高精度脱靶测量雷达系统信号处理实现
发布时间：2020-10-27 23:14
靶场实验是火炮研制过程中的一个重要环节,通过对炮弹在接近靶面时的定位可以判断出目标是否脱靶从而为火炮的校准和改良提供数据参考。现代军事科技的发展使得炮弹的打击精度得到了大幅提升,因此对弹目标定位精度也有了更高的要求。本文设计并实现了一种通过发射调频连续波进行测距定位的高精度脱靶测量雷达系统。论文首先阐述了高精度脱靶测量雷达的微波前端参数、系统结构和天线布站方案,分别讨论了锯齿波和三角波这两种调制方式的测距原理,并选择了适合本系统工作需要的信号调制方式;其次讨论了系统的硬件设计方案,从各个模块的芯片选型、电路设计到系统电源、时钟的整体规划进行分析和设计;接着推导了系统定位精度的表达式,分析了使用FFT算法进行频率检测的误差,通过理论分析和仿真结合的方式验证了本系统实现高精度测距定位的可行性并给出了详细的基于FPGA的实现方案;最后,对系统进行调试,先对各模块进行单独的调试再通过外场实验验证了整体雷达系统对静目标、动目标的定位能力,证明本雷达系统可以实现高精度脱靶测量和目标定位。
【学位单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TJ306
【部分图文】：
通过两个不同的方位对弹目标进行测距可以计算出目标的具体位置，因此本雷达采??用一发双收的布站形式。两个接收天线和一个发射天线的摆放位置以及与弹目标、靶面??的位置关系如图２．１所示：其中Ｔ点是发射天线的摆放位置，位于靶面的下方正中间处，??Ｔ１点和Ｔ２点是两路接收天线的摆放位置，相对于Ｔ点对称，假设弹目标击中在靶面的??Ｃ点位置。由于实际测量的是弹目标与靶面遭遇阶段的位置，因此雷达的三路收发天线??均布置于靶面下方一米处且略微向前摆放，发射波束主瓣在靶的底端水平方向最小距离??为０．３ｗ，两个接收天线与发射天线处于同一条直线，收发天线之间的距离Ｚ?＝?４ｍ。??１＾］?｜?卷％）??严?Ｉ＇?＾?ｌｍ??图２．１雷达天线和靶面的位置关系??天线从Ｔ点发射波束打在位于Ｃ点的弹目标上（假设目标没有脱靶，击中在靶面上??Ｃ点处），接收天线在Ｔ１点和Ｔ２点接收到由弹目标反射的回波，由图可知电磁波从Ｔ??５??
??２．２．２单麵收测靶雷达系统雜??单发双收ＦＭＣＷ雷达的系统框图如图２．２所示，可以看出微波前端的发射模块主??要包括ＦＭＣＷ调频源、ＶＣＯ?（Ｖｏｌｔａｇｅ?Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ?Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ，压控振荡器）、功分器、功??放电路以及发射天线等部分；接收模块则主要包括接收天线、带通滤波器、低噪声放大??器、混频器、中频滤波器和Ａ／Ｄ转换电路等部分［１７］。??接收天线１????低噪放?混频器?＿，??—Ｘ?功放?Ｔ１０??????发射天线｜?—功分器４—?ＶＣ０?？—?Ｐ＇Ｕ?ａ宁、??接收天线２?Ａ?”?低噪放?ｌＬ０?ｆ??｜?｜??混频器??图２．２单发双收测靶雷达系统结构??从ＦＭＣＷ调制源输出信号的幅度值经过ＶＣＯ后按固定的调频斜率转换为扫频信号，??经过功分器，以及功放（ＰＡ），从发射天线发射出去，同时从功分器产生一部分本振信??号用作接收机的混频输入；射频电磁波由目标反射后产生回波并部分被接收天线接收，??通过带通滤波器后输入低噪声放大器（ＬＮＡ）对回波信号进行放大处理，在这段时间里??发射信号的频率已经随时间的推移发生了变化，因此回波信号与此时的作为本振输入的??发射信号频率有一定的差值；此时将回波信号与发射信号进行下混频
?硕士论文??如图２．３所示，图（ａ）表示发射信号与回波信号频率随时间变化的关系图，纵坐标为信??号的频率，横坐标为时间。图（ｂ）表示发射信号与回波信号的差频的绝对值随时间变??化的关系图［２３］。??ｆ?．?发射信号?回波信号????＞?ｔ????Ｔ?＾?：?：＿??（ｂ）??ｔ／°?ｆ??Ｖ?ｎ?ｉ＾??Ｔ?Ｔ?ｔ?＋?Ｔ?ｔ?＋?２Ｔ??图２．３锯齿波调频信号频率随时间变化图??在这里将锯齿波带宽ＡＦ与时宽ｒ的比值定义为锯齿波的斜率ｔ，其表达式为??ｋ?＝?ＡＦ／Ｔ?（２．１）??从图２．３中的ａ图可以看出回波信号相对于发射信号，除了在时间轴上存在一个时延ｒ之??夕卜，其频率变化的斜率及周期同发射信号的波形一样，若目标为静止，其时延与距离之??间的关系为??ｔ?＝?２Ｒ／ｃ?（２．２）??其中ｃ为电磁波传播速率，为３ｘｌ〇８ｍ／ｓ，２Ｒ为从发射天线到目标再到接收天线的距离??总和。从图２．３中的ｂ图可以看出，在ｒ？ｒ的时间段，以及（７＞ｒ）￣２；ｒ的时间段内，发??射信号与回波信号之间的差频为一固定值／〇，根据几何关系，可以发现／？与斜率免和??时延２■之间的关系为??ｋ?＝?ｆ〇／ｒ?（２．３）??综合公式（２．１）、（２．２）以及（２．３）
【参考文献】
本文编号：2859210
【学位单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TJ306
【部分图文】：
通过两个不同的方位对弹目标进行测距可以计算出目标的具体位置，因此本雷达采??用一发双收的布站形式。两个接收天线和一个发射天线的摆放位置以及与弹目标、靶面??的位置关系如图２．１所示：其中Ｔ点是发射天线的摆放位置，位于靶面的下方正中间处，??Ｔ１点和Ｔ２点是两路接收天线的摆放位置，相对于Ｔ点对称，假设弹目标击中在靶面的??Ｃ点位置。由于实际测量的是弹目标与靶面遭遇阶段的位置，因此雷达的三路收发天线??均布置于靶面下方一米处且略微向前摆放，发射波束主瓣在靶的底端水平方向最小距离??为０．３ｗ，两个接收天线与发射天线处于同一条直线，收发天线之间的距离Ｚ?＝?４ｍ。??１＾］?｜?卷％）??严?Ｉ＇?＾?ｌｍ??图２．１雷达天线和靶面的位置关系??天线从Ｔ点发射波束打在位于Ｃ点的弹目标上（假设目标没有脱靶，击中在靶面上??Ｃ点处），接收天线在Ｔ１点和Ｔ２点接收到由弹目标反射的回波，由图可知电磁波从Ｔ??５??
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?硕士论文??如图２．３所示，图（ａ）表示发射信号与回波信号频率随时间变化的关系图，纵坐标为信??号的频率，横坐标为时间。图（ｂ）表示发射信号与回波信号的差频的绝对值随时间变??化的关系图［２３］。??ｆ?．?发射信号?回波信号????＞?ｔ????Ｔ?＾?：?：＿??（ｂ）??ｔ／°?ｆ??Ｖ?ｎ?ｉ＾??Ｔ?Ｔ?ｔ?＋?Ｔ?ｔ?＋?２Ｔ??图２．３锯齿波调频信号频率随时间变化图??在这里将锯齿波带宽ＡＦ与时宽ｒ的比值定义为锯齿波的斜率ｔ，其表达式为??ｋ?＝?ＡＦ／Ｔ?（２．１）??从图２．３中的ａ图可以看出回波信号相对于发射信号，除了在时间轴上存在一个时延ｒ之??夕卜，其频率变化的斜率及周期同发射信号的波形一样，若目标为静止，其时延与距离之??间的关系为??ｔ?＝?２Ｒ／ｃ?（２．２）??其中ｃ为电磁波传播速率，为３ｘｌ〇８ｍ／ｓ，２Ｒ为从发射天线到目标再到接收天线的距离??总和。从图２．３中的ｂ图可以看出，在ｒ？ｒ的时间段，以及（７＞ｒ）￣２；ｒ的时间段内，发??射信号与回波信号之间的差频为一固定值／〇，根据几何关系，可以发现／？与斜率免和??时延２■之间的关系为??ｋ?＝?ｆ〇／ｒ?（２．３）??综合公式（２．１）、（２．２）以及（２．３）
【参考文献】
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本文编号：2859210
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