全固态连续波导航雷达.DOC

全固态连续波导航雷达 性能与指标论证 体制 调频连续波（FMCW）。 系统组成 系统组成见下图。 图1.系统组成框图 技术指标 频率 X波段，9.3GHz~9.4GHz 峰值功率 100mW 扫频带宽 小于等于75MHz 扫频重复频率 200Hz 扫频时宽 1.2ms 接收机噪声系数 小于等于6dB 天线转速 24rpm,+/-10％ 收/发天线水平波束宽度 5.2o+/-10％(-3dB宽度) 收/发天线垂直波束宽度 25o+/-20％(-3dB宽度) 收/发天线旁瓣电平 小于等于-18dB(正负10o内) 小于等于-24dB(正负10o外) 极化方式 水平极化 通信协议 高速以太网或串口 性能指标 1、探测距离 典型目标探测距离见下表。 表1.探测距离表 目标类型 探测距离 大型电站/风场 15-25nm 100m高陡峭海岸线 10-20nm 稠密城市海岸线 6-12nm 覆盖森林的250m斜坡海岸线 4-8nm 低矮郊区海岸线 4-8nm 大型集装箱船 7-14nm 小于50m的低矮海岸线，浓密植被 3-6nm 小岛 2-4nm 中型汽艇 1-2nm 带角反射器的航标 1-2nm 小型汽艇或游船 0.5-1.5nm 无角反射器的小型浮标 0.25-0.5nm 皮划艇 300-800ft 鸟群 160-500ft 2、量程 50m~24nm, 17档可调 3、功耗 工作：19W @13.8Vdc 待机：2W @13.8Vdc~150ma 4、电源 9V~31.2V直流 5、使用环境 工作温度：-25o~+55 o 相对湿度：+35o，95％RH 防水：IPX6 相对风速：51m/s(最大100节) 组成原理 1、收发系统组成 图2.收发系统原理框图 2、信号处理系统组成 图3.信号处理原理框图 关键指标分析论证 1、A/D采样率与采样位数 雷达最大量程24nm，回波最大延迟： 最大差拍频率： 应选择A/D采样频率fs≥2fbmax， 实际可选： fs=40MHz。 采样位数选16位，对应动态范围96dB。 2、距离分辨率 （1）、理论分辨率 发射波形扫频带宽ΔF=75MHz，理想距离分辨率为： 对自差式FMCW雷达，当目标回波延时td，有效带宽降为： 式中Tm为调制时宽。实际目标距离分辨率为： 从上式可以看出，FMCW雷达在不同的探测距离上有不同的距离分辨率。距离越远，分辨率越差。取Tm=1.2ms,最小和最大量程的距离分辨率为： 量程=50m, 距离分辨率ΔR≤2m 量程=24nm, 距离分辨率ΔR≤2.66m 以上给出的是距离分辨率的理论计算值，实际距离分辨率还与信号处理（主要是FFT）的频率分辨精度等因数有关。 （2）、相干处理时间间隔对分辨率的影响 最大量程时的可用相干处理时间间隔： 1200 - 296.32 = 903.68μs 可用采样点数： 903.68 × 40 = 36147 为了便于FFT处理，若实际采样点数选32768。对应的频率分辨率： Δf = 1221 Hz 该频率分辨率对距离分辨率的限制为： 该值大于理论距离分辨率，是实际能达到的距离分辨率。 小量程时，差拍频率小，与大量程相比可获得更长的相干处理时间，FFT频率分辨率对雷达距离分辨率的影响可得到一定程度的改善。 比如，50m量程时，最大回波延时0.33μs，可用相干处理时间间隔为： 1200 - 0.33 = 1199.67μs 频率分辨率： Δf = 833.56 Hz 该频率分辨率对距离分辨率的限制为： 因而，FFT频率分辨率对雷达距离分辨率的影响可忽略。但前提是相干处理时间必须用足。按40MHz采样率，50m量程下的可用样点为47986。实际处理时，可通过补零将序列长度延长至65536再进行FFT。 如此长序列的FFT在处理时必须保证有足够的处理动态，否则将产生严重的弱小目标损失。 （3）、FFT加窗对分辨率的影响 信号处理时，若对经A/D变换后的回波差拍信号直接进行FFT，频谱旁瓣仅为-13dB，在密集目标环境下，大目标的旁瓣谱线可能远高于邻近小目标的主瓣谱线，从而严重干扰小目标的检测和分辨。为了克服这一问题，一般采用加窗处理的方法压低旁瓣。但加窗处理的负作用是引起频谱主瓣的展宽，使雷达分辨率下降。比如，采用Hamming窗函数进行加权，旁瓣可压低至-40dB，但主瓣展宽了一倍，雷达的距离分辨率对应下降了一倍。 3、信号处理损失 FMCW雷达通过FFT分析差拍频率算出目标距离，FFT具有所谓的“栅栏效应”，其输出的频谱是离散的，谱线的间隔Δf等于相