CN1059742C - 雷达探测器 - Google Patents

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Abstract

在此雷达探测器中，在微波发生器与天线之间插入一个相移器，该相移器可在两个相位之间进行转换。解调器(DM)解调接收的反射信号，该信号叠加在微波发生器产生的微波信号上。解调器(DM)后面接入的信号分离器(DEMUX)把两个相移的解调信号分开。测量结果噪声很小。

Description

雷达探测器
本发明涉及一种雷达探测器，用该探测器例如可以测量目标的运动速度和/或运动方向。
雷达探测器广泛应用于无接触法测量目标的运动速度和目标距离。对此，与光和声的探测器相比较，雷达探测器由于其抗环境干扰的稳定性，在恶劣的条件下使用显示出很大优点。
由于对价格的考虑，雷达探测器经常只采用零拍接收器，就是说，解调采用接收信号与发射信号直接混频来实现。因为，实际上雷达信号源有噪声(例如振荡器噪声)，所以发射信号带有噪声。如果在低级的雷达中，使用只有一个二极管(大多数是一种肖特基二极管)的所谓单个二极管混频器作为接收器，也称为解调器，那么发射信号的噪声就将导致接收噪声电平的增加。图1示出代表当前技术水平的雷达探测器方框电路图，如由下文已知：P.Heide，V.Magori，R.Schubert，R.Schwarte：“使用基频PHEMT-DRO(准高电子迁移率晶体管双共振振荡器)的24GHz廉价多卜勒地上速度探测器”，IEEE GAAS’94，Turin(意大利)，1994年4月。雷达信号源RS包括一个微波振荡器MWO，并且往往还包括一些调制用的部件M，所以雷达信号源RS一般能产生任意调制的雷达信号。对调制信号的选择取决于雷达探测器的测量任务。雷达信号源RS产生的信号经天线A向外发射，并由位于天线射束范围内的目标O反射，作为接收信号回到天线A。用复数场强 ER和 E R表示的发射信号和接收信号，在雷达信号源RS和天线A之间的导线L上相互叠加。与导线L连接的解调器DM产生零拍解调，并提供解调的、通常称为多卜勒信号的输出信号uA(t)。低通滤波器TP决定输出信号的测量带宽。输出信号uA(t)近似地作为在解调器DM中使用的肖基特二极管特性曲线平方分量的结果给出。经低通滤波后得到下式：
uA(t)～(Re{ E S+ E R})2＝ES 2+ER 2+2ESERcos(∠ E S E R)≈ES 2+2ESERcos(∠ E S E R)其中 E S＝复数发射场强(相当于发射信号)
E R＝复数接收场强(相当于接收信号)
2EsERcos(∠ Es E R)＝有效信号
E2 S＝经整流的发射信号(带有噪声的干扰信号)
E2 R＝经整流的接收信号
ER＜＜ES接收信号远远小于发射信号
基于雷达信号RS的噪声，发射信号的幅度不是恒定的，所以E2 S应该作为干扰信号来理解，该信号通过输出信号uA(t)信噪比的减小产生不利影响。
这种缺点在昂贵的雷达探测器中通过应用所谓的平衡混频器予以避免，这类混频器例如在Stepben A.Maas所著“微波混频器”Artech House，Dedham，MA(USA)一书中已有叙述。但是，雷达探测器因此而价格昂贵。此外混频器本身也带有噪声，该噪声不能通过应用平衡混频器而抑制。
EP-0291337公开了一种相干脉冲雷达系统，其中包括产生发射信号的部件、相移器、脉冲调制器、相位检测器、混合器等。
本发明的目的是要提供一种雷达探测器装置，在该探测器中可以使用正交相位解调，该种调制根据当前技术水平，到目前为止一直需要应用一种第二混频器，如在J.Detlefsen所著“雷达技术”Springer出版社，1989，一书中77页后数页所述。通过使用正交相位解调有可能测定移动目标的运动方向。
为实现上述目的，本发明提出了一种雷达探测器，其中，一个产生发射信号的部件与一个相移器和一个解调器连接在一起；为了向外发射信号和为了接收反射信号，所述相移器与一个天线连接在一起；还包括一个信号分离器，连接在解调器的后面，与相移器同样受一转换信号的节拍控制，并且该信号分离器的输出端与两个低通滤波器连接，从这两个滤波器可分别取得两个输出信号。
其中解调器可以是一个混频器或者是一个单二极管混频器或非线性元件。
所述转换信号可以是一个周期性矩形波信号，且其频率高于所要求的输出信号的带宽。
该雷达探测器还可包括一个求差部件，连接在两个低通滤波器的后面，以求出两个输出信号之差。在其另一种结构中，不仅可使发射信号的噪声(与发射信号的解调无关)而且可使解调器的噪声对测量精度皆无影响。
同时实现噪声抑制和正交相位解调是可能的。
所述相移器产生的相位差Δ可为180°或180°以下。
所述信号分离器可以是一个转换器。
所述产生发送信号的部件可具有一微波振荡器，该振荡器与一调制单元连接。
下面借助附图进一步阐述本发明。
图1当前技术水平的雷达探测器结构，见P.Heide，V.Magori，R.Schubert，R.Schwarte：“使用基频PHEMT-DRO(准高电子迁移率晶体管双共振振荡器)的24GHz廉价多卜勒地上速度探测器”IEEE GAAS‘94，Turin(意大利)，1994年4月；
图2本发明雷达探测器结构。
图2所示的本发明装置，是在图1所示代表当前技术水平的装置上增加了一个微波相移器MWPS、一个信号分离器DEMUX、一个求差部件DIF和一个第二低通滤波器TP。
借助微波相移器MWPS，接收信号 E R的相位也就是2EsERcos(∠ Es E R)的相位，2EsERcos(∠ Es E R)相当于有效信号，受一个例如周期性TTL-信号u(t)控制，在相位差Δ的两个相位状态之间转换。同时，被解调的输出信号uB(t)分解为两个与两个相位状态相对应的输出信号uB1(t)、uB2(t)的两个表达式：
uB1(t)≈ES 2+2ESERcos(∠ E S E R)
uB2(t)≈ES 2+2ESERcos([∠ E S E R]+Δ)
如果选择Δ＝180°，那么就可组成如下差值信号uDif(t)：
uDif(t)＝uB1(t)-uB2(t)＝4ESERcos(∠ E S E R)
受雷达信号源RS的噪声干扰的干扰信号E2 S，和解调器DM对噪声的贡献在差值信号uDif(t)中均不再出现。因此差值信号uDif(t)比图1的uA(t)信号具有大大提高的信/噪比。
转换信号u(t)例如是一转换频率为fU的周期性矩形信号。噪声抑制只有在这样的情况下才是有效的，即当转换频率fU比图2输出信号uB1(t)、uB2(t)所要求的带宽至少高一数量级。
原则上转换信号u(t)允许为任一形状的信号，这种信号与在噪声中所含频率相比能实现更快的转换。如果相位差Δ不是选择180°，而是0＜|Δ|＜180°，那么uB1(t)、uB2(t)就含有正交信号分量，或者当Δ＝±90时，它们甚至完全是正交的。因此，图2所示本发明装置也允许正交相位解调。与当前技术，见J.Detlefsen所著“雷达技术”Springer出版社，1989，一书中77页后数页所述相比较，本发明的优点在于，为实现正交相位解调不需要第二个解调器DM。
本发明的另一改进结构是，在0＜|Δ|＜180°范围内选择相位差Δ，并且在此也组成uB1(t)和uB2(t)输出信号的差值信号uDif(t)＝uB1(t)-uB2(t)。于是该装置提供三个输出信号。差值信号uDif(t)是一个清除掉噪声的信号，和输出信号uB1(t)、uB2(t)是用于识别目标移动方向的正交相位分量。
解调器不必是一个单二极管混频器，也可以是一个任意的混频器或一任意的非线性部件，用该部件可以实现混频。
转换信号u(t)也可以是一个非周期性信号。
此外，一个转换器或者一个扫描、数字化和存储解调信号uB(t)的部件都可用作信号分离器DEMUX。

Claims (10)

1.一种雷达探测器，
-其中，一个产生发射信号的部件(RS)与一个相移器(MWPS)和一个解调器(DM)连接在一起，
-其中，为了向外发射信号和为了接收反射信号，所述相移器(MWPS)与一个天线(A)连接在一起，
其特征在于还包括：
-一个信号分离器(DEMUX)，连接在所述解调器(DM)的后面，与所述相移器(MWPS)同样受一转换信号(u(t))的节拍控制，
-所述信号分离器(DEMUX)的输出端与两个低通滤波器(TP)连接，从这两个滤波器可分别取得两个输出信号(uB1(t)、uB2(t))；和
-一个求差部件(DIF)，连接在所述两个低通滤波器(TP)的后面，以求出所述两个输出信号(uB1(t)、uB2(t))之差。
2.根据权利要求1所述的雷达探测器，其特征在于，所述解调器(DM)是一个混频器。
3.根据权利要求1所述的雷达探测器，其特征在于，所述解调器(DM)是一个单二极管混频器或一个非线性元件。
4.根据权利要求1所述的雷达探测器，其特征在于，所述信号分离器(DEMUX)和相移器(MWPS)受呈周期性矩形波信号的一个转换信号(u(t))的节拍控制，该转换信号(u(t))的频率高于所述输出信号(uB1(t)、uB2(t))所要求的频带带宽。
5.根据权利要求1所述的雷达探测器，其特征在于，所述相移器(MWPS)产生的相位差Δ为180°。
6.根据权利要求1所述的雷达探测器，其特征在于，所述相移器(MWPS)产生的相位差Δ在0＜Δ＜180°范围内。
7.根据权利要求1所述的雷达探测器，其特征在于，所述信号分离器(DEMUX)是一个转换器。
8.根据权利要求1所述的雷达探测器，其特征在于，所述产生发送信号的部件(RS)具有一微波振荡器(MWO)，该振荡器与一调制单元连接。
9.根据权利要求1所述的雷达探测器，其特征在于，所述信号分离器(DEMUX)是一个转换器。
10.根据权利要求1所述的雷达探测器，其特征在于，所述产生发送信号的部件(RS)具有一微波振荡器(MWO)，该振荡器与一调制单元连接。
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