三频测距法及脉冲测距法的研究与实现

摘要

雷达测距一直是实用测距技术领域研究的热点问题。微波雷达主要通过测频、测时和测相法实现。近距离测量时，测频和测相法是目前应用比较广泛的方法，但存在距离模糊问题，需要采取其它方法来解距离模糊，会增加系统设计的复杂度。测时法的困难主要是近距离的测量，如皮秒量级的时间测量比较困难。目前市场已有微波计数器，通用时间数字转换(TDC-GP)测量芯片等可以实现超短时间的测量，但成本较高，因而不能得到广泛的应用。针对以上存在的问题，本文提出了两种方案，对以往的测距方法进行了改进。
　　 本文的主要内容包括:
　　 (1)介绍了雷达测距国内外发展的现状，并对脉冲雷达和连续波雷达的基本原理进行了简单阐述。然后介绍了雷达的分类及特点，并对几种典型的测距技术进行了分析。
　　 (2)分析了测频连续波雷达的基本原理，提出了基于相位测量的三频连续波相位测距的方法。这种方法在一定的测距范围内不模糊距离较大，解决了测量范围和测距精度之间的矛盾，大大降低了系统设计的复杂度。
　　 (3)基于时间测量法中存在的超短时间难于分辨的问题，提出了时间-电压转换的测距方法，将时间的变化转换为电压的变化。时间-电压转换可以通过积分法实现，其系统构成主要有积分电路、跟随电路和运算电路等单元。实验结果表明，可达到皮秒级的时间测量，最小距离分辨率为1.83mm。
　　 (4)在分析了时间-电压转换原理的基础上，提出电流源法实现时间-电压转化的方法，主要由恒流源电路、开关电路和电容充放电电路组成。通过实验证明这种方法实施简单，可以实现的最小时间分辨率为6.1ps，与积分法实现时间-电压转换达到了一致的效果，证明了该方法的可行性，有广阔的发展前景。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 微波雷达测距概述

1.2.1 连续波雷达测距技术研究现状

1.2.2 脉冲波雷达测距技术研究现状

1.3 微波测距雷达分类及典型技术

1.3.1 二次差频法

1.3.2 调相波测距法

1.3.3 超短时间测时法

1.4 传统测距方法的总结

1.5 本文的主要研究内容和工作安排

1.6 本论文的主要创新点

第二章 雷达测距的基本原理与系统分析

2.1 LFMCW雷达测距系统原理

2.1.1 LFMCW雷达系统分析

2.1.2 LFMCW雷达测距的基本原理

2.1.3 线性调频连续波雷达存在的主要问题及解决办法

2.2 脉冲波雷达测距系统原理

2.2.1 脉冲雷达测距系统分析

2.2.2 脉冲压缩技术

2.2.3 脉冲雷达测距的解距离模糊

2.3 雷达系统的主要技术指标

2.3.1 雷达发射机的主要技术参数

2.3.2 雷达接收机的主要技术参数

2.4 本章小结

第三章 三频连续波雷达相位测距方法的研究

3.1 三频相位测距基本原理

3.1.1 三频相位测距的原理分析

3.1.2 双频到三频所依据原理的推导

3.2 影响三频相位测距精度的因素

3.3 三频相位测距系统构成及实现

3.3.1 三频相位实验系统构成

3.3.2 三频相位测距的实现流程

3.4 实验及结果分析

3.4.1 三频相位测距法中测距范围与最大不模糊距离关系

3.4.2 对三频相位测距系统的改进措施

3.5 本章小结

第四章 时间-电压转换脉冲宽度测距方法的研究

4.1 时间-电压转换脉冲宽度测距系统

4.1.1 时间-电压转换脉冲宽度测距系统的基本原理

4.1.2 积分法实现时间-电压转换系统构成

4.1.3 电流源法实现时间-电压转换系统构成

4.2 积分法实现时间-电压转换

4.2.1 积分电路的实现及原理推导

4.2.2 电容两端电压与回波时延的关系

4.2.3 实验结果分析

4.3 电流源法实现时间-电压转换

4.3.1 电流源电路的实现及原理推导

4.3.2 电容两端电压与回波时延的关系

4.3.3 实验结果分析

4.4 测距精度分析

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢