專利名稱：時分多通道隨機(jī)碼調(diào)相船用防撞雷達(dá)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線電波發(fā)射與接收探測目標(biāo)方位、距離和速度的技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種時分 多通道隨機(jī)碼調(diào)相船用防撞雷達(dá)。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，海洋航運和內(nèi)陸江河湖泊航運、漁業(yè)迅速發(fā)展，船只大量增多，港口、航道越來越 擁擠，常有船只超載、超速，尤其兩船或多條船交匯時其慣性力沖擊掀起大波浪，影響航向不 易正確操縱，導(dǎo)致船只相互碰撞或撞擊橋墩，嚴(yán)重時沆船，甚至橋梁塌陷。在暴風(fēng)雨天氣惡劣 時引發(fā)事故概率更大，海洋航運、漁業(yè)生產(chǎn)、江河湖泊航運應(yīng)用雷達(dá)防撞正在迅速發(fā)展，迫切 需要先進(jìn)防攛雷達(dá)保障航行安全。從技術(shù)方面分析FM-CW調(diào)頻連續(xù)波防撞雷達(dá)局限于檢測單一 目標(biāo)，調(diào)制信號僅用單一頻率的周期信號作為檢測標(biāo)志，不能對觀察區(qū)域內(nèi)所有目標(biāo)同時無模 糊測定距離和速度。對可能發(fā)生碰撞船只目標(biāo)大小和距離遠(yuǎn)近分辨力單一，相鄰多個目標(biāo)回波 相互交調(diào)、串?dāng)_會很難分辨其檢測數(shù)據(jù)，影響判斷。脈沖PD雷達(dá)發(fā)射脈寬遮擋回波信號的接 收，存在距離盲區(qū)不能近距檢測防撞，缺少對多個可能碰撞目標(biāo)檢測和跟蹤能力，船只密集的 水域應(yīng)用防撞雷達(dá)抗相互干擾問題勢必解決，隨機(jī)信號連續(xù)波雷達(dá)雖有很高的抗干擾能力，可 望有高性能環(huán)境電磁兼容EMC，但因連續(xù)波雷達(dá)天線發(fā)射能量輻射泄漏，阻塞接收回波影響檢 測，尤其弱小目標(biāo)難能檢測到。防撞預(yù)警雷達(dá)作用距離較近，要求船體所處的水面具有全方位 安全航行防撞功能。此外，'簡單顯示器對相鄰目標(biāo)難以分辨，不能顯示多個目標(biāo)全景圖像，相 對位置、距離遠(yuǎn)近、移動速度欠缺預(yù)警?，F(xiàn)有防撞雷達(dá)缺少用傳感器信號構(gòu)成閉環(huán)控制的功 能，缺少水域環(huán)境天線自適應(yīng)控制和自動避障、減速的智能控制，能見度差或航行遇險情不能 及時幫助司機(jī)解危避免事故。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供同一水域相鄰船只航行互不干擾共存運行，相對快速的同時全方位檢 測所處水域可能發(fā)生碰撞的多個目標(biāo)距離、速度，目標(biāo)距離越近分辨力越高的時分多通道隨機(jī) 碼調(diào)相船用防撞雷達(dá)。
本發(fā)明技術(shù)方案設(shè)有環(huán)形器、中放、數(shù)據(jù)緩沖器FIFO、數(shù)字信號處理器DSP、微控制器 MCU、雙口存儲器RAM、接口 I/O、水面攝像頭、本船速傳感器、衛(wèi)星定位傳感器GPS、聲光報 警器、方向舵控制器、減速器、點火/熄滅控制器、鍵盤，還設(shè)有收/發(fā)兩用準(zhǔn)光集成介質(zhì)透鏡 陣列天線、波束轉(zhuǎn)換開關(guān)、收/發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)T/R!、 T/R2、 T/R3、頻率合成器、時分電路、多元隨 機(jī)碼發(fā)生器、調(diào)相器、倍頻與功放、低噪聲高放、分諧波混頻器、多通道信號提取電路、光柵 掃描圖像顯示器CRT，收/發(fā)兩用準(zhǔn)光集成介質(zhì)透鏡天線陣列在船頂高位設(shè)成水平環(huán)形陣或環(huán)繞 桅桿為圓環(huán)陣，頻率合成器輸出fc2接入DSP為時鐘信號，fc3接入MCU為時鐘信號，DSP編碼
6脈沖分配序列接入波束轉(zhuǎn)換開關(guān)、CRT,全方位循環(huán)掃描探測水面可能碰撞的目標(biāo)，頻率合成器 輸出fd接入時分電路為時鐘信號，時分電路計數(shù)預(yù)置端經(jīng)接口 1/0接入MCU，水面攝像頭、本 船速傳感器、衛(wèi)星定位傳感器GPS信號經(jīng)接口 I/O接入MCU控制時分電路生成n路時分脈沖， 高電平邏輯"H"接入收/發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)T/R2、 T/R3，低電平邏輯"L"接入T/Ri，頻率合成器輸出 ft信號接入調(diào)相器為載頻的一半或四分之一頻率，頻率合成器輸出fC41、 fC42、 fc4n信號接入多 元隨機(jī)碼發(fā)生器為采樣保持時鐘信號，多元隨機(jī)碼發(fā)生器生成n組取值互相獨立碼頻與帶寬， 經(jīng)時分編碼為碼頻遞增、碼元寬度遞減分段關(guān)聯(lián)排列n路時分隨機(jī)碼脈沖接入調(diào)相器、多通道 信號提取電路脈壓相關(guān)器延遲線，調(diào)相射頻經(jīng)T/R2、倍頻與功放二或四倍頻、功放為雷達(dá)載頻 fo接至T/R3、環(huán)形器、波束轉(zhuǎn)換開關(guān)、準(zhǔn)光集成介質(zhì)透鏡陣列天線發(fā)射，頻率合成器輸出fN接 入分諧波混頻器為本振信號fL、 fi接入多通道信號提取電路為中頻相干基準(zhǔn)頻率，回波射頻經(jīng) 準(zhǔn)光集成介質(zhì)透鏡陣列天線、波束轉(zhuǎn)換開關(guān)、T/Ri、環(huán)形器、低噪聲高放、分諧波混頻器、中 放，n路時分脈沖在時分電路時序異步選通門選取n組按發(fā)射編碼的多元隨機(jī)碼，再經(jīng)多通道 信號提取電路脈壓相關(guān)處理暫存數(shù)據(jù)緩沖器FIFO接入DSP數(shù)據(jù)總線，DSP與MCU數(shù)據(jù)總線、地 址線、控制線經(jīng)雙口存儲器RAM匯接并提供仲裁信號，接口 1/0分別接入CRT、聲光報警器、 方向舵控制器、減速器、點火/熄滅控制器、鍵盤，DSP軟件設(shè)計片內(nèi)分組時分復(fù)用數(shù)據(jù)重排、 動目標(biāo)顯示MTI、距離旁瓣抑制、快速傅里葉變換FFT、恒虛警處理CFAR， MCU系統(tǒng)軟件編程包 括主程序和數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、對象控制子程序，中放自動增益控制AGC電壓經(jīng)濾波、放大 接入低噪聲高放、中放AGC受控端，波束轉(zhuǎn)換開關(guān)、環(huán)形器、收/發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)T/R" T/R2、 T/R3、頻率合成器、時分電路、多元隨機(jī)碼發(fā)生器、調(diào)相器、倍頻與功放、低噪聲高放、分諧 波混頻器、中放射頻收/發(fā)電路集成一體，屏蔽；
其中，頻率合成器由恒溫晶振、晶振分頻器、倍頻放大鏈、混頻器、壓控振蕩器VCO、鑒 相器、環(huán)路濾波器、環(huán)路分頻器組成，VCO由砷化鎵高電子遷移率GaAsHEMT器件、介質(zhì)諧振器 反饋振蕩、變?nèi)莨軌嚎卣{(diào)諧，環(huán)路分頻器由前置分頻器和可編程分頻器組合，恒溫晶振輸出一 路經(jīng)倍頻放大鏈與VCO輸出接混頻器，通過環(huán)路分頻器接入鑒相器，另一路經(jīng)晶振分頻器接入 鑒相器，鑒相電壓經(jīng)環(huán)路濾波器壓控VCO構(gòu)成鎖相頻率合成，VCO輸出fN接入調(diào)相器，調(diào)相信號 經(jīng)倍頻與功放二或四倍頻為雷達(dá)載頻fo,同時fN經(jīng)定向耦合器接入分諧波混頻內(nèi)在二或四倍頻 為本振信號fL，可編程分頻預(yù)置端經(jīng)接口 I/O接入微控制器MCU，可編程分頻輸出fi為中頻相 干檢波基準(zhǔn)頻率、fd為時電路分時鐘信號、fc2為數(shù)字信號處理器DSP時鐘信號、fc3為MCU時 鐘信號、fc"、 fc仏fc4n為多元隨機(jī)碼發(fā)生器采樣保持時鐘信號；
收/發(fā)兩用準(zhǔn)光集成介質(zhì)透鏡天線陣列，由介質(zhì)基片微帶雙偶極振子集成天線、介質(zhì)透鏡、 陣列基座、防護(hù)罩構(gòu)成，介質(zhì)透鏡是一端面為半球體，另一端面為圓柱體截面，介質(zhì)基片微帶 雙偶極振子集成天線緊密放置在介質(zhì)透鏡的圓柱截面為饋源，介質(zhì)透鏡半球端面為天線輻射 面，在船頂高位設(shè)成水平環(huán)形陣列或環(huán)繞桅桿圓環(huán)陣列，DSP編碼脈沖序列接入波束轉(zhuǎn)換開 關(guān)、光柵掃描圖像顯示器CRT坐標(biāo)變換器；
波束轉(zhuǎn)換開關(guān)是在透鏡天線天饋波導(dǎo)集成PIN 二極管或高電子遷移率晶體管HEMT管芯串、
7并、串聯(lián)接為單刀單擲開關(guān)SPST，多個波束轉(zhuǎn)換開關(guān)由其組合控制成單刀多擲開關(guān)，偏壓經(jīng)低通網(wǎng)絡(luò)接入數(shù)字信號處理器DSP編碼脈沖分配序列，收/發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)T/R1、 T/R2、 T/R3設(shè)在環(huán)形器收、發(fā)分支處、倍頻與功放輸入端，PIN或HEMT管芯串、并、串聯(lián)為單刀單擲開關(guān)SPST，其中T/R2、 T/R3是雙連同步開關(guān)，控制偏壓經(jīng)低通網(wǎng)絡(luò)由時分脈沖高電平邏輯"H"接入T/R2、 T/R3，低電平邏輯"L"接入T/R1;
多元隨機(jī)碼發(fā)生器由寬帶噪聲源、微波寬帶放大器、n組SAW聲表帶通濾波器、緩沖放大器、電壓比較器、高速電壓比較器、超高速電壓比較器、采樣保持器、高速采樣保持器、超高速采樣保持器、有源積分器組成，寬帶噪聲源由PN結(jié)二極管，在其管芯設(shè)一 P或N擴(kuò)散限流環(huán)，管芯襯底基片置熱沉，串聯(lián)溫補二極管，置于同軸腔加恒流反偏PN結(jié)二極管為雪崩擊穿區(qū)域，微波寬帶放大器通過匹配寬帶漸變過渡傳輸線接入n組SAW聲表帶通濾波器選取互相獨立碼頻與帶寬噪聲譜，分別經(jīng)緩沖放大器接入電壓比較器至采樣保持器、高速電壓比較器至高速采樣保持器、超高速電壓比較器至超高速采樣保持器，頻率合成器輸出fc仏fC42、 fc4n接入相應(yīng)采樣時間的采樣保持器、高速采樣保持器、超高速采樣保持器為時鐘信號，在采樣保持器或高速采樣保持器或超高速采樣保持器輸出隨機(jī)二相碼元并經(jīng)有源積分器反饋回電壓比較器或高速電壓比較器或超高速電壓比較器為參考門限，n組隨機(jī)二相碼接入時分電路編碼為碼頻遞增、碼元寬度遞減分段關(guān)聯(lián)排列n路時分隨機(jī)碼脈沖信號接入調(diào)相器、多通道信號提取電路脈壓相關(guān)器延遲線；
調(diào)相器由襯底未摻雜砷化鎵GaAs與未摻雜鋁基砷化鎵AlGaAs形成交界面的基片上，集成2組高電子遷移率晶體管HEMT器件對管、4個3dBLange定向耦合器、4個柵極電阻、2個負(fù)載電阻構(gòu)成兩路反射式調(diào)制器，2組服MT對管柵極分別串一電阻接入調(diào)制信號，源極接地，由2個3dBLange定向耦合器分別接在2組服MT器件對管漏極，交叉耦合到其余2個3dBLange定向耦合器，2個負(fù)載電阻端接射頻RF輸入或調(diào)相BPSK輸出，頻率合成器VCO輸出fN雷達(dá)載頻一半或四分之一頻率接調(diào)相器輸入口， n組隨機(jī)碼Pk P2、 Pn時分電路編碼n路脈沖經(jīng)低通濾波網(wǎng)絡(luò)接入兩路調(diào)制器HEMT對管柵極，互補控制生成n路時分O、 " 二進(jìn)制BPSK調(diào)相信號，倍頻與功放由磷化銦砷化鎵高電子遷移率IriPGaAsHEMT器件構(gòu)成，倍頻柵極串聯(lián)入/4阻抗變換微帶線，源極阻容接地，漏極微帶線抑制基波和三次諧波，調(diào)諧在二次或四次諧頻為雷達(dá)載頻fo，功放柵極接微帶線阻抗變換網(wǎng)絡(luò)和C類偏置，源極接地，漏極微帶線調(diào)諧在fo，并與天線阻抗匹配，倍頻與功放漏極分別經(jīng)低通網(wǎng)絡(luò)饋入直流電源；
低噪聲高放由一個磷化銦砷化鎵高電子遷移率雙柵InPGaAsHEMT器件、微帶線匹配網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，第一柵極連接回波載頻微帶線、共面線匹配阿絡(luò)，第二柵極自動增益控制AGC端，接入中放AGC檢出信號，源極阻容接地，漏極輸出經(jīng)匹配網(wǎng)絡(luò)連接分諧波混頻器SHP，頻率合成器輸出fN經(jīng)定向耦合器接入SHP為內(nèi)在二或四倍頻本振信號fL,混頻器由兩個肖特基二極管反向并接在本振fL微帶線匹配網(wǎng)絡(luò)與回波載頻微帶線匹配網(wǎng)絡(luò)之間，中頻信號IF在本振fL匹配網(wǎng)絡(luò)一側(cè)經(jīng)帶通濾波網(wǎng)絡(luò)取出；
多通道信號提取電路由n組I/Q相干檢波器、低通濾波器LF、模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D組成，中放輸出在時分電路譯碼器n路異步時序選通門選取P人P2'、 Pn'組回波信號接入對應(yīng)的I/Q相干檢波器，其檢波器分同相I支路、正交Q支路兩個乘法器，頻率合成器輸出fi為中頻相干基準(zhǔn)信號，接入I支路，移相n/2接入Q支路，兩路分解信號分別經(jīng)LF、 A/D接入脈壓相關(guān)處理器，其脈壓相關(guān)處理器由現(xiàn)場可編程門陣列FPGA構(gòu)成帶抽頭可變延遲線Z"橫向濾波器FIR， n
路時分編碼脈沖接入調(diào)相器、脈壓相關(guān)處理器抽頭可變延遲線r1，橫向濾波器FIR輸入的一端
連接多通道信號提取電路A/D，另一端與可變延遲線Z—'各抽頭相接，橫向濾波器FIR輸出經(jīng)回波數(shù)據(jù)緩沖器FIFO接入數(shù)字信號處理器DSP數(shù)據(jù)總線；
時分電路由現(xiàn)場可編程門陣列FPGA組建可編程計數(shù)器、譯碼器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、編碼開關(guān)、時序異步選通門組成，計數(shù)器Cp、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器定時輸入端接入頻率合成器輸出f"時鐘信號，計數(shù)器可編程預(yù)置經(jīng)接口 I/O接入微控制器MCU，路況攝像傳感器、本船速傳感器、衛(wèi)星定位傳感器GPS信號經(jīng)接口 I/O接入MCU控制時分電路生成n路時分脈沖，高電平邏輯"H"接入收/發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)T/R2、 T/R3，低電平邏輯"L"接入T/R"多元隨機(jī)碼發(fā)生器獨立選取碼頻與碼元寬度Pk P2、 Pn組隨機(jī)碼調(diào)制信號分別接入編碼開關(guān)，計數(shù)器數(shù)據(jù)端、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出接譯碼器對應(yīng)控制端，譯碼器各輸出端與編碼開關(guān)對號相接構(gòu)成n組隨機(jī)碼信號碼頻遞增、碼元寬度遞減分段關(guān)聯(lián)排列n路時分脈沖接入調(diào)相器、多通道信號提取電路脈壓相關(guān)器延遲線，調(diào)相信號經(jīng)T/R2、倍頻與功放、T/R3、環(huán)形器、波束轉(zhuǎn)換開關(guān)、準(zhǔn)光集成介質(zhì)透鏡陣列天線發(fā)射，回波RF經(jīng)準(zhǔn)光集成介質(zhì)透鏡陣列天線、波束轉(zhuǎn)換開關(guān)，環(huán)形器、T/Rl、低噪聲高放、分諧波混頻器、中放，在時分電路n路時序異步選通門選取發(fā)射時分編碼Pi'、 PA Pn'的n組復(fù)調(diào)制信號接入多通道信號提取電路I/Q相干檢波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D、脈壓相關(guān)處理器經(jīng)回波數(shù)據(jù)緩沖器FIFO接入數(shù)字信號處理器DSP數(shù)據(jù)總線，DSP與MCU數(shù)據(jù)總線、地址線、控制線由雙口存儲器RAM匯接并提供仲裁信號；
光柵掃描圖像顯示器CRT由坐標(biāo)變換器、圖像存儲器MM、地址選擇I/O控制器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A、標(biāo)尺產(chǎn)生器、字符產(chǎn)生器、圖形顏色產(chǎn)生器、顯示控制器、輝亮電路、顯像管X-Y-Z偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)組成，數(shù)字信號處理器DSP編碼脈沖分配序列接入坐標(biāo)變換器、波束轉(zhuǎn)換開關(guān)，多通道回波信號經(jīng)DSP譜分析數(shù)據(jù)由微控制器MCU接口 1/0送至顯示控制器，顯示控制器分別連接坐標(biāo)變換器、地址選擇I/0控制器、圖像存儲器RAM、數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A、標(biāo)尺、字符產(chǎn)生器、顯像管X-Y-Z偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，其中坐標(biāo)變換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A、標(biāo)尺、字符及圖形顏色產(chǎn)生器分別還接入輝亮電路控制顯像管調(diào)輝電極。
本技術(shù)方案在桅桿或船頂高位處設(shè)置準(zhǔn)光集成介質(zhì)透鏡收/發(fā)天線陣列，DSP編碼脈沖分配序列所對應(yīng)時間CRT坐標(biāo)變換器導(dǎo)出識別目標(biāo)所處位置，全方位警戒可能碰撞的目標(biāo)，發(fā)射信號由水面攝像頭、本船速傳感器，衛(wèi)星定位傳感器GPS信號MCU控制生成n個時分信道，隨機(jī)信號碼頻與帶寬SAW聲表帶通濾波器選取，采樣保持器分段關(guān)聯(lián)采樣，碼頻與帶寬獨立產(chǎn)生，時分編碼為碼頻遞增、碼元寬度遞減關(guān)聯(lián)排列n路多元隨機(jī)碼調(diào)相發(fā)射，目標(biāo)距離由遠(yuǎn)至近碼頻增高、碼元寬度線性變窄，快速相對的同時檢測多個目標(biāo)或單個目標(biāo)在多通道中檢測積累，距離越近分辨力越高，多譜勒頻移越大，三維圖像細(xì)節(jié)分辨越清楚，DSP抑制水面虛警識別與本船最近距離的目標(biāo)，前方無船時由司機(jī)設(shè)定速度航行，出現(xiàn)船只雷達(dá)控制本船速保持安全距離，偏離安全距離聲光報警，逼近危險距離MCU指令避障器自動避障或啟動減速器、剎船器智能控制，起到能見度差航行不易看清楚的避障功能，極大提高防撞性能，與連續(xù)波隨機(jī)碼雷達(dá)相比，保持隨機(jī)信號雷達(dá)高性能環(huán)境電磁兼容EMC，檢測分辨多目標(biāo)性能顯著提高；n路隨機(jī)碼調(diào)相收/發(fā)時分異步后沿檢測，時間上隔離發(fā)射能量泄漏到接收系統(tǒng)，提高弱小目標(biāo)信號的檢測能力，增大雷達(dá)作用距離，后沿檢測消除發(fā)射脈寬遮擋回波避免盲距，改善動態(tài)范圍，實現(xiàn)近距防撞；頻率合成多個基準(zhǔn)頻率和時鐘信號，保障收/發(fā)載頻、中頻起始相位一致、時分脈位精確，雷達(dá)載頻取一半或四分之一頻率調(diào)相，二或四倍頻、功放發(fā)射與分諧波混頻本振內(nèi)在二或四倍頻接收，以少量高端毫米波器件獲取高載頻測距/測速性能；準(zhǔn)光集成介質(zhì)透鏡天線傳輸損耗小、增益高、成本低，抗振防塵防蝕強，在DSP波束循環(huán)掃描檢測多個目標(biāo)視野寬廣，方位角分辯力高，精確。


圖1本發(fā)明船用雷達(dá)技術(shù)方案原理2雷達(dá)收/發(fā)脈沖時序3頻率合成器 '圖4時分電路圖5多元隨機(jī)碼發(fā)生器圖6時分隨機(jī)碼調(diào)相器圖7時分多通道信號提取電路圖8光柵掃描圖像顯示器具體實施方法
參照圖l，本發(fā)明具體實施方法和實施例設(shè)有環(huán)形器3、中放6、數(shù)據(jù)緩沖器FIF013、數(shù)字信號處理器DSP14、微控制器MCU16、雙口存儲器RAM15、接口 1/019、水面攝像頭17、本船速傳感器18、衛(wèi)星定位傳感器GPS26、聲光報警器20、方向舵控制器21、減速器23、點火/熄滅控制器24、鍵盤25，還設(shè)有收/發(fā)兩用準(zhǔn)光集成介質(zhì)透鏡陣列天線1、波束轉(zhuǎn)換開關(guān)2、收/發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)T/Rt、 T/R2、 T/R3、頻率合成器12、時分電路10、多元隨機(jī)碼發(fā)生器11、調(diào)相器9、倍頻與功放8、低噪聲高放4、分諧波混頻器5、多通道信號提取電路7、光柵掃描圖像顯示器CRT22，收/發(fā)兩用準(zhǔn)光集成介質(zhì)透鏡天線陣列1在船頂高位設(shè)成水平環(huán)形陣或環(huán)繞桅桿為圓環(huán)陣，頻率合成器12輸出fc2接入DSP14為時鐘信號，fc3接入MCU16為時鐘信號，DSP14編碼脈沖分配序列接入波束轉(zhuǎn)換開關(guān)2、 CRT22，全方位循環(huán)掃描探測水面可能碰撞的目標(biāo)，頻率合成器12輸出fd接入時分電路10為時鐘信號，時分電路10計數(shù)預(yù)置端經(jīng)接口 1/019接入MCU16，水面攝像頭17、本船速傳感器18、衛(wèi)星定位傳感器GPS26信號經(jīng)接口 1/019接入MCU16控制時分電路10生成n路時分脈沖，高電平邏輯"H"接入收/發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)T/R2、 T/R3，低電平邏輯"L"接入T/Ri，頻率合成器12輸出fN信號接入調(diào)相器9為載頻的一半或四分之一頻率，頻率合成器12輸出fc41、 fc42、 fc4n信號接入多元隨機(jī)碼發(fā)生器11為采樣保持時鐘信號，多元隨機(jī)碼發(fā)生器ll生成n組取值互相獨立碼頻與帶寬，經(jīng)時分編碼為碼頻遞增、碼元寬 度遞減分段關(guān)聯(lián)排列n路時分隨機(jī)碼脈沖接入調(diào)相器9、多通道信號提取電路7脈壓相關(guān)器延 遲線，調(diào)相射頻經(jīng)T/R2、倍頻與功放8二或四倍頻、功放為雷達(dá)載頻fo接至T/R3、環(huán)形器3、 波束轉(zhuǎn)換開關(guān)2、準(zhǔn)光集成介質(zhì)透鏡陣列天線l發(fā)射，頻率合成器12輸出fN接入分諧波混頻器 5為本振信號fu fi接入多通道信號提取電路7為中頻相干基準(zhǔn)頻率，回波射頻經(jīng)準(zhǔn)光集成介 質(zhì)透鏡陣列天線1、波束轉(zhuǎn)換開關(guān)2、 T/Rk環(huán)形器3、低噪聲高放4、分諧波混頻器5、中放 6， n路時分脈沖在時分電路10時序異步選通門選取n組按發(fā)射編碼的多元隨機(jī)碼，再經(jīng)多通 道信號提取電路7脈壓相關(guān)處理暫存數(shù)據(jù)緩沖器FIF013接入DSP14數(shù)據(jù)總線，DSP14與MCU16 數(shù)據(jù)總線、地址線、控制線經(jīng)雙口存儲器R細(xì)15匯接并提供仲裁信號，接口 1/019分別接入 CRT22、聲光報警器20、方向舵控制器21、減速器23、點火/熄滅控制器24、鍵盤25， DSP14 軟件設(shè)計片內(nèi)分組時分復(fù)用數(shù)據(jù)重排、動目標(biāo)顯示MTI、距離旁瓣抑制、快速傅里葉變換FFT、 恒虛警處理CFAR， MCU16系統(tǒng)軟件編程包括主程序和數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、對象控制子程序， 中放6自動增益控制AGC電壓經(jīng)濾波、放大接入低噪聲高放4、中放6的AGC受控端，波束轉(zhuǎn) 換開關(guān)2、環(huán)形器3、收/發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)T/Rh T/R2、 T/R3、頻率合成器12、時分電路10、多元隨 機(jī)碼發(fā)生器11、調(diào)相器9、倍頻與功放8、低噪聲高放4、分諧波混頻器5、中放6射頻收/發(fā) 電路集成一體，屏蔽。
收/發(fā)兩用準(zhǔn)光集成介質(zhì)透鏡天線陣列在船頂高位設(shè)成水平環(huán)形陣列或環(huán)繞桅桿圓環(huán)陣列， 由DSP編碼脈沖序列控制波束轉(zhuǎn)換開關(guān)水平全方位逐次循環(huán)掃描發(fā)射、預(yù)警碰撞目標(biāo)，DSP編 碼脈沖序列在所對應(yīng)時間光柵掃描圖像顯示器CRT坐標(biāo)變換器導(dǎo)出識別目標(biāo)所處位置。其介質(zhì) 透鏡半球體為輻射面，短圓柱體橫截面緊密放置介質(zhì)基片微帶集成天線為饋源，模擬集成天線 無窮厚介質(zhì)基片消除表面波，改變圓柱體長度可獲得合適的波束寬度的準(zhǔn)光高斯束輻射高辨力 方向性。準(zhǔn)光集成介質(zhì)透鏡天線損耗小、增益高，收/發(fā)互易性強，由于介質(zhì)透鏡機(jī)械性能堅固 抗振和防塵、防水霧腐蝕良好。
為了克服噪聲的影響，提高雷達(dá)弱小目標(biāo)探測設(shè)低噪聲高放。防撞雷達(dá)作用距離近，增益 10dB即可，由于回波信號強弱起伏很大，防止混頻輸入大信號飽和阻塞，高放、中放均設(shè)自動 增益控制AGC，保持接收有足夠大的動態(tài)范圍，以適應(yīng)檢測不同距離目標(biāo)。雙柵器件第二柵控 制Is對gZ變化特性，源極電阻自給偏壓，Is在其電阻壓降使柵極產(chǎn)生負(fù)偏壓，選取合適的Ib 和gm，加上AGC電壓可得到良好的控制特性，選用磷化銦為襯底砷化鎵高電子遷移率雙柵器件 InPGaAsHEMT在毫米波高端頻率具有低噪聲特性，AGC控制范圍較大。
分諧波混頻器SPH是在鰭線或微帶線電路由兩個反向并接肖特基二極管，相互保護(hù)在過高 反壓時不被燒毀，回波載頻信號與本振信號相差甚遠(yuǎn)，隔離大于30dB，電路簡單，無須耦合電 橋和直流電源，利用本振信號產(chǎn)生非線性諧波倍頻，與調(diào)相載頻同取一半或四分之一頻率，僅 少量毫米波器件可獲得高端載頻fo。
時分隨機(jī)碼調(diào)相雷達(dá)發(fā)揚隨機(jī)信號是隨機(jī)變量的時間過程的本質(zhì)，在同一水域多條船只相 鄰航行，發(fā)射信號相互照射掃掠必然進(jìn)入對方接收系統(tǒng)，基于隨機(jī)碼無周期性重復(fù)并早己發(fā)生變化，起不了對目標(biāo)回波相關(guān)處理的干擾作用，不影響對方雷達(dá)正常工作運行，顯示出優(yōu)良的 抗干擾環(huán)境電磁兼容性EMC，使其船只密集的水域裝備防撞雷達(dá)保障航行安全成為現(xiàn)實。
本發(fā)明雷達(dá)收/發(fā)電路集成一體簡化電路連接，省略波導(dǎo)和同軸接頭，提高雷達(dá)自身工程電 磁兼容性和可靠性。
圖2雷達(dá)收/發(fā)脈沖時序圖，(a)是DSP編碼脈沖分配序列控制天線波束掃描波形Ts， (b) 是時分電路時鐘信號fci波形，(c)是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器定時脈沖tK占空因子t2的波形，水面攝像 頭、本船速傳感器、衛(wèi)星定位傳感器GPS信號在MCU控制時分電路生成n路時分脈沖，高電平 邏輯"H"上沿時收/發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)T/R2、 T/R3接通發(fā)射，T/Ri關(guān)斷接收，下沿時進(jìn)入低電平邏輯
"L"， T/R2、 T/R3關(guān)斷發(fā)射，T/Ri接通接收，時分電路時序異步選通門選取目標(biāo)回波信號。 (d)、 (e)、 (f)、 (g)淺色波形是n組隨機(jī)碼調(diào)相信號時分n路發(fā)射脈沖，脈寬T與ti相等，探測 周圍水面可能發(fā)生碰攛的船只或其它漂浮目標(biāo)，深色波形是時分異步接收目標(biāo)回波脈沖，其中 (d)收/發(fā)脈沖重疊吻合，回波延時At:O，目標(biāo)距離為零時無回波產(chǎn)生，(g)回波延時At二 max 為雷達(dá)檢測目標(biāo)最大的作用距離，(e)、 (f)收/發(fā)脈沖的延時AtX)， At〈max，可看到，不同距 離目標(biāo)At不同的延時。目標(biāo)距離產(chǎn)生延時，距離越近脈寬越窄，功率變小，而近區(qū)場輻射強， 信噪比下降不大時可檢測目標(biāo)回波。雷達(dá)收/發(fā)異步工作時間上完全隔離發(fā)射信號能量泄漏，極 大提高檢測弱小目標(biāo)信號的能力，達(dá)到隨機(jī)碼連續(xù)波雷達(dá)、脈沖雷達(dá)不具備的優(yōu)點。 圖3頻率合成器，恒溫晶振12a信號一路經(jīng)晶振分頻器12f與環(huán)路分頻器12k接鑒相器 12g，鑒相電壓經(jīng)環(huán)路濾波器12h壓控VC012i鎖定相位，恒溫晶振12a信號另一路經(jīng)倍頻放大 鏈12b、 12c、 12d、 12e與VC012i輸出接入混頻器121，取和頻接入環(huán)路分頻器12k，使 VC012i頻率反饋頻率下移，減小環(huán)路分頻器12k分頻比，改善系統(tǒng)相噪特性。VC012i介質(zhì)諧 振器反饋振蕩頻穩(wěn)度較高、變?nèi)莨苷{(diào)諧范圍較寬。由恒溫晶振為參考鎖相頻率合成，頻穩(wěn)度很 高，短穩(wěn)優(yōu)于10—'°/ms量級，能適于振動強溫差大惡劣環(huán)境高精度相干檢測，頻率合成器12 輸出fN接入時分隨機(jī)碼調(diào)相、倍頻、功放為雷達(dá)載頻fQ，同時f、'經(jīng)定向耦合器12j為分諧波混 頻本振信號fL，內(nèi)在倍頻減低毫米波頻率輸出的要求。環(huán)路分頻器12k可編程分頻器經(jīng)接口 1/019接入MCU程控，輸出fi為中頻相干檢波基準(zhǔn)信號、fci為時分電路時鐘信號、fc2為DSP 時鐘信號、fc3為MCU時鐘信號、fc"、 fC42、 fC4n為多元隨機(jī)碼發(fā)生器采樣保持器時鐘信號， 因此，頻率合成頻穩(wěn)度與恒溫晶振同級，收/發(fā)載頻及中頻起始相位一致，時分脈沖、多元隨機(jī) 碼采樣時間準(zhǔn)確，保證雷達(dá)高精度檢測。
圖4時分電路，計數(shù)器10a可編程預(yù)置端經(jīng)接口 1/019接入MCU，水面攝像和本船速信息 及衛(wèi)星定位傳感器GPS本船所處當(dāng)前位置相關(guān)數(shù)據(jù)在MCU控制改變二進(jìn)-十進(jìn)計數(shù)生成時分脈 沖，高電平邏輯"H"控制收/發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)T/R2、 T/R3接通發(fā)射，T/R!關(guān)斷接收，低電平邏輯
"L"開關(guān)反之。可編程計數(shù)器10a時鐘端、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器10b輸入端在時鐘信號f"的觸發(fā) 下，定時t！為發(fā)射脈寬，可編程計數(shù)器10a輸出在譯碼器10c形成n路時分脈沖控制n組隨機(jī) 碼調(diào)相信號，經(jīng)編碼開關(guān)10d輸出Pk P2、 Pn時分脈沖依次在調(diào)相器9射頻調(diào)相和多通道信號 提取電路7脈壓相關(guān)處理。在時序異步選通門10e選取中放6的P人P2'、 Pn'回波脈沖，從時 間上完全隔離發(fā)射能量泄漏到接收機(jī)，提高弱小目標(biāo)信號檢測能力，增大雷達(dá)作用距離，后沿射脈寬的遮擋避免盲距，改善動態(tài)范圍，實現(xiàn)近距防撞檢測。時分電路10時間分割為n個信 道，隨機(jī)信號碼頻與帶寬遞增分段關(guān)聯(lián)，碼元寬度獨立采樣產(chǎn)生遞減關(guān)聯(lián)，目標(biāo)距離由遠(yuǎn)到近 碼頻增高，碼元寬度線性地變窄，相對快速的同時檢測多個目標(biāo)或單個目標(biāo)在多個通道中檢測 積累數(shù)據(jù)，目標(biāo)距離越近分辨力越高，多譜勒頻移越大，三維圖像細(xì)節(jié)分辨越清楚，極大提高 防撞性能。與連續(xù)波隨機(jī)碼雷達(dá)相比，保持隨機(jī)信號雷達(dá)高性能電磁兼容性EMC,全方位檢測 可能發(fā)生碰撞的船只目標(biāo)，分辨多目標(biāo)顯著提高。
圖5多元隨機(jī)碼發(fā)生器，由一個寬帶噪聲源lla在極寬的頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生均勻、平坦的噪 聲，其帶寬達(dá)數(shù)十個倍頻程。為此，抑制閃爍不可控噪聲非常重要，故在噪聲發(fā)生器件PN結(jié)二 極管其管芯設(shè)置P或N擴(kuò)散限流環(huán)，使擊穿電壓比其高，限制擊穿范圍直接位于P區(qū)或N區(qū)， 消除結(jié)區(qū)邊緣不可控微等離子區(qū)擊穿，得到PN結(jié)均勻擊穿抑制不可控噪聲的產(chǎn)生。管芯襯底基 片置熱沉，降低結(jié)溫產(chǎn)生穩(wěn)定的噪聲頻譜。由于噪聲產(chǎn)生受溫度影響碼元正負(fù)極性概率，串聯(lián)溫 補二極管減少其影響。噪聲管、溫補管與偏置及匹配電路置于同軸腔，加恒流反偏工作在雪崩 擊穿區(qū)域，穩(wěn)定的載流子雪崩倍增電流起伏生成隨機(jī)散彈噪聲，幅頻呈正態(tài)分布。由微波寬帶放 大器lib總體帶限放大，經(jīng)匹配寬帶過渡傳輸線接入n組隨機(jī)碼發(fā)生器llc、 lld、 lln產(chǎn)生 Pi、 P2、 Pn多元隨機(jī)二相碼元序列。n組隨機(jī)碼產(chǎn)生電路結(jié)構(gòu)均同，取值互相獨立?，F(xiàn)以隨機(jī)碼 產(chǎn)生器llc為例，SAW聲表帶通濾波器llci選取中心頻率士 "o，帶寬Bo帶限噪聲碼頻通過緩沖 放大器11C2經(jīng)電壓比較器11c3選擇正負(fù)極性，在時鐘信號fc"控制采樣保持器11c4采樣、保
持輸出碼元，有源積分器11C5將輸出隨機(jī)碼反饋回電壓比較器11C3為參考門限，正負(fù)電平概
率、脈沖占空比基本相等。
基于碼元寬度取決于時鐘采樣周期，測距分辨力愈高要求碼元脈沖愈窄，時鐘頻率相應(yīng)也 就愈高。為此，引用高速、'超高速電壓比較器均值比較，高速、超高速采樣保持器進(jìn)行碼頻遞 增采樣、保持輸出多元隨機(jī)碼，經(jīng)時分編排達(dá)到檢測距離越近分辨力越高提高防撞功能，所以
時鐘信號fc"、 fC41、 fc"相應(yīng)地對分段碼頻控制采樣，產(chǎn)生遞減關(guān)聯(lián)的碼元寬度。
圖6時分隨機(jī)碼調(diào)相器，是一種冷高電子遷移率晶體管HEMT平衡推挽模式調(diào)制器，它由2 組HEMT對管、4個3dBLange定向耦合器及6個電阻構(gòu)成兩路反射式調(diào)制器，調(diào)制電壓互補控 制，兩組調(diào)制器輸出為復(fù)數(shù)相加，矢量合成0、 Ji二進(jìn)制BPSK調(diào)相信號，輸入/輸出端口可互 易。當(dāng)1組對管柵極調(diào)制信號為正偏電壓時，管子導(dǎo)通呈短路，使其3dBLange定向耦合器射頻 RF電壓反射系數(shù)為負(fù)，當(dāng)柵極調(diào)制信號為夾斷電壓時，管子溝道夾斷呈開路，射頻RF電壓反 射系數(shù)為正，反射波經(jīng)3dBLange定向耦合器疊加輸出對應(yīng)管子通、斷其相位差為0至ir變化， 兩路反射式調(diào)制器相互抵消寄生參量引起振幅和相位的誤差，獲得優(yōu)良的BPSK調(diào)相性能。頻率 合成器12輸出ft接入調(diào)相器9，時分電路10在時鐘信號fd觸發(fā)下n組隨機(jī)碼P" P2、 Pn時 分編碼生成n路脈沖調(diào)相多個信道。偏壓經(jīng)低通網(wǎng)絡(luò)阻止射頻，柵極電阻用來限流。調(diào)相射頻 由收/發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)T/R2、 T/R3控制倍頻與功放8輸入/輸出發(fā)射載頻fo， n組隨機(jī)碼同時接入多 通道信號提取電路7脈壓相關(guān)處理回波信號。
圖7時分多通道信號提取電路，中放6回波信號n路脈沖在時分電路10時序異步選通門選取接入7a、 7b、 7n組I/Q相干檢波器、低通濾波器LF、模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D，這時，目標(biāo)回波信號 處理從時域轉(zhuǎn)為頻域，雷達(dá)目標(biāo)的全部信息蘊含于中頻復(fù)調(diào)制信號之中，因此，在回波信號數(shù) 字化處理之前，將其中頻去掉，即回波信號進(jìn)行零中頻的同相/正交相干檢波(或稱零中頻相參 混頻)，輸出零中頻基帶信號。圖中1/Q相干檢波器分I支路和Q支路兩個乘法器，頻率合成器 的輸出fi信號接入I支路，移相^/2接入Q支路為相參的本振信號，雷達(dá)中頻回波信號經(jīng)同相 /正交兩路相干檢波，進(jìn)行多通道信號提取。這復(fù)調(diào)制信號被分解成實部和虛部，信號的幅度和 相位兩個信息都保存下來，它們分別經(jīng)過LF、 A/D，在橫向濾波器RIF進(jìn)行脈壓相關(guān)處理，對 回波中頻信號P人PA Pn'脈壓，其脈壓系數(shù)由發(fā)射調(diào)相隨機(jī)碼經(jīng)延遲線Z—'相關(guān)匹配，獲取尖 銳的圖釘函數(shù)高信噪比信息，經(jīng)回波數(shù)據(jù)緩沖器FIF013送入數(shù)字信號處理器DSP14。
回波數(shù)據(jù)緩沖器FIF013將n路時分多通道目標(biāo)檢測數(shù)據(jù)先進(jìn)先出存儲和讀取，使DSP14運 算速度大為提高。雙口存儲器RAM可使DSP與微控制器MCU雙方握手操作交換數(shù)據(jù)，每個數(shù)據(jù) 在雙口 RAM中按字節(jié)由低到高占用，提供仲裁信號避免DSP與MCU數(shù)據(jù)處理發(fā)生競爭。
目標(biāo)回波I/Q正交相千檢波和脈壓相關(guān)處理復(fù)調(diào)制信號被分解成實部和虛部，信號幅度和 相位兩個信息都保存下來，此信號送到回波數(shù)據(jù)存儲器RAM暫存，數(shù)字信號處理器DSP片內(nèi)分 組時分復(fù)用進(jìn)行數(shù)據(jù)重排、動目標(biāo)顯示MTI、距離旁瓣抑制、快速傅里葉變換FFT，恒虛警處理 CFAR。 FFT等效于大量的距離門和多普勒濾波器組，對目標(biāo)相對運動差拍的距離和速度頻譜分 析及距離旁瓣的抑制。完成FFT運算，恒虛警電路CFAR加以處理，根據(jù)剩余雜波的強度自動調(diào) 節(jié)檢測門限，使虛警概率保持在允許值內(nèi)，超過門限的信號作出相關(guān)信息處理，以確定是否真 實目標(biāo)，確實是，則對目標(biāo)的距離、速度及方位角度等數(shù)據(jù)送到圖像顯示器，DSP14識別與本 船最近距離的目標(biāo)，前方無船可由司機(jī)設(shè)定速度航行，出現(xiàn)船只時雷達(dá)測出信號跟蹤至最近目 標(biāo)，控制速度保持安全距離，偏離安全距離時聲光報警，目標(biāo)距離逼近危險狀態(tài)時MCU指令避 障器自動避障或啟動減速器、剎船器智能控制，MCU根據(jù)水面攝像、本船速度，并參考衛(wèi)星定 位傳感器GPS本船所處當(dāng)前位置相關(guān)數(shù)據(jù)作出其抉擇數(shù)據(jù)處理控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，起到能見度差航 行不易看清楚避障功能。DSP14片內(nèi)分組時分復(fù)用數(shù)據(jù)輸入流水處理、輸出。運算浮點較大或 通道n個數(shù)較多時可以相應(yīng)采用多片DSP串/并工作。
圖8光柵掃描圖像顯示器，坐標(biāo)變換22a是將DSP14控制天線多波束轉(zhuǎn)換的周期時序信號 變換為二進(jìn)制的數(shù)字量圖像X、 Y數(shù)據(jù)，并為圖像存儲器RAM22b提供圖像信息的地址，它是采 用高速乘法器矢量產(chǎn)生的方法實現(xiàn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。圖像存儲器22b實質(zhì)是一個大容量的隨機(jī)讀寫 R旭，其地址與圖形上的像素相等，即一址一像素，適應(yīng)多個路障目標(biāo)復(fù)雜信息圖形的顯示，顯 示控制器22e具有顯示定時、顯示控制信號產(chǎn)生和光柵掃描、編址功能，標(biāo)尺22f、字符22g 及圖形顏色產(chǎn)生器22h為圖像顯示提供刻度定位和文字說明的標(biāo)志及色彩，輝亮電路22i和圖 像X-Y-Z偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)22j是CRT必備的電路和部件，光柵掃描產(chǎn)生后形成水平X、垂直Y掃描及 其輝亮Z信號，加至CRT的偏轉(zhuǎn)控制，通過地址選擇控制器22c，掃描數(shù)據(jù)為圖像RAM的讀出 地址，將圖像信息同步讀出。
光柵掃描圖像顯示清晰可辨，動態(tài)目標(biāo)反映速度極快，多通道雷達(dá)回波信號經(jīng)數(shù)字信號處
14理器DSP14多重運算經(jīng)微控制器MCU控制，其回波信息數(shù)據(jù)存儲在圖像存儲器RAM之中，然后 在光柵掃描產(chǎn)生電路的同步下讀出圖像數(shù)據(jù)，數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A和輝亮電路將其數(shù)據(jù)加至CRT的 調(diào)輝電極上，動態(tài)顯示多個目標(biāo)的方位和距離、相對變化速度的三維全景圖像。
'本實施例在船頂高處設(shè)置環(huán)形天線陣列，介質(zhì)透鏡天線波束水平方位角±2.5° ，垂直方位 角3. 2° ，天線增益34. 6dB,旁瓣-22dB,數(shù)字信號處理器DSP編碼脈沖分配序列全方位循環(huán)掃 描警戒可能碰撞的目標(biāo)。頻率合成器VCO輸出fw頻率38.250GHz時分隨機(jī)碼調(diào)相，經(jīng)2倍頻 76.500GHz功放為發(fā)射載頻fo，輸出峰值功率2. 3W，分諧波混頻本振內(nèi)在2倍頻接收目標(biāo)回 波。波束轉(zhuǎn)換開關(guān)掃描速率50ms/Hz，確保波束掃掠距離為600m處150 m寬的水面更新，時分 n最大12，由12組寬帶噪聲碼頻產(chǎn)生多元隨機(jī)碼時分編碼調(diào)相、脈壓相關(guān)處理多目標(biāo)信號，碼 頻與帶寬遞增分段關(guān)聯(lián)，碼元寬度獨立產(chǎn)生時分編碼，目標(biāo)距離由遠(yuǎn)至近碼頻增高、碼元寬度 線性變窄，相對快速的同時全方位檢測目標(biāo)積累數(shù)據(jù)信息，目標(biāo)距離越近分辨力越高，目標(biāo)多 譜勒頻移越大，三維圖像細(xì)節(jié)分辨越清楚，DSP抑制虛警識別與本船最近距離的目標(biāo)，偏離安 全距離時聲光報警，逼近危險距離MCU指令避障器自動避障或啟動減速器、剎船器智能控制， 極大提高防撞性能。雷達(dá)噪聲系數(shù)Fnl5dB，毫米波載頻大氣傳輸損耗La和系統(tǒng)損耗Lsl6dB， 最大作用距離為1500 m，最小作用距離15 m，水面攝像、本船速傳感器、衛(wèi)星定位傳感器GPS 信號MCU調(diào)整時分信道，譚水域環(huán)境檢測目標(biāo)，最近目標(biāo)識別時間〈560us，本船時速60km/h 能平穩(wěn)制動，目標(biāo)角度分辨力《2。目標(biāo)距離分辨力《lm，速度分辨力〈1.2km/h。
權(quán)利要求
1、一種時分多通道隨機(jī)碼調(diào)相船用防撞雷達(dá)，設(shè)有環(huán)形器、中放、數(shù)據(jù)緩沖器FIFO、數(shù)字信號處理器DSP、微控制器MCU、雙口存儲器RAM、接口I/O、水面攝像頭、本船速傳感器、衛(wèi)星定位傳感器GPS、聲光報警器、方向舵控制器、減速器、點火/熄滅控制器、鍵盤，其特征在于還設(shè)有收/發(fā)兩用準(zhǔn)光集成介質(zhì)透鏡陣列天線、波束轉(zhuǎn)換開關(guān)、收/發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)T/R1、T/R2、T/R3、頻率合成器、時分電路、多元隨機(jī)碼發(fā)生器、調(diào)相器、倍頻與功放、低噪聲高放、分諧波混頻器、多通道信號提取電路、光柵掃描圖像顯示器CRT，收/發(fā)兩用準(zhǔn)光集成介質(zhì)透鏡天線陣列在船頂高位設(shè)成水平環(huán)形陣或環(huán)繞桅桿為圓環(huán)陣，頻率合成器輸出fc2接入DSP為時鐘信號，fc3接入MCU為時鐘信號，DSP編碼脈沖分配序列接入波束轉(zhuǎn)換開關(guān)、CRT，全方位循環(huán)掃描探測水面可能碰撞的目標(biāo)，頻率合成器輸出fc1接入時分電路為時鐘信號，時分電路計數(shù)預(yù)置端經(jīng)接口I/O接入MCU，水面攝像頭、本船速傳感器、衛(wèi)星定位傳感器GPS信號經(jīng)接口I/O接入MCU控制時分電路生成n路時分脈沖，高電平邏輯“H”接入收/發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)T/R2、T/R3，低電平邏輯“L”接入T/R1，頻率合成器輸出fN信號接入調(diào)相器為載頻的一半或四分之一頻率，頻率合成器輸出fc41、fc42、fc4n信號接入多元隨機(jī)碼發(fā)生器為采樣保持時鐘信號，多元隨機(jī)碼發(fā)生器生成n組取值互相獨立碼頻與帶寬，經(jīng)時分編碼為碼頻遞增、碼元寬度遞減分段關(guān)聯(lián)排列n路時分隨機(jī)碼脈沖接入調(diào)相器、多通道信號提取電路脈壓相關(guān)器延遲線，調(diào)相射頻經(jīng)T/R2、倍頻與功放二或四倍頻、功放為雷達(dá)載頻f0接至T/R3、環(huán)形器、波束轉(zhuǎn)換開關(guān)、準(zhǔn)光集成介質(zhì)透鏡陣列天線發(fā)射，頻率合成器輸出fN接入分諧波混頻器為本振信號fL、fi接入多通道信號提取電路為中頻相干基準(zhǔn)頻率，回波射頻經(jīng)準(zhǔn)光集成介質(zhì)透鏡陣列天線、波束轉(zhuǎn)換開關(guān)、T/R1、環(huán)形器、低噪聲高放、分諧波混頻器、中放，n路時分脈沖在時分電路時序異步選通門選取n組按發(fā)射編碼的多元隨機(jī)碼，經(jīng)多通道信號提取電路脈壓相關(guān)處理暫存數(shù)據(jù)緩沖器FIFO接入DSP數(shù)據(jù)總線，DSP與MCU數(shù)據(jù)總線、地址線、控制線經(jīng)雙口存儲器RAM匯接并提供仲裁信號，接口I/O分別接入CRT、聲光報警器、方向舵控制器、減速器、點火/熄滅控制器、鍵盤，DSP軟件設(shè)計片內(nèi)分組時分復(fù)用數(shù)據(jù)重排、動目標(biāo)顯示MTI、快速傅里葉變換FFT、距離旁瓣抑制、恒虛警處理CFAR，MCU系統(tǒng)軟件編程包括主程序和數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、對象控制子程序，中放自動增益控制AGC電壓經(jīng)濾波、放大接入低噪聲高放、中放AGC受控端，波束轉(zhuǎn)換開關(guān)、環(huán)形器、收/發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)T/R1、T/R2、T/R3、頻率合成器、時分電路、多元隨機(jī)碼發(fā)生器、調(diào)相器、倍頻與功放、低噪聲高放、分諧波混頻器、中放射頻電路集成一體，屏蔽。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的時分多通道隨機(jī)碼調(diào)相船用防撞雷達(dá)，其特征在于頻率合成器 由恒溫晶振、晶振分頻器、倍頻放大鏈、混頻器、壓控振蕩器VCO、鑒相器、環(huán)路濾波器、環(huán) 路分頻器組成，VCO由砷化鎵高電子遷移率GaAsHEMT器件、介質(zhì)諧振器反饋振蕩、變?nèi)莨軌嚎?調(diào)諧，環(huán)路分頻器由前置分頻器和可編程分頻器組合，恒溫晶振輸出一路經(jīng)倍頻放大鏈與vco輸出接混頻器，通過環(huán)路分頻器接入鑒相器，另一路經(jīng)晶振分頻器接入鑒相器，鑒相電壓經(jīng)環(huán) 路濾波器壓控VC0構(gòu)成鎖相頻率合成,VC0輸出fN接入調(diào)相器，調(diào)相射頻經(jīng)倍頻與功放二或四倍頻為雷達(dá)載頻f0，同時ft經(jīng)定向耦合器接入分諧波混頻內(nèi)在二或四倍頻為本振信號化可編程分頻預(yù)置端經(jīng)接口 1/0接入微控制器MCU，可編程分頻輸出fi為中頻相干檢波基準(zhǔn)頻率、fd為 時電路分時鐘信號、fc2為DSP時鐘信號、fc3為MCU時鐘信號、fc4i、 fc42、 fc4n為多元隨機(jī)碼 發(fā)生器采樣保持時鐘信號。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的時分多通道隨機(jī)碼調(diào)相船用防撞雷達(dá)，其特征在于:收/發(fā)兩用準(zhǔn) 光集成介質(zhì)透鏡天線陣列，由介質(zhì)基片微帶雙偶極振子集成天線、介質(zhì)透鏡、陣列基座、防護(hù) 罩構(gòu)成，介質(zhì)透鏡是一端面為半球體，另一端面為圓柱體截面，介質(zhì)基片微帶雙偶極振子集成 天線緊密放置在介質(zhì)透鏡的圓柱截面為饋源，介質(zhì)透鏡半球端面為天線輻射面，在船頂高位設(shè) 成水平環(huán)形陣列或環(huán)繞桅桿圓環(huán)陣列，DSP編碼脈沖序列接入波束轉(zhuǎn)換開關(guān)、光柵掃描圖像顯 示器CRT坐標(biāo)變換器。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的時分多通道隨機(jī)碼調(diào)相船用防撞雷達(dá)，其特征在于波束轉(zhuǎn)換開 關(guān)是在透鏡天線天饋波導(dǎo)集成PIN二極管或高電子遷移率晶體管服MT管芯串、并、串聯(lián)接為單 刀單擲開關(guān)SPST，多個波束轉(zhuǎn)換開關(guān)由其組合控制成單刀多擲開關(guān)，偏壓經(jīng)低通網(wǎng)絡(luò)接入數(shù)字 信號處理器DSP編碼脈沖分配序列，收/發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)T/R1、 T/R2、 T/R3設(shè)在環(huán)形器收、發(fā)分支 處、倍頻與功放輸入端，PIN或HEMT管芯串、并、串聯(lián)為單刀單擲開關(guān)SPST，其中T/R2、 T/R3是雙連同步開關(guān)，控制偏壓經(jīng)低通網(wǎng)絡(luò)由時分脈沖高電平邏輯"H"接入T/R2、 T/R3，低 電平邏輯"L"接入T/R1。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的時分多通道隨機(jī)碼調(diào)相船用防撞雷達(dá)，其特征在于多元隨機(jī)碼 發(fā)生器由寬帶噪聲源、微波寬帶放大器、n組SAW聲表帶通濾波器、緩沖放大器、電壓比較 器、高速電壓比較器、超高速電壓比較器、采樣保持器、高速采樣保持器、超高速采樣保持 器、有源積分器組成，寬帶噪聲源由PN結(jié)二極管，在其管芯設(shè)一P或N擴(kuò)散限流環(huán)，管芯襯底 基片置熱沉，串聯(lián)溫補二極管，置于同軸腔加恒流反偏PN結(jié)二極管為雪崩擊穿區(qū)域，微波寬帶 放大器通過匹配寬帶漸變過渡傳輸線接入n組SAW聲表帶通濾波器選取互相獨立碼頻與帶寬噪 聲譜，分別經(jīng)緩沖放大器接入電壓比較器至采樣保持器、高速電壓比較器至高速采樣保持器、 超高速電壓比較器至超高速采樣保持器，頻率合成器輸出fc41、 fC42、 fC4n接入相應(yīng)采樣時間的 采樣保持器、高速采樣保持器、超高速采樣保持器為時鐘信號，在采樣保持器或高速采樣保持 器或超高速采樣保持器輸出隨機(jī)二相碼元并經(jīng)有源積分器反饋回電壓比較器或高速電壓比較器 或超高速電壓比較器為參考門限，n組隨機(jī)二相碼接入時分電路編碼為碼頻遞增、碼元寬度遞 減分段關(guān)聯(lián)排列n路時分隨機(jī)碼脈沖信號接入調(diào)相器、多通道信號提取電路脈壓相關(guān)器延遲 線。 '
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的時分多通道隨機(jī)碼調(diào)相船用防撞雷達(dá)，其特征在于調(diào)相器由襯 底未摻雜砷化鎵GaAs與未摻雜鋁基砷化鎵AlGaAs形成交界面的基片上，集成2組高電子遷移率晶體管HEMT器件對管、4個3dBLange定向耦合器、4個柵極電阻、2個負(fù)載電阻構(gòu)成兩路反 射式調(diào)制器，2組HEMT對管柵極分別串一電阻接入調(diào)制信號，源極接地，由2個3dBLange定 向耦合器分別接在2組HEMT器件對管漏極，交叉耦合到其余2個3dBLange定向耦合器，2個 負(fù)載電阻端接射頻RF輸入或調(diào)相BPSK輸出，頻率合成器VC0輸出fN雷達(dá)載頻一半或四分之一 頻率接調(diào)相器輸入口， n組隨機(jī)碼Pk P2、 Pn時分電路編碼n路脈沖經(jīng)低通濾波網(wǎng)絡(luò)接入兩路 調(diào)制器服MT對管柵極，互補控制生成n路時分0、 n 二進(jìn)制BPSK調(diào)相信號，倍頻與功放由磷 化銦砷化鎵高電子遷移率InPGaAsHEMT器件構(gòu)成，倍頻柵極串聯(lián)入/4阻抗變換微帶線，源極阻 容接地，漏極微帶線抑制基波和三次諧波，調(diào)諧在二次或四次諧頻為雷達(dá)載頻fo，功放柵極接 微帶線阻抗變換網(wǎng)絡(luò)和C類偏置，源極接地，漏極微帶線調(diào)諧在fo，并與天線阻抗匹配，倍頻 與功放漏極分別經(jīng)低通網(wǎng)絡(luò)饋入直流電源。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的時分多通道隨機(jī)碼調(diào)相船用防撞雷達(dá)，其特征在于:低噪聲高放 由一個磷化銦砷化鎵高電子遷移率雙柵InPGaAsHEMT器件、微帶線匹配網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，第一柵極連 接回波載頻微帶線、共面線匹配網(wǎng)絡(luò)，第二柵極自動增益控制AGC端，接入中放AGC檢出信 號，源極阻容接地，漏極輸出經(jīng)匹配網(wǎng)絡(luò)連接分諧波混頻器SHP，頻率合成器輸出fN經(jīng)定向耦 合器接入SHP為內(nèi)在二或四倍頻本振信號fl，混頻器由兩個肖特基二極管反向并接在本振fi微 帶線匹配網(wǎng)絡(luò)與回波載頻微帶線匹配網(wǎng)絡(luò)之間，中頻信號IF在本振fi匹配網(wǎng)絡(luò)一側(cè)經(jīng)帶通濾 波網(wǎng)絡(luò)取出。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的時分多通道隨機(jī)碼調(diào)相船用防撞雷達(dá)，其特征在于多通道信號 提取電路由n組I/Q相干檢波器、低通濾波器LF、模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D組成，中放輸出在時分電路 譯碼器n路異步時序選通門選取P入P2'、 Pn'組回波信號接入對應(yīng)的I/Q相干檢波器，其檢波 器分同相I支路、正交Q支路兩個乘法器，頻率合成器輸出fi為中頻相干基準(zhǔn)信號，接入I支 路，移相k/2接入Q支路，兩路分解信號分別經(jīng)LF、 A/D接入脈壓相關(guān)處理器，其脈壓相關(guān)處 理器由現(xiàn)場可編程門陣列FPGA構(gòu)成帶抽頭可變延遲線r橫向濾波器FIR， n路時分編碼脈沖接 入調(diào)相器、脈壓相關(guān)處理器抽頭可變延遲線Z—、橫向濾波器FIR輸入的一端連接多通道信號提 取電路A/D，另一端與可變延遲線Z—'各抽頭相接，.橫向濾波器FIR輸出經(jīng)回波數(shù)據(jù)緩沖器FIFO 接入數(shù)字信號處理器DSP數(shù)據(jù)總線。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的時分多通道隨機(jī)碼調(diào)相船用防撞雷達(dá)，其特征在于時分電路由 現(xiàn)場可編程門陣列FPGA組建可編程計數(shù)器、譯碼器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、編碼開關(guān)、時序異步選通 門組成，計數(shù)器Cp、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器定時輸入端接入頻率合成器輸出f"時鐘信號，計數(shù)器可編 程預(yù)置經(jīng)接口 I/O接入微控制器MCU，路況攝像傳感器、本船速傳感器、衛(wèi)星定位傳感器GPS 信號經(jīng)接口 I/O接入MCU控制時分電路生成n路時分脈沖，高電平邏輯"H"接入收/發(fā)轉(zhuǎn)換開 關(guān)T/R2、 T/R3，低電平邏輯"L"接入T/Ri，多元隨機(jī)碼發(fā)生器獨立選取碼頻與碼元寬度Pi、 P2、 Pn組隨機(jī)碼調(diào)制信號分別接入編碼開關(guān)，計數(shù)器數(shù)據(jù)端、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出接譯碼器對應(yīng) 控制端，譯碼器各輸出端與編碼開關(guān)對號相接構(gòu)成n組隨機(jī)碼信號碼頻遞增、碼元寬度遞減分段關(guān)聯(lián)排列n路時分脈沖接入調(diào)相器、多通道信號提取電路脈壓相關(guān)器延遲線，調(diào)相信號經(jīng)T/R2、倍頻與功放、t/R3、環(huán)形器、波束轉(zhuǎn)換開關(guān)、準(zhǔn)光集成介質(zhì)透鏡陣列天線發(fā)射，回波射頻經(jīng)準(zhǔn)光集成介質(zhì)透鏡陣列天線、波束轉(zhuǎn)換開關(guān)，環(huán)形器、T/Rl、低噪聲高放、分諧波混頻器、中放，在時分電路n路時序異步選通門選取發(fā)射時分編碼P入p2'、 Pn'的n組復(fù)調(diào)制信號接入多通道信號提取電路I/Q相干檢波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D、脈壓相關(guān)處理器經(jīng)回波數(shù)據(jù)緩沖器FIFO接入數(shù)字信號處理器DSP數(shù)據(jù)總線，DSP與MCU數(shù)據(jù)總線、地址線、控制線由雙口存儲器RAM匯接并提供仲裁信號。
10、根據(jù)權(quán)利要求1所述的時分多通道隨機(jī)碼調(diào)相船用防撞雷達(dá)，其特征在于光柵掃描圖像顯示器CRT由坐標(biāo)變換器、圖像存儲器MM、地址選擇I/O控制器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A、標(biāo)尺產(chǎn)生器、字符產(chǎn)生器、圖形顏色產(chǎn)生器、顯示控制器、輝亮電路、顯像管X-Y-Z偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)組成，數(shù)字信號處理器DSP編碼脈沖分配序列接入坐標(biāo)變換器、波束轉(zhuǎn)換開關(guān)，多通道回波信號經(jīng)DSP譜分析數(shù)據(jù)由微控制器MCU接口 I/O送至顯示控制器，顯示控制器分別連接坐標(biāo)變換器、地址選擇I/O控制器、圖像存儲器RAM、數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A、標(biāo)尺、字符產(chǎn)生器、'顯像管X-Y-Z偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，其中坐標(biāo)變換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A、標(biāo)尺、字符及圖形顏色產(chǎn)生器分別還接入輝亮電路控制顯像管調(diào)輝電極。
全文摘要
本發(fā)明涉及無線電定位技術(shù)領(lǐng)域，它是時分隨機(jī)碼調(diào)相多通道船用防撞雷達(dá)。在桅桿或船頂設(shè)收/發(fā)兩用準(zhǔn)光集成介質(zhì)透鏡天線環(huán)形陣列，由DSP編碼脈沖掃描全方位警戒水面可能發(fā)生碰撞目標(biāo)，水面攝像、本船速傳感、衛(wèi)星定位傳感GPS數(shù)據(jù)MCU控制時分毫米波多通道隨機(jī)碼調(diào)相，經(jīng)上變頻、R/T₃、倍頻與功放、R/T₂、環(huán)形器、波束開關(guān)、天線陣列發(fā)射，回波經(jīng)天線陣列、波束開關(guān)、環(huán)形器、R/T₁、低噪聲高放、分諧波混頻、中放、提取相關(guān)多通道信號由DSP與MCU處理控制，同一水域相鄰船只航行互不干擾共存運行，具有高性能電磁兼容EMC，遇多個目標(biāo)DSP抑制虛警確定方位和距離及速度，CRT顯示三維全景圖像，目標(biāo)距離越近分辨力越清楚，識別與本船最近距離的目標(biāo)，小于安全距離控制聲光報警，接近危險距離智能避障或減速，其控制參考水面攝像結(jié)合本船速和GPS提供當(dāng)前位置數(shù)據(jù)抉擇，顯著提高船只航行安全。
文檔編號G01S13/93GK101661108SQ20081012060
公開日2010年3月3日 申請日期2008年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月28日
發(fā)明者阮樹成 申請人:阮樹成