CN109164451A - 一种采用步进调频连续波的团雾雷达装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种采用步进调频连续波的团雾雷达装置，解决的是容易受到其他防撞雷达信号干扰的技术问题，通过采用包括雷达本体，以及用于给团雾雷达装置供电的电源模块；所述雷达本体用于交替产生线性调频连续波及步进频率连续波来获取位于雷达前方的团雾分布数据的技术方案，较好的解决了该问题，可用于团雾检测中。

Description

一种采用步进调频连续波的团雾雷达装置
技术领域
本发明涉及团雾雷达测量领域，具体涉及一种采用步进调频连续波的团雾雷达装置。
背景技术
大雾天气对交通运输影响较大，如何更好地应对大雾天气，是交通运输建设与发展中需要面对的一个重点和难点问题。团雾是由于地面辐射冷却，使贴近路面的空气变冷而形成的，团雾往往出现在大雾中数十米到上百米的局部范围内，有雾气更浓、能见度更低、突发性更强等特点。团雾对于高速公路安全具有危害性，易在车流量大的路段引起多车追尾事故，是高速公路的“流动杀手”。
行业标准《雾天公路行车安全诱导装置》（JT/T 1032—2016），对雾天低能见度环境条件下公路行车安全诱导装置及相关系统的产品结构与型号、技术要求、试验方法、检验规则提出了明确要求，为雾区智能引导及预警系统的推广应用提供了技术保障。那么如何大范围监测团雾，使得行车安全诱导装置充分发挥作用，则是需要解决的问题。
对于团雾的监测，目前有大气透射仪、能见度仪等仪器设备，这些设备均存在监视距离短的缺点，只能获得监视点的能见度情况。激光雷达能够大范围监视团雾，但由于无法激光无法穿透团雾，因此难以判断团雾的大小和范围。工作在毫米波段的团雾雷达，可完成1km~2km视距范围内的团雾监视，分辨率为10m或者更小，达到其它系统和方法所无法实现的效果。
但是现有的团雾雷达存在容易受到车载防撞雷达信号或者飞机雷达信号对于团雾雷达的干扰。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术中存在的容易受到其他防撞雷达信号干扰的技术问题。提供一种新的采用步进调频连续波的团雾雷达装置，该 具有对于其他防撞雷达信号干扰的抵抗能力强、适合连续波体制工作的特点。
为解决上述技术问题，采用的技术方案如下：
一种采用步进调频连续波的团雾雷达装置，所述团雾雷达装置包括雷达本体，以及用于给团雾雷达装置供电的电源模块；
所述雷达本体用于交替产生线性调频连续波及步进频率连续波来获取位于雷达前方的团雾分布数据。
本发明的工作原理：本发明的雷达工作在76GHz~78GHz频段，采用步进调频连续波体制，快速获取天线前方大气反射率，从而得到团雾的分布距离。团雾雷达用在高速公路团雾监测时，采用步进调频连续波信号形式与步进频率连续波信号形式交替工作方式，可以滤除其他汽车防撞雷达或类似的雷达对团雾雷达的干扰。
上述方案中，为优化，进一步地，所述雷达本体包括发射天线、接收天线，信号产生单元、接收单元、接收机、信号处理单元以及数据处理单元；所述发射天线与接收天线分离设置，发射天线与信号产生单元连接，接收天线与接收机连接，信号产生单元和接收机均连接到信号处理单元，信号处理单元与数据处理单元连接；所述信号产生单元用于产生交替的线性调频连续波及步进频率连续波；所述信号处理单元用于进行AD采用处理，再进行FFT处理或IDFT处理；所述数据处理单元用于将信号处理单元处理的结果进行谱矩分析，得到回波强度谱分布，对回波强度谱分布进行识别判定出团雾分布数据。
进一步地，信号产生单元产生通过产生斜率可调的步进调频连续波信号实现交替产生线性调频连续波及步进频率连续波；步进调频连续波信号的调频斜率k=0时，信号产生单元输出步进频率连续波；调频斜率k＞0时，信号产生单元输出线性调频连续波。
进一步地，所述发射天线发射步进调频连续波信号，接收天线接收到信号反馈数据，信号反馈数据通过接收机进入信号处理单元得到原始回波数据；数据处理单元将原始回波数据进行FFT处理或IDFT处理后，再进行了二次压缩计算，得到回波强度谱分布。
信号产生单元包括用于产生步进调频连续波信号的信号发生器及激励源。步进调频连续波的调频斜率设置为0时，输出的是步进频率连续波。步进调频连续波的调频斜率设置增加不为0时，输出的是线性调频连续波。信号处理单元包括A/D变换器、FFT变换单元。信号产生单元输出步进调频连续波信号时，发射天线发射步进调频连续波信号，接收天线接收回波，在各个脉冲重复周期内进行脉内匹配滤波压缩处理，利用各个脉冲之间频率步进所产生的线性相位信息通过IDFT处理进行第二次压缩，第二次压缩能够进一步提高距离分辨力。
进一步地，所述团雾雷达装置还包括万向球云台及控制单元，万向球云台上安装所述雷达本体，所述控制单元控制万向球云台旋转带动所述雷达本体，获取四周的团雾分布数据。
进一步地，所述数据处理模块还连接有通讯模块，通讯模块用于双向传输数据，发送团雾信息数据，接收业务命令。
进一步地，所述采用步进调频连续波的团雾雷达装置用于测量高速公路或者机场跑道上出现的团雾。
本发明的有益效果：本发明采用步进调频连续波信号形式与步进频率连续波信号形式交替工作方式，以滤除其他汽车防撞雷达对团雾雷达的干扰。兼容线性调频连续波技术、步进频率连续波，雷达采用发射天线与接收天线分开的方式，适合连续波体制工作。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1，实施例1中的采用步进调频连续波的团雾雷达装置示意图。
图2，团雾雷达线性调频连续波信号形式示意图。
图3，团雾雷达步进调频连续波信号形式示意图。
图4，团雾雷达步进频率连续波信号形式示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例提供一种工作在76GHz~78GHz频段的采用步进调频连续波的团雾雷达装置，如图1，包括收发分开的微带天线、万向球云台及控制单元、信号产生单元、接收单元、信号处理单元、数据处理单元、通讯模块及电源模块。团雾雷达垂直于地面安装，向前发射电磁波。
雷达采用发射天线与接收天线分开的方式，适合连续波体制工作。信号处理单元控制信号产生单元产生发射信号，输出到发射天线。接收天线收到信号后馈到接收机，接收机进行下变频处理后，信号进入信号处理单元，得到原始回波数据。原始回波输入到数据处理单元，完成FFT处理或IDFT处理，再进行第二次压缩计算，得到每个距离单元上的回波强度谱分布，通过谱分布识别判断是否为团雾以及团雾的强度，每个距离上团雾强度数据通过通讯模块输出。
雷达控制单元接收数据处理单元命令，控制万向球云台水平旋转，获取水平方向的团雾分布数据；控制单元控制万向球云台垂直旋转，获取指定方向上团雾的垂直高度分布数据。电源模块将输入的12V电压转换成各模块需要的电压。通讯模块将雷达得到的团雾分布数据传输到指定地址。
如图2所示为团雾雷达线性调频连续波信号形式示意图。对应的，雷达工作频率为76GHz~78GHz，带宽为2GHz，扫描速率为200MHz/ms。输出功率为0.5W。发射天线与接收天线均采用微带天线，发送天线与接收天线分开。雷达产生线性调频连续波信号，经发射天线向外辐射，通过接收天线，回波信号经隔离放大后下变频到零中频后，输入到A/D变换器，A/D变换器采用12位，数据处理单元为一片32位浮点DSP，作实时FFT处理。进行FFT处理后，得到回波信号的距离信息，再进行二次FFT处理，得到每个距离门上的谱分布。
数据处理单元对谱分布进行矩识别，分步完成单谱线剔除、最小二乘法拟合，求取团雾回波强度。线性调频的信号波形主要用于机场跑道的团雾测量。
如图3、图4所示，分别是团雾雷达步进调频连续波信号形式示意图和团雾雷达步进频率连续波信号形式示意图。对应的，雷达工作频率为76GHz~78GHz，带宽为2GHz，扫描速率为200MHz/ms。输出功率为0.5W。天线采用微带天线，收发分开。图3所示的步进调频连续波信号，经发射天线向外辐射，回波信号经隔离放大后下变频到零中频后，输入到A/D变换器，A/D采用12位，数据处理单元为一片32位浮点DSP，进行脉冲压缩处理，脉冲压缩完成后作实时IDFT处理，得到每个距离门上的谱分布。数据处理单元对谱分布进行矩识别，分步完成单谱线剔除、最小二乘法拟合，求取团雾回波强度。
图4所示的步进频率连续波信号，处理方法同上。在用于高速公路的团雾探测或其他类似探测应用时，图3的信号及图4的信号交替切换使用，能够滤除高速公路上汽车防撞雷达产生的干扰。
本实施例未披露的部分均采用的是现有技术。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员能够理解本发明，但是本发明不仅限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员而言，只要各种变化只要在所附的权利要求限定和确定的本发明精神和范围内，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (7)

1.一种采用步进调频连续波的团雾雷达装置，其特征在于：所述团雾雷达装置包括雷达本体，以及用于给团雾雷达装置供电的电源模块；
所述雷达本体用于交替产生线性调频连续波及步进频率连续波来获取位于雷达前方的团雾分布数据。
2.根据权利要求1所述的采用步进调频连续波的团雾雷达装置，其特征在于：所述雷达本体包括发射天线、接收天线，信号产生单元、接收单元、接收机、信号处理单元以及数据处理单元；
所述发射天线与接收天线分离设置，发射天线与信号产生单元连接，接收天线与接收机连接，信号产生单元和接收机均连接到信号处理单元，信号处理单元与数据处理单元连接；
所述信号产生单元用于产生交替的线性调频连续波及步进频率连续波；
所述信号处理单元用于进行AD采用处理，再进行FFT处理或IDFT处理；
所述数据处理单元用于将信号处理单元处理的结果进行谱矩分析，得到回波强度谱分布，对回波强度谱分布进行识别判定出团雾分布数据。
3.根据权利要求2所述的采用步进调频连续波的团雾雷达装置，其特征在于：信号产生单元产生通过产生斜率可调的步进调频连续波信号实现交替产生线性调频连续波及步进频率连续波；
步进调频连续波信号的调频斜率k=0时，信号产生单元输出步进频率连续波；调频斜率k＞0时，信号产生单元输出线性调频连续波。
4.根据权利要求3所述的采用步进调频连续波的团雾雷达装置，其特征在于：所述发射天线发射步进调频连续波信号，接收天线接收到信号反馈数据，信号反馈数据通过接收机进入信号处理单元得到原始回波数据；
数据处理单元将原始回波数据进行FFT处理或IDFT处理后，再进行了二次压缩计算，得到回波强度谱分布。
5.根据权利要求1-4任一所述的采用步进调频连续波的团雾雷达装置，其特征在于：所述团雾雷达装置还包括万向球云台及控制单元，万向球云台上安装所述雷达本体，所述控制单元控制万向球云台旋转带动所述雷达本体，获取四周的团雾分布数据。
6.根据权利要求5所述的采用步进调频连续波的团雾雷达装置，其特征在于：所述数据处理模块还连接有通讯模块，通讯模块用于双向传输数据，发送团雾信息数据，接收业务命令。
7.根据权利要求6所述的采用步进调频连续波的团雾雷达装置，其特征在于：所述采用步进调频连续波的团雾雷达装置用于测量高速公路或者机场跑道上出现的团雾。
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