一種微型測距雷達(dá)的原理及組成

1 微型測距雷達(dá)的原理及組成

　　1.1 測距方法

　　通常雷達(dá)測距的方法有三種：脈沖法測距;調(diào)頻連續(xù)波法測距;相位法測距。常用的為前兩種。脈沖法測距分辨率要達(dá)到距離精度1m以下，脈沖寬度必須小于6.67ns，即使當(dāng)今脈沖雷達(dá)普遍采用脈沖壓縮的情況下，精度要做到厘米級是相當(dāng)困難的，何況是以增大接收機(jī)帶寬，降低接收靈敏度為代價，電路上也難以實(shí)現(xiàn)。因而對于較精確的距離測量，一般都采用調(diào)頻連續(xù)波測距的方法。

　　調(diào)頻連續(xù)波測距有三角波調(diào)制和正弦波調(diào)制兩種，這里選擇三角波調(diào)制。

　　在三角波調(diào)制中，測距公式為：

　　式中：R為距離;c為光速;

　　為三角波正向發(fā)射頻率與接收頻率之差，fb-為三角波負(fù)向發(fā)射頻率與接收頻率之差;f為三角波調(diào)制頻率;△fm為受調(diào)制的發(fā)射頻率最大頻偏的二分之一。

　　三角波調(diào)制頻率的選擇與距離分辨率有關(guān)。假如選擇f=200Hz，△fm=100MHz，而此時測出的頻率fbav為50kHz，則可以計(jì)算出R≈93.7500m;如果測出的頻率fbav=50.001kHz，R=93.7518m，二者之差為1.8mm，即每1Hz代表1.8mm的距離。提高調(diào)制頻率f的值，分辨率還可以增加。假如f=1000Hz，其他參數(shù)不變，同樣測出的頻率fbav=50kHz，R=18.750Om;fbav=50.001kHz，R=18.7504m，相差0.4mm，每1Hz代表O.4mm的距離。

　　如果是運(yùn)動目標(biāo)，根據(jù)測速公式：

　　求出運(yùn)動目標(biāo)的速度。式中V為目標(biāo)的徑向速度，λ為發(fā)射微波的波長。當(dāng)然，固定目標(biāo)的fb+與fb-的值相等。

　　1.2 組成

　　根據(jù)三角波調(diào)制的雷達(dá)原理，首先必須有一個微波頭，微波頭可在測速微波頭的基礎(chǔ)上，將體效應(yīng)振蕩器加一個變?nèi)莨芨臑閴嚎厥秸袷?，直接混頻。同時還需要一個三角波發(fā)生器。為了修正壓控振蕩器的非線性，使之頻率線性變化，必須進(jìn)行非線性修正。

　　為了增強(qiáng)效果，可采用模擬濾波器組進(jìn)行積累處理。當(dāng)然也可以通過高速A/D采樣后將模擬信號變?yōu)閿?shù)字信號用DSP進(jìn)行數(shù)字信號處理，不過成本較高。

　　和工控機(jī)、PC104模塊相比，采用單片機(jī)控制電路比較簡單，且成本較低，由于沒有復(fù)雜的運(yùn)算，速度完全能夠滿足要求。

　　這個設(shè)計(jì)功耗較小，用電池就可滿足電源供給要求。

　　微型測距雷達(dá)的組成框圖如圖1所示。

　　1.3 工作原理

　　三角波調(diào)制頻率選200Hz，D/A選擇12位，ROM為16位數(shù)據(jù)輸出，12位數(shù)據(jù)作為D/A的輸入;一位作為三角波正斜率和負(fù)斜率變化時的脈沖輸出，正斜率為“1”，負(fù)斜率為“0”;另一位作為一個三角波周期間的過零信號，送單片機(jī)的中斷INT0，當(dāng)三角波正負(fù)斜率變化時，輸出脈沖信號。單片機(jī)產(chǎn)生過零中斷后，判斷正負(fù)信號，為“1”，得到的是fb+;為“O”，得到的是fb-。

　　微型測距雷達(dá)工作時，單片機(jī)控制窄帶濾波器不斷的進(jìn)行掃描，當(dāng)某一個濾波器有信號時，由可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路組成的信號檢測電路輸出由“0”變?yōu)椤?”，單片機(jī)根據(jù)輸出的窄帶濾波器獲得帶內(nèi)頻率，判斷出精度不太高的距離范圍，利用放大整形輸出進(jìn)行計(jì)數(shù)或測量脈沖的周期，獲得足夠精確的頻率值，即為準(zhǔn)確距離。根據(jù)公式計(jì)算出R和V送顯示器予以顯示，或通過RS232串口送上一級的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。