[发明专利]一种宽范围高精度微波测距雷达系统设计方法

摘要

本发明公开了一种宽范围高精度微波测距雷达系统设计方法，针对宽范围、高精度的雷达系统设计问题，步骤如下：1、通过波形和时序设计，使远距离测量发射和接收分时工作，近距离测量采用大带宽、时宽信号，发射接收同时工作；2、采用发射通路、接收通路隔离设计，保证有效的采集接收回波；3、发射泄露信号剔除技术，抑制近距发射泄露信号对回波检测的影响。本发明采用脉冲雷达实现了测量范围15m-16km、测量精度120m以上0.33%*R，120m以下0.4m。

主权项

一种宽范围高精度微波测距雷达系统设计方法，其特征在于实现方式如下：（1）雷达发射通道发射信号与雷达接收通道接收信号同时进行，接收天线范围覆盖发射通道使得发射泄露的线性调频信号完整接收；所述雷达发射信号采用宽脉冲波形，时宽大于3us、信号带宽大于100MHz;（2）采用收发天线分置，通过增益控制和收发通道隔离保证接收和发射通道隔离度；所述发射天线采用阶梯喇叭天线，所述接收天线采用光壁喇叭天线进而实现天线高隔离度；（3）发射通道泄露信号剔除：设发射信号为S(t)：$S\left(t\right)=A*\mathrm{rect}\left(\frac{t}{\mathrm{\&tau;}}\right)\cos (2\mathrm{\&pi;}{f}_{0}t+\frac{k*t^2}{2})$其中$\mathrm{rect}\left(\frac{t}{\mathrm{\&tau;}}\right)=\left\{\begin{array}{cc}1& \left|\frac{t}{\mathrm{\&tau;}}\right|\&le;\frac{1}{2}\\ 0& \left|\frac{t}{\mathrm{\&tau;}}\right|>\frac{1}{2}\end{array}\right.$、τ为脉冲宽度、A为信号幅度，k为调频斜率；设距离为R，则回波可以表示为：$\begin{array}{c}{S}_r\left(t\right)=L_1*A*\mathrm{rect}\left(\frac{t-t_r}{\mathrm{\&tau;}}\right)\cos \left(2\mathrm{\&pi;}{f}_0(t-t_r)\right)+\frac{k*{(t-t_r)}^2}{2}\\ +L_2*A*\mathrm{rect}\left(\frac{t}{\mathrm{\&tau;}}\right)\cos (2\mathrm{\&pi;}{f}_{0}t+\frac{k*t^2}{2})\end{array}$其中t_r<τ，L1为回波信号衰减、L2为泄露信号衰减；信号s(t)的匹配滤波器的时域脉冲响应为：h(t)=s^*(‑t)则回波信号经匹配滤波器后的输出为：s_o(t)=s_r(t)*h(t)运算后，取其包络如下：$\left|s_0\left(t\right)\right|=L_2*\left|\mathrm{\&tau;Sa}\left(\mathrm{\&pi;k\&tau;t}\right)\mathrm{rect}\left(\frac{t}{2\mathrm{\&tau;}}\right)\right|+L_1*\left|\mathrm{\&tau;Sa}\left(\mathrm{\&pi;k\&tau;}(t-t_r)\right)\mathrm{rect}\left(\frac{(t-t_r)}{2\mathrm{\&tau;}}\right)\right|$其中第一项为泄露信号的匹配滤波结果，信号宽度为τ'${\mathrm{\&tau;}}^{\&prime;}=\frac{1}{\mathrm{k\&tau;}}=\frac{1}{B}$B为线性调频信号带宽；将泄漏信号剔除即可。