[发明专利]调频连续波雷达

说明书

技术领域

本发明是一款调频连续波雷达，可以应用于室内外定位系统，使室内外定位系统得到目标的精确坐标。

背景技术

雷达分为脉冲多普勒雷达和调频连续波雷达，其中脉冲多普勒雷达发射机采用主振功率放大器发射脉冲信号；接收机把每一脉冲重复周期分成若干个距离门，每个门对应的时间一般等于发射脉冲宽度，再用窄带滤波器组对信号和杂波进行过滤。目标和干扰物相对于雷达的径向速度不同，回波信号也有不同的多普勒频率。选出目标的多普勒谱线使雷达从杂波中分离和检测出目标信号。脉冲多普勒雷达的这种信号处理方式可获得近于最佳的信号功率对杂波加噪声功率之比，及较精确的目标距离和径向速度数据。脉冲多普勒雷达虽然测量精确度高但系统复杂，制造成本高。为了大面积的市场推广，室内定位系统往往选用结构相对简单的调频连续波雷达。但现有的调频连续波雷达成本偏高，雷达体积较大，稳定性低，而且调频连续波雷达的调频机制存在调频频宽受到压控振荡器线性的制约，理论上限制了雷达的测距精确度。

发明内容

1、      所要解决的技术问题：

    现有调频连续波雷达成本偏高，雷达体积较大，稳定性低，而且调频连续波雷达的调频机制存在调频频宽受到压控振荡器线性的制约，限制了雷达的测距精确度。

2、      技术方案： 

为了解决以上问题，本发明提供了一种调频连续波雷达，包括功率放大器1、低噪放大器2、混频器3、带有调制逻辑控制的频率合成器13、模数转换器4和数字模块5，频率合成器13的输入来自晶振12的输出端，频率合成器13的输出端与功率放大器１相连，功率放大器1的输出端连接外置的发射天线，混频器3的输出端连接模数转换器4的输入端，模数转换器4输出端连接数字模块5的输入端，混频器3的两个输入端分别是频率合成器13的输出端和低噪放大器2的输出端；低噪放大器2的输出端连接外置的接收天线。

频率合成器１３包括鉴像鉴频器8、电荷泵9、低通滤波器10、控制压控振荡器11和可编程分频器6，鉴像鉴频器8的输入来自晶振12的输出端和可编程分频器6的输出端；电荷泵9的输入端与鉴频鉴相器8的输出端相连；低通滤波器10的输入端与电荷泵9的输出端相连；压控振荡器11的输入端与低通滤波器10的输出端相连，压控振荡器11的输出端作为频率合成器13的输出端与功率放大器１相连。

在数字模块５和可编程分频器６中间设有Σ-Δ调制器7。

3、      有益效果：

   本专利通过改进调频连续波雷达的电路结构扩大调频跨度和调频周期，从根本解决了调频频率的线性问题，提高调频连续波雷达测量精确度。

附图说明

图1本发明的结构示意图。

具体实施方式

 下面结合附图来对本发明进行详细说明。

本发明的调频连续波雷达包括功率放大器1、低噪放大器2、混频器3、带有调制逻辑控制的频率合成器13、模数转换器4和数字模块5。频率合成器13包括鉴像鉴频器8、电荷泵9、低通滤波器10、控制压控振荡器11和可编程分频器6。鉴像鉴频器8的输入来自晶振12的输出端和可编程分频器6的输出端；电荷泵9的输入端与鉴频鉴相器8的输出端相连；低通滤波器10的输入端与电荷泵9的输出端相连；压控振荡器11的输入端与低通滤波器10的输出端相连，它的输出端作为频率合成器的输出端与功率放大器1相连；

在发射支路上，频率合成器13中的压控振荡器11单元连接功率放大器1，功率放大器1的输出端连接外置的发射天线。输出的信号经过功率放大器1放大得到合适的发射信号。在接收支路上，混频器3的输出端连接模数转换器4的输入端；它的两个输入端分别是压控振荡器11的输出端和低噪放大器3的输出端；低噪放大器3的输出端连接外置的接收天线。发射信号被目标物体反射得到的回波信号，经过低噪放大器3后与发射信号在混频器3混频得到中频信号。混频器3所输出的中频信号通过模数转换器4被输入至数字模块5，用于判断雷达距目标的距离和相对速度。

作为调频连续波雷达，本发明采用了全新的调频方法。原有的调频方法是通过改变压控振荡器的控制电压调频。但由于技术限制，压控振荡器的线性变频范围有限，使调频连续波雷达的变频范围受到限制，因此测量精度受到限制。采用新的调频方法，使得压控振荡器11的变频范围不再受线性的限制而使用它的全域变频范围，所以提高了调频连续波雷达的变频范围，提高测量精度。调制逻辑控制是数字模块的一部分，通过Σ-Δ调制器7控制可编程分频器6的分频模式，可按照具体应用中的测量距离和测量精度设计调频连续波雷达的调频跨度和调频周期。

本专利通过改进调频连续波雷达的电路结构，使调频频率不再受压控振荡器的调频线性范围的限制，因此可以扩大调频跨度和调频周期，从根本解决了调频频率的线性问题，提高调频连续波雷达测量精确度。在现有的调频连续波雷达的电路结构中，当压控振荡器的控制电压改变时，可变电容产生变化，压控振荡器的谐振电压随之改变。因此，频率合成器的输出电压也随之变化，发射频率的调节可以被实现。由于可变电容随着控制电压线性变化的范围很有限，现有的调频连续波雷达发射器的调频跨度很窄。因此，雷达的精确度受到压控振荡器调频线性的限制。本专利调频连续波雷达所采用电路结构使雷达收发器的发射频率不再受到可变电容的线性范围限制它的频率调制。由于现有工艺中可变电容的电容线性调制范围远小于它的全程调制范围，使用专利中的电路结构可以使调频频率的跨度可以增大，调频连续波雷达的精确度也随之提高。本专利的片上系统提供准确的数字信号，用于对目标与雷达之间的距离进行估算，满足室内外定位系统的需要。依照该结构设计的调频连续波雷达CMOS片上系统将替代现有的多个芯片与电子器件。这样可以缩小雷达体积，提高稳定性，并降低室内外定位系统的成本。