基于时间调制技术的调频连续波探测系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于时间调制技术的调频连续波探测系统及方法，调频连续波信号发生模块连接射频功率分配网络输入端口；射频功率分配网络输出端口一与功率放大器；功率放大器与发射天线连接；接收天线阵列与时间调制模块连接；时间调制模块与功率合路器连接；功率合路器与低噪声放大器连接；低噪声放大器与混频器射频输入端口连接；混频器输出端口与低通滤波器连接；低通滤波器与模数转换器连接；模数转换器与数字信号处理模块连接；混频器本振输入端口连接射频功率分配网络的输出端口二；数字控制模块与时间调制模块连接。本发明专利技术具有单通道、成本低、结构简单的特点，适用于小型化的、汽车防撞雷达、无人驾驶汽车探测系统等平台。

【技术实现步骤摘要】
基于时间调制技术的调频连续波探测系统及方法
本专利技术涉及天线工程
，具体地，涉及一种基于时间调制技术的调频连续波探测系统及方法，更为具体地，实现对目标进行测距、测速和测向。
技术介绍
相比于脉冲雷达，调频连续波雷达由于其收发隔离的问题，其理论和应用在初期没有得到广泛的重视。随着技术的发展，雷达越来越多地应用到民用领域，如汽车雷达等。这时，调频连续波雷达结构紧凑、成本低的优点就突显出来了。传统调频连续波雷达的测向功能多使用多通道系统，每个天线需要一个单独的接收通道。这种系统模型实时性好，但是结构复杂，硬件成本高。单通道调频连续波雷达体制，可以有效地降低雷达系统成本。单通道系统在静止目标的探测上和多通道系统几乎没有区别，但是在动目标的探测上则会出现目标运动所引起的速度-方位耦合问题。该问题是由于相邻阵元接收到的目标运动所导致的相位差与目标方位固有相位差相耦合，带来测向误差，导致错误的角度估计，这一问题已经成为单通道雷达探测领域的关键问题。专利文献CN103176181A(申请号：201110431013.0)公开了一种调频连本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于时间调制技术的调频连续波探测系统，其特征在于，包括：信号发射模块和信号接收模块；/n所述信号发射模块包括调频连续波信号发生模块(1)、射频功率分配网络(2)、功率放大器(3)和发射天线(4)；/n所述信号接收模块包括接收天线阵列(5)、时间调制模块(6)、功率合路器(7)、低噪声放大器(8)、混频器(9)、低通滤波器(10)、模数转换器(11)、数字信号处理模块(12)和数字控制模块(13)；/n所述调频连续波信号发生模块(1)连接所述射频功率分配网络(2)输入端口；所述射频功率分配网络(2)输出端口一与所述功率放大器(3)；所述功率放大器(3)与所述发射天线(4)连接；/n所述接...

【技术特征摘要】
1.一种基于时间调制技术的调频连续波探测系统，其特征在于，包括：信号发射模块和信号接收模块；
所述信号发射模块包括调频连续波信号发生模块(1)、射频功率分配网络(2)、功率放大器(3)和发射天线(4)；
所述信号接收模块包括接收天线阵列(5)、时间调制模块(6)、功率合路器(7)、低噪声放大器(8)、混频器(9)、低通滤波器(10)、模数转换器(11)、数字信号处理模块(12)和数字控制模块(13)；
所述调频连续波信号发生模块(1)连接所述射频功率分配网络(2)输入端口；所述射频功率分配网络(2)输出端口一与所述功率放大器(3)；所述功率放大器(3)与所述发射天线(4)连接；
所述接收天线阵列(5)与所述时间调制模块(6)连接；所述时间调制模块(6)与所述功率合路器(7)连接；所述功率合路器(7)与所述低噪声放大器(8)连接；所述低噪声放大器(8)与所述混频器(9)射频输入端口连接；所述混频器(9)输出端口与所述低通滤波器(10)连接；所述低通滤波器(10)与所述模数转换器(11)连接；所述模数转换器(11)与所述数字信号处理模块(12)连接；所述混频器(9)本振输入端口连接所述射频功率分配网络(2)的输出端口二；所述数字控制模块(13)与所述时间调制模块(6)连接。


2.根据权利要求1所述的基于时间调制技术的调频连续波探测系统，其特征在于，所述信号发射模块包括：
调频连续波信号发生模块(1)产生调频连续波信号经过所述射频功率分配网络(2)将信号能量等分，再经过功率放大器(3)将信号能量放大后，通过所述发射天线(4)将信号辐射向空间。


3.根据权利要求1所述的基于时间调制技术的调频连续波探测系统，其特征在于，所述信号接收模块包括：
当发射天线(4)发出的信号到达目标处，目标处对发射的信号产生反射形成回波信号；所述接收天线阵列(5)接收回波信号，所述时间调制模块(6)对回波信号进行周期性调制，调制后的信号依次经过所述功率合路器(7)、所述低噪声放大器(8)所述混频器(9)下变频去斜后，通过所述低通滤波器(10)和所述模数转换器(11)对转换为数字信号；将数字信号输入所述数字信号处理模块(12)实现目标距离、速度和方向信息的计算。


4.根据权利要求1所述的基于时间调制技术的调频连续波探测系统，其特征在于，所述数字控制模块(13)控制所述时间调制模块(6)调制时序进行周期性调制。


5.根据权利要求1所述的基于时间调制技术的调频连续波探测系统，其特征在于，所述接收天线阵列(5)包括多个天线阵列单元。


6.根据权利要求3所述的基于时间调制技术的调频连续波探测系统，其特征在于，所述利用数字信号处理模块(12)实现目标距离、速度和方向信息的计算包括：
所述目标距离包括：



速度计算包括：



其中，r为目标距探测系统距离；v为目标速度；f0为射信号载波频率；c为光在真空中速度；μ＝B/T为调频连续波信号调频斜率，B为信号带宽，T为信号上升沿或下降沿时长；Δfup为调频连续波上升沿信号混频后频率差；Δfdown为调频连续波下降沿信号混频后频率差；
其中，Δfup和Δfdown通过在谐波重构频谱Ψ(f)查找相应的功率峰值点得到，Ψ(f)表示为：



其中，fp为调制频率，Φk为调制信号频谱在[0，fp/2]上的映射；k表示第k个谐波所映射的Φk函数；



其中，Y(f)为接收端调频连续波信号经过时间调制和混频后信号的频谱；Q表示自然数；
所述方向信息的计算公式如下：



其中，Ri(θ)为第i区域内不同谐波信号能量比例关系，Ri(θ)与当前区域内覆盖的不同角度值一一对应；AFi，L(θ)和AFi，R(θ)分别为第i区域内左侧谐波和右侧谐波方向图增益，θi，floor和θi，upper分别为第i区域的角度下限和上限。


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【专利技术属性】
技术研发人员：陈靖峰，贺冲，郭家瑞，金荣洪，朱卫仁，梁仙灵，耿军平，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31