基于FMCW的军用目标预警系统的研制

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1、基于FMCW的军用目标预警系统的研制研究目的：FMCW，即调频连续波。同脉冲Doppler制式相比，FMCW有显著的优越性：节省发射功率，信号处理较简单及造价低。毫米波FMCW有着微波、红外和光学系统所不可比拟的优越性，截获概率低，地面杂波低，并能工作在恶劣的气候。其调制很容易通过固态发射机实现。利用FMCW研制军用目标预警系统，通过水平方向的全向性天线发射连续微波信号并进行扫描接受返回信号，利用收发信号频率差与到介质表面距离成正比的关系以及多普勒效应，迅速测出目标位置与运动速度，再通过信号数据的采集与目标识别确定目标类型，最后对进行打击达到摧毁敌人的目的。FMCW技术被广范用于军用雷达或

2、者汽车防撞雷达研究内容：定向耦合器收发天线环流器此次研究的军用目标预警系统主要就分为六个部分：天线，收发前端，低信噪放大器，最大探测距离的计算，信号数据采集器，目标识别算法。其中天线和目标识别算法是主要研究对象。线性调制VCO混频器低通滤波器低信噪放大器信号数据采集器目标识别系统基于FMCW军用预警系统的基本组成框图-8-1.天线该预警系统要求系统能探测到各个方向的目标，用到的天线应为水平方向的全向性天线，全向天线，即在水平方向图上表现为360°都均匀辐射，也就是平常所说的无方向性。一般情况下波瓣宽度越小，增益越大。全向天线在通信系统中一般应用距离近，覆盖范围大。增益一般在9dB以下。下图

3、所示为全向天线的信号辐射图。全向天线的辐射范围比较象一个苹果。天线实质上就是无线电通信中的辐射源，是实现无线通信的基本元件。天线：用金属导线，金属面或者其他介质材料做成一定形状，架设在空间，用来发射或者接受无线电波的装置。天线的本质是一种特殊能量转换系统。发射天线将高频电流转换成电磁波；接收天线将电磁波转换成高频电流传给接收机。收发天线的可逆性是指用来接收和发射无线电波的原理工作特性，方向性完全相同。一般收、发共同用一根天线。不过天线的信号发射距离还是会受到外界环境的影响（比如天气的变化），因此，为了能使探测距离不容易受到影响，需要根据当时的环境状况来调整天线的发射功率，气候恶劣时应提高发

4、射功率。我们设想这个全向性天线可以先中心有一根粗的天线，然后在这根天线顶端又有斜朝向各个方向的细天线，来覆盖水平各个方向，而这个细天线与水平方向的倾角可以由飞机起飞高度跟坦克装甲车高度而定。图形大致如下：θ-8-2.收发前端射频收发前端是雷达系统的核心部件。国内研制的射频前端主要是波导结构前端。一个典型的射频前端主要包括线性VCO、环行器和平衡混频器三部分，如图所示。前端混频输出的中频信号经过中频放大送至后级数据处理部分。数据处理部分的基本目标是消除不必要信号（如杂波）和干扰信号，并对经过中频放大的混频信号进行处理，从信号频谱中提取目标距离和速度等信息。频率合成器是前端的核心部件，用来产生

5、线性调频波。定向耦合器把输出的部分功率耦合到混频器的输入端作为混频器的本振信号，为很好地完成混频，本振信号需要一定的输出功率。混频器完成回波信号与本振信号的差频，从而输出中频信号。此次研究需要收发前端在24GHz频率调频连续波下工作，将它直接与天线相连，接收由天线接收到的的目标反射信号并传给低信噪放大器进行放大滤波，同时也接收发送系统本身要发射的调频连续波传给天线，由天线发射出去。3.探测距离计算（发射功率计算）参见图，标准雷达距离方程推导如下：首先，在目标处，雷达发射信号的功率谱密度（1）目标所能接收到的雷达发射信号的功率为-8-S1σ。而由目标产生的二次辐射再返回到雷达处的二次发射信号

6、功率谱密度(2)这时，雷达接收到的目标二次辐射（后向散射）信号的总功率（3）根据天线理论，有。代入式（3）可以得出（4）根据雷达接收理论，；雷达接收并能检测到目标的最小信号功率与接收机机内噪声功率之比，就是雷达的最小可检测信噪比，即(5)式中，M为识别系数，B为接收机等效噪声带宽，kTF为噪声功率密度。雷达接收机能够检测到目标的最小信号功率就是接收机的灵敏度，即Pmin此时所能探测目标的距离就是雷达的最大探测距离。用式（5）代替式(4)中的Pr，则有(6)这个预警系统所需要达到的最大探测距离在100m/80m左右。将此距离代入到式（6）里面可以得出系统需要达到的信噪比需要达到10dB以上。

7、为了得到这样的信噪比，我们就需要用到低噪声放大器来提高信噪比。4.低噪声放大器：在低信噪比下，基于FMCW的测距测速技术误差会较大甚至测量结果是错误的，因而我们需要用到低噪声放大器，其主要功能是将来自天线的低电压信号进行小信号放大，针对给定的增益要求，引入尽可能小的内部噪声，并在输出端获得最大可能的信噪比的放大器。在放大微弱信号的场合，放大器自身的噪声对信号的干扰可能很严重，而且由于微波系统的噪声系数基本上取决于前级放大