 雷达场景信号生产方法的讨论
基本可以通过使用现有的常用激励设备,有3种不同的方法可以生成雷达信号:
(1)内部宽带调制。仅需一台可直接输出已调载波的雷达射频微波信号的高性能激励设备。除某些滤波器或放大器外,不要求其他信号处理模块。系统组成最简单,但现有激励设备难以实现。泰克AWG70000系列任意波形发生器可实现直接输出雷达射频微波信号,但价格昂贵。
(2)内部窄带调制。采用一台可产生相对较低载频的已调制信号的高性能激励设备。在半实物仿真环节,中频可以直接应用到接收机或发射机的某个信号处理模块上。在其他情况下,必须使用上变频器模块到达最后载频。可采用安捷伦E8267D矢量信号发生器实现,但输出信号的调制带宽都会受到调制器或上变频器的限制。虽然此种方式价格适中,但无法满足目前雷达系统测试的需求。
(3)外部宽带调制。激励设备生成基带信号经过外部调制后射频输出。简单信号通过控制某个载波的包络来生成脉冲,单通道激励设备输出信号被应用到AM调制器上。对要求复杂数字调制或快速扫频的信号,必须控制瞬时载波的幅度和相位。在这种情况下,最灵活、实现最简便的解决方案是正交调制器。其要求两路I、Q基带信号。这两个基带信号通过一台拥有两条通道的激励设备或经同步后的两台单通道激励设备生成。可产生信号带宽可达2 GHz,但宽带正交调制对I/Q不平衡或正交误差特别敏感。必须要经过校准后,才能获得优质信号。由于性价比较高,是目前大多数雷达场景系统的首选。
2.2 信号场景的系统组成
本系统采用外部宽带调制方式,先由激励设备产生两路I、Q基带信号,然后通过外部宽带正交调制后输出雷达射频信号,加入了校准设备保证输出雷达射频信号的质量。信号场景系统主要由泰克AWG7082C任意波形发生器、安捷伦E8267D矢量信号源及安捷伦N9030A信号分析仪3部分组成,如图1所示。
由于雷达的某些基带信号(Barker码)要求载波抑制,瞬时相位可能会取两个值(0°和180°或BPSK),FM线性调频、QPSK/QAM及大多数情况下UWB、OFDM信号的基带生成都要求正交调制器,因为必须同时控制载波的瞬时幅度和相位。仿真包括目标特点、多路径、多普勒频移、噪声和人为干扰效应的实际雷达回波要求正交调制。因为同时有I和Q信号,所以基带信号的生成需使用双通道AWG 7082C任意波形发生器。
对正交调制的雷达信号,两个基带信号I和Q成分必须输送到外部调制器,安捷伦E8267D矢量信号源就充当了外部调制器的角色。通过正交调制,甚至可以仿真频率捷变雷达系统,因为基带信号可能会位于外部调制器调制带宽内任何地方,拥有瞬时频率开关功能,没有PLL引起的瞬态信号。E8267D矢量信号源也可不接入外部两路I、Q信号,而进行内部窄带调制方式。但由于产生信号带宽仅80MHz,难以满足很多雷达系统测试需求。
进行外部宽带正交调制时,I和Q信号之间的匹配对调制质量至关重要。尽管任意波形发生器拥有较高的过采样率和高模拟带宽改善了输出两路I、Q信号的质量,两通道间的均匀性、平坦度和相位线性度。但正交调制器通常是系统中的薄弱环节,宽带正交调制器响应是达不到平坦的,内部I/Q不平衡,可能要远高于任意波形发生器输出两路I、Q信号。如图2所示,I、Q两路完美正交时镜频被抵消,正交不平衡时导致镜频产生,这些非期望的镜频提高了噪声,降低了调制质量。因此,系统采用安捷伦N9030A信号分析做校准设备,进行校准及差分校正信号会降低正交误差或不平衡引起镜频影响。此外,还应特别注意的任意波形发生器输出到外部调制器的I、Q信号必须要使用尽量等长的低损耗、低驻波、稳相电缆传输,而电缆不等长引起镜频可通过改变任意波形发生器通道延迟参数或经专门软件校准后进行补偿[9]。
3 创建雷达场景信号波形
3.1 使用Pulse Building软件编辑波形
N7620B Signal Studio for Pulse Building是安捷伦公司开发一款脉冲信号生产软件,与宽带任意波形发生器和矢量信号发生器搭配使用(Wideband IQ with Calibration PSG模式),可生成载频高达44 GHz、带宽高达2 GHz的波形。该软件校正引擎与16位ARB和PSG结合,可为用户提供44 GHz的动态范围。
简单的界面构造不但可以灵活地创建、存储和调用复杂的宽带脉冲码型,也可导入Agilent ADS和Matlab创建的脉冲定义文件。情景模式可进行详细设置:每段波形可以设置脉宽、上升/下沿时间、占空比、抖动时间、抖动类型。此外,可以将每段不同波形添加到序列中,波形序列播放时间、重复间隔、重复数量、频率、相位、功率偏置、幅度ALC和游标等。
3.2 仪器校准和信号校正的软件方法
如图4为校准设置界面。系统采用SSB的12音频信号作为测试校准信号,因为其可在整个调制带宽上估算有用的载波和非期望的镜频载波。由于镜频幅度将取决于一定调制频率的相位和幅度匹配程度。在设置自动校准后,自动调用N9030A信号分析仪测得与调制频率有关的正交误差和不平衡,使AWG7082C生成差分校正信号,在找到匹配的差分校正滤波器后,最终获得I与Q成分之间的完美平衡和相位。也可通过对已经预先校正的信号重复进行校准,获得更好的结果[10]。
4 结束语
雷达系统 第10篇
随着社会的发展,汽车成为人们出行交通工具的首选。出行人口众多的复杂交通状况导致我国车辆碰撞类交通事故频发。车辆碰撞类交通事故已经成为我国交通安全治理的难题。此难题同样困扰着国际上主要发达国家,为了解决此难题,国际各主要国家投入大量人力、物力对汽车防撞系统进行研制,而车载测距雷达的研制无疑是汽车防撞系统研制的核心。微波测距相比于超声波、激光和摄像等测距方式,不易受天气因素影响,抗干扰性能强,已成为车载测距雷达研制的首选[1]。美国、英国、德国、日本和瑞典先后研制出测量距离大于100 m的车载防撞雷达,已经投入实用化[2]。我国车载测距雷达的研究起步稍晚,目前国内市场上实用防撞雷达系统还较少见,各大研究机构都在开展车载雷达系统的研究[3,4,5,6,7],因而进行车载测距雷达系统研制的意义重大。工业和信息化部于2012年发布了《24 GHz频段短距离车载雷达设备使用频率的通知》,明确规定了24 GHz车载雷达的设计标准。本文基于异质结场效应晶体管NE3514研制车载雷达射频电路模块,设计并实现车载测距雷达系统。
1 测距原理
调频连续波(FMCW)雷达的工作原理:雷达发射微波信号,微波信号被探测物反射,回波信号被原雷达接收机接收,比较接收时刻的雷达接收信号与发射信号之间的频差,能够获得探测物的距离信息。
雷达与目标物无相对速度的情况下,雷达发射信号与接收信号的时间频率关系如图1所示。
其中,波形ft表示发射信号的时间与频率的关系,波形fr表示接收信号的时间与频率的关系。由图可知,接收信号相对发射信号在时间上延迟△t,如果用R表示雷达相对目标的距离,c表示光速,则:
由三角形的相似性可知:
式中,△f是同一时刻发射信号与接收信号的频差,B为射频电路VCO的调制带宽。将式(1)带入式(2)可以求解得到目标距离:
当雷达与探测目标存在相对速度时,雷达波形的时间与频率关系如图2所示。
由于探测目标与回波信号之间存在相对速度,产生多普勒频移,表现在同一时刻接收信号和发射信号的频差相对于探测目标与雷达静止时接收信号和发射信号的频差有所升高或者降低。在调制三角波上升半周期内,中频信号可以表示为:
在调制三角波下降半周期内,中频信号可以表示为:
其中△f为探测物与雷达相对静止时的中频频率,fd为多普勒频移,由式(4)与式(5)可以求得多普勒频移:
探测目标的相对速度可以根据多普勒频移公式求得:
其中,λ为发射电磁波的波长,当目标与雷达相向运动,v的符号为正;当目标与雷达背向运动,v的符号为负。
2 车载测距雷达系统设计
2.1 系统总体设计
车载雷达系统的总体设计如图3所示,系统包括3个电路模块,分别是雷达射频模块、中频信号处理模块和数字基带处理模块。雷达模块用于雷达射频信号收发;中频信号处理模块用于中频信号放大与滤波;数字基带处理模块用于中频信号的采集与分析,同时完成系统控制。
2.2 雷达射频模块
如图4所示,雷达射频模块为108个阵元构成的非对称窄波束远距离雷达传感器,该传感器模块包含1个射频低噪声放大器(RF LNA),I、Q两通道一共4个中频电路预放大器(IF preamplifiers)、2个混频器和1个压控振荡器(VCO)。其中VCO的输出信号频率由FM input端口直接控制。在本文中,由DAC产生的三角波被放大与直流电平调整,控制VCO产生受控频率信号通过发射天线阵列发射,发射信号被探测车辆反射,反射信号为接收天线所接收,接收信号通过RF LNA放大,并与当前时刻VCO产生信号相混频得到中频信号,中频信号经过IF preamplifiers放大后输入中频信号处理模块进行处理。
2.3 中频信号处理模块设计
中频信号处理模块电路结构如图5所示。该模块主要包括3个部分:高通滤波器、可变增益放大器和低通滤波器。由于射频电路模块各端口无法完全隔离,由射频模块I、Q两路中频输出接口输出的中频信号中存在泄露的三角波信号,为此需要高通滤波器将中频信号中泄露的三角波滤除。高通滤波器采用TLV2374运算放大器构成多路反馈二阶滤波电路实现,滤波电路低频3 d B截止频率为30 k Hz。可变增益放大电路主要使用TLV2374运算放大器实现反向放大电路,通过MCP42100数字电位器对普通电阻替代达到增益控制的目的,可变增益放大器的放大倍数范围为1~500倍。低通滤波器的主要作用是滤除输入信号自身携带的高频噪声与中频信号处理模块产生的高频噪声,同时使输入信号带限,为后级ADC采样做准备。低通滤波器采用AD8532运算放大器构成无线增益多路反馈二阶滤波电路来实现,滤波电路的3 d B截止频率为103 k Hz。中频信号处理模块的最大放大倍数为5 000倍(74 d B)。
2.4 数字基带处理模块设计
数字基带处理模块主要完成数字信号特征信息的提取与电路系统整体控制,如图6所示。
数字基带处理模块主要由STM32F407微处理器与外围模块电路构成。本文中MCU首先通过DMA1+DAC的模式产生三角波,三角波通过放大与直流电平调整,作为调制信号直接接入雷达射频模块的VCO控制输入口FM input进行信号调制;DMA1的半传输中断和传输完成中断作为ADC采样开始的标志,ADC1与ADC2分别对I、Q两路信号进行采集。为保证ADC对信号以固定采样率进行采集,采用ADC+DMA2的模式进行设计;MCU通过控制数字电位器MCP42100的阻值来控制中频电路模块的可变增益放大器放大倍数;信号采集完成后,MCU需要对ADC采集后的信号进行数字信号特征信息提取。在本文中,信号特征信息的提取为信号频率信息提取,本设计采用离散傅里叶变换的快速算法(FFT算法)对信号的频率信息进行提取,该算法需要进行大量浮点数运算,而STM32F407微处理器内部集成浮点运算器(FPU),该模块能够快速进行大量浮点数运算,计算出最终的测量结果在OLED屏上实时显示。
3 系统功能测试
系统测试电路如图7所示。该测试电路包括正反两面,其中图7(a)上方为数字基带处理模块,下方为中频信号处理模块;图7(b)上方为雷达射频模块,下方为电源。
典型的测试回波信号如图8所示。该图展示了54 m处目标回波信号与信号的频谱幅值,从图8(a)中能够清晰观测出回波信号,对图8(a)中回波信号进行离散傅里叶变换分析,得到如图8(b)所示的回波信号频谱幅度值,可以分辨出目标的距离信息为53 m。
系统测试电路对目标物距离测量结果如表1所示,在12 m~90 m范围内测量误差不超过10%。
4 结论
本文介绍了一款24GHz FMCW车载测距雷达系统的设计,该系统设计结构简单、体积小,可满足雷达测距基本要求,能够作为车载防撞雷达原型机进行车载防撞雷达系统的研发。
摘要：为了研制汽车防撞系统,设计了一款24 GHz FMCW雷达系统。该系统包括雷达射频模块、中频信号处理模块和数字基带处理模块。雷达射频模块采用基于异质结场效应晶体管NE3514研制的雷达射频模块传感器实现;中频信号处理模块由高通滤波器、可变增益放大器、低通滤波器构成。采用TLV2374运算放大器设计实现高通滤波器,TLV2374运算放大器与数字电位器MCP42100设计实现可变增益放大器,AD8532运算放大器设计实现低通滤波器;数字基带处理模块采用STM32F407微处理器完成数据采集与信号特征提取以及系统控制。该车载测距雷达能够实现90 m的距离测量。
关键词：24 GHz,调频连续波,车载雷达,测距
参考文献
[1]王斌,刘昭度,何玮,等.车用测距雷达研究进展[J].传感器与微系统,2006,25(3):7-9.
[2]王秀春.汽车防撞雷达的发展前景[J].江苏交通,2003(3):50-52.
[3]黄文奎.毫米波汽车防撞雷达的设计与实现[D].上海:中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所),2006.
[4]周立.汽车防撞雷达的研究[D].南京:南京理工大学,2008.
[5]郑锐.毫米波汽车防撞雷达的设计与实现[D].镇江:江苏大学,2010.
[6]王文钦.防撞雷达关键技术研究[D].成都:电子科技大学,2005.
雷达系统 第11篇
关键词：空管自动化 雷达航迹 飞行计划
0 引言
飞行数据处理是当前空管自动化系统的重要组成部分，与民航报警系统相连接，对AFTN电报进行处理，满足飞行计划管理以及重复性飞行计划管理的指标，能够准确的分析流量管理以及静态数据字典管理的内容。此次研究，针对航空领域的发展提出雷达航迹与飞行计划存在的集中状况，进而提出提高相关率的对策措施。
1 空管自动化系统雷达航迹与飞行计划相关基本原理
1.1 建立雷达计划航迹 针对未能够与雷达航迹配对的系统飞行计划，空管自动化管理系统则能够依据信息当中的不同航班，对其起飞机场、降落机场、起飞时间与降落时间进行具体的分析，将静态信息实现计划动态轨迹的轨迹与划分，进而估算出航空器自动计划生成的航班，通过此种方法实现对于飞行计划与雷达航迹的匹配，实现雷达航迹与飞行计划的自动相关。
1.2 匹配准则及关联分析 在空管自动化系统中，飞行数据处理内容能够满足对于雷达系统方面的航迹数据，一定程度上能够满足航空器的动态飞行轨迹，其中主要包括航空飞行器的位置、速度等动态信息。在管理方面，具有多个雷达航迹点，但每一个航迹点都处于不同的领域当中。想要实现雷达航迹与飞行计划相关目标，则需要通过关联匹配度准则作为衡量标准，实现SSR代码层面的结合。
2 空管自动化系统雷达航迹与飞行计划几种状况
雷达航迹与飞行计划之间的关系，通常存在不相关与相关性较差的状况，具体问题体现在以下几个方面：
2.1 飞行计划问题 在飞行计划方面的问题，主要体现在以下几个方面：第一，在进行电报派发的过程中，容易出现报文格式不正确的状况，内容、格式存在不规范，造成系统无法准确处理报文。第二，发报时间无法确定。一旦出现发报时间掌握不准确的状况，将造成飞行数据处理无法准确掌握变动飞行计划的状态。第三，报文传输链路单一，造成传输质量低下，容易出现报文内容错误现象，航线与计划无法相关。
2.2 SSR代码问题 关于SSR代码问题，具体包括：一是无法获取SSR代码信息。传输链路延迟，在航班进入管制区域后无法及时的接受DEP报，飞行计划缺乏SSR代码指令处理，造成信息无法相关。二是传输SSR代码与DEP代码不一致。航空器在飞行过程中，受到不明因素的影响，有可能造成SSR代码发生变更，导致代码的编发错误，无法满足雷达航迹与飞行计划相协调的要求。三是SSR代码重复。
2.3 飞行数据处理系统问题 关于飞行数据处理系统问题是雷达航迹与飞行计划无法实现相关的重要因素，主要表现在一是系统对飞行计划处理本身问题，无法正确处理相关性因素。二是航线资料并不健全。一旦飞行计划当中增加航班或者航线，则将造成飞行数据处理量增加，无法准确解析路线。三是可变参数设置无法满足系统运用标准与要求，出现重复飞行计划。
3 提高空管自动化系统雷达航迹与飞行计划相关率措施
针对空管自动化系统当中的雷法航迹与飞行计划的相关措施分析，需要不同的层面制定具体对策，以便于满足航空领域的發展以及要求。基于理论与实践相结合的角度法，基于以下几个层面进行相关对策制定。
3.1 飞行计划维护 首先，针对飞行计划的电报派发，需要明确电报的处理格式以及明确电报的规范，进而完善飞行数据处理系统的正确飞行计划目标，制定正确的飞行状态；其次，确定具体发报时间，避免由于数据传递不到位的状况引发飞行计划与雷达航迹相关性；第三，改善传输的链路质量，避免传输的延迟。
3.2 加强人工干预 在进行雷达航迹与飞行计划相关分析的过程中，需要加强专业计划的维护人员，对于临时的航班计划进行及时的补充。对未能够实现相关的航迹而言，需要对其数据的动态变化状况进行监测，增强对于内容方面的修改。由于SSR代码作为重要的信息传递内容，需要极力避免由于代码重复以及代码不一致的状况，确保代码传递的准确性，为雷达航迹与飞行计划相关率提升提供保障[3]。
3.3 设置系统中可变参数 针对飞行数据处理系统的问题，首先需要完善系统自身运行的稳定性，对系统进行定期检测与更新，满足计划标准与相关要求。其次，补充线路航行的资料。由于航线的增加以及飞行计划的不确定性，则飞行计划以及航线增加的同时，需要及时对系统内的各项数据进行变更与处理，在实现飞行计划评估的同时，激活时间提前，确保尽早相关。最后，对于系统当中的可变参数分析，对于飞行数据处理系统而言，需要将飞行的生命周期进行缩短，避免由于受到飞行计划生命周期的影响导致相关性出现问题。因此，针对这一因素需要明确可变因素，在实现反复调试的同时，确保参数准确性的提升。
4 结论
在航空领域发展中，空管自动化系统的运用能够提供管理效率。雷达航迹与飞行计划的相关基本原理以及具体对策的制定，能够提升系统维护人员日常工作中处理航迹不相关的状况，实现不同因子的具体分析，为管制部门提供优质服务。
参考文献：
[1]邓婕.空管自动化系统雷达航迹与飞行计划自动相关浅析[J].通信电源技术，2010，10（04）：67-70.
雷达系统 第12篇
1 总体设计
在设计上需要提供一台可以加入telephonics自动化局域网的windows终端, 该终端用于处理来自雷达数据处理服务器RDP的雷达质量数据。并通过C/S模式设计在其上面部署相应的终端软件, 该软件将提供雷达数据分析质量统计, 并实时加入终端后台数据库中, 提供用户可查询功能, 为安全事件调查提供数据支持。系统设计主要包括后台RDP处理模块和前台数据处理软件。实现了从solaris操作系统到windows平台操作系统的数据交互, 前台windows终端将通过FTP对后台solaris操作系统处理的实时文件进行下载并分析。这对于自动化雷达数据的实时监控有一定的意义, 同时也减少技术维护人员的工作压力。
1.1 后台RDP处理
在telephonics自动化系统中, 系统提供了一套相对成熟稳定的操作维护指令, 其中cstat作为雷达数据分析可以返回来自系统接入的雷达实时质量。在实际工作中, 通过进入root用户, 执行cstat维护命令系统会自动返回信息如下:
该命令可以对接入的雷达数据进行全面监控, 因此只需要在shell执行脚本下针对性进行命令的执行即可, 并将其返回信息存入到固定的硬盘路径下。shell本身也是一种语言, 用户可以通过shell编程 (脚本, 文本文件) , 完成特定的工作。在脚本设计中, 系统将通过输入输出重定向便可实现对上述返回信息存入固定文件中。
为了保证信息的实时性以保障前台下载的文件实时性, 系统必须在后台对其进行定时执行shell脚本任务。这就需要通过solaris系统中的crontab进行系统配置。crontab命令的功能是在一定的时间间隔调度一些命令的执行。在该操作系统中, 在/etc目录下有一个crontab文件, 系统用于存放系统自有的运行调度程序。每个用户可以建立自己的调度crontab。solaris系统规定每个用户都可以生成一个自己的crontab文件。这些文件在/var/spool/cron目录下。在实际设计中, 我们可以用crontab-e添加要执行的命令。具体命令如:*****/commandpath, 其中, 前五个字段可以取整数值, 指定何时开始工作, 第六个域是字符串, 即命令字段, 包括了crontab调度执行的命令。而path则是上述shell执行脚本文件的所在路径。各个字段之间用spaces和tabs分割。在实际工作中, 系统的实时监控需求和安全保障需求, 可以设置其为每隔1分钟进行一次命令任务的执行, 这种设置使得telephonics系统的运行保障变得更加安全, 系统资源占用较低。与此同时也能保障前台数据处理软件的实时性要求。
1.2 前台数据处理软件
对于前台处理软件而言, 系统主要的实现分为三大子模块, 一是FTP文件接收模块, 二是正则表达式数据分析模块, 三是输入入库及统计模块。通过C/S模式设计的前端处理软件, FTP下载后台文件也是系统保证实时性的要求, 为了满足实时性和降低后台的工作资源需求, 系统在设计中通过C#中timer定时器对其进行FTP下载编写。主要程序如下:
首先引入命名空间using System.IO;并进行FTP下载初始化。
Ftp Web Requestreq FTP;
File Streamoutput Stream=new File Stream (file Path+""+file-Name, File Mode.Create) ;
而对于正则表达式处理方面, 参考文献[2], 首先构造一个Regex类, 该类在Is Match方法验证匹配中将返回一个bool值, 如果有匹配项, 返回true, 否则返回false。实现程序不再赘述。在对于SQL SERVER操作上, C#实现的方法更为简单, 构建连接字符串 (connect String) 后进行打开数据库的一些列操作。
Sql Connectionsql Cnt=new Sql Connection (connect String) ;
sql Cnt.Open () ;
再之可以通过建立Sql Command进行SQL命令执行:Sql Commandcommand=sql Cnt.Create Command () ;对所正则表达式处理数据结果进行入库处理及查询分析。
2 结束语
本文提出一种基于telephonics空管自动化系统的雷达数据分析系统, 该系统通过对telephonics的雷达数据处理服务器RDP进行solaris上的定时执行任务, 生成固定文件路径下的实时维护信息, 在前台上进行数据有效信息的提取、分析与入库实现了雷达数据的监控。
参考文献
[1]王屹峰, 牛磊.雷神雷达数据格式浅析[J].空中交通管理, 2008.
