專利名稱：毫米波船用調(diào)頻多通道防撞雷達(dá)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線電波發(fā)射與接收探測(cè)目標(biāo)方位、距離和速度的技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種毫 米波船用調(diào)頻多通道防撞雷達(dá)。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，海洋航運(yùn)和內(nèi)陸江河湖泊航運(yùn)、漁業(yè)迅速發(fā)展，船只大量增多，港口、航道越來(lái) 越擁擠，常有船只違章超載、超速，尤其兩船或多條船交匯時(shí)其慣性力沖擊掀起大波浪，影 響航向不易正確操縱導(dǎo)致船只相互碰撞或撞擊橋墩，嚴(yán)重時(shí)沉船，甚至橋梁塌陷。在暴風(fēng)雨 天氣惡劣時(shí)引發(fā)事故概率更大，迫切需要配置先進(jìn)防撞雷達(dá)。FM-CW調(diào)頻連續(xù)波防撞雷達(dá)局 限于檢測(cè)單一目標(biāo)。據(jù)分析，不同目標(biāo)雷達(dá)反射截面RCS是不同的，目標(biāo)距離不同回波延時(shí) 必然不同，其運(yùn)動(dòng)速度不同多普勒頻移也不同，因此，調(diào)制信號(hào)僅用單一頻率的周期信號(hào)作 為檢測(cè)標(biāo)志，不能對(duì)觀察區(qū)域內(nèi)所有目標(biāo)同時(shí)無(wú)模糊測(cè)定距離和速度。對(duì)可能發(fā)生碰撞的目 標(biāo)大小和距離遠(yuǎn)近分辨力都是單一的，相鄰多個(gè)目標(biāo)回波相互交調(diào)、串?dāng)_會(huì)很難分辨其檢測(cè) 數(shù)據(jù)，影響判斷。防撞預(yù)警雷達(dá)作用于近距離，要求船體所處的水面具有全方位安全航行防 撞功能。脈沖PD雷達(dá)發(fā)射脈寬遮擋回波接收信號(hào)，存在盲距，不宜近距檢測(cè)防撞，并缺少對(duì) 多個(gè)可能碰撞目標(biāo)檢測(cè)和跟蹤能力，發(fā)射信號(hào)單通道邊掃描邊跟蹤在干擾雜波虛警密集環(huán)境 下，掃描回波尚未獲得按真實(shí)目標(biāo)觀測(cè)數(shù)據(jù)分類，很難跟蹤目標(biāo)航跡。眾多船只應(yīng)用防撞雷 達(dá)在同一水域相鄰之間抗相互干擾問(wèn)題需待解決。FM- CW天線發(fā)射能量泄漏阻塞接收回波信 號(hào)，相鄰目標(biāo)難以分辨不能顯示多個(gè)目標(biāo)全景圖像，對(duì)多個(gè)目標(biāo)的相對(duì)位置、距離遠(yuǎn)近及相 對(duì)速度欠缺預(yù)警?？傮w來(lái)說(shuō)，現(xiàn)有防撞雷達(dá)缺用傳感器信號(hào)構(gòu)成閉環(huán)控制的功能，缺少航道 環(huán)境天線自適應(yīng)控制和自動(dòng)避障、減速智能控制，能見(jiàn)度差或行駛遇到險(xiǎn)情沒(méi)及時(shí)幫助司機(jī) 解危避免事故。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的提供相對(duì)快速的同時(shí)全方位檢測(cè)所處水域可能發(fā)生碰撞的目標(biāo)距離、速度 的一種毫米波船用調(diào)頻多通道防撞雷達(dá)。
本發(fā)明技術(shù)方案設(shè)有:波束轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、環(huán)形器、限幅器、中放、邊帶倒置電路、多個(gè)水
面航道攝像頭、本船速傳感器、衛(wèi)星定位傳感器GPS、數(shù)據(jù)緩沖器FIF0、數(shù)字信號(hào)處理器DSP、 微控制器MCU、接口 1/0、雙口存儲(chǔ)器RAM、聲光報(bào)警器、方向舵控制器、減速器、點(diǎn)火/熄 滅控制器、鍵盤，還設(shè)收/發(fā)天線陣列、頻率合成器、收/發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)T/Ri、 T/R2、 T/fo、 SAW 多通道調(diào)頻器、時(shí)分電路、上變頻、倍頻與功放、高放、下變頻、SAW多通道目標(biāo)信號(hào)提取 電路、光柵掃描圖像顯示器CRT，收/發(fā)天線陣列在船頂高位設(shè)成水平環(huán)形陣或環(huán)繞桅桿圓環(huán) 陣，頻率合成器輸出fc3接入DSP為時(shí)鐘信號(hào)，DSP編碼脈沖分配序列接入波束轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、CRT， 全方位循環(huán)掃描探測(cè)水面可能碰撞的目標(biāo)，fC1接入時(shí)分電路為時(shí)鐘信號(hào)，時(shí)分電路可編程 預(yù)置端經(jīng)接口 1/0接入MCU，多個(gè)水面航道攝像頭、本船速傳感器信號(hào)、衛(wèi)星定位傳感器GPS
經(jīng)接口 1/0接入MCU控制時(shí)分電路生成n路時(shí)分脈沖，高電平邏輯"H"接入收/發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān) T/R2、 T/R3，低電平邏輯"'L"接入T/Ri，頻率合成器輸出fL接入上變頻為本振信號(hào)，fm接入 SAW多通道調(diào)頻器為基準(zhǔn)信號(hào)，fc2接入SAW多通道調(diào)頻器為窄脈沖定時(shí)信號(hào)，在SAW多通道
調(diào)頻器生成n組無(wú)源調(diào)頻信號(hào)，接入時(shí)分電路編碼為n路SAW頻率遞增排列的時(shí)分脈沖群， 經(jīng)限幅器、上變頻、T/R.3、倍頻與功放、T/R2、環(huán)形器饋給收/發(fā)天線陣列發(fā)射，頻率合成器 輸出fL'接入下變頻為本振信號(hào)，fV接入邊帶倒置電路為本振信號(hào)，fi接入SAW多通道目標(biāo)信 號(hào)提取電路為中頻相干檢波基準(zhǔn)信號(hào)，n路回波信號(hào)經(jīng)收/發(fā)天線陣列、波束轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、環(huán)形 器、T/Rk高放、下變頻、中放、邊帶倒置電路，在時(shí)分電路時(shí)序異步選通門選取n組按發(fā) 射SAW頻率編排的目標(biāo)信號(hào)，經(jīng)SAW多通道目標(biāo)信號(hào)提取電路、數(shù)據(jù)緩沖器FIFO接入DSP的 數(shù)據(jù)總線，DSP與MCU數(shù)據(jù)總線、地址線、控制線經(jīng)雙口存儲(chǔ)器RAM匯接并提供仲裁信號(hào)，MCU 輸入/輸出接口 1/0分別接入光柵掃描圖像顯示器CRT、聲光報(bào)警器、方向舵控制器、減速器、 點(diǎn)火/熄滅控制器、鍵盤，DSP軟件設(shè)計(jì)片內(nèi)分組時(shí)分復(fù)用數(shù)據(jù)重排、動(dòng)目標(biāo)顯示MTI、快速 傅里葉變換FFT、距離旁瓣抑制、恒虛警處理CFAR， MCU系統(tǒng)軟件編程包括主程序和數(shù)據(jù)采 集、數(shù)據(jù)處理、對(duì)象控制子程序，中放自動(dòng)增益控制AGC電壓經(jīng)濾波、放大接入高放、中放 AGC控制端；
其中，頻率合成器由恒溫晶振、晶振分頻器、倍頻放大鏈、混頻器、壓控振蕩器VCO、 鑒相器、環(huán)路濾波器、環(huán)路分頻器組成，VCO由砷化鎵高電子遷移率器件GaAsHEMT、介質(zhì)諧 振器反饋振蕩、變?nèi)莨軌嚎卣{(diào)諧，環(huán)路分頻器由前置固定分頻器和可編程分頻器組合，恒溫 晶振輸出分兩路， 一路經(jīng)倍頻放大鏈與VCO輸出混頻并通過(guò)環(huán)路分頻器接入鑒相器，另一路 經(jīng)晶振分頻器接入鑒相器，相差電壓經(jīng)環(huán)路濾波器壓控VCO鎖相頻率合成，頻率合成器VCO 直接輸出fL為上變頻本振信號(hào)，經(jīng)二至四倍頻為雷達(dá)載頻fo， fL經(jīng)定向耦合器為下變頻二至 四內(nèi)在倍頻本振信號(hào)fi」，可編程分頻器控制端由接口 1/0接入MCU，其輸出fm為SAW多通道 調(diào)頻器基準(zhǔn)信號(hào)、fr為邊帶倒置本振信號(hào)、fi為I/Q相干檢波器基準(zhǔn)信號(hào)、fc,為時(shí)分時(shí)鐘信 號(hào)、fc2為窄脈沖定時(shí)信號(hào)、fc3為DSP時(shí)鐘信號(hào)；
收/發(fā)天線陣列，由準(zhǔn)光集成介質(zhì)透鏡天線在船頂高位設(shè)成水平環(huán)形陣列或環(huán)繞桅桿圓環(huán) 陣列，其陣元由介質(zhì)基片徼帶集成天線、介質(zhì)透鏡、物鏡、安裝基座、防護(hù)罩構(gòu)成，介質(zhì)透 鏡一端面是半球體為輻射面，另一端面是短圓柱體的橫截面，緊密放置介質(zhì)基片微帶集成天 線為饋源，物鏡焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)介質(zhì)透鏡中心軸線，置于安裝基座，外置防護(hù)罩，DSP編碼脈沖序 列接入波束轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、光柵掃描圖像顯示器CRT坐標(biāo)變換器；
波束轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)在天饋波導(dǎo)由兩個(gè)PIN二極管芯串、并聯(lián)為單刀單擲開(kāi)關(guān)SPST，其控制偏 壓經(jīng)低通網(wǎng)絡(luò)接入數(shù)字信號(hào)處理器DSP按船道編碼脈沖分配序列，多個(gè)波束轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)組合控 制為單刀多擲開(kāi)關(guān)，收/發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)t/rk t/R2設(shè)在環(huán)形器收、發(fā)分支處，t/r3設(shè)在倍頻與功 放輸入端，由兩個(gè)PIN二極管芯串、并聯(lián)為單刀單擲開(kāi)關(guān)SPST，時(shí)分脈沖高電平邏輯"H" 經(jīng)低通網(wǎng)絡(luò)接入T/R2、 T/R3,低電平邏輯"L"經(jīng)低通網(wǎng)絡(luò)接入T/R!:
上變頻由兩個(gè)砷化鎵高遷移率器件GaAsHEMT、微帶網(wǎng)絡(luò)組成平衡混頻器，頻率合成器輸 出fL為本振信號(hào)經(jīng)90。相移混合接頭分配給兩個(gè)砷化鎵高遷移率器件GaAsHEMT柵極，源極 經(jīng)18CT相移混合接頭連接n路時(shí)分編碼脈沖聲表器件SAW多通道調(diào)頻信號(hào)，漏極經(jīng)另一個(gè) 90°相移混合接頭取出和頻耦合到倍頻與功放，其倍頻與功放由倍頻級(jí)、激勵(lì)級(jí)、功放級(jí)組
合，采用磷化銦為襯底的砷化鎵高遷移率器件InPGaAsHEMT、微帶網(wǎng)絡(luò)、C類偏置構(gòu)成，倍頻 級(jí)輸入串聯(lián)入/4阻抗變換微帶網(wǎng)絡(luò)，源極阻容接地，漏極接入抑制基波和奇次諧波的微帶線 網(wǎng)絡(luò)，調(diào)諧在二或四次諧頻為雷達(dá)載頻fo,激勵(lì)級(jí)、功放級(jí)柵極接輸入阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)和C類 偏置，源極按地，漏極調(diào)諧在fo，并與發(fā)射天線阻抗匹配；
低噪聲高放由一個(gè)雙柵磷化銦為襯底的砷化鎵高遷移率器件InPGaAsHEMT、微帶網(wǎng)絡(luò)構(gòu) 成，雙柵器件第一柵極微帶網(wǎng)絡(luò)與接收天線阻抗匹配，第二柵極為自動(dòng)增益控制AGC受控端， 接入中放AGC輸出信號(hào)，源極阻容接地，漏極輸出與下變頻耦合，下變頻是分諧波混頻器SHP， 由兩個(gè)肖特基二極管反向并接在低噪聲高放輸出微帶網(wǎng)絡(luò)與本振信號(hào)fl'微帶網(wǎng)絡(luò)之間，本振 信號(hào)fV由頻率合成器輸出fl經(jīng)定向耦合器接入SHP產(chǎn)生內(nèi)在二或四倍頻，中頻信號(hào)IF在本 振信號(hào)fL'微帶網(wǎng)絡(luò)的一側(cè)經(jīng)帶通網(wǎng)絡(luò)取出；
SAW多通道調(diào)頻器由調(diào)制頻率發(fā)生器、n組聲表器件SAW、窄脈沖定時(shí)器tp、調(diào)制器組成， 頻率合成器輸出fi接入調(diào)制頻率發(fā)生器產(chǎn)生與n組聲表器件SAW中心頻率相同的調(diào)制頻率， 頻率合成器輸出fc2信號(hào)接入n組窄脈沖定時(shí)器tp產(chǎn)生對(duì)相應(yīng)頻率的脈沖進(jìn)行調(diào)制包絡(luò)為 sinx/x脈沖信號(hào)，激勵(lì)并行的n組聲表器件SAW依次線性規(guī)律展寬頻譜，經(jīng)其加權(quán)網(wǎng)絡(luò)輸出 fi、 f2、 fn組調(diào)制信號(hào)；
聲表器件SAW多通道信號(hào)提取電路由n組SAW聲表器件、正交相干檢波器I/Q、模數(shù)轉(zhuǎn) 換器A/D組成，中放輸出經(jīng)邊帶倒置電路在時(shí)分譯碼器n路時(shí)分異步時(shí)序選通門選取按發(fā)射 編排規(guī)律fi'、 f2'、 fn'的n組回波信號(hào)，經(jīng)n組聲表器件SAW脈壓匹配濾波、加權(quán)接入正交相 干檢波器I/Q，其I/Q檢波器分I支路和Q支路兩個(gè)乘法器，頻率合成器輸出fi為中頻相干 基準(zhǔn)信號(hào)接入I支路，移相^/2接入Q支路，相干檢波解調(diào)信號(hào)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D、數(shù)據(jù)緩 沖器FIFO接入數(shù)字信號(hào)處理器DSP數(shù)據(jù)總線；
時(shí)分電路由現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA設(shè)成可編程計(jì)數(shù)器、譯碼器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、調(diào)制信 號(hào)時(shí)分編碼開(kāi)關(guān)、時(shí)序異步選通門，頻率合成器輸出fci接入可編程計(jì)數(shù)器Cp端、單穩(wěn)態(tài)觸 發(fā)器輸入端為時(shí)鐘信號(hào)，可編程計(jì)數(shù)器預(yù)置端經(jīng)接口 1/0接入微控制器MCU，多個(gè)水面航道 攝像頭、本船速傳感器、衛(wèi)星定位傳感器GPS信號(hào)由接口 1/0接入MCU控制時(shí)分電路生成n 路時(shí)分脈沖，高電平邏輯"H"接入收/發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)T/fc、 T/R:!，低電平邏輯"L"接入T/Rw 可編程計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)端、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出端接入調(diào)制信號(hào)時(shí)分編碼開(kāi)關(guān)，譯碼器與調(diào)制信號(hào) 時(shí)分編碼開(kāi)關(guān)對(duì)號(hào)相接，fK f2、 fn組聲表器件SAW調(diào)制信號(hào)分別接入譯碼器時(shí)分為頻率遞 增排列接至限幅器、上變頻、T/R:k倍頻與功放、T/R2、環(huán)行器、收/發(fā)天線陣列發(fā)射，回波 經(jīng)收/發(fā)天線陣列、波束轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、環(huán)形器、T/Rk高放、下變頻、中放、邊帶倒置電路、在 時(shí)分電路譯碼器n路時(shí)序異步選通門輸出f入f2'、 fn'接入n組與發(fā)射對(duì)應(yīng)聲表器件SAW多通 道脈壓器及加權(quán)網(wǎng)絡(luò)、正交I/Q相干檢波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D至數(shù)據(jù)緩沖器FIFO、數(shù)字信號(hào) 處理器DSP數(shù)據(jù)總線；
光柵掃描圖像顯示器CRT是由天線波束轉(zhuǎn)換信號(hào)坐標(biāo)變換器、圖像存儲(chǔ)器RAM、地址選 擇I/0控制器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A、標(biāo)尺產(chǎn)生器、字符產(chǎn)生器、圖形顏色產(chǎn)生器、顯示控制器、 輝亮電路、顯像管X-Y-Z偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)組成，數(shù)字信號(hào)處理器DSP編碼脈沖分配序列接入CRT坐 標(biāo)變換器、天線波束轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，多通道目標(biāo)回波信號(hào)經(jīng)接口 1/0傳入MCU送至顯示控制器， 其控制器分別連接坐標(biāo)變換器、地址選擇I/0控制器、圖像存儲(chǔ)器R細(xì)、D/A轉(zhuǎn)換器、標(biāo)尺、
字符產(chǎn)生器、顯像管X-Y-Z偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，其中，坐標(biāo)變換器、D/A轉(zhuǎn)換器、標(biāo)尺、字符及圖形 顏色產(chǎn)生器分別還接入輝亮電路控制顯像管調(diào)輝電極。
本技術(shù)方案在船頂高位處或桅桿設(shè)置準(zhǔn)光集成介質(zhì)透鏡收/發(fā)天線陣列，在DSP編碼脈沖
分配序列所對(duì)應(yīng)時(shí)間CRT坐標(biāo)變換器導(dǎo)出識(shí)別目標(biāo)所處位置，全方位警戒可能碰撞的目標(biāo)， 發(fā)射信號(hào)由多個(gè)水面航道攝像頭、本船速傳感器，衛(wèi)星定位傳感器GPS數(shù)據(jù)在MCU生成n路 脈沖，高電平邏輯"H"上升沿收/發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)T/R2、 T/R3接通發(fā)射，T/Ri關(guān)斷接收，下沿進(jìn) 入低電平邏輯"L"， T/R2、 T/R3關(guān)斷發(fā)射，T/Ri接通接收，時(shí)分脈沖控制n組SAW無(wú)源線性 調(diào)頻經(jīng)時(shí)分n路編碼發(fā)射，回波信號(hào)在時(shí)分電路時(shí)序異步選通門選取n組與發(fā)射SAW共軛匹 配脈壓濾波，相對(duì)快速的同時(shí)檢測(cè)多個(gè)目標(biāo)或單目標(biāo)在多通道中檢測(cè)積累分析數(shù)據(jù)，增強(qiáng)雷 達(dá)抗干擾性和可靠性，目標(biāo)距離由遠(yuǎn)到近時(shí)分編碼SAW脈寬線性變窄，距離越近分辨力越高， 多譜勒頻移越大，三維圖像細(xì)節(jié)分辨越清楚，DSP抑制虛警識(shí)別與本船最近距離目標(biāo)，偏離 安全距離聲光報(bào)警、距離逼近危險(xiǎn)時(shí)自動(dòng)避障或減速甚至熄滅發(fā)動(dòng)機(jī)，起到能見(jiàn)度差司機(jī)不 易看清楚的避障功能，極大提高防撞性能，其控制根據(jù)多個(gè)水面航道攝像頭和本船速度傳感 信號(hào)及GPS提供本船當(dāng)前所處位置作出數(shù)據(jù)處理抉擇，保障船只航行安全；組合配對(duì)聲表器 件SAW調(diào)頻和脈壓匹配濾波共軛特性，線性好、性能穩(wěn)定；時(shí)序異步選通門選取目標(biāo)下沿檢 測(cè)，從時(shí)間上完全隔離發(fā)射能量泄漏，提高弱小目標(biāo)信號(hào)的檢測(cè)能力，增大雷達(dá)作用距離， 下沿檢測(cè)消除發(fā)射脈寬遮擋回波，避免盲距實(shí)現(xiàn)近距多目標(biāo)防撞檢測(cè)；全相參頻率合成多個(gè) 基準(zhǔn)頻率、時(shí)鐘信號(hào)，與恒溫晶振成整數(shù)倍關(guān)系，頻穩(wěn)度與其同級(jí)，因此，收/發(fā)起始相位、 中頻相干檢波、SAW調(diào)頻與脈壓、時(shí)分脈位保持嚴(yán)格同步，抑制水浪及水面漂浮雜物虛假目 標(biāo)相干檢測(cè)目標(biāo)多普勒信息；上、下變頻組合，低成本獲取高載頻分辨力檢測(cè)精度。


圖1本發(fā)明船用防撞雷達(dá)技術(shù)方案原理圖
圖2雷達(dá)收/發(fā)信號(hào)時(shí)序圖
圖3頻率合成器
圖4 SAW多通道調(diào)頻器
圖5時(shí)分電路
圖6時(shí)分多通道信號(hào)發(fā)射電路 圖7SAW多通道信號(hào)提取電路 圖8光柵掃描圖像顯示器 具體實(shí)施方法
參照?qǐng)Dl，本發(fā)明具體實(shí)施方法和實(shí)施例設(shè)有波束轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)2、環(huán)形器3、限幅器ll、
中放6、邊帶倒置電路7、多個(gè)水面航道攝像頭20、本船速傳感器21、衛(wèi)星定位傳感器GPS22、 數(shù)據(jù)緩沖器FIF015、數(shù)字信號(hào)處理器DSP16、微控制器MCU18、接口 1/019、雙口存儲(chǔ)器RAM17、 聲光報(bào)警器23、方向舵控制器27、減速器25、點(diǎn)火/熄滅控制器26、鍵盤28，還設(shè)收/發(fā)天 線陣列l(wèi)、頻率合成器14、收/發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)T/R" T/R" T/R,k SAW多通道調(diào)頻器13、時(shí)分電 路12、上變頻IO、倍頻與功放9、高放4、下變頻5、 SAW多通道目標(biāo)信號(hào)提取電路8、光柵 掃描圖像顯示器CRT24，收/發(fā)天線陣列l(wèi)在船頂高位設(shè)成水平環(huán)形陣或環(huán)繞桅桿圓環(huán)陣，頻 率合成器14輸出fc3接入DSP16為時(shí)鐘信號(hào)，DSP16編碼脈沖分配序列接入波束轉(zhuǎn)換丌關(guān)2、CRT24,全方位循環(huán)掃描探測(cè)水面可能碰撞的目標(biāo)，fd接入時(shí)分電路12為時(shí)鐘信號(hào)，時(shí)分 電路12可編程預(yù)置端經(jīng)接口 1/019接入MCU18，多個(gè)水面航道攝像頭20、本船速傳感器21、 衛(wèi)星定位傳感器GPS22信號(hào)由接口 1/019接入由MCU18控制時(shí)分電路12生成n路時(shí)分脈沖， 高電平邏輯"H"接入收/發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)T/fc、 T/R3，低電平邏輯"L"接入T/Ri，頻率合成器 14輸出fL接入上變頻10為本振信號(hào)，fm接入SAW多通道調(diào)頻器13為基準(zhǔn)信號(hào)，fc2接入SAW 多通道調(diào)頻器13為窄脈沖定時(shí)信號(hào)，在SAW多通道調(diào)頻器13生成n組無(wú)源調(diào)頻信號(hào)，接入 時(shí)分電路12編碼為n路SAW頻率遞增排列的時(shí)分脈沖群，經(jīng)限幅器11、上變頻10、 T/R3、 倍頻與功放9、 T/R2、環(huán)形器3饋給收/發(fā)天線陣列1發(fā)射，頻率合成器14輸出fV接入下變 頻5為本振信號(hào)，fr接入邊帶倒置電路7為本振信號(hào)，fi接入SAW多通道目標(biāo)信號(hào)提取電路 8為中頻相干檢波基準(zhǔn)信號(hào)，n路回波信號(hào)經(jīng)收/發(fā)天線陣列l(wèi)、波束轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)2、環(huán)形器3、 T/Rk高放4、下變頻5、中放6、邊帶倒置電路7，在時(shí)分電路12時(shí)序異步選通門選取n組 按發(fā)射SAW頻率編排的目標(biāo)信號(hào)，經(jīng)SAW多通道目標(biāo)信號(hào)提取電路8、數(shù)據(jù)緩沖器FIF015接 入DSP16的數(shù)據(jù)總線，DSP16與MCU18數(shù)據(jù)總線、地址線、控制線經(jīng)雙口存儲(chǔ)器RAM17匯接 并提供仲裁信號(hào)，MCU18輸入/輸出經(jīng)接口 1/019分別接入光柵掃描圖像顯示器CRT24、聲光 報(bào)警器23、方向舵控制器27、減速器25、點(diǎn)火/熄滅控制器26、鍵盤28， DSP16軟件設(shè)計(jì)片 內(nèi)分組時(shí)分復(fù)用數(shù)據(jù)重排、動(dòng)目標(biāo)顯示MTI、快速傅里葉變換譜分析FFT、距離旁瓣抑制、恒 虛警處理CFAR， MCU18系統(tǒng)軟件編程包括主程序和數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、對(duì)象控制子程序， 中放6自動(dòng)增益控制AGC電壓經(jīng)濾波、放大接入高放4、中放6的AGC控制端。
收/發(fā)天線陣列采用準(zhǔn)光集成介質(zhì)透鏡，在船頂高位設(shè)成水平環(huán)形陣列或環(huán)繞桅桿圓環(huán)陣 列，由數(shù)字信號(hào)處理器DSP編碼脈沖序列控制波束轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)水平全方位逐次循環(huán)掃描發(fā)射、 預(yù)警碰撞目標(biāo)，其DSP編碼脈沖序列在所對(duì)應(yīng)時(shí)間光柵掃描圖像顯示器CRT坐標(biāo)變換器導(dǎo)出 識(shí)別目標(biāo)所處位置。介質(zhì)透鏡半球體為輻射面，短圓柱體橫截面緊密放置介質(zhì)基片微帶集成 天線為饋源，模擬集成天線無(wú)窮厚介質(zhì)基片消除表面波，改變圓柱體長(zhǎng)度可獲得合適的波束 寬度的準(zhǔn)光高斯束輻射高辨力方向性，設(shè)物鏡進(jìn)一歩得到合適的方向性。準(zhǔn)光集成介質(zhì)透鏡 天線損耗小、增益高，收/發(fā)互易性強(qiáng)，抗振和防塵、防水汽霧腐蝕。
收/發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)T/RK T/R2、 T/R3在傳輸波導(dǎo)設(shè)置至少兩個(gè)PIN二極管芯組成，T/h是并 聯(lián)型陣列式單刀單擲SPST開(kāi)關(guān)，PIN管處于反向偏置時(shí)，開(kāi)關(guān)為導(dǎo)通狀態(tài)，管子正偏時(shí)，對(duì) 應(yīng)于開(kāi)關(guān)是斷開(kāi)狀態(tài)，射頻信號(hào)反射回輸入端的環(huán)形器吸收掉PIN管的反射功率，T/fc、 T/R:! 是串聯(lián)型陣列式單刀單擲SPST開(kāi)關(guān)，工作狀態(tài)與并聯(lián)型恰巧相反，T/fc、 T/fc分別設(shè)在倍頻 與功放級(jí)的輸入輸出端，雙連開(kāi)關(guān)同步控制發(fā)射信號(hào)的通與斷提高收/發(fā)信號(hào)的隔離度。單管 開(kāi)關(guān)隔離度和帶寬較小，多管組成開(kāi)關(guān)可滿足要求。
上變頻是一種單平衡混頻器，本振信號(hào)、雷達(dá)載頻分別經(jīng)90°相移混合接頭3dBLange 定向耦合器分配給兩個(gè)砷化鎵高電子遷移率器件GaAsHEMT柵極與漏極，中頻無(wú)源SAW調(diào)頻信 號(hào)經(jīng)180°相移混合接頭3dBLange定向耦合饋入兩個(gè)器件GaAsHEMT源極，上變頻載頻相位與 本振信號(hào)同相輸出，具有高的隔離度。上變頻將SAW調(diào)頻信號(hào)變?yōu)槔走_(dá)載頻一半或四分之一 頻率，倍頻與功放二或四為雷達(dá)載頻fo，降低頻率合成器高端頻率輸出的要求。倍頻與功放 選用磷化銦襯底砷化鎵高遷移率器件InPGaAsHEMT，頻帶寬功率增益高，C類偏置轉(zhuǎn)換效率較 高，功耗小。
為了克服噪聲影響提高雷達(dá)接收弱小目標(biāo)信號(hào)靈敏度，選用磷化銦為襯底砷化鎵高電子 遷移率雙柵InPGaAs服MT器件，由于防撞雷達(dá)作用距離近，功率增益取15 dB左右。針對(duì)目
標(biāo)回波信號(hào)強(qiáng)弱起伏很大，高放、中放均設(shè)自動(dòng)增益控制AGC，保持雷達(dá)接收有足夠大的動(dòng)
態(tài)范圍，適應(yīng)檢測(cè)不同目標(biāo)和距離的增益。利用雙柵器件第二柵控制Is對(duì)gm變化特性，源極
電阻自給偏壓，IS在其電阻壓降，使柵極產(chǎn)生負(fù)偏壓選取合適的Ih工作點(diǎn)和跨導(dǎo)gm，此端加
上AGC電壓可得到良好的自動(dòng)增益控制性能。中放AGC是一種較大動(dòng)態(tài)范圍負(fù)反饋系統(tǒng)，與 高放AGC控制組成避免大型船只強(qiáng)目標(biāo)回波信號(hào)過(guò)載，并防止水面環(huán)境干擾引起的過(guò)載，兼 顧小船或水面飄浮物中放增益，保持大小不同的目標(biāo)反射起伏不一仍有較高的檢測(cè)概率。
下變頻采用分諧波混頻器SPH，兩個(gè)反向并接肖特基二極管設(shè)在回波與本振fY匹配網(wǎng)絡(luò) 之間，"背靠背"正向?qū)ㄌ匦裕乐够祛l級(jí)輸入大信號(hào)飽和阻塞，相互保護(hù)在過(guò)高反向電壓 時(shí)不被燒毀?；夭ㄝd頻與本振頻率諧頻相隔甚遠(yuǎn)，隔離大于30dB。由于電路簡(jiǎn)單，無(wú)須耦合 電橋和直流電源，尤其本振內(nèi)在倍頻功能，只須取載頻一半或四分之一頻率即可。
圖2雷達(dá)收/發(fā)信號(hào)時(shí)序圖，(a)是數(shù)字信號(hào)處理器DSP編碼脈沖分配序列控制天線波束 循環(huán)掃描的波形Ts， (b)是時(shí)分電路時(shí)鐘信號(hào)f"波形，(c)是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器定時(shí)脈沖tu占 空因子t2的波形，多個(gè)水面航道攝像頭、本船速傳感器、衛(wèi)星定位傳感器GPS信號(hào)在MCU控 制時(shí)分電路生成n路時(shí)分脈沖，高電平邏輯"H"上沿時(shí)收/發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)T/R2、 T/R3接通發(fā)射， T/Ri關(guān)斷接收，下沿時(shí)進(jìn)入低電平邏輯"L"， T/R2、 T/R3關(guān)斷發(fā)射，T/Ri接通接收，在時(shí)分 電路異步選通門選取目標(biāo)回波信號(hào)。(d)、 (e)、 ( f)、 ( g)淺色波形是n組SAW調(diào)制信號(hào)對(duì)應(yīng) 編碼的時(shí)分n路發(fā)射脈沖，脈寬t與ti相等，探測(cè)水面航行可能發(fā)生碰撞的船只或其它目標(biāo)， 深色波形是時(shí)分異步接收目標(biāo)回波脈沖，其中(d)收/發(fā)脈沖重疊吻合，回波延時(shí)At二O，目標(biāo) 距離為零時(shí)無(wú)回波產(chǎn)生，(g)回波延時(shí)At二 max為雷達(dá)檢測(cè)目標(biāo)最大的作用距離，(e)、 ( f') 收/發(fā)脈沖的延時(shí)At〉0， At<max，可看到不同距離目標(biāo)厶t不同的延時(shí)。目標(biāo)距離產(chǎn)生延時(shí)， 距離越近脈寬越窄，窄脈沖信號(hào)功率變小，但處于近區(qū)場(chǎng)輻射強(qiáng)，信噪比下降不大時(shí)仍可檢 測(cè)到目標(biāo)回波。雷達(dá)收/發(fā)異步工作時(shí)間上完全隔離發(fā)射信號(hào)能量泄漏，極大提高雷達(dá)檢測(cè)弱 信號(hào)目標(biāo)的能力，達(dá)到FM-CW雷達(dá)、PD雷達(dá)不具備的優(yōu)點(diǎn)。
圖3頻率合成器，恒溫晶振14a高穩(wěn)頻鎖相頻率合成，輸出多個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)與 其成整數(shù)倍關(guān)系，頻穩(wěn)度與其同級(jí)，收/發(fā)信號(hào)起始相位、SAW調(diào)頻信號(hào)、時(shí)分脈位保持嚴(yán)格 同步，有效抑制水浪或水面漂浮物的虛假目標(biāo)雜波背景精確檢測(cè)警戒可能發(fā)生碰撞船只目標(biāo) 相干多普勒信息，防撞檢測(cè)抗干擾能力較強(qiáng)。圖中，基準(zhǔn)晶振分頻器14f信號(hào)與環(huán)路分頻器 14k接入鑒相器14g，相差電壓經(jīng)環(huán)路濾波器14h濾除后壓控振蕩器VC014i輸出信號(hào)接入混 頻器141與基準(zhǔn)晶振14a的倍頻鏈輸出信號(hào)混頻，進(jìn)行頻率反饋頻率下移，減小環(huán)路分頻器 Mk分頻比，改善系統(tǒng)相位噪聲特性，倍頻鏈14b、 14c、 14d、 14e兩級(jí)倍頻器和放大器組成 高次倍頻輸出，VC014i直接輸出信號(hào)為上變頻本振fl，通過(guò)定向耦合器14j為下變頻本振信 號(hào)fV，中頻相干基準(zhǔn)頻率fi、激勵(lì)聲表面波器件SAW調(diào)制頻率fm、邊帶倒置電路本振信號(hào) fr、各時(shí)鐘信號(hào)fd、 fc2、 fc;i由微控制器MCU接口 1/019接入環(huán)路可編程分頻器控制輸出。
圖4SAW多通道調(diào)頻器，n組聲表器件SAW通過(guò)13bl、 13b2、 13bn電路，由頻率合成器 輸出基準(zhǔn)信號(hào)fm接入調(diào)制頻率發(fā)生器13a分頻組合為調(diào)制頻率，產(chǎn)生與其中心頻率相同信號(hào) 分別接于調(diào)制器m，引入頻率合成器輸出時(shí)鐘信號(hào)fc2為窄脈沖定時(shí)器tp觸發(fā)調(diào)制器m產(chǎn)生包絡(luò)為sinx/x脈沖信號(hào)激勵(lì)聲表面波SAW器件，其色散延時(shí)線特性可由低頻分量變化至高頻 分量的變化或由高頻分量變化至低頻分量的變化在時(shí)間t依次展寬，其變化規(guī)律的斜率均是線性的，產(chǎn)生fu ft、 fn調(diào)頻調(diào)制信號(hào)，接入以時(shí)鐘信號(hào)fd時(shí)分電路12編碼為n路多通道 發(fā)射信號(hào)限幅器11整形為時(shí)寬為T ，頻寬為B的線性調(diào)頻脈沖信號(hào)，由上變頻將其SAW調(diào)頻 信號(hào)轉(zhuǎn)移至載頻1/2或1/4頻率經(jīng)倍頻與功放發(fā)射。
圖5時(shí)分電路、圖6時(shí)分多通道信號(hào)發(fā)射電路，計(jì)數(shù)器在時(shí)鐘信號(hào)fd觸發(fā)下，其預(yù)置 端經(jīng)接口 1/019連接微控制器MCU，多個(gè)水面航道攝像頭、本船速傳感器、衛(wèi)星定位傳感器 GPS信號(hào)MCU控制計(jì)數(shù)器12a改變二進(jìn)-十進(jìn)計(jì)數(shù)生成n路時(shí)分脈沖，高電平邏輯"H"上沿 時(shí)收/發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)T/R2、 T/R3接通發(fā)射，T/R!關(guān)斷接收，下沿時(shí)進(jìn)入低電平邏輯"L"， T/R" T/fc關(guān)斷發(fā)射，T/R!接通接收，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器12b由時(shí)鐘信號(hào)fd觸發(fā)對(duì)時(shí)分脈沖定時(shí)t!為 雷達(dá)發(fā)射脈寬T，"占空因子為雷達(dá)檢測(cè)最大作用距離，計(jì)數(shù)器驅(qū)動(dòng)譯碼器12c輸出形成n 路時(shí)序脈沖通道控制fi、 f2、 fii組SAW調(diào)制信號(hào)，經(jīng)編碼開(kāi)關(guān)12d排列為頻率遞增調(diào)頻信號(hào) 通過(guò)限幅器11整形接入，由頻率合成器輸出fL為本振信號(hào)的上變頻IO將其SAW調(diào)頻信號(hào)變 為雷達(dá)載頻，T/R3、 T/R2控制倍頻與功放9輸入/輸出經(jīng)環(huán)形器3饋送天線發(fā)射，回波在中頻 邊帶倒置電路7邊帶置換后，f入ft'、 fn'在時(shí)分電路12時(shí)序異步選通門12e選取，從時(shí)間 上完全隔離發(fā)射能量泄漏到接收機(jī)，提高弱目標(biāo)信號(hào)的檢測(cè)能力，增大雷達(dá)作用距離，下沿 檢測(cè)消除發(fā)射脈寬遮擋，避免盲距實(shí)現(xiàn)近距離防撞。n組聲表器件SAW調(diào)頻信號(hào)在時(shí)分電路 12時(shí)間上分割達(dá)到了多個(gè)通道檢測(cè)信號(hào)的調(diào)制，脈內(nèi)線性調(diào)頻加寬信號(hào)瞬時(shí)帶寬，與接收機(jī) n組配對(duì)的SAW脈壓網(wǎng)絡(luò)"相位共軛匹配"濾波及加權(quán)，相位色散絕對(duì)值相同，符號(hào)相反， 在時(shí)間上則為調(diào)頻斜率相同，方向相反，獲取大的信噪比提高距離檢測(cè)分辨力，發(fā)射一路脈 沖接收觀察一個(gè)目標(biāo)信息或接收多個(gè)目標(biāo)相千積累，目標(biāo)距離由遠(yuǎn)到近時(shí)分編碼脈寬線性變 窄，越近分辨力越高，多譜勒頻移越大，三維圖像細(xì)節(jié)分辨越清楚， 一個(gè)通道的線性調(diào) 頻信號(hào)為標(biāo)志接收一個(gè)目標(biāo)回波的信息，檢測(cè)多個(gè)目標(biāo)在時(shí)域、頻域、空域有序進(jìn)行，檢測(cè) 信號(hào)在頻率和時(shí)間雙重編碼抗干擾性能增強(qiáng)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器12b定時(shí)脈沖，譯碼器12c可讓
所有通道都得到一個(gè)足夠長(zhǎng)接收回波時(shí)間的負(fù)向脈寬，以設(shè)定雷達(dá)檢測(cè)最大作用距離。時(shí)分 電路12在時(shí)鐘脈沖觸發(fā)下，各計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)完成一個(gè)工作周期，自動(dòng)循環(huán)重復(fù)工作。n路通道 脈沖控制n組的調(diào)制信號(hào)發(fā)射、接收，在天線多波束的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)脈序控制下，積累多個(gè)工作 周期延長(zhǎng)觀察時(shí)間改善雷達(dá)檢測(cè)性能。
圖7 SAW多通道信號(hào)提取電路，分設(shè)為8a、 8b、 8n，中放信號(hào)在邊帶倒置電路7高本振 fr混頻取差頻，調(diào)頻斜率與輸入正好相反邊帶置換，n路時(shí)序脈沖由頻率合成器輸出時(shí)鐘信 號(hào)fd觸發(fā)的時(shí)分電路12時(shí)序異步選通門選取多通道信號(hào)fV、 f2'、 fn'，在n組與調(diào)頻相同 的表聲器件SAW8al復(fù)共軛脈壓匹配濾波、旁瓣加權(quán)，1/Q相干檢波器8a2由頻率合成器中頻 相干基準(zhǔn)信號(hào)fi接入I支路相乘，經(jīng)移相器8a3ix/2接入Q支路相乘，相干檢波去中頻基帶 信號(hào)分解成實(shí)部和虛部，信號(hào)的幅度和相位兩個(gè)信息都保存下來(lái)，再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D8a4、 數(shù)據(jù)緩沖器FIF015接入數(shù)字信號(hào)處理器DSP16，數(shù)據(jù)緩沖器FIF015將多個(gè)目標(biāo)回波數(shù)據(jù)先 進(jìn)先出送到DSP16數(shù)據(jù)重排、動(dòng)目標(biāo)顯示MTI、快速傅里葉變換FFT、距離旁瓣抑制及恒虛警 處理CFAR。
DSP16快速傅里葉變換FFT，等效于大量的距離門和多普勒濾波器組，根據(jù)復(fù)數(shù)頻率內(nèi)插
法進(jìn)行頻率鑒別，對(duì)各通道所接收的船只目標(biāo)或水面大的漂浮物回波信號(hào)差拍的距離和相對(duì) 速度頻率運(yùn)算。FFT輸出信號(hào)距離旁瓣抑制后進(jìn)入恒虛警處理，對(duì)雜波強(qiáng)度自動(dòng)調(diào)節(jié)檢測(cè)門 限，使虛警概率保持在允許值，以確定是否目標(biāo)，如果是，則對(duì)目標(biāo)的距離、速度及方位角
度等數(shù)據(jù)送到圖像顯示器CRT24。 DSP16識(shí)別與本船最近距離的目標(biāo)，偏離安全距離聲光報(bào)警、 距離逼近危險(xiǎn)時(shí)啟動(dòng)自動(dòng)避障或減速甚至熄滅發(fā)動(dòng)機(jī)智能控制，其控制根據(jù)多個(gè)水面航道攝 像和本船速度及GPS本船當(dāng)前所取位置作出數(shù)據(jù)處理抉擇。
圖8光柵掃描圖像顯示器，在船頂高位設(shè)置環(huán)形準(zhǔn)光集成介質(zhì)透鏡收/發(fā)天線陣列，由 DSP16編碼脈沖分配序列的對(duì)應(yīng)時(shí)間，使光柵掃描顯示器CRT的坐標(biāo)變換器導(dǎo)出識(shí)別目標(biāo)所 處位置，全方位警戒碰撞目標(biāo)，天線波束轉(zhuǎn)換信號(hào)坐標(biāo)變換24a是將DSP16控制天線多波束 轉(zhuǎn)換編碼脈沖分配時(shí)序信號(hào)變換為二進(jìn)制的數(shù)字量圖像X、 Y數(shù)據(jù)，并為圖像RAM24b提供圖 像信息的地址，采用高速乘法器矢量產(chǎn)生的方法實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。圖像存儲(chǔ)器24a是一個(gè)大容 量的隨機(jī)讀寫RAM，其地址與圖形上的像素相等，即一址一像素，適應(yīng)多通道船只目標(biāo)或水 面大的漂浮物復(fù)雜信息圖形顯示，MCU18接口 1/019接入顯示控制器24e，它具有顯示定時(shí)、 顯示控制信號(hào)產(chǎn)生和光柵掃描、編址功能，標(biāo)尺24f、字符24g及圖形顏色產(chǎn)生器24h為圖 像顯示提供刻度定位和文字說(shuō)明的標(biāo)志及色彩，輝亮電路24i和圖像X-Y-Z偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)24j是 CRT必備的電路和部件，光柵掃描產(chǎn)生后形成水平X、垂直Y掃描及其輝亮Z信號(hào)，加至CRT 的偏轉(zhuǎn)控制，通過(guò)地址選擇控制器I/024c，掃描數(shù)據(jù)為圖像RAM的讀出地址，將圖像信息同 步讀出。
多通道雷達(dá)回波信號(hào)經(jīng)DSP16運(yùn)算處理輸入MCU18對(duì)象控制，其回波信息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在圖 像RAM24b之中，在光柵掃描產(chǎn)生電路的同步下讀出圖像數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A24d和輝亮 電路24i加至CRT的調(diào)輝電極上，顯示多個(gè)通道檢測(cè)的回波目標(biāo)方位和距離信號(hào)圖形及其相 對(duì)變化速度信號(hào)的三維全景圖像。
本實(shí)施例雷達(dá)載頻為76. 5GHz,發(fā)射輸出峰值功率2. 2W，環(huán)形天線陣列在DSP編碼脈沖分 配序列循環(huán)掃描，單個(gè)介質(zhì)透鏡天線波束水平方位角2. 7° ,垂直方位角3. 4° ，天線增益34。 2dB,旁瓣-22dB，波束轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)掃描速率50ms/Hz，確保波束掃掠距離為550m處100 m寬的 水面范圍更新率，雷達(dá)噪聲系數(shù)Fnl6dB，毫米波載頻大氣傳輸損耗La和系統(tǒng)損耗Lsl4dB，最 大作用距離為1200 m，最小作用距離10 m，時(shí)分通道數(shù)量n設(shè)有12個(gè)，水面航道攝像頭、 本船速傳感器、衛(wèi)星定位傳感器GPS由微控制器MCU控制靈活調(diào)整時(shí)分通道，視水域環(huán)境控 制通道量檢測(cè)目標(biāo)，最近目標(biāo)識(shí)別時(shí)間〈260us，目標(biāo)角度分辨力《2。，目標(biāo)距離分辨力《 lm，速度分辨力〈1.2km/h，本船時(shí)速50km/h能平穩(wěn)制動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種毫米波船用調(diào)頻多通道防撞雷達(dá)，設(shè)波束轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、環(huán)形器、限幅器、中放、邊帶倒置電路、多個(gè)水面航道攝像頭、本船速傳感器、衛(wèi)星定位傳感器GPS、數(shù)據(jù)緩沖器FIFO、數(shù)字信號(hào)處理器DSP、微控制器MCU、接口I/O、雙口存儲(chǔ)器RAM、聲光報(bào)警器、方向舵控制器、減速器、點(diǎn)火/熄滅控制器、鍵盤，其特征在于還設(shè)收/發(fā)天線陣列、頻率合成器、收/發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)T/R1、T/R2、T/R3、SAW多通道調(diào)頻器、時(shí)分電路、上變頻、倍頻與功放、高放、下變頻、SAW多通道目標(biāo)信號(hào)提取電路、光柵掃描圖像顯示器CRT，收/發(fā)天線陣列在船頂高位設(shè)成水平環(huán)形陣或環(huán)繞桅桿圓環(huán)陣，頻率合成器輸出fc3接入DSP為時(shí)鐘信號(hào)，DSP編碼脈沖分配序列接入波束轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、CRT，全方位循環(huán)掃描探測(cè)水面可能碰撞的目標(biāo)，fc1接入時(shí)分電路為時(shí)鐘信號(hào)，時(shí)分電路可編程預(yù)置端由接口I/O接入MCU，多個(gè)水面航道攝像頭、本船速傳感器信號(hào)、衛(wèi)星定位傳感器GPS由MCU控制時(shí)分電路生成n路時(shí)分脈沖，高電平邏輯“H”接入收/發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)T/R2、T/R3，低電平邏輯“L”接入T/R1，頻率合成器輸出fL接入上變頻為本振信號(hào)，fm接入SAW多通道調(diào)頻器為基準(zhǔn)信號(hào)，fc2接入SAW多通道調(diào)頻器為窄脈沖定時(shí)信號(hào)，在SAW多通道調(diào)頻器生成n組無(wú)源調(diào)頻信號(hào)，接入時(shí)分電路編碼為n路SAW頻率遞增排列的時(shí)分脈沖群，經(jīng)限幅器、上變頻、T/R3、倍頻與功放、T/R2、環(huán)形器饋給收/發(fā)天線陣列發(fā)射，頻率合成器輸出fL′接入下變頻為本振信號(hào)，fr接入邊帶倒置電路為本振信號(hào)，fi接入SAW多通道目標(biāo)信號(hào)提取電路為中頻相干檢波基準(zhǔn)信號(hào)，n路回波信號(hào)經(jīng)收/發(fā)天線陣列、波束轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、環(huán)形器、T/R1、高放、下變頻、中放、邊帶倒置電路，在時(shí)分電路時(shí)序異步選通門選取n組按發(fā)射SAW頻率編排的目標(biāo)信號(hào)，經(jīng)SAW多通道目標(biāo)信號(hào)提取電路、數(shù)據(jù)緩沖器FIFO接入DSP的數(shù)據(jù)總線，DSP與MCU數(shù)據(jù)總線、地址線、控制線經(jīng)雙口存儲(chǔ)器RAM匯接，并提供仲裁信號(hào)，MCU輸入/輸出接口I/O分別接入光柵掃描圖像顯示器CRT、聲光報(bào)警器、方向舵控制器、減速器、點(diǎn)火/熄滅控制器、鍵盤，DSP軟件設(shè)計(jì)片內(nèi)分組時(shí)分復(fù)用數(shù)據(jù)重排、動(dòng)目標(biāo)顯示MTI、快速傅里葉變換FFT、距離旁瓣抑制、恒虛警處理CFAR，MCU系統(tǒng)軟件編程包括主程序和數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、對(duì)象控制子程序，中放自動(dòng)增益控制AGC電壓經(jīng)濾波、放大接入高放、中放AGC控制端。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1 ^述的毫米波船用調(diào)頻多通道防撞雷達(dá)，其特征在于頻率合成器由 恒溫晶振、晶振分頻器、倍頻放大鏈、混頻器、壓控振蕩器VCO、鑒相器、環(huán)路濾波器、環(huán) 路分頻器組成，VCO由砷化鎵高電子遷移率器件GaAsHEMT、介質(zhì)諧振器反饋振蕩、變?nèi)莨軌?控調(diào)諧，環(huán)路分頻器由前置固定分頻器和可編程分頻器組合，恒溫晶振輸出分兩路， 一路經(jīng) 倍頻放大鏈與VCO輸出混頻并通過(guò)環(huán)路分頻器接入鑒相器，另一路經(jīng)晶振分頻器接入鑒相器， 相差電壓經(jīng)環(huán)路濾波器壓控VCO鎖相頻率合成，頻率合成器VCO直接輸出fL為上變頻本振信 號(hào)，經(jīng)二至四倍頻為雷達(dá)載頻fo， fL經(jīng)定向耦合器為下變頻二至四內(nèi)在倍頻本振信號(hào)fV，可 編程分頻器控制端經(jīng)接口 I/O接入MCU，其輸出fm為聲表器件SAW多通道調(diào)頻器基準(zhǔn)信號(hào)、 fr為邊帶倒置本振信號(hào)、fi為工/Q相干檢波器基準(zhǔn)信號(hào)、f"為時(shí)分時(shí)鐘信號(hào)、fc2為窄脈沖 定時(shí)信號(hào)、fc3為DSP時(shí)鐘信號(hào)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的毫米波船用調(diào)頻多通道防撞雷達(dá)，其特征在于收/發(fā)天線陣 列，由準(zhǔn)光集成介質(zhì)透鏡天線在船頂高位設(shè)成水平環(huán)形陣列或環(huán)繞桅桿圓環(huán)陣列，其陣元由 介質(zhì)基片微帶集成天線、介質(zhì)透鏡、物鏡、安裝基座、防護(hù)罩構(gòu)成，介質(zhì)透鏡一端面是半球 體為輻射面，另一端面是短圓柱體的橫截面，緊密放置介質(zhì)基片微帶集成天線為饋源，物鏡 焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)介質(zhì)透鏡中心軸線，置于安裝基座，外置防護(hù)罩，DSP編碼脈沖序列接入波束轉(zhuǎn)換 開(kāi)關(guān)、光柵掃描圖像顯示器CRT坐標(biāo)變換器。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所,述的毫米波船用調(diào)頻多通道防撞雷達(dá)，其特征在于波束轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān) 在天饋波導(dǎo)由PIN二極管芯串、并、串聯(lián)為單刀單擲開(kāi)關(guān)SPST，控制偏壓經(jīng)低通網(wǎng)絡(luò)接入數(shù) 字信號(hào)處理器DSP按船道編碼脈沖分配序列，多個(gè)波束轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)組合控制為單刀多擲開(kāi)關(guān)， 收/發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)T/Ri、 T/R2設(shè)在環(huán)形器收、發(fā)分支處，T/R3設(shè)在倍頻與功放輸入端，由PIN二 極管芯串、并、串聯(lián)為單刀單擲開(kāi)關(guān)SPST，時(shí)分脈沖高電平邏輯"H"經(jīng)低通網(wǎng)絡(luò)接入T/R2、 T/R3，低電平邏輯"L"經(jīng)低通網(wǎng)絡(luò)接入T/Ru
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的毫米波船用調(diào)頻多通道防撞雷達(dá)，其特征在于上變頻由兩個(gè) 砷化鎵高遷移率器件GaAsHEMT、微帶網(wǎng)絡(luò)組成平衡混頻器，頻率合成器輸出fl為本振信號(hào)經(jīng) 90°相移混合接頭分配給兩個(gè)砷化鎵高遷移率器件GaAsHEMT柵極，源極經(jīng)180°相移混合接 頭連接n路時(shí)分編碼脈沖聲表器件SAW多通道調(diào)頻信號(hào)，漏極經(jīng)另一個(gè)90。相移混合接頭取 出和頻耦合到倍頻與功放，其倍頻與功放由倍頻級(jí)、激勵(lì)級(jí)、功放級(jí)組合，采用磷化銦為襯 底的砷化鎵高遷移率器件InPGaAsHEMT、微帶網(wǎng)絡(luò)、C類偏置構(gòu)成，倍頻級(jí)輸入串聯(lián)入/4阻抗 變換微帶網(wǎng)絡(luò)，源極阻容fe地，漏極接入抑制基波和奇次諧波的微帶線網(wǎng)絡(luò)，調(diào)諧在二或四 次諧頻為雷達(dá)載頻fo，激勵(lì)級(jí)、功放級(jí)柵極接輸入阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)和C類偏置，源極接地，漏 極調(diào)諧在fo，并與發(fā)射天線阻抗匹配。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的毫米波船用調(diào)頻多通道防撞雷達(dá)，其特征在于低噪聲高放由 一個(gè)雙柵磷化銦為襯底的砷化鎵高遷移率器件InPGaAsHEMT、微帶網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，雙柵器件第一 柵極微帶網(wǎng)絡(luò)與接收天線阻抗匹配，第二柵極為自動(dòng)增益控制AGC受控端，接入中放AGC輸 出信號(hào)，源極阻容接地，漏極輸出與下變頻耦合，下變頻是分諧波混頻器SHP，由兩個(gè)肖特 基二極管反向并接在低噪聲高放輸出微帶網(wǎng)絡(luò)與本振信號(hào)fV微帶網(wǎng)絡(luò)之間，本振信號(hào)f。由頻 率合成器輸出fL經(jīng)定向耦合器接入SHP產(chǎn)生內(nèi)在二或四倍頻，中頻信號(hào)IF在本振信號(hào)fL'微 帶網(wǎng)絡(luò)的一側(cè)經(jīng)帶通網(wǎng)絡(luò)取出。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的毫米波船用調(diào)頻多通道防撞雷達(dá)，其特征在于聲表器件SAW 多通道調(diào)頻器由調(diào)制頻率發(fā)生器、n組聲表器件SAW、窄脈沖定時(shí)器tp、調(diào)制器組成，頻率 合成器輸出fi接入調(diào)制頻率發(fā)生器產(chǎn)生與n組聲表器件SAW中心頻率相同的調(diào)制頻率，頻率 合成器輸出fc2信號(hào)接入n組窄脈沖定時(shí)器tp產(chǎn)生相應(yīng)調(diào)制頻率的脈沖，進(jìn)行調(diào)制包絡(luò)為 sinx/x脈沖信號(hào)，激勵(lì)n組聲表器件SAW依次線性規(guī)律展寬頻譜、加權(quán)輸出fu f" fn組調(diào) 制信號(hào)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的毫米波船用調(diào)頻多通道防撞雷達(dá)，其特征在于聲表器件SAW 多通道信號(hào)提取電路由n組聲表器件SAW、正交相干檢波器I/Q、模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D組成，中放 輸出經(jīng)邊帶倒置電路在時(shí)分譯碼器n路時(shí)分異步時(shí)序選通門選取按發(fā)射編排規(guī)律fi'、 f2'、 fn' 的n組回波信號(hào)，在n組聲表器件SAW脈壓匹配濾波、加權(quán)接入正交相干檢波器I/Q,其I/Q 檢波器分I支路和Q支路兩個(gè)乘法器，頻率合成器輸出fi為中頻相干基準(zhǔn)信號(hào)接入I支路， 移相n/2接入Q支路，相干檢波解調(diào)信號(hào)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D、數(shù)據(jù)緩沖器FIFO接入數(shù)字信號(hào) 處理器DSP數(shù)據(jù)總線。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的毫米波船用調(diào)頻多通道防撞雷達(dá)，其特征在于時(shí)分電路由現(xiàn) 場(chǎng)可編程門陣列FPGA設(shè)成可編程計(jì)數(shù)器、譯碼器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、調(diào)制信號(hào)時(shí)分編碼開(kāi)關(guān)、 時(shí)序異步選通門，頻率合成器輸出fd接入可編程計(jì)數(shù)器Cp端、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸入端為時(shí)鐘 信號(hào)，可編程計(jì)數(shù)器預(yù)置端經(jīng)接口 I/O接入微控制器MCU，多個(gè)水面航道攝像頭、本船速傳 感器、衛(wèi)星定位傳感器GPS信號(hào)經(jīng)接口 1/0接入MCU控制時(shí)分電路生成n路時(shí)分脈沖，高電 平邏輯"H"經(jīng)低通網(wǎng)絡(luò)接入收/發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)T/R2、 T/R3，低電平邏輯"L"經(jīng)低通網(wǎng)絡(luò)接入T/R!， 可編程計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)端、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出端接入調(diào)制信號(hào)時(shí)分編碼開(kāi)關(guān)，譯碼器與調(diào)制信號(hào) 時(shí)分編碼開(kāi)關(guān)對(duì)號(hào)相接，fu f2、 fn組聲表器件SAW調(diào)制信號(hào)分別接入譯碼器時(shí)分為頻率遞 增排列接至限幅器經(jīng)上變頻、T/R3、倍頻與功放、T/R2、環(huán)行器、收/發(fā)天線陣列發(fā)射，回波 經(jīng)收/發(fā)天線陣列、波束轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、環(huán)形器、T/Rk高放、下變頻、中放、邊帶倒置電路、在 時(shí)分電路譯碼器n路時(shí)序異歩選通門輸出fi'、 fV、 fn'接入n組與發(fā)射對(duì)應(yīng)聲表器件SAW多通 道脈壓器及加權(quán)網(wǎng)絡(luò)、正交I/Q相干檢波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D至數(shù)據(jù)緩沖器FIFO、數(shù)字信號(hào) 處理器DSP數(shù)據(jù)總線。'
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的毫米波船用調(diào)頻多通道防撞雷達(dá)，其特征在于光柵掃描圖 像顯示器CRT是由天線波束轉(zhuǎn)換信號(hào)坐標(biāo)變換器、圖像存儲(chǔ)器RAM、地址選擇I/0控制器、 數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A、標(biāo)尺產(chǎn)生器、字符產(chǎn)生器、圖形顏色產(chǎn)生器、顯示控制器、輝亮電路、顯 像管X-Y-Z偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)組成，數(shù)字信號(hào)處理器DSP編碼脈沖分配序列接入CRT坐標(biāo)變換器、天 線波束轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，多通道目標(biāo)回波信號(hào)經(jīng)接口 1/0傳入微控制器MCU送至顯示控制器，其控 制器分別連接坐標(biāo)變換器、地址選擇I/0控制器、圖像存儲(chǔ)器RAM、 D/A轉(zhuǎn)換器、標(biāo)尺、字符 產(chǎn)生器、顯像管X-Y-Z偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，其中，坐標(biāo)變換器、D/A轉(zhuǎn)換器、標(biāo)尺、字符及圖形顏色 產(chǎn)生器分別還接入輝亮電路控制顯像管調(diào)輝電極。
全文摘要
本發(fā)明涉及無(wú)線電定位技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種毫米波船用調(diào)頻多通道防撞雷達(dá)。采用全相參收/發(fā)基準(zhǔn)信號(hào)，時(shí)分時(shí)序異步控制，準(zhǔn)光介質(zhì)透鏡天線環(huán)形陣列由DSP循環(huán)掃描波束全方位警戒水面可能發(fā)生碰撞的目標(biāo)，多個(gè)水面航道攝像頭和本船速傳感器、衛(wèi)星定位傳感器GPS數(shù)據(jù)MCU控制時(shí)分SAW多通道無(wú)源調(diào)頻，經(jīng)上變頻、T/R₃、倍頻與功放、環(huán)形器、T/R₂至天線陣列發(fā)射，回波經(jīng)天線陣列、波束開(kāi)關(guān)、T/R₁、環(huán)形器、高放、下變頻、中放、提取SAW多通道信號(hào)在DSP與MCU處理控制，探測(cè)水面多個(gè)障礙目標(biāo)DSP確定方位、距離和相對(duì)速度，CRT顯示三維圖像，目標(biāo)越近分辨力越高，抑制虛警識(shí)別和跟蹤最近距離的目標(biāo)，小于安全距離聲光報(bào)警，接近危險(xiǎn)距離智能避障或減速，其控制參考所處水面環(huán)境實(shí)況結(jié)合本船速及GPS數(shù)據(jù)作出抉擇，提高航運(yùn)安全。
文檔編號(hào)G01S13/93GK101373217SQ20081012037
公開(kāi)日2009年2月25日 申請(qǐng)日期2008年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月28日
發(fā)明者阮樹(shù)成 申請(qǐng)人:阮樹(shù)成