一种低成本微型测距雷达的设计

0 引言

　　随着电子技术的飞速发展，雷达技术也得到了长足的进步。雷达是以军事目的发展起来的，在当今主基调为和平与发展的年代，雷达技术越来越多地向民用方面转移。像我国普遍用于交通方面的测速雷达，正在飞速发展的汽车防撞雷达等。随着成本的不断降低，雷达在民用方面的用途会越来越广泛。

　　雷达进行测距，与激光测距相比，不受气候条件限制，距离远，精度高。本文将主要叙述微型测距雷达的原理及组成。

　　微型测距雷达主要用于以下几个方面：

　　(1)导弹和炮弹的微波引信；

　　(2)汽车前视防撞雷达；

　　(3)堆积物和小山头的高度测量；

　　(4)高速公路及城市道路的机动车流量测量；

　　(5)建筑行业的楼层测量；

　　(6)罐装液面高度测量；

　　(7)其他要求精确近距离测量的地方。

1 微型测距雷达的原理及组成

　　1．1 测距方法

　　通常雷达测距的方法有三种：脉冲法测距；调频连续波法测距；相位法测距。常用的为前两种。脉冲法测距分辨率要达到距离精度1 m以下，脉冲宽度必须小于6．67 ns，即使当今脉冲雷达普遍采用脉冲压缩的情况下，精度要做到厘米级是相当困难的，何况是以增大接收机带宽，降低接收灵敏度为代价，电路上也难以实现。因而对于较精确的距离测量，一般都采用调频连续波测距的方法。

　　调频连续波测距有三角波调制和正弦波调制两种，这里选择三角波调制。

　　在三角波调制中，测距公式为：

　　式中：R为距离；c为光速；为三角波正向发射频率与接收频率之差，fb-为三角波负向发射频率与接收频率之差；f为三角波调制频率；△fm为受调制的发射频率最大频偏的二分之一。

　　三角波调制频率的选择与距离分辨率有关。假如选择f=200 Hz，△fm=100 MHz，而此时测出的频率fbav为50 kHz，则可以计算出R≈ 93．750 0 m；如果测出的频率fbav=50．001 kHz，R=93．751 8 m，二者之差为1．8 mm，即每1 Hz代表1．8 mm的距离。提高调制频率f的值，分辨率还可以增加。假如f=1 000 Hz，其他参数不变，同样测出的频率fbav=50 kHz，R=18．750 O m；fbav=50．001 kHz，R=18．750 4 m，相差0．4 mm，每1 Hz代表O．4 mm的距离。

　　如果是运动目标，根据测速公式：

　　求出运动目标的速度。式中V为目标的径向速度，λ为发射微波的波长。当然，固定目标的fb+与fb-的值相等。

　　1．2 组成

　　根据三角波调制的雷达原理，首先必须有一个微波头，微波头可在测速微波头的基础上，将体效应振荡器加一个变容管改为压控式振荡，直接混频。同时还需要一个三角波发生器。为了修正压控振荡器的非线性，使之频率线性变化，必须进行非线性修正。

　　为了增强效果，可采用模拟滤波器组进行积累处理。当然也可以通过高速A／D采样后将模拟信号变为数字信号用DSP进行数字信号处理，不过成本较高。

　　和工控机、PC104模块相比，采用单片机控制电路比较简单，且成本较低，由于没有复杂的运算，速度完全能够满足要求。

　　这个设计功耗较小，用电池就可满足电源供给要求。

　　微型测距雷达的组成框图如图1所示。