一种侧向两波束车载多普勒测速雷达设备制造技术

本发明专利技术涉及一种侧向两波束多普勒测速雷达设备，主要解决现有技术不能同时进行车辆前向速度和侧向速度测量及测量精度低的问题。其包括：天线(1)、收发机(2)、信号处理单元(3)、电源组件(4)。收发机产生K波段连续波信号进入发射天线，发射天线对地辐射产生带有多普勒频移的回波信号，接收天线接收到回波信号后进入收发机进行放大和正交混频，输出正交的多普勒频移信号；信号处理单元对多普勒频移信号进行采样，通过频率跟踪算法解算多普勒频移并结合波束指向角度信息，计算出雷达前向速度和侧向速度。本发明专利技术消除了车辆振动颠簸引起的随机误差，减小了测速均值误差，避免了累积误差，可用于测量车辆相对于地面的前向速度及侧向速度。于测量车辆相对于地面的前向速度及侧向速度。于测量车辆相对于地面的前向速度及侧向速度。

【技术实现步骤摘要】
一种侧向两波束车载多普勒测速雷达设备


[0001]本专利技术属于雷达
，特别涉及一种多普勒测速雷达，可用于测量车辆相对于地面的前向速度及侧向速度。

技术介绍

[0002]常见的车载测速设备主要为里程计，里程计借用车辆轮胎的转动圈数直接测量车辆在地面上行驶的路程和速度，属于机械式测速。一般里程计装在车辆的传动轴上，车辆行驶时会驱动里程计进行圈数计数，结合车辆的直径参数就可以得出精确的速度和路程信息。但在车辆打滑，车轮空转，横向漂移等情况时，无法精确测量实时速度，也无法提供侧向速度数据，且里程计还面临车轮磨损，胎压变化的问题。
[0003]多普勒测速雷达通过多普勒效应，以非接触式测量方式可以测出载体自身相对于地面的速度，解决里程计测速时出现的打滑、横向漂移状况下的测速问题及车轮磨损及胎压变化出现的积累误差。
[0004]现有的车载多普勒测速雷达设备包括：汽车防撞雷达、列车测速雷达。其中：
[0005]车载防撞雷达，用于测试载体与障碍物的相对位置信息及相对速度信息，对速度精度要求不高，大多数采用一发多收天线体制，雷达使用线性调频模式以获取多目标的速度及距离信息。该雷达特点是多目标监测，关注的重点是目标与载体的相对位置信息和距离信息而非载体相对地面的速度信息，因此无法获取载体对地面的高精度速度信息。
[0006]列车测速雷达，用于测量列车在固定轨道上行驶的前向速度，其采用固定单波束天线对轨道辐射以获取多普勒频，通过匹配轨道强反射目标算法获取速度信息。由于该模式采用单波束，波束照射方向沿列车运行方向，无法解算出侧向速度。同时车辆颠簸引起的垂直速度会叠加到前向速度，引入测速误差，导致测量误差大。
[0007]上述两种雷达测速精度相对低，均不适用于安装在车辆上，不能满足对汽车相对于地面的前向速度和侧向速度进行测量的要求。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的针对上述现有技术的不足，提出一种侧向两波束车载多普勒测速雷达设备，以实现在复杂环境下雷达对地面前向速度和侧向速度的测量。
[0009]为实现上述目的，本专利技术的侧向两波束车载多普勒测速雷达设备，包括天线、收发机、信号处理单元和电源组件，电源组件分别与收发机、信号处理单元连接，其特征在于：
[0010]所述天线，设为收、发两个天线，每个天线有两个馈电端，通过向不同馈电端施加信号实现前向发射波束、后向发射波束、前向接收波束、后向接收波束的切换；
[0011]所述收发机，用于产生K波段低相位噪声连续波信号，通过发射波束选择开关两个射频输出端输出，分别连接发射天线的两个馈电端，产生不同指向的对地辐射信号，并经地面反射后产生带有多普勒频移的回波信号；接收天线接收相应指向回波信号后，由接收天线相应两个馈电端输出，经接收波束选择开关两个射频输入端进入收发机，依次经过低噪
声放大和零中频正交混频，输出两路正交的多普勒频移信号给信号处理单元；
[0012]所述信号处理单元，用于对两路正交的多普勒频移信号依次进行FFT变换、匹配滤波和解算，得出多普勒频移值，并依据该多普勒频移和天线波束指向角解算出当前载体前向和侧向的速度值，同时对收发机的收发时序和波束切换时序进行控制。
[0013]进一步，天线前向波束与后向波束在天线H面两侧对称分布，E面天线波束指向角α为16
°
～24
°
，波瓣宽度≤4
°
；该天线前向波束与后向波束在天线E面同侧分布，H面天线天线波束指向角β为10
°
～12
°
，波瓣宽度≤6
°
。
[0014]进一步，所述发射天线的两个馈电端分别为发射前向波束馈电端I
11
和发射后向波束馈电端I
12
，该发射前向波束馈电端I
11
与收发机的第一射频输出端O
21
连接，该发射后向波束馈电端I
12
与收发机的第二射频输出端O
22
连接；所述接收天线的两个馈电端分别为接收前向波束馈电端O
11
和接收后向波束馈电端O
12
，该接收前向波束馈电端O
11
与收发机的第一射频输入端I
21
连接，该接收后向波束馈电端O
12
与收发机的第二射频输入端I
22
连接。
[0015]进一步，所述的收发机包括：100MHz温补晶振、锁相源、功分器、发射波束选择开关、接收波束选择开关、低噪声放大器、正交混频电路、电源处理功能电路；温补晶振产生100MHz基准信号，进入锁相源进行倍频锁相，以产生24.2GHz低相位噪声发射信号和锁相指示电压，并由锁相指示端O
25
输出；发射信号经功分器后一路通过发射波束选择开关分别由第一射频输出端O
21
和第二射频输出端O
22
输出，另一路作为正交混频的本振进入正交混频电路；雷达回波经第一射频输入端I
21
和第二射频输入端I
22
进入收发机接收波束选择开关，经低噪声放大器和正交混频电路，产生正交的I、Q两路信号。
[0016]进一步，所述信号处理单元包括：A/D采样电路、ARM微控制器和RS422接口电路，A/D采样电路对输入的两路I和Q信号进行数字采样，并将采样数据送入ARM微控制器，ARM微控制器对该数据进行FFT和匹配滤波，解算出多普勒频移值，并依据该频移和当前控制的波束状态及相应波束角度信息，计算出当前载体前向速度V
X
和侧向速度V
Y
，将该数据通过RS422接口电路送外部上位机，同时ARM微控制器接收外部上位机指令完成雷达自检、波束控制和电源控制。
[0017]该信号处理单元设有三个输出端，分别为时序控制输出端O
31
、422串口输出端O
32
、电源控制输出端O
33
，该时序控制出端O
31
与收发机时序控制输入端I
23
连接，该422串口输出端O
32
与外部的上位机连接，该电源控制输出端O
33
与电源组件连接第二输入端I
42
。；所述信号处理单元设有四个输入端，分别为I路中频输入端I
31
、Q路中频输入端I
32
，电源输入端I
33
，锁相指示输入端I
34
，该I路中频输入端I
31
与收发机I路中频输出端O
23
连接，该Q路中频输入端I
32
与收发机Q路中频输出端O
24
连接，该电源输入端I
33
与电源组件第二输出端O
42
连接，该锁相指示输入端I
34
与收发机锁相指示输出端O
25
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种侧向两波束车载多普勒测速雷达设备，包括天线(1)、收发机(2)、信号处理单元(3)和电源组件(4)，电源组件(4)分别与收发机(2)、信号处理单元(3)连接，其特征在于：所述天线，设为收发两个天线，每个天线有两个馈电端，通过向不同馈电端施加信号实现前向发射波束、后向发射波束、前向接收波束、后向接收波束的切换；所述收发机，用于产生K波段低相位噪声连续波信号，通过发射波束选择开关两个射频输出端输出，分别连接发射天线的两个馈电端，产生不同指向的对地辐射信号，并经地面反射后产生带有多普勒频移的回波信号；接收天线接收相应指向回波信号后，由接收天线相应两个馈电端输出，经接收波束选择开关两个射频输入端进入收发机，依次经过低噪声放大和零中频正交混频，输出两路正交的多普勒频移信号给信号处理单元；所述信号处理单元，用于对两路正交的多普勒频移信号依次进行FFT变换、匹配滤波和解算，得出多普勒频移值，并依据该多普勒频移值和天线波束指向角解算出当前载体前向和侧向的速度值，同时对收发机的收发时序和波束切换时序进行控制。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：发射天线的两个馈电端分别为发射前向波束馈电端I
11
和发射后向波束馈电端I
12
，该发射前向波束馈电端I
11
与收发机的第一射频输出端O
21
连接，该发射后向波束馈电端I
12
与收发机的第二射频输出端O
22
连接；接收天线的两个馈电端分别为接收前向波束馈电端O
11
和接收后向波束馈电端O
12
，该接收前向波束馈电端O
11
与收发机的第一射频输入端I
21
连接，该接收后向波束馈电端O
12
与收发机的第二射频输入端I
22
连接。3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述信号处理单元设有三个输出端，分别为时序控制输出端O
31
、422串口输出端O
32
、电源控制输出端O
33
，该时序控制出端O
31
与收发机时序控制输入端I
23
连接，该422串口输出端O
32
与外部的上位机连接，该电源控制输出端O
33
与电源组件连接第二输入端I
42
。4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述信号处理单元设有四个输入端，分别为I路中频输入端I
31
、Q路中频输入端I
32
，电源输入端I
33
，锁相指示输入端I
34
，该I路中频输入端I
31
与收发机I路中频输出端O
23
连接，该Q路中频输入端I
32
与收发机Q路中频输出端O
24
连接，该电源输入端I
33
与电源组件第二输出端O
42
连接，该锁相指示输入端I
...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈波，刘杰，赵路，何熙，高少晨，徐璐，吕书恒，
申请(专利权)人：陕西长岭电子科技有限责任公司，
类型：新型
国别省市：