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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 便攜式復(fù)雜地面環(huán)境中運(yùn)動(dòng)目標(biāo)探測(cè)雷達(dá)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 本雷達(dá)作品結(jié)合微帶漏波頻率電掃描天線、固態(tài)發(fā)射機(jī)射頻組件、基于DSP+FPGA的信號(hào)處理平臺(tái)和ARM 9的總控系統(tǒng)、以及先進(jìn)的雷達(dá)信號(hào)處理算法，能夠在40o水平掃描角度和3公里作用范圍內(nèi)快速發(fā)現(xiàn)并同時(shí)跟蹤多個(gè)慢速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，測(cè)距測(cè)速精度分別達(dá)到0.9m和0.3m/s。該雷達(dá)體積小、重量輕、精度高、便于攜帶，特別適用于在惡劣的自然環(huán)境中執(zhí)行災(zāi)區(qū)搜救、地面安全監(jiān)視和戰(zhàn)場(chǎng)偵察等任務(wù)。
- 詳細(xì)介紹：
- 本作品是采用線性調(diào)頻連續(xù)波體制（LFMCW）的便攜式復(fù)雜地面環(huán)境中運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)雷達(dá)，設(shè)計(jì)中采用微帶漏波頻率電掃描天線、固態(tài)發(fā)射機(jī)射頻組件、基于DSP+FPGA的信號(hào)處理平臺(tái)以及基于ARM 9的總控系統(tǒng)。該雷達(dá)水平掃描角度為40o，結(jié)合先進(jìn)的軟件無(wú)線電技術(shù)和雷達(dá)信號(hào)處理算法，能夠在3公里范圍內(nèi)復(fù)雜地面環(huán)境中快速發(fā)現(xiàn)和跟蹤多個(gè)慢速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，包括慢速運(yùn)動(dòng)的人和車輛，測(cè)距與測(cè)速精度分別達(dá)到0.9m和0.3m/s。該雷達(dá)采用電掃描天線,避免了天線伺服系統(tǒng)的使用；采用連續(xù)波體制降低了射頻組件的設(shè)計(jì)復(fù)雜度，節(jié)約了成本。本作品具有體積小、重量輕、作用距離遠(yuǎn)、距離分辨力高且不受天氣影響的優(yōu)點(diǎn)，克服了傳統(tǒng)紅外傳感器、激光傳感器等易受天氣影響和作用距離短的不足，且用戶界面友好，易于操作。該雷達(dá)特別適用于在惡劣的自然環(huán)境中執(zhí)行災(zāi)區(qū)搜索救援、地面安全監(jiān)視和戰(zhàn)場(chǎng)偵察等任務(wù)，具有廣闊的應(yīng)用前景和顯著的社會(huì)效益，在線性調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)領(lǐng)域具有一定的競(jìng)爭(zhēng)力。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 設(shè)計(jì)目的：在地面監(jiān)視、野外搜救等環(huán)境中，為了克服紅外、激光傳感器易受天氣影響和作用距離短的缺點(diǎn)，結(jié)合LFMCW雷達(dá)體積小、成本低、作用距離遠(yuǎn)、距離分辨力高和不受天氣影響的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)該雷達(dá)來(lái)檢測(cè)慢速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。設(shè)計(jì)基本思路：為降低成本和提高雷達(dá)便攜性，整機(jī)采用LFMCW體制、天線為頻率電掃描模式。結(jié)合先進(jìn)的信號(hào)處理技術(shù)，以及所設(shè)計(jì)的慢速目標(biāo)檢測(cè)算法和復(fù)雜多目標(biāo)環(huán)境中目標(biāo)檢測(cè)算法，使雷達(dá)能夠在復(fù)雜地面環(huán)境中檢測(cè)到慢速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。創(chuàng)新點(diǎn)：①本雷達(dá)采用微帶漏波天線，不需要傳統(tǒng)的天線伺服系統(tǒng)，減輕了整機(jī)重量；②采用基于DDS技術(shù)和固態(tài)發(fā)射機(jī)技術(shù)的射頻組件，降低了其體積、重量和成本；③采用FFT和MTD作為匹配濾波器，增強(qiáng)了雷達(dá)抑制地雜波和探測(cè)慢速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的能力；④設(shè)計(jì)采用FPGA+DSP的信號(hào)處理器及基于ARM的總控系統(tǒng)，使雷達(dá)具有強(qiáng)大的信號(hào)處理能力和實(shí)時(shí)控制性能。關(guān)鍵技術(shù)：①微帶漏波天線設(shè)計(jì)；②LFMCW發(fā)射信號(hào)DDS產(chǎn)生技術(shù)；③射頻發(fā)射機(jī)與接收機(jī)等組件設(shè)計(jì)；④基于高端DSP芯片、軟件無(wú)線電芯片的信號(hào)處理器設(shè)計(jì)；⑤基于S3C2410的總控系統(tǒng)設(shè)計(jì)；⑥慢速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)探測(cè)和多干擾環(huán)境中目標(biāo)探測(cè)算法設(shè)計(jì)；⑦目標(biāo)點(diǎn)跡電腦顯示界面設(shè)計(jì)。技術(shù)指標(biāo)：工作頻段：X波段，發(fā)射信號(hào)帶寬：18.6MHz，角度掃描范圍：0°至40°，平均發(fā)射功率：2mW至3.506W，作用距離：3km，距離分辨率：9.15m，測(cè)距精度：0.9m，測(cè)角精度：0.4°，最小可檢測(cè)速度：0.3m/s，整機(jī)重量：小于15Kg
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 作品的科學(xué)先進(jìn)性以及技術(shù)優(yōu)勢(shì)： ①采用微帶漏波頻率掃描天線，通過(guò)改變發(fā)射信號(hào)頻率來(lái)改變天線波束指向，使得雷達(dá)不需要復(fù)雜的天線伺服系統(tǒng)，減小了雷達(dá)的體積和重量，增加了便攜性； ②選取線性調(diào)頻連續(xù)波作為雷達(dá)發(fā)射信號(hào)，降低了對(duì)雷達(dá)發(fā)射機(jī)峰值發(fā)射功率的要求，簡(jiǎn)化了發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的設(shè)計(jì)復(fù)雜度，采用固態(tài)發(fā)射機(jī),降低了成本，同時(shí)結(jié)合了線性調(diào)頻連續(xù)波距離分辨率高、無(wú)距離盲區(qū)和抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)； ③選用高端DSP和FPGA設(shè)計(jì)雷達(dá)信號(hào)處理器，使得雷達(dá)能夠采用先進(jìn)的信號(hào)處理算法，能夠快速實(shí)時(shí)的搜索、發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，并將目標(biāo)信息及時(shí)發(fā)送至顯示系統(tǒng)； ④采用先進(jìn)的目標(biāo)檢測(cè)算法，使得雷達(dá)能夠檢測(cè)到慢速運(yùn)動(dòng)的人和車輛，提高了雷達(dá)的檢測(cè)性能。參考文獻(xiàn)： [1]M.I.Skolnik. Radar handbook. 電子工業(yè)出版社, 2003年. [2]楊建宇, 凌太兵, 賀峻. LFMCW 雷達(dá)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與距離速度去耦合. 電子與信息學(xué)報(bào). 2004, Vol.26, No.2, pp.169-173.
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無(wú)
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無(wú)
作品可展示的形式
- ■實(shí)物、產(chǎn)品 ■現(xiàn)場(chǎng)演示 ■圖片 ■錄像
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 使用說(shuō)明：開機(jī)后，雷達(dá)自動(dòng)完成初始化，并進(jìn)入目標(biāo)搜索模式，將目標(biāo)輸出RS422串口與電腦連接，打開雷達(dá)顯示軟件，點(diǎn)擊相應(yīng)控件，目標(biāo)信息和狀態(tài)即可在二維坐標(biāo)圖上顯示，通過(guò)點(diǎn)擊其他控件，還可以實(shí)現(xiàn)雷達(dá)接收信號(hào)實(shí)時(shí)采集功能。技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)：①采用模塊化設(shè)計(jì)，作品結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性高，集成度高，便于維護(hù)；②采用頻率電掃描天線和固態(tài)發(fā)射機(jī)組件，雷達(dá)體積小、重量輕、成本低，便于攜帶；③采用先進(jìn)的信號(hào)處理芯片和算法，提高了雷達(dá)的性能。④雷達(dá)顯示界面操作簡(jiǎn)單，便于使用；適用范圍及推廣前景：①該雷達(dá)適用于災(zāi)區(qū)援救、機(jī)場(chǎng)監(jiān)視、野外搜救和戰(zhàn)場(chǎng)偵察等領(lǐng)域；②與國(guó)內(nèi)外相關(guān)產(chǎn)品相比，該雷達(dá)性價(jià)比高，經(jīng)產(chǎn)品化，將會(huì)在民用和軍用上起到良好的效果，并取得較大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)：該雷達(dá)目標(biāo)售價(jià)每臺(tái)20萬(wàn)元左右，中國(guó)約有400個(gè)軍用和民用機(jī)場(chǎng)，若都裝配該雷達(dá)，將會(huì)產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益，并為國(guó)家節(jié)約大量外匯支出；該雷達(dá)在災(zāi)區(qū)救援和野外搜救中能夠發(fā)揮重要的作用，所能挽救的生命和經(jīng)濟(jì)損失難以估量。
同類課題研究水平概述
- 便攜式復(fù)雜地面環(huán)境中運(yùn)動(dòng)目標(biāo)探測(cè)雷達(dá)采用LFMCW體制，集微帶漏波頻率掃描天線技術(shù)、固態(tài)發(fā)射機(jī)及相應(yīng)射頻組件技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理器設(shè)計(jì)技術(shù)、總控系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)以及雷達(dá)目標(biāo)顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)于一體，在頻率電掃描工作模式下，使用先進(jìn)的雷達(dá)信號(hào)處理和目標(biāo)檢測(cè)算法，能夠在復(fù)雜地面環(huán)境中探測(cè)與跟蹤運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，包括慢速運(yùn)動(dòng)的人和車輛，實(shí)現(xiàn)對(duì)周圍環(huán)境的感知。雷達(dá)整機(jī)體積小，便于攜帶，作用距離遠(yuǎn)，且不受天氣影響。該雷達(dá)設(shè)計(jì)目的是在紅外傳感器和激光傳感器難以有效工作的特殊環(huán)境中執(zhí)行地面監(jiān)視和搜索救援任務(wù)。國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀：國(guó)外LFMCW雷達(dá)在工程應(yīng)用方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)走在國(guó)內(nèi)前面。在軍用方面，英國(guó)的硫磺石反裝甲導(dǎo)彈采用94GHz LFMCW雷達(dá)來(lái)精確制導(dǎo)，可以保證全天時(shí)、全天候搜索和識(shí)別目標(biāo)，不受灰塵、煙霧和遮蔽物的影響。在工業(yè)和民用方面，澳大利亞悉尼大學(xué)將毫米波LFMCW雷達(dá)應(yīng)用到煤礦工業(yè)、機(jī)器人自動(dòng)導(dǎo)航等其它眾多領(lǐng)域。另外日本研究者還嘗試將LFMCW雷達(dá)用于目標(biāo)實(shí)時(shí)成像、二維極化成像、隱匿目標(biāo)探測(cè)等方面，并取得不錯(cuò)效果。眾多汽車公司還開發(fā)并裝備了LFMCW體制雷達(dá)用于汽車防撞和自動(dòng)巡航。國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀：中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所深入研究了毫米波LFMCW近程雷達(dá)應(yīng)用于車流量的檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng)門限確定與門限微調(diào)相結(jié)合、自適應(yīng)車道識(shí)別與車道微調(diào)相結(jié)合的車輛識(shí)別和車道識(shí)別的信號(hào)處理算法，不僅克服了雷達(dá)硬件本身所固有的噪聲和信噪比較低的特性，同時(shí)增加了雷達(dá)的功能。國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)：①隨著半導(dǎo)體工藝、雷達(dá)技術(shù)及理論水平的不斷發(fā)展，LFMCW雷達(dá)系統(tǒng)的集成度越來(lái)越高、體積得到進(jìn)一步縮小，且應(yīng)用領(lǐng)域得到進(jìn)一步拓展；②采用先進(jìn)的信號(hào)處理技術(shù)，以提高LFMCW檢測(cè)慢速目標(biāo)和多個(gè)目標(biāo)的能力；③通過(guò)提高發(fā)射信號(hào)的帶寬，同時(shí)降低發(fā)射平均功率，來(lái)提高雷達(dá)在戰(zhàn)場(chǎng)上的生存能力和使用壽命。本作品正是基于上述考慮，采用了頻率電掃描微帶漏波天線和固態(tài)發(fā)射機(jī)射頻組件，減小了雷達(dá)的重量和體積，降低了成本；將該雷達(dá)應(yīng)用于災(zāi)區(qū)救援、野外搜救、機(jī)場(chǎng)監(jiān)視和戰(zhàn)場(chǎng)偵察，拓寬了LFMCW雷達(dá)的應(yīng)用范圍；采用了先進(jìn)的信號(hào)處理器和算法，增強(qiáng)了雷達(dá)檢測(cè)目標(biāo)的能力，在正常工作時(shí)，雷達(dá)平均發(fā)射功率約為200mW，與傳統(tǒng)的脈沖體制雷達(dá)相比，對(duì)人體的傷害很小，使其民用成為可能；通過(guò)串口將目標(biāo)信息傳送至電腦顯示，操作簡(jiǎn)單，可拓展性強(qiáng)。
