被動毫米波目標探測技術研究

指導教師：安曉紅被動毫米波目標探測技術研究班級：學生：學號：機電控制工程系2011屆畢業(yè)設計答辯背景：毫米波(MillimeterWave)通常是指波長10mm至1mm，相應的頻率30GHz至300GHz的電磁波。其低端與厘米波相鄰，具有厘米波的全天候特點，高端鄰接紅外波段，具有紅外波的高分辨率特點，毫米波制導技術兼有微波制導和光電制導的特點，對煙霧具有良好的穿透性。與微波相比，毫米波具有精度高、抗干擾能力強、低仰角性能好以及體積小、重量輕等優(yōu)點。非常適合工作于復雜的環(huán)境下。意義：發(fā)展我國的國防事業(yè)，研制出自己的高技術兵器，提高我國的毫米波精確制導技術水平，它是既具有常規(guī)炮彈間瞄射擊的優(yōu)點，又能對目標自動探測、識別，并實施攻擊的智能炮彈，被譽為反坦克武器“新星”。帶有毫米波探測器的末敏子彈一旦研究成功，將對我國常規(guī)兵器的改造有著重要的意義。1、系統(tǒng)的背景及意義論文的結(jié)構(gòu)和主要內(nèi)容第一部分：對3mm毫米波輻射計系統(tǒng)進行分析。計算分析了3mm毫米波輻射計系統(tǒng)對裝甲目標及對地的作用距離。分析結(jié)果證明探測裝甲目標或者金屬目標時，毫米波輻射計輸出的信噪比均能滿足要求

第二部分：在3mm波段脈沖毫米波輻射計系統(tǒng)中各組成部分包括：天線、混頻器、中頻放大器、檢波器、視頻放大器、隔離器、本機振蕩器、發(fā)射源、調(diào)制器、測距電路和測距輸出，對中頻放大器、視頻放大器部分進行分析，并且對所要滿足的信噪比設計要求進行論證

第三部分:總結(jié)論文的設計和研究，并指出有待改善的方面，為進一步學習提供理論依據(jù)。

2、毫米波被動探測系統(tǒng)一、毫米波近炸引信知識二、毫米波輻射計作用原理一、毫米波近炸引信在設計毫米波近感裝置時，一般應選擇合適的大氣窗口。由于近感裝置作用距離很近，一般為幾米至幾十米，特別對于幾十米以下的近距離探測，當采用主動毫米波雷達時，可選擇非大氣窗口的頻率。在這些特定頻率下，抗干擾能力可大大提高。對于被動式毫米波輻射計，如果專門測量某氣體的溫度或含量，可以選擇非大氣窗口。但是，對于一些探測金屬目標的近程輻射計，選擇非大氣窗口將使目標和目標的對比度大大下降，給檢測金屬目標的存在帶來很大困難，因此選擇了大氣窗口為3mm敏感器范圍內(nèi)的毫米波近程探測。毫米波與激光和紅外相比，雖然它沒有后者的分辨力高，但它具有穿透煙、灰塵和霧的能力，可全天候工作。毫米波引信的缺點主要是受大氣衰減和吸收的影響大，目前作用距離大多限于數(shù)十公里之內(nèi)。另外，與微波引信相比，目前毫米波引信的元器件批量生產(chǎn)成品率低，加上許多器件在毫米波頻段均需涂金或涂銀，因而器件的成本較高。CompanyLogo二、毫米波輻射計作用原理毫米波輻射計利用地面目標與背景之間毫米波輻射的差異來探測及識別目標。毫米波輻射計實質(zhì)上是一臺高靈敏度接收機，用于接收目標與背景的毫米波輻射能量。當輻射計天線波束在地面背景與目標之間掃描時，由于目標與背景（地面）之間的毫米波輻射溫度不同，輻射計輸出一個脈沖，利用此脈沖的高度、寬度等特征量，可識別地面目標的存在。若采用高分辨率或成像輻射計時，輻射計輸出信號不但反映目標與背景之間的對比度，而且還可以獲得二維的目標尺寸的特征及目標圖像。發(fā)射源發(fā)射毫米波脈沖調(diào)制信號，經(jīng)環(huán)流器及天線向目標發(fā)射，回波經(jīng)環(huán)流器進入混頻器，在混頻器中，本振信號與回波信號進行混頻，差頻輸出經(jīng)中頻放大器放大后送入檢波器。檢波信號經(jīng)視頻放大器放大。放大信號通過測距電路測出毫米波輻射計與目標之間的距離

二、毫米波輻射計作用原理CompanyLogo發(fā)射源發(fā)射毫米波脈沖調(diào)制信號，經(jīng)環(huán)流器及天線向目標發(fā)射，回波經(jīng)環(huán)流器進入混頻器，在混頻器中，本振信號與回波信號進行混頻，差頻輸出經(jīng)中頻放大器放大后送入檢波器。檢波信號經(jīng)視頻放大器放大。放大信號通過測距電路測出毫米波輻射計與目標之間的距離

混頻器中頻放大器檢波器視頻放大器發(fā)射源隔離器隔離器本機振蕩器調(diào)制器測距電路測距輸出二、毫米波輻射計作用原理CompanyLogo輻射計信噪比與距離的關系：地面目標和天線波束在地面上投影之比：二、毫米波輻射計作用原理地面和金屬目標的對比度為目標輻射探測原理：

對于理想導體的光滑表面，如汽車、坦克、金屬導體，其反射率接近1金屬目標和地面之間有較高的溫度對比度，因此，溫度差就能判斷地面金屬目標（坦克、裝甲）3、3mm波段脈沖毫米波輻射計系統(tǒng)方案及作用原理一、3mm毫米波輻射計信噪比分析計算二、3mm脈沖毫米波輻射計天線的選擇三、3mm混頻器集成前端的選擇四、3mm脈沖振蕩源的的選擇五、3mm體效應本機振蕩器的選擇六、視頻放大器設計七、平方律檢波八、中頻放大器3、3mm波段脈沖毫米波輻射計系統(tǒng)方案及作用原理毫米波輻射計檢波器混頻器隔離器調(diào)制器中頻放大器視頻放大器毫米波輻射計

一、3mm毫米波輻射計信噪比分析計算當d=0.20m,R=60m時

二、3mm脈沖毫米波輻射計天線的選擇毫米波天線的選擇：

縫隙天線：線結(jié)構(gòu)簡單、強度好、特別適用作為各種彈丸上的嵌裝式天線

喇叭天線：通常用作反射天線和透鏡天線的饋源，或作為陣列天線的單元輻射器。具有頻帶寬、副瓣電平低、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點

微帶天線：體積小、重量輕、成本低、與毫米波集成電路的兼容性好；具有多頻帶、多極化工作的特點

漏波天線:波束窄、易于和輸入輸出匹配，還具有電掃特性。

四、3mm脈沖振蕩源的的選擇振蕩源：毫米波固態(tài)源實際上是一種換能器，把直流功率變換為毫米波輻射計功率，利用器件固有的非線性特性與器件中的電流作用來產(chǎn)生毫米波振蕩

脈沖調(diào)制器：毫米脈沖調(diào)制器必須提供穩(wěn)定性高、上升時間快且起伏很小的電流脈沖，還必須提供適當?shù)碾娏餍逼抡{(diào)節(jié)，最好具有對電流脈沖局部小段上的電流大小和斜率的控制

隔離器：幾乎所有的毫米波系統(tǒng)中都會在天線與接收機之間加隔離器，以減小本振通過天線的泄漏、減小由于負載阻抗變化對振蕩功率和頻率的影響

脈沖振蕩器3mm可變衰減器隔離器頻率器調(diào)制器示波器檢波器定向耦合器六、視頻放大器的設計

五、3mm體效應本機振蕩器的選擇在低噪聲接收機前端的本地振蕩器的應用中，工程師仍然優(yōu)先選用Gunn二極管，這主要是它具有低的調(diào)幅噪聲特性。并且，Gunn器件可調(diào)頻率范圍寬、噪聲低、結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜，在脈沖工作時激發(fā)快，并且具有很高的穩(wěn)定性

六、視頻放大器的設計：l、根據(jù)設計指標要求確定視頻放大器的級數(shù)。2、將總增益和總帶寬向各級分配，確定每級的增益和帶寬。3、選擇電路型式，包括確定禍合方式、接地方式、反饋方式、補償方式、輸出方式、電源濾波方式等。4、選擇晶體管，確定合適的工作點。5、畫出電路原理圖，計算電路元件。6、根據(jù)所得電路參數(shù)作理論分析，從理論上驗證放大器方案的可行性和合理性。

六、視頻放大器的設計視頻放大器由兩級級聯(lián)構(gòu)成。第一級是低噪聲寬帶放大器X362，提供約45dB增益；第二級是大動態(tài)功率場效應管DX3811構(gòu)成的大動態(tài)放大電路，提供約15dB增益。該集成視放的特點，可靠性高、體積小、電路簡單

視頻放大器原理圖六、視頻放大器的設計AU3==

(3——9)式中RE3=[R6+(R7‖C8)‖C9

共射放大電路交流小信號等效電路

六、平方律檢波

微波輻射計接收的是目標的熱發(fā)射，其功率一般遠小于接收機的噪聲功率，因此，接收機通道(檢波之前)通常不會引入非線性。目標的熱發(fā)射特性是由亮溫(功率)來表征，所以要采用平方律檢波器，即檢波器的輸出電壓與輸入功率(溫度)成線性關系。因此，微波輻射計的非線性主要由檢波器決定

七、中頻放大器中頻放大器增益的選擇應該考慮以下兩個條：Ⅰ、放大器輸出功率應小于平方律檢波器保證