無人機巡線避障雷達寬帶線性調頻連續毫米波信號發射源的製作方法
2023-04-22 19:05:01 1
無人機巡線避障雷達寬帶線性調頻連續毫米波信號發射源的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及無人機巡線避障雷達寬帶線性調頻連續毫米波信號發射源，其恆溫晶振輸出端與DDS基準信號源和鎖相介質振蕩器連接，DDS基準信號源與控制系統連接；DDS基準信號源依次與第一濾波器、相位鎖定器、低通濾波器、壓控振蕩器、三功率分配器、倍頻器和第一功率放大器、天線連接；鎖相介質振蕩器與混頻器連接，混頻器輸出分為兩路，一路與第二濾波器、第一放大器、相位鎖定器連接；另一路與三功率分配器連接；三功率分配器還與接收機連接，進行等能量功率分配；倍頻器將接收的信號倍頻至8毫米波段信號，放大後通過天線發射。本實用新型主要用於輸電線路無人機巡檢系統，可實現無人機對障礙物包括杆塔和輸電線路的避讓探測，提高探測目標的距離解析度。
【專利說明】無人機巡線避障雷達寬帶線性調頻連續毫米波信號發射源
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於毫米波雷達探測【技術領域】，特別是一種無人機巡線避障雷達寬帶線性調頻連續毫米波信號發射源，適用於輸電線路無人機巡檢系統對障礙物的避讓探測。
【背景技術】
[0002]利用無人機在電力系統防災減災和線路巡視中已經廣泛地應用，實現了電網災情監控、快速巡視、隱患發現等功能，實現了管理的一體化，將故障杜絕在隱患階段，可極大地提升電力系統輸配電運行、管理和維護水平。但目前無人機經常發生被電力輸電線、樹林等撞擊而致嚴重事故，在暴風雨天氣惡劣等情況下，引發事故的概率更大。
[0003]毫米波避障雷達目前在無人機上應用未見報導。根據避障雷達的要求，不能採用常規的雷達信號體制，因為，這種機載的雷達系統需要探測的距離範圍是從零距離探測算起，而且需要距離解析度高，探測精度高.所以常規雷達的發射信號源一般採用脈衝雷達信號、且非距離高分辨。另外，超低空飛行時，地面會產生地面雜波等影響等。如何解決上述問題是機載雷達急需要解決的問題。
[0004]為了設計出滿足需要的避障雷達，首先要解決一個滿足避障雷達要求的新體制雷達信號發射源。而新體制雷達需要有高性能的發射機激勵源和接收機本振源，同時具有高的頻率穩定度和低的相位噪聲，這是解決避障雷達發射信號的關鍵。
[0005]要提高長期頻率穩定度，必須採用穩頻的技術路線，如直接合成、鎖相合成、採用低相位噪聲的振蕩器和放大器件等。除此以外，還要提高雷達的解析度，解決這個問題的根本措施是增加帶寬，並且帶寬內具有高線性度。
[0006]在信號調製方面，不採用調幅信號，應採用線性調頻體制，這是現代高性能雷達體制採用的信號波形之一。
[0007]產生線性調頻的方法是採用模擬法與數字法。隨著大規模集成電路的出現，近年來出現了直接數字合成技術。目前，用DDS產生線性調頻信號及其其他複雜波形信號的技術日益受到重視，用直接數字頻率合成技術能綜合出各種信號波形。例如，通過數控電路能對DDS輸出的頻率、幅度、相位、實現精確控制，能使DDS產生寬的並可以使帶內信號的幅度、相位得到校正。從而得到一個高線性度、低相位噪聲的寬帶線性調頻信號。
【發明內容】
[0008]基於上述提出的問題，本實用新型提供一種無人機巡線避障雷達寬帶線性調頻連續毫米波信號發射源，該發明採用直接式數字合成技術，即首先在短波段產生出一個高性能的寬帶信號，例如:0—25MHz或45— 75MHz、72 - 250MHz等等。之後通過倍頻，把基帶信號往高端搬移米波波段。通過鎖相介質振蕩器產生出一個X波段信號，由此與倍頻後的基帶信號通過PLL系統得到一穩定的X波段信號，之後通過倍頻技術將高性能的寬帶信號變換產生出毫米波寬帶信號。
[0009]為實現上述目的，本實用新型採用如下技術方案:
[0010]一種無人機巡線避障雷達寬帶線性調頻連續毫米波信號發射源，發射機的發射波段為8毫米波段，它包括:
[0011]恆溫晶振；
[0012]恆溫晶振輸出端分別與DDS基準信號源和鎖相介質振蕩器的輸入端連接，DDS基準信號源與控制系統連接；
[0013]DDS基準信號源輸出端則依次與第一濾波器、相位鎖定器、低通濾波器、壓控振蕩器、三功率分配器、倍頻器和第一功率放大器、天線連接；
[0014]鎖相介質振蕩器輸出端與混頻器連接，混頻器輸出端分為兩路，一路依次與第二濾波器、第一放大器、相位鎖定器連接；另一路與三功率分配器連接；
[0015]三功率分配器還與接收機連接，三功率分配器進行等能量功率分配；
[0016]倍頻器將將接收的信號倍頻至8毫米波段信號，由第一功率放大器放大後通過天線發射。
[0017]所述DDS基準信號源用於產生線性調頻信號以作為所述相位鎖定器的一個輸入。
[0018]所述鎖相介質振蕩器基於所述恆溫晶振輸入的信號產生一 X波段射頻信號。
[0019]所述混頻器用於混頻並輸出一 VHF波段中頻信號。
[0020]所述壓控振蕩器用於產生X波段的線性調頻信號。
[0021]所述恆溫晶振的頻率為10MHz。
[0022]所述X波段的線性調頻信號為一個被鎖相的X波段的LMF信號。
[0023]所述DDS基準信號源採用DDS器件產生寬帶信號，且DDS基準信號源通過控制系統來程控其捷變頻率和相位從而輸出作為所述相位鎖定器的基準源信號，由PLDRO產生出的X波段信號再與VCO輸出的信號混頻得到一個中頻，利用該中頻與DDS基準信號源產生的寬帶信號進行相位比較.對VCO進行相位鎖定.
[0024]所述倍頻器為四倍頻器。他將對VCO進行相位鎖定得到的信號進行四倍頻.通過倍頻得到所需要的毫米波信號.產生出一個低相位噪聲、搞線性度的寬帶雷達信號。
[0025]有益效果:
[0026]1.該專利所述系統基於DDS器件通過數控電路能對DDS輸出的頻率、幅度、相位進行精確控制的優點，產生出了一個低相位噪聲、高穩定度的寬帶線性調頻信號。該優點是由專利中DDS部件和第一濾波器等參數實現的。
[0027]2.該專利所述系統採用高穩定的鎖相介質振蕩器部件與VCO產生的X波段信號，通過混頻能產生出純淨的VCO所需求的相位鎖相信號.該信號能提高VCO系統產生出一個對基帶寬帶線性調頻往高段頻率的搬移的載波頻率.
[0028]3.通過四倍頻器作用，把搬移之後的基帶寬帶線性調信號變換成毫米波寬帶線性調頻信號，從而得到了能符合應用於無人機避障系統要求的雷達發射信號。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029]圖1為8無人機巡線避障雷達寬帶線性調頻連續毫米波信號發射源的電路連接示意圖。
【具體實施方式】
[0030]下面結合附圖與實施例對本實用新型作進一步詳細描述。
[0031]如圖1所示，一種無人機巡線避障雷達寬帶線性調頻連續毫米波信號發射源，包括恆溫晶振、DDS基準信號源、第一濾波器、鎖相介質振蕩器(PLDRO)、混頻器、第二濾波器、第一放大器、相位鎖定器、低通濾波器(LPF)、壓控振蕩器(VCO)、三功率分配器、倍頻器、第一功率放大器以及天線。DDS基準信號源與控制系統連接，三功率分配器則與接收機連接。
[0032]所述恆溫晶振的兩路輸出分別連接至所述鎖相介質振蕩器(PLDRO)和DDS基準信號源的輸入端，所述DDS基準信號源的輸出經所述第一濾波器濾波後輸入所述相位鎖定器，所述DDS基準信號源用於產生線性調頻信號以作為所述相位鎖定器的一個輸入。
[0033]所述鎖相介質振蕩器(PLDRO)產生一 X波段射頻信號並輸入所述混頻器，所述混頻器用於混頻並輸出一 VHF波段中頻信號，所述混頻器輸出的VHF波段中頻信號經過所述第二濾波器和第一放大器處理後作為所述相位鎖定器的另一輸入。
[0034]所述相位鎖定器對所述輸入的兩路信號進行相位比較，其輸出信號經過所述低通濾波器(LPF)進行低通濾波處理後輸入所述壓控振蕩器(VCO)，所述壓控振蕩器(VCO)用於產生X波段的線性調頻信號並作為所述三功率分配器的輸入。
[0035]所述三功率分配器分三路輸出由所述壓控振蕩器(VCO)所產生的X波段線性調頻信號至所述混頻器、倍頻器以及一接收機，該三功率分配器為等能量功率分配。
[0036]所述倍頻器為四倍頻器，將所述X波段線性調頻信號倍頻至8毫米波段信號，所述四倍頻器輸出的信號經所述第一功率放大器進行功率放大後輸入所述發射天線，由所述發射天線發射。
[0037]優選地，所述恆溫晶振的頻率為100MHz，設計用於作為整個發射機的頻率參考。
[0038]優選地，所述X波段的線性調頻信號為一個被鎖相的X波段的LMF信號。
[0039]優選地，所述DDS基準信號源通過一控制系統來程控其捷變頻率和相位從而輸出作為所述相位鎖定器基準源的信號。
[0040]在一些實施例中，所述控制系統包括一計算機，產生控制來程控所述DDS基準信號源的捷變頻率和相位從而作為所述相位鎖定器的基準源信號。
[0041]優選地，所述相位鎖定器採用數字鎖相環。
[0042]上述發射機可以多種封裝方式封裝後，然後作為無人機前端發射部分。例如，基於LTCC技術進行封裝。
【權利要求】
1.一種無人機巡線避障雷達寬帶線性調頻連續毫米波信號發射源，其特徵在於，發射機的發射波段為8暈米波段,包括: 恆溫晶振； 恆溫晶振輸出端分別與DDS基準信號源和鎖相介質振蕩器的輸入端連接，DDS基準信號源與控制系統連接； DDS基準信號源輸出端則依次與第一濾波器、相位鎖定器、低通濾波器、壓控振蕩器、三功率分配器、倍頻器和第一功率放大器、天線連接； 鎖相介質振蕩器輸出端與混頻器連接，混頻器輸出端分為兩路，一路依次與第二濾波器、第一放大器、相位鎖定器連接；另一路與三功率分配器連接； 三功率分配器還與接收機連接，三功率分配器進行等能量功率分配； 倍頻器將將接收的信號倍頻至8毫米波段信號，由第一功率放大器放大後通過天線發射。
2.如權利要求1所述的無人機巡線避障雷達寬帶線性調頻連續毫米波信號發射源，其特徵在於，所述DDS基準信號源用於產生線性調頻信號以作為所述相位鎖定器的一個輸入。
3.如權利要求1所述的無人機巡線避障雷達寬帶線性調頻連續毫米波信號發射源，其特徵在於，所述鎖相介質振蕩器基於所述恆溫晶振輸入的信號產生一 X波段射頻信號。
4.如權利要求1所述的無人機巡線避障雷達寬帶線性調頻連續毫米波信號發射源，其特徵在於，所述混頻器用於混頻並輸出一 VHF波段中頻信號。
5.如權利要求1所述的無人機巡線避障雷達寬帶線性調頻連續毫米波信號發射源，其特徵在於，所述壓控振蕩器用於產生X波段的線性調頻信號。
6.如權利要求1所述的無人機巡線避障雷達寬帶線性調頻連續毫米波信號發射源，其特徵在於，所述恆溫晶振的頻率為10MHz。
7.如權利要求3或5所述的無人機巡線避障雷達寬帶線性調頻連續毫米波信號發射源，其特徵在於，所述X波段的線性調頻信號為一個被鎖相的X波段的LMF信號。
8.如權利要求1所述的無人機巡線避障雷達寬帶線性調頻連續毫米波信號發射源，其特徵在於，所述DDS基準信號源採用DDS器件產生寬帶雷達信號，且DDS基準信號源通過控制系統來程控其捷變頻率和相位從而輸出作為所述相位鎖定器的基準源信號，產生出了 8毫米波段的寬帶線性調頻雷達信號。
9.如權利要求1所述的無人機巡線避障雷達寬帶線性調頻連續毫米波信號發射源，其特徵在於，所述倍頻器為四倍頻器。
【文檔編號】G01S13/93GK203858359SQ201420283495
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年5月29日 優先權日:2014年5月29日
【發明者】鄭天茹, 劉俍, 張晶晶, 張明江, 王萬國, 魏傳虎, 慕世友, 任傑, 傅孟潮, 郭玉泉 申請人:國家電網公司, 國網山東省電力公司電力科學研究院, 山東魯能智能技術有限公司