中国电子科技集团第三十八研究所 安徽省合肥市 230001
摘要：微波雷达传感技术是一种近些年来才兴起的特殊的测距技术，由于它的实用性比较高，这些年一直被全世界科学家列为重点研究对象。微波雷达根据雷达发射的信号种类可以被分为干涉雷达、脉冲超宽带雷达、调频连续波雷达、步进频率连续波雷达四种，本文主要研究了第一种干涉雷达，分析了它的结构特点以及主要的研究进展，并讨论了它在未来的发展前景。
关键词：微波雷达；位移测量；测距；干涉；脉冲；频率
前言：微波是频率范围在300MHz-300GHz，传播速度是3×108m/s的电磁波，具有定向传播、准光学、传播效果好等方面的特点。微波雷达是一种特殊的距离和位移测量手段，通过应用微波雷达传感技术的应用能够解决近距离目标测量问题，因而被有关人员广泛的应用到民用领域，在物体测量、目标识别、速度测量等方面得到了广泛的应用。雷达具体上分为单频雷达和宽带雷达两种类。基于雷达发射信号的不同，各个雷达系统的测量原理和结构组成也存在不同，所应用的领域也各不相同。针对不同类型雷达研究侧重领域的不同，需要相关人员结合实际做到具体问题具体分析。
一、CW干涉雷达
1.1位移/距离测量原理
CW干涉雷达一般是通过发射天线来向被测量目标发射单频微波信号，之后根据目标回波信号和发射信号的相位差进行目标位移的测量。
1.2位移/距离测量
CW雷达系统结构分为外差式、基带式等多种结构。其中，基带式结构的研究和应用范围比较广，一般通过正交同相信号解调的方式来实现对干涉相位的解调，基于正交混频器的雷达系统结构。
1.3研究进展
随着社会经济和科技的发展，CW雷达研究一般集中在高精确度的探测领域，具体表现在以下几个方面：
1.3.1目标位移测量
CW雷达在硬件解调、系统结构、测量模糊距离等方面都有目标位移测量研究。有学者应用中频子系统和毫米波子系统开发了具备位移和速度测量等多种功能的毫米波传感器，并在数字正交混频器的应用下有效克服了原有模拟混频器相位的非线性问题。
1.3.2人体心肺信号探测
CW雷达的位移测量精确度高，在人体心肺信号测量探测方面得到了广泛的应用。有学者基于CW雷达技术形式在心肺血管信号监测领域进行了更深入的算法研究，总结出这种雷达在人体心肺信号探测方面发挥的重要作用，即在应用的过程中能够有效缓解正交混频器的非平衡问题，降低了直流偏置校准的复杂。
二、干涉雷达的主要结构
干涉雷达顾名思义是需要通过干涉来获取图像，针对这种解调方式干涉雷达的系统结构有很多种，目前研究最多的系统属基带结构，它是通过正交同相信号解调的方式来完成解调。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆目前有两种系统应用较多的系统，第一种是基于正交混频器的雷达系统，它通过混频器输出两路正交信号，然后计算这两路信号的正反切来得到回波信号与发射信号的干涉结果；另一种系统是基于六口器件的雷达系统，它是将发射信号和接收信号作为六口器件的两个输入信号，在器件的内部通过电桥耦合来达到相位延迟的效果，然后和输入信号叠加得到输出信号，最后经过功率检波器得到对应的电压幅值，再根据各电压幅值得到相应的复信号，计算雷达干涉相位。这两种是干涉雷达的常用方式，理论上都能符合要求，但是由于实际操作或者使用的器件会产生误差，可能结果不够理想。
三、干涉雷达位移测量原理
CW雷达系统测距原理其实很简单，通过雷达向被测目标发射单频微波信号，然后根据从目标出传回来的回波信号与发射信号之间的相位差来计算与目标之间的位移。通过数学关系式用发射信号的频率和初相来表示出发射信号和回波信号，然后通过回波信号的时间延迟来计算出目标距雷达的距离。在这个计算过程中，对于相位的测量有一个小小的问题，那就是相位存在周期性，所以在计算相位差时有一个只能得到相位差的余数部分，这并不影响对目标位移的测量。当目标发生位移时，距离就会发生改变，这时候可以通过计算得到目标的位移。这种计算方法有个局限就是智能计算相对位移，对于那些需要测量绝对距离的，无法用这种方法来测量。
四、干涉雷达的主要研究进展
目前干涉雷达的主要研究方向还是基于它本身的优势所在，比如近距离测距、高精度测量等，所以在位移测量、微弱的人体心肺信号探测方面的研究比较多。
4.1目标位移测量。
目标位移测量是目前干涉雷达的主要应用之一。有科学家在2003年就开始用实验来研究干涉雷达在位移测量方面的误差，在近距离位移测量的实验中，干涉雷达的位移误差极小，而且主要误差还是因为正交混频器的输出相位为非线性，所以科学家们又通过实验不断改进，最后用数字正交混频器来取代原先的模拟混频器，这样一来误差被控制在了微米级别，精确度得到了很大的提升。国内科学家针对干涉雷达的量程有限这一问题做了很多研究，发现可以通过改变信号幅度的方法来扩大干涉雷达的有效测量量程，并且加以验证。
4.2人体心肺信号探测。
前面也提到了干涉雷达在近距离位移测量上有着高精度的优势，所以近些年很多科学家将它应用到了心肺信号探测的研究上面，希望能够在医学方面做出贡献。通过大量的实验研究科学家们终于发现了干涉雷达在人体心肺信号探测方面有着很广阔的应用前景。通过改变干涉雷达的信号解调部分，可以有效解决信号丢失、混频器不平衡、校准复杂等问题。甚至已经有科学家做了成功的尝试，用特殊的干涉雷达来完成相位的调解，实现心肺运动信号的测量，并且实验结果十分精确，迈出了成功的第一步，证明了干涉雷达在人体心肺信号探测方面应用的可行性。根据科学资料显示，干涉雷达在位移测量方面的精度可以达到压毫米甚至微米级别，在同类型产品中遥遥领先，所以一般是高精度位移测量的首先目标。但是它也存在一定的缺陷，比如它只能用来测量相对位移而不能用来测量绝对距离，这是由它发射的微波类型所决定并且不可改变的。
五、IR-UWB雷达
5.1位移/距离测量原理
这种雷达系统能够向需要检测的目标发射微博脉冲信号，并根据发射信号和回波信号之间的时间差来计算实际目标距离。这种雷达目标距离测量原理比较简单，一般通过时间差就能够完成对目标距离的测量，雷达测量方式测量的是绝对距离，是通过时间测量来完成对一定距离的测量，测量原理比较简单。
5.2研究进展
5.2.1位移测量目标定位
在IR-UWB雷达的距离测量和算法定位方面，有学者提出了一种综合匹配的滤波器和峰值搜索精密算法，在应用这种雷达仪器设备的情况下实现了对8ｍ范围内、精确度在2cm距离的测量。在此之后，有学者进一步研究出多种精确度和距离的测量方式。
5.2.2人体心肺信号探测
IR-UWB雷达系统在人体心肺信号探测方面也有着十分广泛的应用，比如应用值检测技术对人体呼吸参数的监测，这种监测效果良好，精确度很高。另外，IR-UWB雷达系统在人体呼吸特征监测领域也有着十分广泛的应用，通过马尔科夫模型能够对体面对的方向和胸腔运动方式进行有效的监测。
结束语：
随着科技的进步，以及对机器人的研究不断发展，高智能、多功能、多用途能够胜任各种军事任务的机器人势必不断出现，机器人大规模进入战场已是必然趋势。我们应大力发展机器人技术，增加相关研制精力和经费的投入，提升国产机器人的智能化水平，为我军打赢未来战争提供更强大的保障。
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论文作者:吴思燕
论文发表刊物:《防护工程》2019年12期
论文发表时间:2019/8/30
标签：测量论文; 位移论文; 信号论文; 混频器论文; 目标论文; 距离论文; 正交论文; 《防护工程》2019年12期论文;