CN212210973U - 一种鉴相器及应用其的雷达系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种鉴相器及应用其的雷达系统，该鉴相器包括导频信号、接收信号、采样单元，异或门单元和累加器，采样单元对导频信号和接收信号进行采样，异或门单元对采样的数据进行处理后输出二进制码流，该二进制码流进一步由累加器进行处理，得到导频信号和接收信号的相位差，本发明还提出应用该鉴相器的雷达系统。采用本发明的鉴相器及其雷达系统，硬件结构简单，无须使用ADC模拟数字转换器，降低设计和推广成本，提高雷达接收机的动态范围，提高产品的竞争力。
Description
技术领域
本发明属于雷达应用领域，更具体的是涉及雷达动态定位的方法。
背景技术
在民用和军事领域，雷达系统经常需要用来进行定位，目前用雷达系统进行定位的方案主要有FMCW（Frequency Modulated Continuous Wave，调频连续波）、点频雷达、OFDM雷达等设计方案。
申请日2015年5月6日的美国发明专利US10436890揭示了一种基于FMCW的定位方法，该方案采用MIMO雷达的时分复用方法，利用接收的回波频率与发射的频率变化都是三角波的规律，采用二维傅里叶变，利用微小的时间差计算出目标距离。
申请日2017年3月9日的美国发明专利US10557933揭示了一种雷达定位方法，该方案主要采用多普勒校正相位旋转控制单元，基于移动物体的移动速度，确定用于校正多普勒频率分量的多普勒校正相位旋转量，进而实现移动目标例如车辆的定位。
上述两种方案的系统设计较为复杂，推广应用的成本较高，推广应用的范围有限，雷达的 动态接收范围有限。
因此，有必要开发一种新型的雷达定位实现方法，简化系统设计，降低复杂度和成本，提高雷达的动态接收范围。
发明内容
为了解决上述现有技术的不足，本发明提出一种基于单比特比较器的变频定位雷达的实现方法。
第一方面，本发明提出一种鉴相器，包括导频信号、接收信号、采样单元，还包括异或门单元和累加器，采样单元对导频信号和接收信号进行采样，异或门单元对采样的数据进行处理后输出二进制码流，该二进制码流进一步由累加器进行处理，得到导频信号和接收信号的相位差。
进一步的，所述的导频信号和接收信号的频率可调。
进一步的，所述的异或门单元利用1bit比较器将模拟信号转换成逻辑码流，并从而鉴别相位。
进一步的，所述的异或门单元对二进制码流进行串行或并行处理。
进一步的，所述的异或门单元还可以采用逻辑元器件。
进一步的，所述的累加器还可以是积分器或可编程逻辑器件的任一种。
进一步的，所述的采样单元对导频信号和接收信号进行单比特采样。
进一步的，所述的二进制码流通过光纤传播或电信号传导，在光纤传播时，系统的收发机部分和数字处理部分可以分布在不同的地理位置形成分布式系统。
第二方面， 本发明提出一种雷达系统，包括鉴相器，还包括采样单元，异或门单元和累加器，采样单元对导频信号和接收信号进行采样，异或门单元对采样的数据进行处理后输出二进制码流，该二进制码流进一步由累加器进行处理，得到导频信号和接收信号的相位差。
进一步的，所述的导频信号和接收信号的频率可调。
进一步的，所述的异或门单元利用1bit比较器将模拟信号转换成逻辑码流，并从而鉴别相位。
进一步的，所述的异或门单元对二进制码流进行串行或并行处理。
进一步的，所述的异或门单元还可以采用逻辑元器件。
进一步的，所述的累加器还可以是积分器或可编程逻辑器件的任一种。
进一步的，所述的采样单元对导频信号和接收信号进行单比特采样。
进一步的，所述的二进制码流通过光纤传播或电信号传导，在光纤传播时，系统的收发机部分和数字处理部分可以分布在不同的地理位置形成分布式系统。
进一步的，所述的雷达系统还包括发射机和接收机，所述的发射机和接收机可以是直接上下变频，也可以是多级上下变频。
采用本发明的鉴相器及其雷达系统，硬件结构简单，无须使用ADC（Analog-to-Digital Converter，模拟数字转换器），因此降低成本，提高雷达接收机的动态范围。
附图说明
图1：本发明的定位雷达系统组成架构图。
图2：本发明的数据采样示意图。
图3：本发明的鉴相器组成示意图。
具体实施方式
下面将详细参考本发明的优选实施例，其示例在附图中示出，虽然将结合优选实施例描述本发明，但是本领域技术人员应该理解，这些实施例并不是将本发明限制于这些实施例，相反，本发明旨在覆盖可包括在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的替代、修改和等同物。此外，在本发明的以下详细描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本发明的透彻理解，然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明。
请参考图1本发明的定位雷达系统组成架构图，系统由变频连续被导频CW（Continuous Wave，连续波）发射源101，发射机102，目标103，接收机104，鉴相器105（PhaseDetector）组成。
变频连续被导频CW（Continuous Wave，连续波）发射源101生成CW导频信号Spilot，CW导频信号Spilot经由发射机102上变频到毫米波频段，例如28GHz或70GHz，并由天线发射出去，发射波形遇到目标103反弹，回波信号由接收机104接收并下变频回到CW频率，接收机的接收信号Srec和CW导频信号Spilot为同频信号，但是相位偏移对应目标的延迟时间不同，系统通过检测回波信号的时间差确定目标的距离，在收发信号仅为特定频率的正弦波的情况下，时间延迟转变为相位差，针对相位差的检测可以由鉴相器105完成，通过调整输入信号的频率，鉴相器105的鉴相精度可对应进行精确调整，进一步用来精确判断目标距离。图1中的发射机102和接收机104可以是直接上下变频，也可以是多级上下变频，在目标103检测过程中，系统可以采用离散变换的不同导频频率进行目标定位。
请参考图2本发明的数据采样示意图，图中的圆形黑色实心点为采样点，本发明中鉴相器105利用光纤光电转换器将正弦波输入信号直接与0V点位比较，然后输出1和0的二级制光信号，其中1代表输入电压大于0V，0代表输入电压小于0V，由于该比较只在固定的时间间隔进行，例如使用10Gbps带宽的商业光电转换器，比较采样点设置为固定间隔的100ps，因而一个1GHz正弦波被十倍过采样转换为1111100000的二进制序列，当相位误差或时延小于100ps时，二进制序列无区别通常难于检测。
在本系统中鉴相器105用同样时钟速率对同频率的接收信号Srec和CW导频信号Spilot进行采样转换为两组二进制码流，通过二进制码流区别和鉴别微小相位差。
例如，在输入波形和采样时间为整数倍时，1G信号被10G采样则会固定出现连续5个1和连续5个0的平衡二进制码流，当输入信号为0.99G时，同样被10G采样，每1000个二进制码流中会出现九个1111100000和一个1111110000的非平衡码流，分析这个单独的非平衡码1111110000图案在整体码流中的位置，可以给出详细的相位信息。
在本系统中通过设置变频连续被导频CW（Continuous Wave，连续波）发射源的频率和采样频率非整数倍，引入周期出现的非平衡二进制码流，比较发射信号和接收信号产生的二级制码流，进一步可以鉴定两者的相位差距，实现雷达定位的目的。
请参考图3本发明的鉴相器组成示意图，接收信号Srec和CW导频信号Spilot为同频信号，对上述两信号进行单比特采样，在采样单元301的fs采样速率下转换为两组二进制码流，该二进制码流可以通过光纤传播或电信号传导到异或门单元302进行操作，在光纤传播时，系统的收发机部分和数字处理部分可以分布在不同的地理位置形成分布式系统。异或门单元302可以串行或者并行处理输入的码流，码流不同的比特导致1输出，相同的比特导致0输出，异或门单元302利用1bit比较器将模拟信号转换成逻辑码流，并从而鉴别相位，异或门单元302的输出进入累加器303，在一定的时间内对异或门单元302的结果进行累加，累加器303的结果数值对应着两个输入信号的相位差，此处的累加器303还可以用积分器或可编程逻辑器件的任一种进行替换，累加器303的输出进一步供其他电路使用。
此处的异或门单元302还可以由可以实现同类功能的逻辑元器件和或逻辑元器件的组合替换，并不限于异或门。
Claims (17)
1.一种鉴相器，包括导频信号、接收信号、采样单元，其特征在于，还包括异或门单元和累加器，采样单元对导频信号和接收信号进行采样，异或门单元对采样的数据进行处理后输出二进制码流，该二进制码流进一步由累加器进行处理，得到导频信号和接收信号的相位差。
2.如权利要求1所述的鉴相器，其特征在于，所述的导频信号和接收信号的频率可调。
3.如权利要求1所述的鉴相器，其特征在于，所述的异或门单元利用1bit比较器将模拟信号转换成逻辑码流，并从而鉴别相位。
4.如权利要求1所述的鉴相器，其特征在于，所述的异或门单元对二进制码流进行串行或并行处理。
5.如权利要求1所述的鉴相器，其特征在于，所述的异或门单元还可以采用逻辑元器件。
6.如权利要求1所述的鉴相器，其特征在于，所述的累加器还可以是积分器或可编程逻辑器件的任一种。
7.如权利要求1所述的鉴相器，其特征在于，所述的采样单元对导频信号和接收信号进行单比特采样。
8.如权利要求1所述的鉴相器，其特征在于，所述的二进制码流通过光纤传播或电信号传导，在光纤传播时，系统的收发机部分和数字处理部分可以分布在不同的地理位置形成分布式系统。
9.一种雷达系统，包括鉴相器，其特征在于，还包括采样单元，异或门单元和累加器，采样单元对导频信号和接收信号进行采样，异或门单元对采样的数据进行处理后输出二进制码流，该二进制码流进一步由累加器进行处理，得到导频信号和接收信号的相位差。
10.如权利要求9所述的雷达系统，其特征在于，所述的导频信号和接收信号的频率可调。
11.如权利要求9所述的雷达系统，其特征在于，所述的异或门单元利用1bit比较器将模拟信号转换成逻辑码流，并从而鉴别相位。
12.如权利要求9所述的雷达系统，其特征在于，所述的异或门单元对二进制码流进行串行或并行处理。
13.如权利要求9所述的雷达系统，其特征在于，所述的异或门单元还可以采用逻辑元器件。
14.如权利要求9所述的雷达系统，其特征在于，所述的累加器还可以是积分器或可编程逻辑器件的任一种。
15.如权利要求9所述的雷达系统，其特征在于，所述的采样单元对导频信号和接收信号进行单比特采样。
16.如权利要求9所述的雷达系统，其特征在于，所述的二进制码流通过光纤传播或电信号传导，在光纤传播时，系统的收发机部分和数字处理部分可以分布在不同的地理位置形成分布式系统。
17.如权利要求9所述的雷达系统，其特征在于，还包括发射机和接收机，所述的发射机和接收机可以是直接上下变频，也可以是多级上下变频。
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| CN111600602A (zh) * | 2020-06-12 | 2020-08-28 | 盛纬伦(深圳)通信技术有限公司 | 一种鉴相器及应用其的雷达系统 |
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