被动毫米波目标探测技术研究

指导教师：安晓红被动毫米波目标探测技术研究班级：学生：学号：机电控制工程系2011届毕业设计答辩背景：毫米波(MillimeterWave)通常是指波长10mm至1mm，相应的频率30GHz至300GHz的电磁波。其低端与厘米波相邻，具有厘米波的全天候特点，高端邻接红外波段，具有红外波的高分辨率特点，毫米波制导技术兼有微波制导和光电制导的特点，对烟雾具有良好的穿透性。与微波相比，毫米波具有精度高、抗干扰能力强、低仰角性能好以及体积小、重量轻等优点。非常适合工作于复杂的环境下。意义：发展我国的国防事业，研制出自己的高技术兵器，提高我国的毫米波精确制导技术水平，它是既具有常规炮弹间瞄射击的优点，又能对目标自动探测、识别，并实施攻击的智能炮弹，被誉为反坦克武器“新星”。带有毫米波探测器的末敏子弹一旦研究成功，将对我国常规兵器的改造有着重要的意义。1、系统的背景及意义论文的结构和主要内容第一部分：对3mm毫米波辐射计系统进行分析。计算分析了3mm毫米波辐射计系统对装甲目标及对地的作用距离。分析结果证明探测装甲目标或者金属目标时，毫米波辐射计输出的信噪比均能满足要求

第二部分：在3mm波段脉冲毫米波辐射计系统中各组成部分包括：天线、混频器、中频放大器、检波器、视频放大器、隔离器、本机振荡器、发射源、调制器、测距电路和测距输出，对中频放大器、视频放大器部分进行分析，并且对所要满足的信噪比设计要求进行论证

第三部分:总结论文的设计和研究，并指出有待改善的方面，为进一步学习提供理论依据。

2、毫米波被动探测系统一、毫米波近炸引信知识二、毫米波辐射计作用原理一、毫米波近炸引信在设计毫米波近感装置时，一般应选择合适的大气窗口。由于近感装置作用距离很近，一般为几米至几十米，特别对于几十米以下的近距离探测，当采用主动毫米波雷达时，可选择非大气窗口的频率。在这些特定频率下，抗干扰能力可大大提高。对于被动式毫米波辐射计，如果专门测量某气体的温度或含量，可以选择非大气窗口。但是，对于一些探测金属目标的近程辐射计，选择非大气窗口将使目标和目标的对比度大大下降，给检测金属目标的存在带来很大困难，因此选择了大气窗口为3mm敏感器范围内的毫米波近程探测。毫米波与激光和红外相比，虽然它没有后者的分辨力高，但它具有穿透烟、灰尘和雾的能力，可全天候工作。毫米波引信的缺点主要是受大气衰减和吸收的影响大，目前作用距离大多限于数十公里之内。另外，与微波引信相比，目前毫米波引信的元器件批量生产成品率低，加上许多器件在毫米波频段均需涂金或涂银，因而器件的成本较高。CompanyLogo二、毫米波辐射计作用原理毫米波辐射计利用地面目标与背景之间毫米波辐射的差异来探测及识别目标。毫米波辐射计实质上是一台高灵敏度接收机，用于接收目标与背景的毫米波辐射能量。当辐射计天线波束在地面背景与目标之间扫描时，由于目标与背景（地面）之间的毫米波辐射温度不同，辐射计输出一个脉冲，利用此脉冲的高度、宽度等特征量，可识别地面目标的存在。若采用高分辨率或成像辐射计时，辐射计输出信号不但反映目标与背景之间的对比度，而且还可以获得二维的目标尺寸的特征及目标图像。发射源发射毫米波脉冲调制信号，经环流器及天线向目标发射，回波经环流器进入混频器，在混频器中，本振信号与回波信号进行混频，差频输出经中频放大器放大后送入检波器。检波信号经视频放大器放大。放大信号通过测距电路测出毫米波辐射计与目标之间的距离

二、毫米波辐射计作用原理CompanyLogo发射源发射毫米波脉冲调制信号，经环流器及天线向目标发射，回波经环流器进入混频器，在混频器中，本振信号与回波信号进行混频，差频输出经中频放大器放大后送入检波器。检波信号经视频放大器放大。放大信号通过测距电路测出毫米波辐射计与目标之间的距离

混频器中频放大器检波器视频放大器发射源隔离器隔离器本机振荡器调制器测距电路测距输出二、毫米波辐射计作用原理CompanyLogo辐射计信噪比与距离的关系：地面目标和天线波束在地面上投影之比：二、毫米波辐射计作用原理地面和金属目标的对比度为目标辐射探测原理：

对于理想导体的光滑表面，如汽车、坦克、金属导体，其反射率接近1金属目标和地面之间有较高的温度对比度，因此，温度差就能判断地面金属目标（坦克、装甲）3、3mm波段脉冲毫米波辐射计系统方案及作用原理一、3mm毫米波辐射计信噪比分析计算二、3mm脉冲毫米波辐射计天线的选择三、3mm混频器集成前端的选择四、3mm脉冲振荡源的的选择五、3mm体效应本机振荡器的选择六、视频放大器设计七、平方律检波八、中频放大器3、3mm波段脉冲毫米波辐射计系统方案及作用原理毫米波辐射计检波器混频器隔离器调制器中频放大器视频放大器毫米波辐射计

一、3mm毫米波辐射计信噪比分析计算当d=0.20m,R=60m时

二、3mm脉冲毫米波辐射计天线的选择毫米波天线的选择：

缝隙天线：线结构简单、强度好、特别适用作为各种弹丸上的嵌装式天线

喇叭天线：通常用作反射天线和透镜天线的馈源，或作为阵列天线的单元辐射器。具有频带宽、副瓣电平低、结构简单等优点

微带天线：体积小、重量轻、成本低、与毫米波集成电路的兼容性好；具有多频带、多极化工作的特点

漏波天线:波束窄、易于和输入输出匹配，还具有电扫特性。

四、3mm脉冲振荡源的的选择振荡源：毫米波固态源实际上是一种换能器，把直流功率变换为毫米波辐射计功率，利用器件固有的非线性特性与器件中的电流作用来产生毫米波振荡

脉冲调制器：毫米脉冲调制器必须提供稳定性高、上升时间快且起伏很小的电流脉冲，还必须提供适当的电流斜坡调节，最好具有对电流脉冲局部小段上的电流大小和斜率的控制

隔离器：几乎所有的毫米波系统中都会在天线与接收机之间加隔离器，以减小本振通过天线的泄漏、减小由于负载阻抗变化对振荡功率和频率的影响

脉冲振荡器3mm可变衰减器隔离器频率器调制器示波器检波器定向耦合器六、视频放大器的设计

五、3mm体效应本机振荡器的选择在低噪声接收机前端的本地振荡器的应用中，工程师仍然优先选用Gunn二极管，这主要是它具有低的调幅噪声特性。并且，Gunn器件可调频率范围宽、噪声低、结构简单、价格便宜，在脉冲工作时激发快，并且具有很高的稳定性

六、视频放大器的设计：l、根据设计指标要求确定视频放大器的级数。2、将总增益和总带宽向各级分配，确定每级的增益和带宽。3、选择电路型式，包括确定祸合方式、接地方式、反馈方式、补偿方式、输出方式、电源滤波方式等。4、选择晶体管，确定合适的工作点。5、画出电路原理图，计算电路元件。6、根据所得电路参数作理论分析，从理论上验证放大器方案的可行性和合理性。

六、视频放大器的设计视频放大器由两级级联构成。第一级是低噪声宽带放大器X362，提供约45dB增益；第二级是大动态功率场效应管DX3811构成的大动态放大电路，提供约15dB增益。该集成视放的特点，可靠性高、体积小、电路简单

视频放大器原理图六、视频放大器的设计AU3==

(3——9)式中RE3=[R6+(R7‖C8)‖C9

共射放大电路交流小信号等效电路

六、平方律检波

微波辐射计接收的是目标的热发射，其功率一般远小于接收机的噪声功率，因此，接收机通道(检波之前)通常不会引入非线性。目标的热发射特性是由亮温(功率)来表征，所以要采用平方律检波器，即检波器的输出电压与输入功率(温度)成线性关系。因此，微波辐射计的非线性主要由检波器决定

七、中频放大器中频放大器增益的选择应该考虑以下两个条：Ⅰ、放大器输出功率应小于平方律检波器保证