FMCW雷达高度表的单天线及数字化研究

123456aa · 发表于 2022-4-2 16:17:51

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雷达高度表是根据回波信号与发射信号的延迟时间来提取高度信息的一种测高装置。线性调频连续波高度表具有辐射功率小、精度高、截获概率低等优点，已广泛应用于飞机、无人机等各种飞行器。调频连续波体制高度表一般采用双天线形式，但是对于像无人机这样的小型飞行器，要寻找到合适的天线安装位置是很困难的，这就对机载设备提出了小型化与集成化的实际需求；另外，目前国内无人机使用的大多为简单型雷达高度表，其主要参数不加自动校准系统，因而工作不稳定，性能较差。综合上述需求，本文主要研究内容可以分为以下几方面：首先，完成了单天线LFMCW（Linear Frequency Modulation Continuous Wave）雷达高度表的框架设计，并对泄漏信号题目进行了详细分析。本系统采用恒差拍调频体制，又在传统双天线雷达高度表基础上进行了单天线改进，并分析了本单天线高度表系统接收端的泄漏信号及回波信号，之后对它们分别进行了详细的数学建模以及波形仿真。其次，在系统中应用反射功率对消器解决泄漏信号题目，达到优化目的。本文在研究了闭环模拟式反射功率对消器的工作过程后，对对消过程进行了详细的理论分析和推导，并针对本系统提出了一种将反射功率对消器应用在接收前端、以实现泄漏信号对消为目的的优化方案。然后，采用FFT-CZT算法处理差拍信号，进一步提高测量准确度、系统灵活性和稳定性。这里FFT-CZT算法将代替控制鉴频器及跟踪鉴频器等模拟处理部分，完成对差拍信号的频谱分析，处理过程是先在搜索态下利用FFT进行频谱的粗测定位，进入跟踪态后再使用CZT做频谱细化分析。最后，完成了系统的参数设计、仿真流程设计及仿真验证。参数设计包括对扫描锯齿波斜率、控制及跟踪鉴频器、对消器中的二阶环路滤波器等模块的详细设计，在完成了系统的仿真流程设计后，对本系统泄漏信号对消效果及测量准确度进行了仿真验证。结果表明，对消效果明显，对消比达到近40dB；测量精确度有所提高，误差率为0.71%，相比模拟处理方案降低了近0.5%。

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