一种两波束多普勒导航雷达的研究沈波

沈波童晖熊启迪

(陕西长岭电子科技有限责任公司)

摘要:本文介绍了一种车载多普勒导航雷达。雷达天线采用侧向两波束配置，可以测量雷达对地前向速度及侧向速度。波束采用对称分布的方式减小了因雷达安装角度误差带来的测试误差。通过地面跑车试验数据与GSP的比较得出雷达测速精度。

关键词：多普勒导航雷达，里程计，跑车试验；

1引言

目前车载测速主要使用里程计进行测速，里程计借用车辆的转动直接测量车辆在地面上行驶的路程和速度。一般里程计装在车辆的传动轴上，车辆行驶时会驱动里程计进行计数，结合车辆的直径等参数就可以得出精确的速度和路程信息。但在车辆打滑，车轮空转，横向漂移等情况时，无法精确测量。同时里程计也面临车轮磨损校准修正等问题。

多普勒测速是一种非接触式测速方式，使用多普勒测速原理测速可以避免上述问题。多普勒导航雷达是依据雷达发射频率相对地面运动产生多普勒频移，通过测试多普勒频移来计算雷达的对地速度。多普勒导航雷达多用于机载测速导航，通过四波束X分布配置可以测量雷达对地的三轴向速度，并具有很高的测量精度。当用于车载测试时，由于车辆与地面无垂向速度(车辆颠簸时垂向速度均值为零)，可以使用两波束来测量车辆对地前向速度及侧向速度。

2多普勒雷达工作原理

2.1多普勒测速原理

2.2波束配置

通过多普勒效应的基本公式可以看出，天线波速与航向的角度误差直接影响测速精度误差。单一波束天线角度测量误差及雷达安装误差无法消除，因此在多普勒导航工程应用中一般不采纳。

使用对称分布的两波束测速时，可分为单向两波束(左右对称)、双向两波束(前后对称)。其中双向两波束可以提高前向测速精度，但在当存在垂向速度分量时，侧向测速精度差。单向两波束则具有较高的侧向测速精度，但垂向分量会叠加到前向速度。工程中常见的是X分布的四波束来提高各方向速度测量精度。

对于车载导航，主要关注前向速度，在车辆侧滑时会出现侧向速度。垂向速度为车辆颠簸时出现，但该方向速度均值必然为零。同时受安装位置限制，使用四波束时存在两波束遮挡问题，因此使用双向两波束配置。如图1所示：

图2车载两波束测速雷达原理框图

3跑车试验

雷达样机完成后与GPS一起装入车辆进行跑车试验，跑车总里程为130公里，途径高速盘山公路等路况，测速精度1σ小于0.15m/s。

4误差分析

多普勒导航雷达误差分为固定误差和随机误差，固定误差主要来源是雷达安装误差及天线波束角度测量误差等。该部分误差可以通过标定进行修正。

多普勒导航雷达随机误差源众多，主要来自于天线波束宽度。工程应用中天线波束具有一定宽度，理想状态下回波谱沿波束中心对称分布。但由于地面散射的不同，回波能量中心发射频移，对应频谱中心发生偏移，该过程是随机的，但在真值附近波动。减小天线波束宽度可以有效降低这一偏移量。车辆的颠簸也会带来侧向随机误差。

5结论

本文介绍了一种双向两波束车载多普勒，通过对称的波束配置提高了前向测速精度，同时可以测试车辆侧滑漂移时的侧向速度。设计中压缩前向波束宽度以提高测速精度。通过于GPS对比的跑车试验，雷达测速精度1σ小于0.15m/s。

参考文献:

[1]林宝玺.胡志英.多普勒雷达.国防工业出版社

[2]GeorgeW.StimsonbIntroductiontoAirborneRadarSecondEdition

[3]丁鹭飞.耿富录.雷达原理.西安电子科技大学出版社