[发明专利]距离选通全息雷达

说明书

技术领域

本发明涉及一种雷达，具体来说涉及一种干涉型全息雷达。本发明可以用于形成全息图、形成层叠全息图、检测选通区域内的运动和振动、并获得距离。

背景技术

脉冲回波及FMCW高分辨率雷达通常在宽带至超宽带(UWB)发射。UWB脉冲雷达发射持续1/2至一个RF周期的短脉冲，对应的带宽从500MHz扩展至10GHz或更大。宽带脉冲回波雷达发射RF正弦脉冲串；船舱液位感测雷达通常在一个脉冲串中发射10至20个RF正弦，相应的带宽大于几百兆赫。类似的带宽也适用于高分辨率FMCW雷达。这些高带宽雷达的使用受到管理机构(如FCC)的严格限制。这种限制的示例包括：(1)在美国，UWB雷达仅能以极度受限的辐射功率等级工作在室外，并且仅能手持；(2)宽带船舱液位感测雷达仅能工作在船舱内，并且不能用于感测例如河流液位；(3)ISM带宽非常受限，如50MHz宽的10.5GHz频带。

在高带宽雷达受到严格的管制的同时，不受距离选通的操作也带来了其它的严格限制。应当注意到，使用距离选通一般意味着高带宽。距离选通通常要求高空间分辨率，这意味着较窄的采样窗口，和对较窄的高带宽的发射脉冲进行匹配。短距雷达以及一般雷达传感器经常要求很高分辨率的选通。

CW多普勒雷达通常用于感测运动。不过这些雷达不具有最大量程限制。任何距离上的不期望的移动物体(即杂波)都能产生响应。缺乏距离选通对于警用速度感测雷达来说可能是理想的，但对于安全报警来说则完全不合要求，在保护区域外部移动的人会错误触发不加选通的雷达。很多应用中明确需要距离选通。现有技术中存在众多距离选通的运动感测雷达，但它们一般都要求高带宽并且因此受到严格的管制。需要的是低带宽的距离选通雷达。

在Collins等人的题为“Real-Time Holographic Surveillance System”的美国专利5,455,590中公开了一种全息雷达。公开了一种通过沿着X轴和Y轴扫描天线来形成全息雷达图像的装置。不过这种雷达是CW雷达并且没有距离选通。这样，全息图像会受到来自图像平面外的回波的污染。这种方式仅适用于能够严密控制杂波景象的情况。此外，该装置仅对对于雷达来说不是半透明的物体起作用，例如难以(如果不是不可能)形成木制或塑料表面的全息图像。需要该雷达回波的时间选通(即距离选通)。该专利技术方案无法形成层叠全息图(即表示固体内部的多个表面或切片的全息图)，因为不存在发射(downrange)方向上用来分辨回波的时间选通机制。

现有技术缺乏：(1)具有高空间分辨率距离选通的低带宽雷达；(2)能够工作在较窄ISM频带上的高分辨率雷达；(3)对干扰具有高免疫能力因而能够工作在拥挤的ISM频带上的高分辨率雷达；(4)能够排斥杂波的全息雷达；(5)能够对半透明物体成像的全息雷达；(6)能够形成层叠全息图像的全息雷达；和(7)具有近程距离选通的窄带运动感测雷达。

发明内容

本发明是一种距离选通全息雷达，包括：PRI发生器，用于产生PRI脉冲；中频IF发生器，用于产生IF调制信号；交错调制器，其响应于时钟脉冲和IF调制信号而产生交错的PRI脉冲；第一脉冲发生器，其响应于交错PRI脉冲以生成发射脉冲，所述发射脉冲的持续时间大于最长的发射脉冲到期望回波的持续时间；RF振荡器，其响应于所述发射脉冲来生成发射RF脉冲串，并形成参考波；天线，其连接至RF振荡器，用于辐射所述发射RF脉冲串并用于接收来自脉冲串的回波；距离(range)延迟元件，其连接至PRI发生器，用于生成距离延迟脉冲；第二脉冲发生器，其响应于所述距离延迟脉冲脉来生成选通脉冲；RF幅值采样器，其连接至天线，响应于所述选通脉冲产生对参考波和回波之和的RF幅值采样；IF滤波器，用于使具有IF调制的幅值采样通过；和IF检测器，其用于解调滤波后的幅值采样，并产生干涉输出信号。

本发明的雷达还包括选通RF峰值检测器，用于对一个或多个选通区间内的RF脉冲峰值进行检测和积分。RF幅值采样器还可以包括第二RF幅值采样器，每个采样器连接至在连接在RF振荡器和天线之间的传输线路上间隔开的接头，每个采样器用于产生发射RF脉冲串和回波之和的RF幅值采样，并产生正交干涉输出信号。