8mm波段主动探测器目标识别.doc

8mm波段主动探测器目标识别一、连续波多普勒探测器收发原理本实验8mm波段主动探测器采用连续波多普勒体制，即发射不加调制的连续波，利用多普勒效应工作的探测器，其探测原理框图如图1.1所示。图1.1 连续波多普勒主动探测器测试原理图我们知道，在探测器和目标接近的过程中，由于探测器和目标存在径向运动，探测器发射的电磁波经目标反射之后被探测器接受一部分，接受的目标回波信号与发射信号之间存在着一个随时间而变化的相位差，致使回波信号的频率不同于发射信号的频率。这一现象就叫做多普勒效应。目标回波信号频率与发射频率之间的差频被称为多普勒频率。多普勒频率的大小和符号与探测器及目标之间的接近速度有关。设连续波多普勒探测器发射的是未加调制的正弦信号，则多普勒频率可表示为： （1）式中：多普勒频率；接近速度；工作波长。在探测器与目标接近时为正值（接收信号频率高于发射信号频率），相远离时为负值（接收信号频率低于发射信号频率）；二者若不存在相对运动，或接近速度为零时，亦为零。由此看出，回波信号的频率相对于发射信号变化了一个多普勒频率，其数值大小与目标间的接近速度成正比，与发射源工作波长成反比。因此，我们可以利用连续波多普勒探测器来检测目标的运动速度，即接近速度：= （2）利用式子（2）还可以定距。1、多普勒信号的提取根据下式：= （3）即： （4）可见，多普勒频率的相对值正比于接近速度与光速之比，的正负值取决于相对运动方向。一般来说，所以相对多普勒频率/是很小的，多处于音频范围。因此，要从接收信号中提取多普勒频率信号，一般可采用混频后取其差频的方法，即=。对于连续波多普勒探测器，通过天线发射未调制的连续正弦波，目标反射回来的信号经天线接收，与发射源信号进行混频取出差频信号，如果探测器与目标之间存在相对径向运动，相干检波后输出多普勒频率信号。2、收发装置及组成其收发装置为同腔混频外差式探测器，体效应二极管为本机振荡源，当其各参数和腔体及天线分布满足起振条件时，振荡器起振，射频信号通过天线向外辐射。当射频信号遇到目标时，如果目标和探测器之间径向有相对运动，目标产生的回波信号经天线加到振荡器中，回波信号和发射信号的一部分（即本振信号）在混频二极管中进行混频，混频输出的就是多普勒信号，再经多普勒放大器放大，输出频率正比于探测器与目标的接近速度。当天线对目标扫描时，输出信号的包络含有目标方位信息。二、连续波多普勒探测器测量原理及组成1、接近速度的测量-多普勒频率的测量连续波多普勒探测器可用于检测目标的运动速度，它首先测量的是目标与探测器之间的径向速度分量即接近速度，然后再通过径向速度分量与它同目标之间的夹角，求得目标运动的速度，故采用测定，从而得到。2、测速原理及系统组成本实验毫米波连续波多普勒探测器主要由天线、收发装置、多普勒信号放大器、测频电路及蜂鸣器组成，如图1.2所示。图1.2 测速系统原理框图由发射源（连续波振荡源）产生的等幅连续波高频振荡信号，其绝大部分能量从发射天线辐射到空间，很少一部分能量（漏功率）耦合到接收机输入端作为基准信号。当目标与探测器有相对运动时，a点发射信号和b点回波信号经过混频得到c点输出信号，其中含有，2频率成分，由多普勒信号放大器选出频率信号，通过测频，获得与目标的接近速度信息。3、测频的基本方法无论是自差式、外差式还是超外差式测速系统，它们的信号处理电路的工作原理是相同的，对于单一目标，它的多普勒频率在频域上是单一谱线，可采用以下几种基本测频方法。（1）计数法计数法的实质就是按照频率定义来测量，即单位时间内信号周期的个数即为频率。基本原理框图如图3所示。计数法有较好的线性范围和很宽的频带范围，容易数字化，但对多普勒信号要求较高，信噪比要求高，且对于频率较高的测量精度取决与数字器件的转换速度，测频精度依赖于闸门时间长短和精确度。图1.3 计数法原理框图（2）鉴频法鉴频法的实质就是利用某些器件或电路对不同频率的信号具有不同的电压传输比的性质，进行测频，即利用器件或电路频率特性进行测频。原理框图如图1.4所示。图1.4 鉴频法原理框图通过鉴频器可将一定频率范围内变化的信号转换成相应电压幅值变化的信号。鉴频法测频速度快，适用于频率较高场合的测量，对于一定频率范围内的多普勒信号幅值、信号规则性、信噪比的要求低，具有较高的灵敏度。输出的电压信号可直接由示波器显示。但鉴频法测频范围小，电路不易调试，且精度有限。（3）窄带滤波法窄带滤波法的实质就是利用信号的频率特性进行测频，即采用窄带滤波器组，对于选定的几个频率点进行测量。原理框图如图1.5所示。根据目标回波出现滤波器序号，可判定其多普勒频率。窄带滤波法对信号的信噪比、波形规则性、信号幅值要求低，测频速度快，还可用于对多个目标的速度测量。但窄带滤波法只适用于测几个点频率值，精度依赖于窄带滤波器的带宽和中心频率的稳定度。图1.5 窄带滤波法原理框图（4）周期法周期法的实质就是按照周期的定义来测