低成本微型测距雷达设计

　　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，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1m以下，脉冲宽度必须小于6.67ns,即使当今脉冲雷达普遍采用脉冲压缩的情况下，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=200Hz，△fm=100MHz，而此时测出的频率fbav为50kHz，则可以计算出R≈93.7500m;如果测出的频率fbav=50.001kHz，R=93.7518m，二者之差为1.8mm，即每1Hz代表1.8mm的距离。提高调制频率f的值，分辨率还可以增加。假如f=1000Hz，其他参数不变，同样测出的频率fbav=50kHz，R=18.750Om;fbav=50.001kHz，R=18.7504m，相差0.4mm，每1Hz代表O.4mm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。
 

　　1.3 工作原理
　　三角波调制频率选200Hz，D/A选择12位，ROM为16位数据输出，12位数据作为D/A的输入;一位作为三角波正斜率和负斜率变化时的脉冲输出，正斜率为“1”，负斜率为“0”;另一位作为一个三角波周期间的过零信号，送单片机的中断INT0，当三角波正负斜率变化时，输出脉冲信号。单片机产生过零中断后，判断正负信号，为“1”，得到的是fb+;为“O”，得到的是fb-。
　　微型测距雷达工作时，单片机控制窄带滤波器不断的进行扫描，当某一个滤波器有信号时，由可重触发单稳态电路组成的信号检测电路输出由“0”变为“1”，单片机根据输出的窄带滤波器获得带内频率，判断出不太高的距离范围，利用放大整形输出进行计数或测量脉冲的周期，获得足够的频率值，即为准确距离。根据公式计算出R和V送显示器予以显示，或通过RS232串口送上的计算机系统。

　　2 结语

　　微型测距雷达经实验在原理上是行得通的，但距离较近，实际测试后发现微波头采用直接混频方式输出灵敏度较低。下一步改进需要增加一个中频，放大后解调，再进行视频放大。对于要求测距更远的雷达，可通过增加发射功率，增大天线面积的方法。当功率较大时，考虑到连续波雷达泄露的影响，需要将发射天线与接收天线分开。对于更近距离的测量，例如小于2~3 m,可采用超声波测量。微型测距雷达的用途非常广阔，今后必将大量用于民用的许多领域。