靶場實(shí)驗(yàn)是火炮研制過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié),通過對炮彈在接近靶面時(shí)的定位可以判斷出目標(biāo)是否脫靶從而為火炮的校準(zhǔn)和改良提供數(shù)據(jù)參考�，F(xiàn)代軍事科技的發(fā)展使得炮彈的打擊精度得到了大幅提升,因此對彈目標(biāo)定位精度也有了更高的要求。本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種通過發(fā)射調(diào)頻連續(xù)波進(jìn)行測距定位的高精度脫靶測量雷達(dá)系統(tǒng)。論文首先闡述了高精度脫靶測量雷達(dá)的微波前端參數(shù)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和天線布站方案,分別討論了鋸齒波和三角波這兩種調(diào)制方式的測距原理,并選擇了適合本系統(tǒng)工作需要的信號調(diào)制方式;其次討論了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案,從各個(gè)模塊的芯片選型、電路設(shè)計(jì)到系統(tǒng)電源、時(shí)鐘的整體規(guī)劃進(jìn)行分析和設(shè)計(jì);接著推導(dǎo)了系統(tǒng)定位精度的表達(dá)式,分析了使用FFT算法進(jìn)行頻率檢測的誤差,通過理論分析和仿真結(jié)合的方式驗(yàn)證了本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高精度測距定位的可行性并給出了詳細(xì)的基于FPGA的實(shí)現(xiàn)方案;最后,對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試,先對各模塊進(jìn)行單獨(dú)的調(diào)試再通過外場實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了整體雷達(dá)系統(tǒng)對靜目標(biāo)、動(dòng)目標(biāo)的定位能力,證明本雷達(dá)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)高精度脫靶測量和目標(biāo)定位。
【學(xué)位單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TJ306
【部分圖文】：

通過兩個(gè)不同的方位對彈目標(biāo)進(jìn)行測距可以計(jì)算出目標(biāo)的具體位置，因此本雷達(dá)采??用一發(fā)雙收的布站形式。兩個(gè)接收天線和一個(gè)發(fā)射天線的擺放位置以及與彈目標(biāo)、靶面??的位置關(guān)系如圖２．１所示：其中Ｔ點(diǎn)是發(fā)射天線的擺放位置，位于靶面的下方正中間處，??Ｔ１點(diǎn)和Ｔ２點(diǎn)是兩路接收天線的擺放位置，相對于Ｔ點(diǎn)對稱，假設(shè)彈目標(biāo)擊中在靶面的??Ｃ點(diǎn)位置。由于實(shí)際測量的是彈目標(biāo)與靶面遭遇階段的位置，因此雷達(dá)的三路收發(fā)天線??均布置于靶面下方一米處且略微向前擺放，發(fā)射波束主瓣在靶的底端水平方向最小距離??為０．３ｗ，兩個(gè)接收天線與發(fā)射天線處于同一條直線，收發(fā)天線之間的距離Ｚ?＝?４ｍ。??１＾］?｜?卷％）??嚴(yán)?Ｉ＇?＾?ｌｍ??圖２．１雷達(dá)天線和靶面的位置關(guān)系??天線從Ｔ點(diǎn)發(fā)射波束打在位于Ｃ點(diǎn)的彈目標(biāo)上（假設(shè)目標(biāo)沒有脫靶，擊中在靶面上??Ｃ點(diǎn)處），接收天線在Ｔ１點(diǎn)和Ｔ２點(diǎn)接收到由彈目標(biāo)反射的回波，由圖可知電磁波從Ｔ??５??

??２．２．２單麵收測靶雷達(dá)系統(tǒng)雜??單發(fā)雙收ＦＭＣＷ雷達(dá)的系統(tǒng)框圖如圖２．２所示，可以看出微波前端的發(fā)射模塊主??要包括ＦＭＣＷ調(diào)頻源、ＶＣＯ?（Ｖｏｌｔａｇｅ?Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ?Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ，壓控振蕩器）、功分器、功??放電路以及發(fā)射天線等部分；接收模塊則主要包括接收天線、帶通濾波器、低噪聲放大??器、混頻器、中頻濾波器和Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換電路等部分［１７］。??接收天線１????低噪放?混頻器?＿，??—Ｘ?功放?Ｔ１０??????發(fā)射天線｜?—功分器４—?ＶＣ０?？—?Ｐ＇Ｕ?ａ寧、??接收天線２?Ａ?”?低噪放?ｌＬ０?ｆ??｜?｜??混頻器??圖２．２單發(fā)雙收測靶雷達(dá)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)??從ＦＭＣＷ調(diào)制源輸出信號的幅度值經(jīng)過ＶＣＯ后按固定的調(diào)頻斜率轉(zhuǎn)換為掃頻信號，??經(jīng)過功分器，以及功放（ＰＡ），從發(fā)射天線發(fā)射出去，同時(shí)從功分器產(chǎn)生一部分本振信??號用作接收機(jī)的混頻輸入；射頻電磁波由目標(biāo)反射后產(chǎn)生回波并部分被接收天線接收，??通過帶通濾波器后輸入低噪聲放大器（ＬＮＡ）對回波信號進(jìn)行放大處理，在這段時(shí)間里??發(fā)射信號的頻率已經(jīng)隨時(shí)間的推移發(fā)生了變化，因此回波信號與此時(shí)的作為本振輸入的??發(fā)射信號頻率有一定的差值；此時(shí)將回波信號與發(fā)射信號進(jìn)行下混頻

?碩士論文??如圖２．３所示，圖（ａ）表示發(fā)射信號與回波信號頻率隨時(shí)間變化的關(guān)系圖，縱坐標(biāo)為信??號的頻率，橫坐標(biāo)為時(shí)間。圖（ｂ）表示發(fā)射信號與回波信號的差頻的絕對值隨時(shí)間變??化的關(guān)系圖［２３］。??ｆ?．?發(fā)射信號?回波信號????＞?ｔ????Ｔ?＾?：?：＿??（ｂ）??ｔ／°?ｆ??Ｖ?ｎ?ｉ＾??Ｔ?Ｔ?ｔ?＋?Ｔ?ｔ?＋?２Ｔ??圖２．３鋸齒波調(diào)頻信號頻率隨時(shí)間變化圖??在這里將鋸齒波帶寬ＡＦ與時(shí)寬ｒ的比值定義為鋸齒波的斜率ｔ，其表達(dá)式為??ｋ?＝?ＡＦ／Ｔ?（２．１）??從圖２．３中的ａ圖可以看出回波信號相對于發(fā)射信號，除了在時(shí)間軸上存在一個(gè)時(shí)延ｒ之??夕卜，其頻率變化的斜率及周期同發(fā)射信號的波形一樣，若目標(biāo)為靜止，其時(shí)延與距離之??間的關(guān)系為??ｔ?＝?２Ｒ／ｃ?（２．２）??其中ｃ為電磁波傳播速率，為３ｘｌ〇８ｍ／ｓ，２Ｒ為從發(fā)射天線到目標(biāo)再到接收天線的距離??總和。從圖２．３中的ｂ圖可以看出，在ｒ？ｒ的時(shí)間段，以及（７＞ｒ）￣２；ｒ的時(shí)間段內(nèi)，發(fā)??射信號與回波信號之間的差頻為一固定值／〇，根據(jù)幾何關(guān)系，可以發(fā)現(xiàn)／？與斜率免和??時(shí)延２■之間的關(guān)系為??ｋ?＝?ｆ〇／ｒ?（２．３）??綜合公式（２．１）、（２．２）以及（２．３）
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2859210