本申請(qǐng)涉及一種基于原子接收機(jī)的FMCW雷達(dá)系統(tǒng)和距離測(cè)量方法。所述系統(tǒng)使用FMCW信號(hào)源根據(jù)預(yù)設(shè)的信號(hào)發(fā)射周期發(fā)送FMCW信號(hào)，使用原子接收機(jī)在預(yù)設(shè)的信號(hào)接收周期接收FMCW信號(hào)經(jīng)目標(biāo)反射產(chǎn)生的回波信號(hào)，使用信號(hào)處理模塊處理原子接收機(jī)收到回波信號(hào)后輸出的EIT譜信號(hào)，根據(jù)EIT譜信號(hào)的EIT透射峰值的變化得到FMCW信號(hào)和回波信號(hào)間的差頻信號(hào)，得到目標(biāo)的距離測(cè)量值。上述系統(tǒng)可以直接基于時(shí)間?頻率數(shù)據(jù)得到差頻信號(hào)并計(jì)算目標(biāo)距離，避免了傳統(tǒng)FMCW雷達(dá)在距離測(cè)量中需要對(duì)差頻信號(hào)進(jìn)行離散采樣和FFT變換引入頻率量化誤差的問(wèn)題，能夠提高測(cè)距結(jié)果的精度；并且可以降低系統(tǒng)硬件復(fù)雜度、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)小型化。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及雷達(dá)測(cè)距技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于原子接收機(jī)的FMCW雷達(dá)系統(tǒng)及距離測(cè)量方法。

背景技術(shù)

雷達(dá)作為探測(cè)空間目標(biāo)的主要手段之一，在民用領(lǐng)域及軍用領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，典型的雷達(dá)系統(tǒng)包括毫米波汽車(chē)防撞雷達(dá)、液位計(jì)測(cè)量雷達(dá)、合成孔徑成像雷達(dá)等。FMCW雷達(dá)因具有架構(gòu)簡(jiǎn)單、發(fā)射功率低、成本低的優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛使用。現(xiàn)有FMCW雷達(dá)系統(tǒng)通常采用零中頻架構(gòu)接收機(jī)，其工作原理為：由接收天線收集空間微波信號(hào)，將收集到的信號(hào)經(jīng)過(guò)下變頻混頻器后轉(zhuǎn)化為基帶信號(hào)，最后對(duì)該基帶信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并處理，完成目標(biāo)參數(shù)估計(jì)。

這類(lèi)雷達(dá)系統(tǒng)的缺陷在于：雷達(dá)系統(tǒng)接收機(jī)的天線孔徑尺寸受限于chu極限[ChuL J.Physical limitations of omni-directional antennas[J].Journal of appliedphysics,1948,19(12):1163-1175.]，其天線孔徑尺寸與雷達(dá)工作波長(zhǎng)相比擬，雷達(dá)工作波長(zhǎng)越長(zhǎng)，所需的天線孔徑尺寸越大；此外，零中頻架構(gòu)接收機(jī)需要通過(guò)下變頻獲得基帶信號(hào)，雷達(dá)系統(tǒng)必須包含下變頻混頻器、中頻濾波器等模塊，因此，雷達(dá)系統(tǒng)的硬件復(fù)雜度難以降低。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，有必要針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，提供能夠在確保測(cè)距精度的同時(shí)降低系統(tǒng)復(fù)雜度的一種基于原子接收機(jī)的FMCW雷達(dá)系統(tǒng)及距離測(cè)量方法。

一種基于原子接收機(jī)的FMCW雷達(dá)系統(tǒng)，包括FMCW信號(hào)源、原子接收機(jī)和信號(hào)處理模塊。

FMCW信號(hào)源用于根據(jù)預(yù)設(shè)的信號(hào)發(fā)射周期發(fā)送FMCW信號(hào)。

原子接收機(jī)用于在預(yù)設(shè)的信號(hào)接收周期接收FMCW信號(hào)經(jīng)目標(biāo)反射產(chǎn)生的回波信號(hào)。

信號(hào)處理模塊用于處理原子接收機(jī)收到回波信號(hào)后輸出的EIT譜信號(hào)，根據(jù)EIT譜信號(hào)的EIT透射峰值的變化得到FMCW信號(hào)和回波信號(hào)間的差頻信號(hào)，得到目標(biāo)的距離測(cè)量值。

其中一個(gè)實(shí)施例中，F(xiàn)MCW信號(hào)源發(fā)送的FMCW信號(hào)的頻率為：

f＝f₀+(B/T)*t

其中，f₀為FMCW信號(hào)的起始頻率，B為FMCW信號(hào)的頻率帶寬，T為FMCW信號(hào)的調(diào)制周期，t為FMCW信號(hào)的在調(diào)制周期T內(nèi)的信號(hào)發(fā)射時(shí)間。

其中一個(gè)實(shí)施例中，信號(hào)處理模塊計(jì)算目標(biāo)的距離測(cè)量值的方式為：

其中，表示目標(biāo)的距離測(cè)量值，c表示自由空間的光速，Δf表示差頻信號(hào)頻率。

其中一個(gè)實(shí)施例中，原子接收機(jī)包括探測(cè)激光器、耦合激光器、探測(cè)光二向色鏡、耦合光二向色鏡、原子氣室和光電探測(cè)器。

探測(cè)激光器發(fā)射的探測(cè)光經(jīng)探測(cè)光二向色鏡穿過(guò)所述原子氣室。

耦合激光器發(fā)射的耦合光經(jīng)耦合光二向色鏡穿過(guò)所述原子氣室。

原子氣室產(chǎn)生的透射光由光電探測(cè)器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，電信號(hào)為原子接收機(jī)的輸出信號(hào)。