基于FMCW的探冰雷达发射接收系统的设计与实现

摘要

随着人们对海洋资源全面的开发利用，海洋环境科学越来越显示出其重要性。海冰作为其重要组成部分，直接影响着海上石油开发、海港建设、航运交通等海上经济。由于地理环境独特，近年来受气候变化响，以渤海海域为代表的我国沿海海域受到海冰的灾害影响十分严重。因此，对海冰全面科学的监测对于海洋经济的发展具有非常重要的意义。而在海冰监测中最为关键的就是对冰层厚度的精确测量。
　　本文结合国内外海冰厚度测量相关的文献，简单介绍了雷达测量海冰厚度的发展过程和研究现状，总结了多种海冰厚度测量方法的原理并分析了其优势与缺陷。根据我国沿海地区薄冰的特点，出于小型化、一体化、低功耗、可机载等方面的考虑，确定基于FMCW的探冰雷达发射接收系统的方案设计。探冰雷达系统工作于8GHz~12GHz，具有极高的距离分辨力，以期能够精确测量薄冰的厚度。
　　在系统方案实施前，首先介绍了FMCW体制雷达测量冰厚的原理并进行了验证其可行性的实验，之后给出了探冰雷达发射接收系统的基本框架。结合探冰雷达探测性能的要求，确定了发射接收系统相关的个项指标，并根据系统指标来对其中各个功能模块进行选型。
　　本文在系统架构上，通过ADS系统级仿真验证了各功能模块作用于发射接收系统中的可行性。在PCB布板方面，对传输线的阻抗匹配、PCB的层叠结构进行了设计，并通过Cadence和ADS的联仿分析了系统传输性能，验证了硬件电路实现的可行性；在封装结构上，整个电路封装在屏蔽腔体内，利用HFSS仿真软件进行了屏蔽腔体与电磁兼容设计。最后将系统整机装配并进行了实验测试，通过测试结果与仿真结果的对比分析，提出系统可能存在的缺陷以及相关的改进方法。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 课题背景与研究意义

1.2 国内外研究现状与发展趋势

1.3 本文主要内容及结构框架

第二章 探冰雷达原理及其分辨力分析

2.1 冰层探测方法分析

2.2 FMCW探冰雷达原理

2.3 探冰雷达距离分辨力分析

2.4 本章小结

第三章 探冰雷达系统方案设计

3.1 探冰方案分析及系统架构

3.2 探冰雷达系统参数选择

3.3 系统链路预算及各功能模块选择

3.4 ADS系统级仿真

3.5 本章小结

第四章 发射接收系统硬件及封装设计

4.1 PCB板图设计

4.2 系统电磁兼容设计

4.3屏蔽腔设计及总体仿真

4.4 本章小结

第五章 发射接收系统封装测试

5.1 收发机常用指标测试方法

5.2 发射接收系统测试

5.3 系统实验

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

致谢

参考文献