无源双极化标签式雷达反射器的研究

摘要

在交通信息采集领域,由于小型机动车辆的增多,道路环境愈加拥挤,仅依靠增加交通设施的投入已不能有效减轻如今交通信息采集系统所面临的压力。现有的交通信息采集技术主要包括视频监控、微波探测、GPS定位以及相对较传统的感应线圈检测等。这些技术在全天候、全方位、实时性或者准确度方面都存在各自的不足之处。交通信息的采集归根到底是对道路车辆的探测与识别,因此设法增强探测和识别的准确度便可有效提升所采集到的交通信息的可信度。
　　经过深入的分析之后,认为在小型机动车辆上加载雷达反射器并结合交通检测雷达系统的使用是一种行之有效的解决方案。传统的雷达反射器主要有两种,角反射器和球形介质透镜反射器,两者的共同特点是结构复杂、体积庞大,并不适合在小型的机动车辆上安装使用。本方案中所需的雷达反射器首先需具备雷达反射器的共性即易识别的特点,然后还要外观小巧,造价低廉等。
　　在对当前交通信息采集技术的工作原理和优缺点进行分析之后,提出标签式雷达反射器配合交通检测雷达系统使用的解决方案,并详细分析其有效性和可实施性。通过对雷达散射截面(RCS,Radar Cross Section)的介绍和对雷达方程的详细推导,引入影响雷达目标识别的关键因素,如目标散射特性、收发天线之间的极化匹配等。为详细阐述极化匹配的概念,着重介绍电磁波的极化特性,并引入交叉极化的概念。其中,共极化响应是指发射和接收的极化方式相同,而交叉极化响应指两者之间是正交关系。当工作频率处在微波频段甚至以上时,大多数物体的共极化响应远大于交叉极化响应。据此,设法增强待测目标的交叉极化响应即可有效提升目标与复杂背景的回波区分度,便可大幅提升雷达对其的探测和识别能力。
　　基于上述构想,提出一种无源标签式雷达反射器的设计,以L型金属导带作为基本单元构建阵列,提升其交叉极化回波响应。利用三维电磁仿真平台FEKO对其进行建模仿真,并将经过优化后的设计方案进行实际的制板测量。然后,为缩减阵列的整体尺寸,对如何去除阵元之间的耦合进行研究和总结,并给出了该课题的后续研究方向。最后,受光学中巴比涅原理启发,以L型缝隙贴片替代L型金属导带作为基本结构设计新型的标签式雷达反射器。仿真结果表明,采用以上两种设计方案,均可有效提升雷达对被安装目标的探测、识别能力。在此基础之上,可发展时下较热门的智能交通系统,为交通信息的采集拓展了新的思路。

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第1章 绪 论

1.1 研究的背景与意义

1.2 国内外的研究现状

1.3 本文的主要工作和论文结构

第2章 交通信息采集技术

2.1 现有的交通信息采集技术

2.2 标签式雷达反射器的提出

2.3 本章小结

第3章 电磁散射及其衡量指标

3.1 雷达散射截面（RCS）

3.2 雷达方程

3.3 电磁波的极化及其应用

3.4 现有的雷达反射器

3.5 本章小结

第4章 标签式雷达反射器的设计及仿真结果

4.1 L型金属导带

4.2 L型缝隙贴片

4.3 阵元间的耦合影响

4.4 本章小结

第5章 实测方案及结果

5.1 测试方案的制定

5.2 测试结果及其与仿真结果的对比

5.3 本章小结

第6章 总结和展望

致谢

参考文献

附录