專利名稱：雷達探測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雷達探測器，用該探測器例如可以測量目標的運動速度和/或運動方向。
雷達探測器廣泛應(yīng)用于無接觸法測量目標的運動速度和目標距離。對此，與光和聲的探測器相比較，雷達探測器由于其抗環(huán)境干擾的穩(wěn)定性，在惡劣的條件下使用顯示出很大優(yōu)點。
由于對價格的考慮，雷達探測器經(jīng)常只采用零拍接收器，就是說，解調(diào)采用接收信號與發(fā)射信號直接混頻來實現(xiàn)。因為，實際上雷達信號源有噪聲(例如振蕩器噪聲)，所以發(fā)射信號帶有噪聲。如果在低級的雷達中，使用只有一個二極管(大多數(shù)是一種肖特基二極管)的所謂單個二極管混頻器作為接收器，也稱為解調(diào)器，那么發(fā)射信號的噪聲就將導(dǎo)致接收噪聲電平的增加。

圖1示出代表當(dāng)前技術(shù)水平的雷達探測器方框電路圖，如由下文已知P.Heide，V.Mágori，R.Schubert，R.Schwarte“使用基頻PHEMT-DRO(準高電子遷移率晶體管雙共振振蕩器)的24GHz廉價多卜勒地上速度探測器”，IEEE GAAS’94，Turin(意大利)，1994年4月。雷達信號源RS包括一個微波振蕩器MWO，并且往往還包括一些調(diào)制用的部件M，所以雷達信號源RS一般能產(chǎn)生任意調(diào)制的雷達信號。對調(diào)制信號的選擇取決于雷達探測器的測量任務(wù)。雷達信號源RS產(chǎn)生的信號經(jīng)天線A向外發(fā)射，并由位于天線射束范圍內(nèi)的目標O反射，作為接收信號回到天線A。用復(fù)數(shù)場強ER和ER表示的發(fā)射信號和接收信號，在雷達信號源RS和天線A之間的導(dǎo)線L上相互疊加。與導(dǎo)線L連接的解調(diào)器DM產(chǎn)生零拍解調(diào)，并提供解調(diào)的、通常稱為多卜勒信號的輸出信號UA(t)。低通濾波器(TP)決定輸出信號的測量帶寬。輸出信號UA(t)近似地作為在解調(diào)器(DM)中使用的肖基特二極管特性曲線平方分量的結(jié)果給出。經(jīng)低通濾波后得到下式uA(t)～(Re{ES+ER})2＝ES2+ER2+2ESERcos(∠ESER)≈ES2+2ESERcos(∠ESER)其中Es＝復(fù)數(shù)發(fā)射場強(相當(dāng)于發(fā)射信號)
ER＝復(fù)數(shù)接收場強(相當(dāng)于接收信號)2EsERcos(∠EsER)＝有效信號E2S＝經(jīng)整流的發(fā)射信號(帶有噪聲的干擾信號)E2R＝經(jīng)整流的接收信號ER＜＜ES接收信號遠遠小于發(fā)射信號基于雷達信號RS的噪聲，發(fā)射信號的幅度不是恒定的，所以E2S應(yīng)該作為干擾信號來理解，該信號通過輸出信號UA(t)信噪比的減小產(chǎn)生不利影響。
這種缺點在昂貴的雷達探測器中通過應(yīng)用所謂的平衡混頻器予以避免，這類混頻器例如在Stepben A.Maas所著“微波混頻器”ArtechHouse，Dedham，MA(USA)一書中已有敘述。但是，雷達探測器因此而價格昂貴。此外混頻器本身也帶有噪聲，該噪聲不能通過應(yīng)用平衡混頻器而抑制。
本發(fā)明的任務(wù)是提供一種雷達探測器裝置，在該探測器中可以使用直角相位解調(diào)，該種調(diào)制根據(jù)當(dāng)前技術(shù)水平，到目前為止一直需要應(yīng)用一種第二混頻器，如在J.Detlefsen所著“雷達技術(shù)”Springer出版社，1989，一書中77頁后數(shù)頁所述。通過使用直角相位解調(diào)有可能測定移動目標的運動方向。
此任務(wù)根據(jù)權(quán)利要求1得以解決。
在從屬權(quán)利要求中給出本發(fā)明的其它結(jié)構(gòu)。
在權(quán)利要求5的另一種結(jié)構(gòu)中，不僅可使發(fā)射信號的噪聲(與發(fā)射信號的解調(diào)無關(guān))而且可使解調(diào)器的噪聲對測量精度皆無影響。
同時實現(xiàn)噪聲抑制和直角相位解調(diào)是可能的。
下面借助附圖進一步闡述本發(fā)明。
圖1當(dāng)前技術(shù)水平的雷達探測器結(jié)構(gòu)，見P.Heide，V.Mágori，R.Schubert，R.Schwarte“使用基頻PHEMT-DRO(準高電子遷移率晶體管雙共振振蕩器)的24GHz廉價多卜勒地上速度探測器”IEEEGAAS‘94，Turin(意大利)，1994年4月；圖2本發(fā)明雷達探測器結(jié)構(gòu)。
圖2所示的本發(fā)明裝置，是在圖1所示代表當(dāng)前技術(shù)水平的裝置上增加了一個微波相移器MWPS、一個信號分離器DEMUX、一個求差部件DIF和一個第二低通濾波器TP。
借助微波相移器MWPS，接收信號ER的相位也就是2EsERcos(∠EsER)的相位，2EsERcos(∠EsER)相當(dāng)于有效信號，受一個例如周期性TTL-信號U(t)控制，在相位差Δ的兩個相位狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。同時，被解調(diào)的輸出信號UB(t)分解為兩個與兩個相位狀態(tài)相對應(yīng)的輸出信號UB1(t)、UB2(t)的兩個表達式uB1(t)≈ES2+2ESERcos(∠ESER)uS2(t)≈ES2+2ESERcos([∠ESER]+Δ)如果選擇Δ＝180°，那么就可組成如下差值信號UDIF(t)uDIF(t)＝uB1(t)-uB2(t)＝4ESERcos(∠ESER)受雷達信號源RS的噪聲干擾的干擾信號E2S，和解調(diào)器DM對噪聲的貢獻在差值信號UDIF(t)中均不再出現(xiàn)。因此差值信號UDIF(t)比圖1的UA(t)信號具有大大提高的信/噪比。
轉(zhuǎn)換信號U(t)例如是一轉(zhuǎn)換頻率為fu的周期性矩形信號。噪聲抑制只有在這樣的情況下才是有效的，即當(dāng)轉(zhuǎn)換頻率fu比圖2輸出信號UB1(t)、UB2(t)所要求的帶寬至少高一數(shù)量級。
原則上轉(zhuǎn)換信號U(t)允許為任一形狀的信號，這種信號與在噪聲中所含頻率相比能實現(xiàn)更快的轉(zhuǎn)換。如果相位差Δ不是選擇180°，而是0＜|Δ|＜180°，那么UB1(t)、UB2(t)就含有正交信號分量，或者當(dāng)Δ＝±90時，它們甚至完全是正交的。因此，圖2所示本發(fā)明裝置也允許直角相位解調(diào)。與當(dāng)前技術(shù)，見J.Detlefsen所著“雷達技術(shù)”Springer出版社，1989，一書中77頁后數(shù)頁所述相比較，本發(fā)明的優(yōu)點在于，為實現(xiàn)直角相位解調(diào)不需要第二個解調(diào)器DM。
本發(fā)明的另一改進結(jié)構(gòu)是，在0＜|Δ|＜180°范圍內(nèi)選擇相位差Δ，并且在此也組成UB1(t)和UB2(t)輸出信號的差值信號UDIF(t)＝UB1(t)-UB2(t)。于是該裝置提供三個輸出信號。差值信號UDIF(t)是一個清除掉噪聲的信號，和輸出信號UB1(t)、UB2(t)是用于識別目標移動方向的直角相位分量。
解調(diào)器不必是一個單二極管混頻器，也可以是一個任意的混頻器或一任意的非線性部件，用該部件可以實現(xiàn)混頻。
轉(zhuǎn)換信號U(t)也可以是一個非周期性信號。
此外，一個轉(zhuǎn)換器或者一個掃描、數(shù)字化和存儲解調(diào)信號UB(t)的部件都可用作信號分離器DEMUX。
權(quán)利要求
1.雷達探測器，-其中，一個產(chǎn)生發(fā)射信號的部件(RS)與一個相移器(MWPS)和一個解調(diào)器(DM)連接在一起，-其中，為了向外發(fā)射信號和為了接收發(fā)射信號，相移器(MWPS)與一個天線(A)連接在一起，-其中，一個信號分離器(DEMUX)連接在解調(diào)器(DM)的后面，與相移器(MWPS)同樣受轉(zhuǎn)換信號(U(t))的節(jié)拍控制，和-其中，信號分離器(DEMUX)的輸出端總是與一低通濾波器(TP)連接，從該濾波器可取得輸出信號(UB1(t)、UB2(t))。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述雷達探測器，其中解調(diào)器(DM)是一個混頻器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述雷達探測器，其中解調(diào)器(DM)是一個單二極管混頻器或一個非線性元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述雷達探測器，-其中，轉(zhuǎn)換信號(U(t))是一個周期性矩形波信號，和-其中，轉(zhuǎn)換信號(U(t))的頻率高于所要求的輸出信號(UB1(t)、UB2(t))的帶寬。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述雷達探測器，其中一個求差部件(DIF)連接在低通濾波器(TP)的后面，以便把輸出信號(UB1(t)、UB2(t))相互分開。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述雷達探測器，其中，相移器(MWPS)產(chǎn)生的相位差Δ為180°。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-5之一所述雷達探測器，其中相移器(MWPS)產(chǎn)生的相位差Δ在0＜Δ＜180°范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7之一所述雷達探測器，其中，信號分離器(DEMUX)是一個轉(zhuǎn)換器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8之一所述雷達探測器，其中，產(chǎn)生發(fā)送信號的部件(RS)具有一微波振蕩器(MWO)，該振蕩器與調(diào)制單元連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9之一所述雷達探測器，用于測量速度和/或用于識別運動方向。
全文摘要
在此雷達探測器中，在微波發(fā)生器與天線之間插入一個相移器，該相移器可在兩個相位之間進行轉(zhuǎn)換。解調(diào)器(DM)解調(diào)接收的反射信號，該信號疊加在微波發(fā)生器產(chǎn)生的微波信號上。解調(diào)器(DM)后面接入的信號分離器(DEMUX)把兩個相移的解調(diào)信號分開。測量結(jié)果噪聲很小。
文檔編號G01S7/288GK1159857SQ95195367
公開日1997年9月17日 申請日期1995年8月7日 優(yōu)先權(quán)日1994年8月17日
發(fā)明者P·海德 申請人:西門子公司