CN215986467U - 一种小型化多功能微波雷达系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种小型化多功能微波雷达系统，包括天线模块、发射模块、接收模块、控制模块及采集模块，控制模块分别通过发射模块、接收模块连接天线模块，采集模块包括前置放大电路、抗混叠电路及AD转换电路；接收模块的输出端依次通过前置放大电路、抗混叠电路、AD转换电路连接控制模块。本实用新型的雷达回波信号经抗混叠电路过滤电路中的高频信号干扰，避免混入高频噪声而造成信号混叠，提高了雷达回波信号的信噪比。

Description

一种小型化多功能微波雷达系统

技术领域

本实用新型涉及微波雷达技术领域，尤其涉及一种小型化多功能微波雷达系统。

背景技术

微波雷达利用全天时、全天候、不受光线影响等诸多优势，在军事和民用领域正发挥着重要作用，尤其是在军事领域，微波雷达是目标信息获取的重要来源。但是军用雷达系统体积庞大，而且数据具有一定涉密性，对大量在高校和科研院所从事雷达研究的工作人员开展设计性实验十分不利。没有雷达实测数据支撑，只单纯进行理论仿真，就无法对算法进行理论联系实际的交叉验证，因此需要小型化的微波雷达设备作为科研和教学的辅助支撑。多功能微波雷达系统包括包括雷达和上位机，雷达由天线模块、收发模块、控制模块和采集模块组成，用于电磁波信号的发射、回波信号接收、信号时序控制以及原始雷达信号的多通道同步采集；上位机用于完成雷达工作模式的选择、雷达参数软件化配置、雷达信息处理及雷达结果显示，通过电磁波对目标的智能感知和信息分析，实现雷达一维距离像分析、杂波抑制、相参信号处理、目标检测、微动测量以及高分辨率成像等多种功能应用。

在雷达的采集模块中，由于雷达回波信号是低频信号，信号比较平稳，非常容易被高频信号干扰，尤其是采用远大于1/2的采样频率进行采样时，有效信号里极容易混入噪声，造成信号混叠，严重降低了信噪比。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出了一种小型化多功能微波雷达系统，以解决传统小型化多功能微波雷达系统中雷达回波信号被高频信号干扰造成信号混叠的问题。

本实用新型的技术方案是这样实现的：一种小型化多功能微波雷达系统，包括天线模块、发射模块、接收模块、控制模块及采集模块，控制模块分别通过发射模块、接收模块连接天线模块，采集模块包括前置放大电路、抗混叠电路及AD转换电路；

接收模块的输出端依次通过前置放大电路、抗混叠电路、AD转换电路连接控制模块。

可选的，抗混叠电路RC低通滤波器及二阶有源低通滤波器；

前置放大电路的输出端依次经过RC低通滤波器、二阶有源低通滤波器连接AD转换电路的模拟输入端。

可选的，RC低通滤波器包括电阻R1、电容C1及电压跟随器U1，二阶有源低通滤波器包括运算放大器U2、电阻R2～R3及电容C2～C3；

前置放大电路的输出端依次经电阻R1、电容C1接地，电阻R1、电容C1的公共端依次经电压跟随器U1、电阻R2、电阻R3、电容C3接地，电阻R3、电容C3的公共端连接运算放大器U2的同相端，电阻R2、电阻R3的公共端经电容C2连接运算放大器U2的输出端，运算放大器U2的输出端还连接运算放大器U2的反相端，运算放大器U2的输出端还连接AD转换电路的模拟输入端。

可选的，前置放大电路为仪表放大器。

可选的，AD转换电路包括单端转差分电路及差分AD转换电路；

抗混叠电路的输出端依次经单端转差分电路、差分AD转换电路连接控制模块。

可选的，单端转差分电路包括AD8015芯片及其外围电路，差分AD转换电路包括ADC08500芯片及其外围电路。

可选的，小型化多功能微波雷达系统还包括上位机，控制模块通过USB接口连接上位机。

可选的，控制模块包括FPGA及其外围电路。

本实用新型的小型化多功能微波雷达系统相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)雷达回波信号经抗混叠电路过滤电路中的高频信号干扰，避免混入高频噪声而造成信号混叠，提高了雷达回波信号的信噪比；

(2)RC低通滤波器与二阶有源低通滤波器之间增加了电压跟随器，以进行前后级电路的阻抗匹配，并将无源RC低通滤波器转换为有源滤波，避免负载影响抗混叠电路的滤波效果；

(3)前置放大电路为仪表放大器，具有输入缓冲器，不需要输入阻抗匹配，由于采用差分放大，抑制了电路中的共模干扰，提高了信号采集的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的小型化多功能微波雷达系统的结构框图；

图2为本实用新型的抗混叠电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实施例的小型化多功能微波雷达系统包括天线模块、发射模块、接收模块、控制模块及采集模块，控制模块分别通过发射模块、接收模块连接天线模块，采集模块包括前置放大电路、抗混叠电路及AD转换电路。接收模块的输出端依次通过前置放大电路、抗混叠电路、AD转换电路连接控制模块。

一般的，发射模块可包括压控振荡器、无源倍频器、功率放大器、带通滤波器、有源倍频器及耦合器，压控振荡器依次经无源倍频器、功率放大器、带通滤波器、有源倍频器及耦合器连接天线模块的发射天线；接收模块可包括低噪声放大器、混频器、带通滤波器、两级中频放大器，天线模块的接收天线依次经低噪声放大器、混频器、带通滤波器、两级中频放大器后实现雷达回波信号输出，耦合器的输出作为混频器的本振信号，采用零中频混频的方式；控制模块可包括FPGA及其外围电路，由FPGA控制下位机的各个硬件完成雷达信号的发射、接收及采集；小型化多功能微波雷达系统还包括上位机，控制模块通过USB接口连接上位机，上位机模式选择参数通过USB传输给下位机，下位机通过接收到的参数，对雷达的硬件进行配置，从而控制其发射功率、调频范围、调频时宽等参数，雷达将接收到的信号通过采集模块进行采集后，通过USB将数据传输给上位机PC，上位机PC将接收到的数据放入内存中，通过编写程序实现雷达一维距离像分析、杂波抑制、相参信号处理、目标检测、微动测量以及高分辨率成像等多种功能的算法，处理完成后通过界面显示出最终结果。需要说明的是，本实施例不涉及天线模块、发射模块、接收模块、控制模块及上位机的改进。

本实施例中，前置放大电路用于将雷达回波信号进行放大以达到AD转换电路的模拟量输入范围，雷达回波信号经抗混叠电路过滤电路中的高频信号干扰，避免混入高频噪声而造成信号混叠，提高了雷达回波信号的信噪比。

具体的，抗混叠电路RC低通滤波器及二阶有源低通滤波器；前置放大电路的输出端依次经过RC低通滤波器、二阶有源低通滤波器连接AD转换电路的模拟输入端。RC低通滤波器可以有效的衰减电路中的反冲噪声和抑制带外噪声，RC低通滤波器中的电阻需选用小电阻，大电阻会引入电阻噪声，可以通过提高RC低通滤波器中的电容容值的方式降低截止频率。二阶有源低通滤波器用于进一步提高抗混叠效果，进一步提高信噪比。

如图2所示，RC低通滤波器包括电阻R1、电容C1及电压跟随器U1，二阶有源低通滤波器包括运算放大器U2、电阻R2～R3及电容C2～C3。前置放大电路的输出端依次经电阻R1、电容C1接地，电阻R1、电容C1的公共端依次经电压跟随器U1、电阻R2、电阻R3、电容C3接地，电阻R3、电容C3的公共端连接运算放大器U2的同相端，电阻R2、电阻R3的公共端经电容C2连接运算放大器U2的输出端，运算放大器U2的输出端还连接运算放大器U2的反相端，运算放大器U2的输出端还连接AD转换电路的模拟输入端。其中，由于RC低通滤波器为无源滤波，二阶有源低通滤波为有源滤波，无源滤波器的截止频率都随着负载而变化，带负载后截止频率升高，所以为使负载不影响滤波特性，本实施例在两者之间增加了电压跟随器U1，以进行前后级电路的阻抗匹配，并将无源RC低通滤波器转换为有源滤波，避免负载影响抗混叠电路的滤波效果。

进一步的，本实施例优选前置放大电路为仪表放大器。仪表放大器一般由三个运算放大器所组成，分成两个部分，输入端的两个电压跟随器提供输入端高输入阻抗，后级则是差分放大器，用来做两个输入端的差分放大。仪表放大器具有输入缓冲器，不需要输入阻抗匹配，由于采用差分放大，抑制了电路中的共模干扰，提高了信号采集的精度。

进一步的，本实施例优选AD转换电路包括单端转差分电路及差分AD转换电路；抗混叠电路的输出端依次经单端转差分电路、差分AD转换电路连接控制模块。具体的，单端转差分电路包括AD8015芯片及其外围电路，差分AD转换电路包括ADC08500芯片及其外围电路。AD8015芯片是一款低成本、宽带宽、低噪声的差分输出芯片，考虑芯片功能、成本、功耗等多方面，AD8015能以高性价比实现单端信号到差分信号的转变。ADC08500是一款低功耗，高性能CMOS模数转换器，分辨率为8位，采样率高达500Msps。在1.9V土0.1V的电源下，采样率为500Msps时的耗能为0.8W，且在整个工作温度范围内无代码丢失。拥有普通控制和扩展控制两种工作模式，可以通过SPI串行接口对芯片内部的寄存器进行写入，用于配置芯片功能参数。AD8015芯片与ADC08500芯片的引脚接线连接较为常见，可参考芯片手册。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种小型化多功能微波雷达系统，包括天线模块、发射模块、接收模块、控制模块及采集模块，控制模块分别通过发射模块、接收模块连接天线模块，其特征在于，采集模块包括前置放大电路、抗混叠电路及AD转换电路；

接收模块的输出端依次通过前置放大电路、抗混叠电路、AD转换电路连接控制模块。

2.如权利要求1所述的小型化多功能微波雷达系统，其特征在于，抗混叠电路RC低通滤波器及二阶有源低通滤波器；

前置放大电路的输出端依次经过RC低通滤波器、二阶有源低通滤波器连接AD转换电路的模拟输入端。

3.如权利要求2所述的小型化多功能微波雷达系统，其特征在于，RC低通滤波器包括电阻R1、电容C1及电压跟随器U1，二阶有源低通滤波器包括运算放大器U2、电阻R2～R3及电容C2～C3；

前置放大电路的输出端依次经电阻R1、电容C1接地，电阻R1、电容C1的公共端依次经电压跟随器U1、电阻R2、电阻R3、电容C3接地，电阻R3、电容C3的公共端连接运算放大器U2的同相端，电阻R2、电阻R3的公共端经电容C2连接运算放大器U2的输出端，运算放大器U2的输出端还连接运算放大器U2的反相端，运算放大器U2的输出端还连接AD转换电路的模拟输入端。

4.如权利要求1所述的小型化多功能微波雷达系统，其特征在于，前置放大电路为仪表放大器。

5.如权利要求1所述的小型化多功能微波雷达系统，其特征在于，AD转换电路包括单端转差分电路及差分AD转换电路；

抗混叠电路的输出端依次经单端转差分电路、差分AD转换电路连接控制模块。

6.如权利要求5所述的小型化多功能微波雷达系统，其特征在于，单端转差分电路包括AD8015芯片及其外围电路，差分AD转换电路包括ADC08500芯片及其外围电路。

7.如权利要求1所述的小型化多功能微波雷达系统，其特征在于，还包括上位机，控制模块通过USB接口连接上位机。

8.如权利要求1所述的小型化多功能微波雷达系统，其特征在于，控制模块包括FPGA及其外围电路。

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