一种毫米波雷达高度表及验证方法与流程

本发明属于雷达测试系统，具体为一种毫米波雷达高度表及验证方法。

背景技术：

1、毫米波雷达高度表利用高频率的电磁波来测量航空器距离地面的高度。这些电磁波在与地面或其他物体接触后反射回来，被雷达接收器捕获。通过分析这些反射波的时间差和强度变化，可以精确计算出飞行器的高度。由于毫米波具有较短的波长，因此可以实现高分辨率和高精度的距离测量，同时对环境因素（如雨、雾）的抗干扰能力较强。这项技术在现代航空领域尤为重要，因为它可以提高飞行安全性和效率，尤其是在复杂气象条件下或对地形有特殊要求的飞行任务中。此外，随着无人机和自动驾驶技术的发展，毫米波雷达高度表也成为了这些新兴领域的关键技术之一。

2、现有技术中，调频连续波雷达高度表以及脉冲雷达高度表为最为常用的两种雷达高度表。调频连续波雷达高度表利用连续发射的调频波，并接收地面反射回来的信号。通过计算发射波与接收波之间的频率差异，可以准确地测量出飞行器的高度。调频连续波雷达高度表在处理多目标测量时显得较为复杂，需要额外的滤波器和频率计数器等设备，这在一定程度上限制了它的应用范围。脉冲雷达高度表则是通过发送脉冲信号，并测量从地面反射回来的脉冲信号的时间差来确定高度。这种高度表适用于较高空域的测量任务，如商业飞机在巡航阶段的使用。脉冲雷达高度表能够在较远距离内提供准确的高度数据，但相较于调频连续波雷达高度表，它往往需要更高的发射功率和较大的体积。

3、现有技术中，调频连续波雷达高度表的缺点主要包括其在处理多目标测量时的复杂性。由于连续波雷达在同一时间内只能测量单个目标，若要测量多个目标，则必须使用多个通道或快速切换测量目标，这增加了系统的复杂度和成本。同时，为了防止发射机泄漏功率干扰接收机，需要采取额外的隔离措施，这可能导致设备体积增大，不利于小型化设计。脉冲雷达高度表的主要缺点是其体积较大和能耗较高。由于脉冲雷达需要在短时间内发射高功率的脉冲信号，因此对发射机的功率要求较高，相应地也导致了更大的能耗。同时，为了实现远距离探测，脉冲雷达通常需要较长的天线和更大的发射接收模块，

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种毫米波雷达高度表及验证方法，以解决背景技术中提出的现有技术中，雷达高度表存在多目标测量时必须使用多个通道或快速切换测量目标，增加了系统的复杂程度以及体积较大、能耗较高的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

3、一种毫米波雷达高度表，包括高度表母板，高度表母板中设置有射频前端模块、信号采集模块、信号处理模块、通用接口以及指示器；其中，射频前端模块用于发射雷达信号，发射的雷达信号经过地面反射后被信号采集模块采集，并传输给信号处理模块，信号处理模块对数据进行滤波后，进行高度信息的计算与跟踪，并通过接口模块传输给指示器；

4、射频前端模块包括发射天线、接收天线、低噪声放大器、混频器、八倍频器a、振荡器、八倍频器b、功率放大器以及中频解调器；

5、发射天线与功率放大器的一端连接，功率放大器的另一端与八倍频器a的一端连接，八倍频器a的另一端与振荡器的一端连接，振荡器的另一端与八倍频器b的一端连接，八倍频器b的另一端与混频器连接，混频器还分别与低噪声放大器以及中频解调器的一端连接，低噪声放大器的另一端与接收天线连接，中频解调器的另一端与信号采集模块连接；

6、信号采集模块包括电压检测接口、隔离放大电路、电压跟随电路以及ad转换电路；其中，电压检测接口、隔离放大电路电压跟随电路以及ad转换电路依次连接，ad转换电路与信号处理模块连接。

7、根据上述技术方案，射频前端模块设置有两套，分别为第一射频前端模块和第二射频前端模块，其中，第一射频前端模块横向设置，第二射频前端模块纵向设置。

8、根据上述技术方案，信号处理模块包括fpga模块、pl处理模块、ps处理模块、串口转换芯片、rs232串口；其中，fpga模块分别与信号采集模块、pl处理模块、ps处理模块以及串口转换芯片连接，串口转换芯片与rs232串口，用于将信号传输给指示器。

9、根据上述技术方案，pl处理模块包括fft以及mtd，ps处理模块包括cfar；其中，fft用于接收ad转换电路的输出信号，并将处理后的信号传输给mtd，mtd再将信号传输给cfar，信号经过cfar处理后，传输给串口转换芯片。

10、根据上述技术方案，fpga模块还包括外部处理模块，外部处理模块包括晶振模块、存储模块、led指示灯以及测试模块；其中，fpga模块分别与晶振模块、存储模块、led指示灯以及测试模块连接。

11、根据上述技术方案，高度表母板还包括电源管理模块，电源管理模块包括emi滤波模块、第一dc电源模块和第二dc电源模块；其中，emi滤波模块与外部电源连接，并对输入的外部电源进行滤波处理，并将完成滤波处理的电源输出到第一dc电源模块，第一dc电源模块再将电源输出到第二dc电源模块，经过两级dc电源模块的降压处理后，再将电压输出。

12、根据上述技术方案，电源管理模块还包括第三dc电源模块，第二dc电源模块还与第三dc电源模块连接，第三dc电源模块用于电源的降压。

13、一种毫米波雷达高度表的验证方法，验证方法包括以下步骤：

14、步骤s1，系统测高；雷达高度表通过向地面发射电磁波，并接收从地面反射回来的回波，然后根据电磁波的传播时间、传播速度计算出目标与地面的距离，从而确定高度；

15、步骤s2，检测目标是否存在，如果存在则进行下一步，如果不存在，则返回步骤s1重新测高；

16、步骤s3，判断是否对目标跟踪锁定，如果是，则进行下一步，如果没有锁定，则返回步骤s1重新测高；

17、步骤s4，滤波；其中，与当前测量值的权重相关；与预测值的权重有关；根据步骤s1中得到的测量值、系统的预测值以及设定的参数，计算出经过滤波后的高度估计值；

18、步骤s5，输出测高结果；

19、步骤s6，结束。

20、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

21、在本发明中，由于使用调频连续波体制，降低了发射功率，使得尺寸设计得更加小巧与轻便，便于集成到各种飞行器中。且调频连续波体制雷达无测距盲区，可以在整个探测范围内持续监测目标，不会因为距离过大而失去跟踪能力。

22、通过本发明中的雷达表，提高了信号处理效率。本发明用连续波信号的频率变化来测量距离，由于差频信号频率较低，一般为khz，因此硬件处理相对简单、更加适合数据采集并进行数字信号处理。

技术特征：

1.一种毫米波雷达高度表，包括高度表母板，其特征在于：高度表母板中设置有射频前端模块、信号采集模块、信号处理模块、通用接口以及指示器；其中，射频前端模块用于发射雷达信号，发射的雷达信号经过地面反射后被信号采集模块采集，并传输给信号处理模块，信号处理模块对数据进行滤波后，进行高度信息的计算与跟踪，并通过接口模块传输给指示器；

2.根据权利要求1所述的一种毫米波雷达高度表，其特征在于：射频前端模块设置有两套，分别为第一射频前端模块和第二射频前端模块，其中，第一射频前端模块横向设置，第二射频前端模块纵向设置。

3.根据权利要求2所述的一种毫米波雷达高度表，其特征在于：信号处理模块包括fpga模块、pl处理模块、ps处理模块、串口转换芯片、rs232串口；其中，fpga模块分别与信号采集模块、pl处理模块、ps处理模块以及串口转换芯片连接，串口转换芯片与rs232串口，用于将信号传输给指示器。

4.根据权利要求3所述的一种毫米波雷达高度表，其特征在于：pl处理模块包括fft以及mtd，ps处理模块包括cfar；其中，fft用于接收ad转换电路的输出信号，并将处理后的信号传输给mtd，mtd再将信号传输给cfar，信号经过cfar处理后，传输给串口转换芯片。

5.根据权利要求4所述的一种毫米波雷达高度表，其特征在于：fpga模块还包括外部处理模块，外部处理模块包括晶振模块、存储模块、led指示灯以及测试模块；其中，fpga模块分别与晶振模块、存储模块、led指示灯以及测试模块连接。

6.根据权利要求1所述的一种毫米波雷达高度表，其特征在于：高度表母板还包括电源管理模块，电源管理模块包括emi滤波模块、第一dc电源模块和第二dc电源模块；其中，emi滤波模块与外部电源连接，并对输入的外部电源进行滤波处理，并将完成滤波处理的电源输出到第一dc电源模块，第一dc电源模块再将电源输出到第二dc电源模块，经过两级dc电源模块的降压处理后，再将电压输出。

7.根据权利要求6所述的一种毫米波雷达高度表，其特征在于：电源管理模块还包括第三dc电源模块，第二dc电源模块还与第三dc电源模块连接，第三dc电源模块用于电源的降压。

8.一种毫米波雷达高度表的验证方法，其特征在于：使用权利要求1至7任意一项所述的毫米波雷达高度表，验证方法包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种毫米波雷达高度表及验证方法，包括高度表母板，高度表母板中设置有射频前端模块、信号采集模块、信号处理模块、通用接口以及指示器；其中，射频前端模块用于发射雷达信号，发射的雷达信号经过地面反射后被信号采集模块采集，并传输给信号处理模块，信号处理模块对数据进行滤波后，进行高度信息的计算与跟踪，并通过接口模块传输给指示器。在本发明中，由于使用调频连续波体制，降低了发射功率，使得尺寸设计得更加小巧与轻便，便于集成到各种飞行器中。且调频连续波体制雷达无测距盲区，可以在整个探测范围内持续监测目标，不会因为距离过大而失去跟踪能力。通过本发明中的雷达表，提高了信号处理效率。

技术研发人员：李一虎,陈彦宏,邓小东,崔博华,颜尧平
受保护的技术使用者：四川海芯微科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5