[发明专利]毫米波随机码调相调幅船用防撞雷达

说明书

技术领域

本发明涉及无线电波发射与接收探测目标方位、距离和速度的技术领域，具体是一种毫米 波随机码调相调幅船用防撞雷达。

背景技术

当前，海洋航运和内陆江河湖泊航运、渔业迅速发展，船只大量增多，港口、航道越来越 拥挤，常有船只超载、超速，尤其两船或多条船交汇时其惯性力冲击掀起大波浪，影响航向， 不易正确操纵，致使船只相互碰撞或撞击桥墩，严重时沉船，甚至桥梁塌陷。在遇暴风雨等恶 劣天气时引发事故概率更大。因此，海洋航运、渔业生产、江河湖泊航运应用雷达防撞保障航 行安全在迅速发展，迫切需要技术先进、功能完善的防撞雷达。从技术方面分析FM-CW调频连 续波防撞雷达局限于检测单一目标，调制信号仅用单一频率的周期信号作为检测标志，不能对 观察区域内所有目标同时无模糊测定距离和速度。相邻多个目标回波相互交调、串扰使得很难 分辨其检测数据，影响判断。脉冲PD雷达发射脉宽，遮挡回波信号的接收，存在距离盲区不能 近距检测防撞，缺少对多个可能碰撞目标检测和跟踪能力，船只密集的水域应用防撞雷达抗相 互干扰问题势必解决，随机信号连续波雷达虽有很高的抗干扰能力，有望高性能环境电磁兼容 EMC，但因连续波雷达天线发射能量辐射泄漏阻塞，影响检测回波接收信号，尤其弱小目标信号 难以检测。防撞预警雷达作用距离较近，要求船体所处的水面具有全方位安全航行防撞功能。 此外，简单显示器对相邻目标难以分辨，不能显示多个目标全景图像，相对位置、距离远近及 移动速度欠缺预警。现有防撞雷达缺少用传感器信号构成闭环控制的功能，缺少水域环境天线 自适应控制，缺少自动避障、减速和刹船的智能控制，能见度差或航行遇险情不能及时帮助司 机解危避免事故。

发明内容

本发明的目的是提供在同一水域相邻多艘船只航行互不干扰、共存运行，全方位检测所处 水域可能发生碰撞目标的毫米波随机码调相调幅船用防撞雷达。

本发明技术方案设有：环形器、中放、存储器RAM、数字信号处理器DSP、双口存储器 RAM、微控制器MCU、接口I/O、水面摄像传感器、本船速传感器、卫星定位传感器GPS、声光 报警器、图像显示器CRT、方向舵控制器、减速器、点火/熄灭控制器、键盘，还设有收/发两 用准光集成介质透镜天线阵列、波束开关、频率合成器、收/发开关T/R₁、T/R₂、T/R₃、宽带噪 声发生器、随机码发生器A、调相器、倍频与功放、随机码发生器B、调幅器、低噪声高放、分 谐波混频器、随机序列异步选通门、数字中频正交检波器、数字脉压相关器，天线装设在船顶 高位处，设成水平环形阵或环绕桅杆成圆环阵，DSP编码脉冲分配序列接入波束开关、CRT，全 方位循环扫描探测水面可能碰撞的目标，频率合成器可编程分频器预置端、数控振荡器数控 端、数字脉压相关器可变延迟线数控端分别经接口I/O与MCU相接，频率合成器输出f_C3接入 DSP为时钟信号，宽带噪声发生器噪声谱接入随机码发生器A、随机码发生器B，频率合成器输 出f_C1接入随机码发生器A为采样时钟信号，f_C2接入随机码发生器B为采样时钟信号，生成相 互独立的双随机码，随机码发生器A输出接入调相器、数字脉压相关器，随机码发生器B输出 随机序列接入调幅器，随机序列高电平逻辑“1”接入T/R₂、T/R₃，低电平逻辑“0”接入T/R₁、 随机序列异步选通门，收/发开关T/R₂、T/R₃分别接在倍频与功放的输入/输出端，调幅器串接 在倍频与功放直流电源端，T/R₁接在环形器输出至低噪声高放输入之间，随机序列异步选通门 接在中放输出至数字中频正交检波器输入之间，频率合成器输出f_N接入调相器为载频一半或四 分之一频率，调相射频经倍频与功放二或四倍频、功放为雷达载频f₀接至T/R₂、环形器馈入天 线阵列发射，频率合成器输出f_N接入分谐波混频器为二或四内在倍频本振信号f_L、频率合成器 输出f_i接入数字中频正交检波器为相干基准信号，f_C7为数字中频正交检波器模数转换器A/D 采样时钟信号，f_C8为数字中频正交检波器数字低通滤波器LPF时钟信号，f_C9为数字中频正交 检波器抽取器时钟信号，回波射频经天线阵列、波束开关、环形器、T/R₁、低噪声高放、分谐 波混频器、中放，在随机序列异步选通门选取再经数字中频正交检波器解调接入数字脉压相关 器，相关输出数据存入存储器RAM后接入DSP数据总线，DSP与MCU数据总线、地址总线、控 制线经双口存储器RAM汇接并提供仲裁信号，MCU输入/输出经接口I/O连接水面摄像传感器、 本船速传感器、卫星定位传感器GPS、声光报警器、CRT、方向舵控制器、减速器、点火/熄灭 控制器、键盘，DSP软件设计片内分组时分复用数据重排、动目标显示MTI、快速傅里叶变换 FFT、距离旁瓣抑制、恒虚警处理CFAR，MCU系统软件编程包括主程序和数据采集、数据处理、 对象控制子程序，中放检出自动增益控制电压经滤波、放大接入低噪声高放、中放自动增益 AGC控制端，频率合成器、宽带噪声发生器、随机码发生器A、随机码发生器B，波束开关、环 形器、收/发开关T/R₁、T/R₂、T/R₃、调相器、调幅器、倍频与功放、低噪声高放、分谐波混频 器、中放集成一体，屏蔽；