一种基于带通天线的线性调频连续波测距雷达及方法技术

本发明专利技术公开了一种基于带通天线的线性调频连续波测距雷达及方法。该测距雷达包括线性调频信号产生单元、高频本地振荡器、上变频器、带通天线和雷达接收机混频器。方法为：由线性调频信号产生单元产生线性调频信号，通过高频本地振荡器产生的高频信号将线性调频信号上变频到高频段，一部分通过带通天线滤波后，筛选出上边带线性调频信号成为雷达发射信号，雷达发射信号遇到目标后返回雷达成为回波信号；另一部分送入雷达接收机混频器，与雷达回波信号相混频，输出测距信号；通过测量测距信号中频率最低部分的信号频率，计算出目标的距离信息。本发明专利技术具有结构简单、造价低、容易实现的优点。

A Linear Frequency Modulated Continuous Wave Ranging Radar Based on Bandpass Antenna and Its Method

The invention discloses a linear frequency modulated continuous wave ranging radar based on a bandpass antenna and a method thereof. The ranging radar includes a linear frequency modulation signal generating unit, a high frequency local oscillator, an up-converter, a band-pass antenna and a radar receiver mixer. The method is as follows: the LFM signal is generated by the LFM signal generating unit, and the LFM signal is up-converted to the high frequency band by the high frequency local oscillator. After filtering by the band-pass antenna, the upper-sideband LFM signal is screened out to be the radar transmitting signal, and the radar transmitting signal returns to the radar to be the echo signal when it meets the target; the other part is sent back to the radar. The radar receiver mixer is used to mix with the radar echo signal and output the ranging signal. The range information of the target is calculated by measuring the signal frequency of the lowest part of the ranging signal. The invention has the advantages of simple structure, low cost and easy realization.

【技术实现步骤摘要】
一种基于带通天线的线性调频连续波测距雷达及方法
本专利技术涉及调频连续波测距雷达
，特别是一种基于带通天线的线性调频连续波测距雷达及方法。
技术介绍
调频连续波雷达广泛的应用于中、短作用距离的精密距离测量领域。现有的调频连续波测距雷达结构分别为采用2副天线的结构如图1所示，和采用1副天线的结构如图2所示，由一个低频的信号源如压控振荡器(VoltageControlledOscillator,VCO)或者直接数字信号合成器(DirectDigitalSynthesizer,DDS)产生线性调频信号，通过一个高频的本振信号(LocalOscillator,LO)将此线性调频信号上变频(Up-convert)到微波或毫米波波段，产生上边带信号和下边带信号。然后用高频带通滤波器(Filter)筛选出上边带信号，其中一部分送到天线(Antenna)用于发射，另一部分送到雷达接收机作为雷达接收机混频器(Mixer)的参考信号，即发射的信号和送到接收机作为参考的信号均为滤波之后的上边带信号，其频谱均为图5中的第四信号频谱。若针对某个特定的应用场合发射功率不够，可以在滤波器之后加选功率放大器(PowerAmplifier,PA)，也可在接收机部分加选低噪声放大器(LowNoiseAmplifier,LNA)。被目标反射回雷达接收机的雷达回波信号经过时间延迟，导致回波信号的频率和发射信号的频率产生频率差。由于发射的雷达信号频率随时间的变换呈线性变化，接收机混频器(Mixer)通过比较这两信号之间的频率差，根据发射信号的线性调频调制方式，可以测量得到接收信号和发射信号之间的延迟，从而通过延迟得到目标的距离。由于压控振荡器的频率通常在几个GHz数量级，高频本振的频率通常在十几至几十GHz数量级，这种经典结构的雷达由于需要在频率较高的微波/毫米波波段用带通滤波器筛选出上变频后的上边带信号，且同时要抑制相邻不远的下边带信号，因而需要雷达结构中包含一个具有强选择性的、带通滤波器，通常具有较大的设计难度且增加系统成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种结构简单、造价低、容易实现的基于带通天线的线性调频连续波测距雷达及方法。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于带通天线的调频连续波测距雷达，包括线性调频信号产生单元、高频本地振荡器LO、上变频器Up-converter、带通天线和雷达接收机混频器Mixer；所述线性调频信号产生单元，用于产生线性调频信号；所述高频本地振荡器LO，用于将线性调频信号通过上变频器Up-converter上变频到高频段，得到的上变频信号一部分输出至带通天线、另一部分输出至雷达接收机混频器Mixer作为参考信号；所述带通天线，用于发射雷达信号；所述雷达接收机混频器Mixer，通过比较参考信号和雷达回波信号之间的频率，计算出目标的距离。作为一种具体示例，所述带通天线应用于发射支路，对应的接收支路设置另外一个天线用于接收雷达信号。作为一种具体示例，所述带通天线数量为一个，该带通天线通过环流器Circulator接入发射支路与接收支路之间，实现发射雷达信号和接收雷达回波信号的功能。作为一种具体示例，所述线性调频信号产生单元为低频压控振荡器VCO或直接数字信号合成器DDS。作为一种具体示例，在发射支路采用功率放大器PA或者在接收支路选用低噪声放大器LNA，或者同时选用两者，用于增大雷达作用距离。作为一种具体示例，所述带通天线为驻波馈电的波导槽天线阵或微带贴片天线阵。一种基于带通天线的调频连续波测距方法，包括以下步骤：步骤1、线性调频信号产生单元产生线性调频信号即第一信号，第一信号的起始频率为f0，调频带宽为B；高频本地振荡器LO产生第二信号，第二信号的载频为f1，且f1>2f0+2B；第一信号、第二信号均接入上变频器Up-converter，将低频的第一信号上变频到高频段，成为同时包含上边带线性调频信号和下边带线性调频信号的第三信号；步骤2、第三信号的一部分通过带通天线滤波后，筛选出上边带线性调频信号成为雷达发射信号即第四信号，第四信号遇到目标后返回雷达，即回波为第五信号；步骤3、第三信号的另一部分即第六信号送入雷达接收机混频器Mixer，与目标反射回来的第五信号相混频，输出第七信号；步骤4、通过测量第七信号中频率最低部分的信号频率，根据线性调频连续波雷达的工作原理，得出目标的距离信息。作为一种具体示例，步骤2中所述带通天线的中心频率和带宽要求由第一信号和第二信号确定，中心频率为f0+f1+B/2，绝对带宽Δf满足B<Δf<2f0+B。本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：(1)采用带通天线天然的带通特性代替传统方案中的滤波器，降低了雷达系统的造价；(2)结构简单、小型化，容易实现，可用于大规模生产。附图说明图1是采用2副天线的传统雷达结构示意图。图2是采用1副天线的传统雷达结构示意图。图3是本专利技术基于带通天线的采用2副天线的调频连续波距离测量雷达的结构示意图。图4是本专利技术基于带通天线的采用1副天线的调频连续波距离测量雷达的结构示意图。图5是本专利技术实施例中第三、四、六、七信号的频谱结构示意图。图6是确定带通天线中心频率和带宽要求的频谱示意图。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。结合图3和图4，本专利技术提出一种基于带通天线的调频连续波测距雷达，包括线性调频信号产生单元、高频本地振荡器LO、上变频器Up-converter、带通天线和雷达接收机混频器Mixer；所述线性调频信号产生单元，用于产生线性调频信号；所述高频本地振荡器LO，用于将线性调频信号通过上变频器Up-converter上变频到高频段，得到的上变频信号一部分输出至带通天线、另一部分输出至雷达接收机混频器Mixer作为参考信号；所述带通天线，用于发射雷达信号；所述雷达接收机混频器Mixer，通过比较参考信号和雷达回波信号之间的频率，计算出目标的距离。作为一种具体示例，所述带通天线应用于发射支路，对应的接收支路设置另外一个天线用于接收雷达信号。作为一种具体示例，所述带通天线数量为一个，该带通天线通过环流器Circulator接入发射支路与接收支路之间，实现发射雷达信号和接收雷达回波信号的功能。作为一种具体示例，所述线性调频信号产生单元为低频压控振荡器VCO或直接数字信号合成器DDS。作为一种具体示例，在发射支路采用功率放大器PA或者在接收支路选用低噪声放大器LNA，或者同时选用两者，用于增大雷达作用距离。作为一种具体示例，所述带通天线为驻波馈电的波导槽天线阵或微带贴片天线阵。一种基于带通天线的调频连续波测距方法，包括以下步骤：步骤1、线性调频信号产生单元产生线性调频信号即第一信号，其起始频率为f0，调频(扫频)带宽为B；，高频本地振荡器LO产生第二信号，其载频为f1，且f1>2f0+2B；第一信号、第二信号均接入上变频器Up-converter，将低频的第一信号上变频到高频段，成为同时包含上边带线性调频信号和下边带线性调频信号的第三信号；步骤2、第三信号的一部分通过带通天线滤波后，筛选出上边带线性调频信号成为雷达发射信号即第四信号，第四信号遇到目标后返回雷达，即回波为第五信号；步骤3、第三信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于带通天线的调频连续波测距雷达，其特征在于，包括线性调频信号产生单元、高频本地振荡器LO、上变频器Up‑converter、带通天线和雷达接收机混频器Mixer；所述线性调频信号产生单元，用于产生线性调频信号；所述高频本地振荡器LO，用于将线性调频信号通过上变频器Up‑converter上变频到高频段，得到的上变频信号一部分输出至带通天线、另一部分输出至雷达接收机混频器Mixer作为参考信号；所述带通天线，用于发射雷达信号；所述雷达接收机混频器Mixer，通过比较参考信号和雷达回波信号之间的频率，计算出目标的距离。

【技术特征摘要】
1.一种基于带通天线的调频连续波测距雷达，其特征在于，包括线性调频信号产生单元、高频本地振荡器LO、上变频器Up-converter、带通天线和雷达接收机混频器Mixer；所述线性调频信号产生单元，用于产生线性调频信号；所述高频本地振荡器LO，用于将线性调频信号通过上变频器Up-converter上变频到高频段，得到的上变频信号一部分输出至带通天线、另一部分输出至雷达接收机混频器Mixer作为参考信号；所述带通天线，用于发射雷达信号；所述雷达接收机混频器Mixer，通过比较参考信号和雷达回波信号之间的频率，计算出目标的距离。2.根据权利要求1所述的基于带通天线的调频连续波测距雷达，其特征在于，所述带通天线应用于发射支路，对应的接收支路设置另外一个天线用于接收雷达信号。3.根据权利要求1所述的基于带通天线的调频连续波测距雷达，其特征在于，所述带通天线数量为一个，该带通天线通过环流器Circulator接入发射支路与接收支路之间，实现发射雷达信号和接收雷达回波信号的功能。4.根据权利要求1、2或3所述的基于带通天线的调频连续波测距雷达，其特征在于，所述线性调频信号产生单元为低频压控振荡器VCO或直接数字信号合成器DDS。5.根据权利要求1、2或3所述的基于带通天线的调频连续波测距雷达，其特征在于，在发射支路采用功率放大器PA或者在接收支路选用低噪...

【专利技术属性】
技术研发人员：李兆龙，盛亦军，吴维焘，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32