基本信息
- 项目名称：
- 便携式复杂地面环境中运动目标探测雷达
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本雷达作品结合微带漏波频率电扫描天线、固态发射机射频组件、基于DSP+FPGA的信号处理平台和ARM 9的总控系统、以及先进的雷达信号处理算法，能够在40º水平扫描角度和3公里作用范围内快速发现并同时跟踪多个慢速运动目标，测距测速精度分别达到0.9m和0.3m/s。该雷达体积小、重量轻、精度高、便于携带，特别适用于在恶劣的自然环境中执行灾区搜救、地面安全监视和战场侦察等任务。
- 详细介绍：
- 本作品是采用线性调频连续波体制（LFMCW）的便携式复杂地面环境中运动目标检测雷达，设计中采用微带漏波频率电扫描天线、固态发射机射频组件、基于DSP+FPGA的信号处理平台以及基于ARM 9的总控系统。该雷达水平扫描角度为40º，结合先进的软件无线电技术和雷达信号处理算法，能够在3公里范围内复杂地面环境中快速发现和跟踪多个慢速运动目标，包括慢速运动的人和车辆，测距与测速精度分别达到0.9m和0.3m/s。该雷达采用电扫描天线,避免了天线伺服系统的使用；采用连续波体制降低了射频组件的设计复杂度，节约了成本。本作品具有体积小、重量轻、作用距离远、距离分辨力高且不受天气影响的优点，克服了传统红外传感器、激光传感器等易受天气影响和作用距离短的不足，且用户界面友好，易于操作。该雷达特别适用于在恶劣的自然环境中执行灾区搜索救援、地面安全监视和战场侦察等任务，具有广阔的应用前景和显著的社会效益，在线性调频连续波雷达领域具有一定的竞争力。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 设计目的：在地面监视、野外搜救等环境中，为了克服红外、激光传感器易受天气影响和作用距离短的缺点，结合LFMCW雷达体积小、成本低、作用距离远、距离分辨力高和不受天气影响的优点，设计该雷达来检测慢速运动目标。设计基本思路：为降低成本和提高雷达便携性，整机采用LFMCW体制、天线为频率电扫描模式。结合先进的信号处理技术，以及所设计的慢速目标检测算法和复杂多目标环境中目标检测算法，使雷达能够在复杂地面环境中检测到慢速运动目标。创新点：①本雷达采用微带漏波天线，不需要传统的天线伺服系统，减轻了整机重量；②采用基于DDS技术和固态发射机技术的射频组件，降低了其体积、重量和成本；③采用FFT和MTD作为匹配滤波器，增强了雷达抑制地杂波和探测慢速运动目标的能力；④设计采用FPGA+DSP的信号处理器及基于ARM的总控系统，使雷达具有强大的信号处理能力和实时控制性能。关键技术：①微带漏波天线设计；②LFMCW发射信号DDS产生技术；③射频发射机与接收机等组件设计；④基于高端DSP芯片、软件无线电芯片的信号处理器设计；⑤基于S3C2410的总控系统设计；⑥慢速运动目标探测和多干扰环境中目标探测算法设计；⑦目标点迹电脑显示界面设计。技术指标：工作频段：X波段，发射信号带宽：18.6MHz，角度扫描范围：0°至40°，平均发射功率：2mW至3.506W，作用距离：3km，距离分辨率：9.15m，测距精度：0.9m，测角精度：0.4°，最小可检测速度：0.3m/s，整机重量：小于15Kg
科学性、先进性
- 作品的科学先进性以及技术优势： ①采用微带漏波频率扫描天线，通过改变发射信号频率来改变天线波束指向，使得雷达不需要复杂的天线伺服系统，减小了雷达的体积和重量，增加了便携性； ②选取线性调频连续波作为雷达发射信号，降低了对雷达发射机峰值发射功率的要求，简化了发射机和接收机的设计复杂度，采用固态发射机,降低了成本，同时结合了线性调频连续波距离分辨率高、无距离盲区和抗干扰能力强的优点； ③选用高端DSP和FPGA设计雷达信号处理器，使得雷达能够采用先进的信号处理算法，能够快速实时的搜索、发现目标，并将目标信息及时发送至显示系统； ④采用先进的目标检测算法，使得雷达能够检测到慢速运动的人和车辆，提高了雷达的检测性能。参考文献： [1]M.I.Skolnik. Radar handbook. 电子工业出版社, 2003年. [2]杨建宇, 凌太兵, 贺峻. LFMCW 雷达运动目标检测与距离速度去耦合. 电子与信息学报. 2004, Vol.26, No.2, pp.169-173.
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- ■实物、产品 ■现场演示 ■图片 ■录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明：开机后，雷达自动完成初始化，并进入目标搜索模式，将目标输出RS422串口与电脑连接，打开雷达显示软件，点击相应控件，目标信息和状态即可在二维坐标图上显示，通过点击其他控件，还可以实现雷达接收信号实时采集功能。技术特点与优势：①采用模块化设计，作品结构紧凑，可靠性高，集成度高，便于维护；②采用频率电扫描天线和固态发射机组件，雷达体积小、重量轻、成本低，便于携带；③采用先进的信号处理芯片和算法，提高了雷达的性能。④雷达显示界面操作简单，便于使用；适用范围及推广前景：①该雷达适用于灾区援救、机场监视、野外搜救和战场侦察等领域；②与国内外相关产品相比，该雷达性价比高，经产品化，将会在民用和军用上起到良好的效果，并取得较大的经济和社会效益。经济效益预测：该雷达目标售价每台20万元左右，中国约有400个军用和民用机场，若都装配该雷达，将会产生较大的经济效益，并为国家节约大量外汇支出；该雷达在灾区救援和野外搜救中能够发挥重要的作用，所能挽救的生命和经济损失难以估量。
同类课题研究水平概述
- 便携式复杂地面环境中运动目标探测雷达采用LFMCW体制，集微带漏波频率扫描天线技术、固态发射机及相应射频组件技术、数字信号处理器设计技术、总控系统设计技术以及雷达目标显示系统设计技术于一体，在频率电扫描工作模式下，使用先进的雷达信号处理和目标检测算法，能够在复杂地面环境中探测与跟踪运动目标，包括慢速运动的人和车辆，实现对周围环境的感知。雷达整机体积小，便于携带，作用距离远，且不受天气影响。该雷达设计目的是在红外传感器和激光传感器难以有效工作的特殊环境中执行地面监视和搜索救援任务。国外发展现状：国外LFMCW雷达在工程应用方面远远走在国内前面。在军用方面，英国的硫磺石反装甲导弹采用94GHz LFMCW雷达来精确制导，可以保证全天时、全天候搜索和识别目标，不受灰尘、烟雾和遮蔽物的影响。在工业和民用方面，澳大利亚悉尼大学将毫米波LFMCW雷达应用到煤矿工业、机器人自动导航等其它众多领域。另外日本研究者还尝试将LFMCW雷达用于目标实时成像、二维极化成像、隐匿目标探测等方面，并取得不错效果。众多汽车公司还开发并装备了LFMCW体制雷达用于汽车防撞和自动巡航。国内发展现状：中国科学院上海微系统与信息技术研究所深入研究了毫米波LFMCW近程雷达应用于车流量的检测，实现了自适应门限确定与门限微调相结合、自适应车道识别与车道微调相结合的车辆识别和车道识别的信号处理算法，不仅克服了雷达硬件本身所固有的噪声和信噪比较低的特性，同时增加了雷达的功能。国内外发展趋势：①随着半导体工艺、雷达技术及理论水平的不断发展，LFMCW雷达系统的集成度越来越高、体积得到进一步缩小，且应用领域得到进一步拓展；②采用先进的信号处理技术，以提高LFMCW检测慢速目标和多个目标的能力；③通过提高发射信号的带宽，同时降低发射平均功率，来提高雷达在战场上的生存能力和使用寿命。本作品正是基于上述考虑，采用了频率电扫描微带漏波天线和固态发射机射频组件，减小了雷达的重量和体积，降低了成本；将该雷达应用于灾区救援、野外搜救、机场监视和战场侦察，拓宽了LFMCW雷达的应用范围；采用了先进的信号处理器和算法，增强了雷达检测目标的能力，在正常工作时，雷达平均发射功率约为200mW，与传统的脉冲体制雷达相比，对人体的伤害很小，使其民用成为可能；通过串口将目标信息传送至电脑显示，操作简单，可拓展性强。
