连续波雷达方案.doc

1、全固态连续波导航雷达性能与指标论证一、 体制调频连续波（FMCW ） 。二、 系统组成系统组成见下图。发射通道接收通道定向耦合器信号产生信号处理接收天线驱动电机光电码盘汇流环接口/控制显示终端网络电源发射天线扫 描 单 元显 示 单 元图 1.系统组成框图三、 技术指标1、频率X 波段，9.3GHz9.4GHz2、峰值功率100mW3、扫频带宽小于等于 75MHz4、扫频重复频率200Hz5、扫频时宽1.2ms6、接收机噪声系数小于等于 6dB7、天线转速24rpm,+/-108、收/发天线水平波束宽度5.2+/-10(-3dB 宽度 )9、收/发天线垂直波束宽度25+/-20(-3dB 宽度

2、 )10、 收/发天线旁瓣电平小于等于-18dB(正负 10 内)小于等于-24dB(正负 10 外)11、 极化方式水平极化12、 通信协议高速以太网或串口四、 性能指标1、探测距离典型目标探测距离见下表。表 1.探测距离表目标类型 探测距离大型电站/风场 15-25nm100m 高陡峭海岸线 10-20nm稠密城市海岸线 6-12nm覆盖森林的 250m 斜坡海岸线 4-8nm低矮郊区海岸线 4-8nm大型集装箱船 7-14nm小于 50m 的低矮海岸线，浓密植被 3-6nm小岛 2-4nm中型汽艇 1-2nm 带角反射器的航标 1-2nm小型汽艇或游船 0.5-1.5nm无角反射器的小型

3、浮标 0.25-0.5nm皮划艇 300-800ft鸟群 160-500ft2、量程50m24nm, 17 档可调3、功耗工作：19W 13.8Vdc待机： 2W 13.8Vdc150ma4、电源9V31.2V 直流5、使用环境工作温度：-25+55 相对湿度：+35 ，95RH防水：IPX6相对风速：51m/s(最大 100 节)五、 组成原理1、收发系统组成D D S倍频器P Afh上变频器L N AI F A差拍中频输出混频器发天线收天线图 2.收发系统原理框图2、信号处理系统组成A / D F F T积累 检测差拍中频检测视频图 3.信号处理原理框图六、 关键指标分析论证1、A/D 采

4、样率与采样位数雷达最大量程 24nm，回波最大延迟：max82415296.330dt s最大差拍频率：maxmax75296.318.5210bdFft MHzT应选择 A/D 采样频率 fs2f bmax， 实际可选：fs=40MHz。采样位数选 16 位，对应动态范围 96dB。2、距离分辨率（1） 、理论分辨率发射波形扫频带宽 F=75MHz，理想距离分辨率为：80 63102275CRmF对自差式 FMCW 雷达，当目标回波延时 td，有效带宽降为：(1)dmtT式中 Tm 为调制时宽。实际目标距离分辨率为： 2(1)dmCRtFT从上式可以看出，FMCW 雷达在不同的探测距离上有不

5、同的距离分辨率。距离越远，分辨率越差。取 Tm=1.2ms,最小和最大量程的距离分辨率为：量程=50m, 距离分辨率 R2m量程=24nm, 距离分辨率 R2.66m以上给出的是距离分辨率的理论计算值，实际距离分辨率还与信号处理（主要是 FFT）的频率分辨精度等因数有关。（2） 、相干处理时间间隔对分辨率的影响最大量程时的可用相干处理时间间隔：1200 - 296.32 = 903.68s可用采样点数：903.68 40 = 36147为了便于 FFT 处理，若实际采样点数选 32768。对应的频率分辨率：f = 1221 Hz该频率分辨率对距离分辨率的限制为： 3861.2012.93047

6、5mTCfR mF 该值大于理论距离分辨率，是实际能达到的距离分辨率。小量程时，差拍频率小，与大量程相比可获得更长的相干处理时间，FFT 频率分辨率对雷达距离分辨率的影响可得到一定程度的改善。比如，50m 量程时，最大回波延时 0.33s，可用相干处理时间间隔为：1200 - 0.33 = 1199.67s频率分辨率：f = 833.56 Hz该频率分辨率对距离分辨率的限制为：3861.2013.52.0575mTCfR mF 因而，FFT 频率分辨率对雷达距离分辨率的影响可忽略。但前提是相干处理时间必须用足。按 40MHz 采样率，50m 量程下的可用样点为 47986。实际处理时，可通过补

7、零将序列长度延长至 65536 再进行 FFT。如此长序列的 FFT 在处理时必须保证有足够的处理动态，否则将产生严重的弱小目标损失。（3） 、FFT 加窗对分辨率的影响信号处理时，若对经 A/D 变换后的回波差拍信号直接进行 FFT，频谱旁瓣仅为-13dB，在密集目标环境下，大目标的旁瓣谱线可能远高于邻近小目标的主瓣谱线，从而严重干扰小目标的检测和分辨。为了克服这一问题，一般采用加窗处理的方法压低旁瓣。但加窗处理的负作用是引起频谱主瓣的展宽，使雷达分辨率下降。比如，采用 Hamming 窗函数进行加权，旁瓣可压低至-40dB，但主瓣展宽了一倍，雷达的距离分辨率对应下降了一倍。3、信号处理损失

8、FMCW 雷达通过 FFT 分析差拍频率算出目标距离，FFT 具有所谓的“栅栏效应” ，其输出的频谱是离散的，谱线的间隔 f 等于相干处理时间的倒数，当差拍回波谱正好等于 f 的整数倍时，幅度最大，无损失。而当差拍回波谱位于 FFT 的两根谱线之间时，即：/2(0,12.,1)bfnf nN谱强度下降了 0.637 倍，即信号损失 3.92dB。4、测距精度线性调频连续波雷达的测距精度取决于信号调频的线性度、测频精度及目标运动引起的距离多普勒耦合等因素。（1） 、线性度的影响采用 DDS 产生 LFMCW 信号的设计方案，可获得较理想的线性度，其对测距精度的影响可不予考虑。（2） 、测频精度的

9、影响差拍频率测量采用 FFT 方法时，其“栅栏效应”将带来测频误差，最大测频误差发生在差拍频率位于 FFT 两根谱线之间时：/2f对应的测距误差：2mTCfRF按照前述参数，小量程的误差为 1m，大量程误差为 1.465m。（3） 、距离多普勒耦合的影响当目标有径向运动速度 vr时，其回波频率将产生多普勒频移：2rdf该频率将直接折合到差拍频率中去，引起的测距误差为：2mdTCfRF比如，以 30 节速度运动的目标，误差为 2.31m。距离多普勒耦合的影响可采用三角波调频的 FMCW 波形，在信号处理时对该误差进行补偿。若采用锯齿波调频，该误差将直接加到系统总误差中去。系统总测距误差为：22(

10、)()RR5、灵敏度频率控制（SFC）在脉冲雷达中一般采用灵敏度时间控制（STC）电路压制近距离强回波，实现合理的信号动态范围控制。FMCW 雷达同样面临压缩动态范围的问题，FMCW 雷达的近距离强回波除了干扰目标的观察和检测，还会使中频电路过载，中频过载引起的交调会产生多个虚假目标，增加雷达的虚警率。因而，在 FMCW 雷达中对近距离强回波进行压制对保证探测性能显得尤为重要。FMCW 雷达的近距离回波处于差拍中频的低端，远距离回波位于差拍中频的高端，所以要压缩信号的动态，必须压低差拍中频低频段的增益，同时保证在高频段有足够的增益放大小信号，即实现所谓的灵敏度频率控制（SFC） 。SFC 电路的频率响应曲线应随频率增加而上升，其上升斜率在每倍频程+6dB+12dB 之间，其控制曲线可随 “海浪抑制”操作旋钮的变化而变化。为了取得比较好的效果，SFC 电路应放在紧接混频器之后的位置，非常近距离的超大目标回波的抑制靠交流耦合电路实现。