调频连续波雷达射频对消技术研究

论文摘要

在直升机防撞系统的发展历程中,微波防撞雷达技术已成为直升机防撞系统的一个重要发展方向。目前,在应用于直升机防撞领域的微波雷达中,主要采用脉冲体制雷达,而另外一种优势很突出的调频连续波((FMCW)体制雷达的应用一直受到抑制。究其原因,主要是由于连续波体制雷达存在一个致命弱点:信号泄漏问题。一直以来,人们提出了很多有效方法来解决这个问题,而在直升机这种空间小、结构紧凑的设备安装平台上,这些方法很难满足单天线微波FMCW体制雷达工程应用的需要。但是,随着现代微波固态器件技术的进步,在人们提出的众多方法中,射频对消技术将会是未来实现单天线微波FMCW防撞雷达实用化的关键。本文即在这样的应用背景下,对射频对消技术展开了全面的研究,并且进行了在单天线微波FMCW体制防撞雷达射频前端中运用射频对消技术的实验。实验测试结果显示在中心频率为10.5GHz、扫频带宽100MHz的条件下实现对泄漏信号抑制度大于25dB。本文首先对微波FMCW体制防撞雷达的工作原理及特点进行了简要介绍,然后详细介绍了解决信号泄漏问题的各种方法的原理。着重在理论上对射频对消技术的基本原理进行了描述和详细分析,提出了评价射频对消性能的技术指标。基于对射频对消技术原理的分析和研究,制定了微波频段上的射频对消实验系统方案,并对实验方案进行了原理分析以及对消性能分析,为具体设计射频对消实验系统提供了理论基础。然后,依据实验方案,实际设计了实验系统的各个部件的硬件电路,并分析了主要部件的性能误差对整个实验结果的影响。最后,介绍了实验系统的硬件联调过程,提出了实验系统的测试方案,对射频对消实验系统进行了详细的测试,给出了测试结果,并且总结了这次实验中影响对消性能的因素。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 课题的目的及研究意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 本文研究的主要内容和结构安排
• 第二章 FMCW雷达概述及射频对消原理
• 2.1 FMCW雷达概述
• 2.1.1 FMCW雷达的基本工作原理
• 2.1.2 FMCW雷达的优势
• 2.1.3 FMCW雷达中的泄漏问题
• 2.2 射频对消的基本原理
• 2.2.1 射频对消的基本思想
• 2.2.2 射频对消系统的原理模型
• 2.2.3 射频对消性能的评价
• 2.3 本章小结
• 第三章 射频对消系统实现方式
• 3.1 引言
• 3.2 射频对消系统方案
• 3.3 射频对消系统方案原理分析
• 3.4 射频对消系统方案性能分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 射频对消系统硬件实现及测试
• 4.1 引言
• 4.2 射频对消系统硬件设计
• 4.2.1 I-Q 矢量调制器设计
• 4.2.2 低噪声放大器及正交混频组件设计
• 4.3 射频对消系统硬件实现及联调
• 4.3.1 原型验证系统硬件实现
• 4.3.2 原型验证系统硬件联调
• 4.4 射频对消系统测试及数据分析
• 4.4.1 射频对消系统测试方案
• 4.4.2 射频对消系统测试数据
• 4.4.3 射频对消系统实验结果分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论
• 5.1 总结
• 5.2 应用前景分析
• 5.3 下一步工作的展望
• 致谢
• 参考文献