【文章內(nèi)容簡介】 器與鏡面間的距離：置于聚焦中心處，標準距離為 29mm，以便使紅外線能量聚焦在探測元上，得到最大的靈敏度。 圖 Q— 6型菲涅爾透鏡垂直面圖形 實際上，菲涅爾透鏡有各種不同的規(guī)格，具有不同的幾何尺寸和特點，要求聚乙烯薄片和安裝外殼應(yīng)相配，透鏡面與傳感器之間應(yīng)保持規(guī)定的距離，不同的透鏡其距離是不同的。 除上述的 Q— 6 型外，常見的還有 Q1A 型和 Q— 8 半圓型，一般的菲涅爾透鏡的探測距離在 10m 左右，采用雙重反射性式的透鏡可達 20m以上。 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 根據(jù)微波多普勒原理的不同，微波多普勒報警器分為微波多普勒探測器和微波墻式探測器 兩種。微波多普勒探測器也稱雷達式微波探測器。它的工作原理基于微波的多普勒效應(yīng)。 多普勒效應(yīng)的提出，是 160 年前的事。當(dāng)時光的波動理論已經(jīng)被普遍接收，但光譜技術(shù)的發(fā)展還處于初期階段。 1842 年 5 月 25 日，在布拉格舉行的皇家波希米亞學(xué)會科學(xué)分會會議上，多普勒提交了一篇題為 Ueber das farbige Licht der Doppelsteme and einiger anderer Gestirne desHimmels(論天體中雙星和其他一些星體的彩色光 )的論文。在 這篇論文中，他提出了由于波源或觀察者的運動而出現(xiàn)觀測頻率與波源頻率的不同的現(xiàn)象，后來稱為多普勒效應(yīng)。 多普勒效應(yīng)是指當(dāng)發(fā)射信號源與接收者之間存在相對徑向運動時，接收到的回波信號的頻率 (或相位 )將發(fā)生變化。這可以從固定目標和移動目標信號的時域特性和頻率特性方面分析。 為了分析方便，設(shè)微波信號源發(fā)出的探測信號為單音連續(xù)波，其瞬時值為 )c o s ()( 0101 ??? ?? tUt A () 式中： 00 2 f?? ? ， 0f 為探測信號的頻率； 01? 為探測信號的初始相位。 該探測信號在傳播過程中遇到障礙物 (包括目標 )時會發(fā)生反射微波接收機收到的目標回波信號的瞬時值為 ])(c o s [)( 01022 rpdA ttUt ???? ???? () 式中： rp? 為回波信號瞬時高頻相位； dt 為回波信號相對于探測信號的延時。 dt 的值為 Cdtd 2? () 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 式中： d 為目標到微波探測器的距離； C 為電磁波的傳播速度，其值為 3*108 m/s。 對于固定物體（靜物），其回波信號的頻率與原來發(fā)出的探測器的頻率 f0 相同，則固體物體反射回波的瞬時值為 ])(c os [)( 010 rpfaFf CdtUt ???? ???? () 式中： df 為固定物體到微波探測器的距離。 對于移動目標，由于運動體對于探測器作相對運動，故移動目標相對于探測器的距離是隨時間變化的，即 d=d0 ? r? t () 式中： d 0 為移動目標被 發(fā)現(xiàn)時相對于探測器的起始距離； r? 為活動目標相對于探測器的徑向速度；“ ? ”號與運動方向有關(guān)。 活動目標回波信號的瞬時值為 ])22c o s [ ()( 0100 rprAmm tfCUtu ????? ???? （ ） 式中： UAm 為活動目標回波信號的幅值。 02 fCf rd ?? （ ） 即將活動目標與探測器之間的相對運動引起的收、發(fā)頻率的差頻，稱為多普勒頻率（頻移）。這種因相對運動而導(dǎo)致的活動目標回波信號不同于發(fā)送的探測信號頻率的效應(yīng)，稱為多普勒效應(yīng)。 將 C= 0f? 代入（ ）式，則 df 可寫作 ??? rrd fCf 22 0 ?? （ ） 式中： ? 為微波探測器的工作波長。 圖 為活動目標 相對于微波探測器 饋 源運動的示意圖。 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 （ a）發(fā)收一體化探測器及活動回波 （ b）活動體經(jīng)向速度與運動方向的關(guān)系 圖 活動目標相對于微波探測器饋源運動的示意圖 活動目標的徑向速度為 ??? cos?r （ ） 式中： ? 為活動目標移動的瞬時速度； ? 為運動軌跡與探測器饋源和目標連線的夾角。當(dāng) ? =180176。時，兩者做向背運動。 對于防盜監(jiān)控報警系統(tǒng)，常使用的微波載頻為 9～ 11MHz。設(shè)某探測報警器的發(fā)射頻率 0f =9375MHz，則人體移動時產(chǎn)生的多普勒頻率 df 與人體運動速度 ? 之間的關(guān)系如表 所示。 表 df 與 ? 的關(guān)系 )/( sm? 9 8 7 6 5 4 3 2 1 )(Hzfd 563 520 375 250 125 由表可見，人體的移動速度不同時，所產(chǎn)生的多普勒頻率是不同的，多在音頻頻段的低端。 通過以上分析可知，移動目標與靜止物體的回波信號有以下差別： ⑴ 靜止物體的回波信號頻率與探測器發(fā)出的截頻是相同的；而移動物體的回波信號頻率與探測器的截頻相比，附加了一個多普勒頻移，且與運動目標的徑向速度 r?有關(guān)。 ⑵ 靜止物體的回波信號對探測信號的時延為常數(shù)；而移動物體對探測信號的延沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 時與目標徑向速度 r? 及移動方向有關(guān)，為變量。 因此，根據(jù)移動目標與靜止物體回波信號的不同，在接受電路中采取措施，可檢測并判斷出進入微波監(jiān)視場的活動目標。 以上說明的是回波信號的時間變量函數(shù)，即對回波信號的時域性進行分析。當(dāng)然，也可以采取分析頻率變量函數(shù)的方法進行分析，從其探測脈沖的頻譜圖中會更清楚的看到活動目標中的多普勒頻率 df 及相應(yīng)參 數(shù)。 連續(xù)波相干檢測法中微波探測器發(fā)射的是單一載頻的連續(xù)波信號。在這種方法中，探測用的微波信號源為單一載頻連續(xù)振蕩信號，即： )c o s ()( 01011 ??? ?? tUt A （ ） 圖 為采用連續(xù)波體制的微波探測報警器的組成框圖。這是一種將微波發(fā)、收合置在一起的微波探測器，相當(dāng)于一個連續(xù)波體制的小型多普勒雷達，其工作原理基于微波的多普勒效應(yīng)。由于發(fā)射的是單音載波，頻譜能量集中，接受和濾波裝置也相對簡單，制作成本也較低 。 圖 采用連續(xù)波體制的微波探測報警器和組成框圖 發(fā)射出去的微波探測器信號被反射回來 后 ，回波信號為 ])(c o s [)( 01022 rpdA ttUt ???? ???? （ ） 固體振蕩器 混頻、放大電路 相位檢測電路 多普勒濾波器 輸出電路 報警電路 報警中心 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 式中： Cdtd /2? 為回波信號相對于探測信號的延時； rp? 為目標回波信號的相應(yīng)變化量。 該回波信號與耦合過來的部分發(fā)射信號在混頻器中進行混頻，并在中頻放大器中對混頻信號進行放大，在相位檢波器中對回波 信號的相位與相干基準進行比較，其差拍合成信號的幅度為 )c o s (2 21212 22 1 ?? ???? AAAAAB UUUUU （ ） 式中： 1? 為探測信號的瞬時相位； 2? 為目標回波信號的瞬時相位。 對于靜止物體，徑向速度 r? =0， 21 ??? =常量，檢波后的輸出為一固定電平，如圖 （ a）所示。 對于做勻速直線運動的活動目標，有 tCdC td drprpr ???????? ??????? 000021 2])(2[ （ ） 式中： Cd /2 0 為回波信號的時延； d? 為差拍合成信號的角速度，其值為 dtdD )( 21 ??? ?? （ ） 合成信號 AbU 是隨時間變化的，如圖 （ b）所示。 (a)靜態(tài)目標 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 (b)活動目標 圖 目標回波信號與基準信號的合成信號隨時間變化的曲線 由圖 所示，對 于靜止物體（ 0?r? ），其合成信號的幅值是不隨時間變化的；而對于活動目標， 0?r? ，其合成信號的幅值是隨時間變化的。 用連續(xù)波輻射相干檢測法探測活動物體，其中多普勒濾波器的寬帶只允許差拍信號的多普勒頻率（ df ） 分量通過。其通頻帶可用下式估算； ??? m a xm a x0 22 rrd CfF ??? （ ） 式中： maxr? 為活動 目標相對于探測器移動的最大相對速度。 相干脈沖檢測法與上節(jié)介紹的連續(xù)波檢測法一樣，也是將目標回波信號與相干用的基準信號進行比較，但由于發(fā)射機采用脈沖調(diào)制，工作在脈沖狀態(tài)，故不能直接用發(fā)射機的高頻振蕩信號作為基準信號，只能采用輔助的基準信號源作為基準信號。 用相干脈沖檢測活動目標的裝置的 功能 框圖如圖 所示。圖中的接收機包括混頻器、本振源和中頻放大器。 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 圖 用相干脈沖檢測法檢測活動目標的裝置和功能框圖 加至相位檢波器的信號有兩個： 一個是探測目標回波信號 )(2t? ，另一個是作為基準的相干振蕩信號 )(0tc? 。 coAccocoA c ocrpdA UtUt ttUt ???? ???? c o s)c o s ()( ])(c o s [)(000001022 ??? ???? } （ ） 式中： U 2A 、 UAco 分別為目標回波信號和相干振蕩信號的幅度： co0? 為相干振蕩起始相位； cococo t 0??? ?? 為相干振蕩的瞬時相位。 在相位檢波器中對 )(2t? 信號和 )(tco? 信號進行相干差拍檢測。現(xiàn)寫出下列三種情況下相位 比較器 輸出的差拍電壓。 ⑴ 只有靜止物體的探測回波（ 0,0 ?? dr f? ） ]2c o s [)( 00 rpAfAFoA fb CdUUt ??? ??? （ ） 相位檢波器檢波輸出為一恒定幅度的脈沖序列，不含多普勒頻移成分。 ⑵ 只有活動目標的探測回波 該活動目標與基準相干信號的差拍電壓為 ]}39。)1[(22c o s { 000 ttTnfCdUU ddrpAmA c oA mb ??????? ???? （ ） 脈沖調(diào)制器 濾波放大器 相位檢波器 接收機 收 /發(fā)開關(guān) 相干振蕩器 功 放 高頻振蕩器 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 式中： AmU 為活動目標回波信號幅值； 39。t 為在 tt??39。0 區(qū)間內(nèi)讀出的時間。 ⑶ 含有靜止物體和移動目標的探測回波 含有靜止物體和移動目標的探測回波信號在相位檢測器內(nèi)基準相干信號差拍時，則在其輸出端上的和合成信號為 （ ） 在合成差拍信號中含有受多普勒頻率調(diào)制 的交變脈沖分量，故可利用相應(yīng)濾波器將多普勒頻移信號濾出，將靜止物體的信號分量抑制掉，從而實現(xiàn)對活動目標信號的檢測。 采用脈沖調(diào)制體制的多普勒探測報警裝置與連續(xù)波相干檢測體制相比，具有如下優(yōu)越性： ⑴ 接收 通道放大器的頻帶寬度較窄，相應(yīng)地輸出噪聲也較小，引起的誤報也較少。 ⑵ 脈沖調(diào)制相干體制方式能防止外界的無線電干擾源和同一地區(qū)多個探測器之間的相互干擾引起的虛報。 ]}39。)1[(22c o s {)2c o s ()(0000)(ttTnFCdUCdUUUtUdodRPMAmr p tAfA c oA m bA f btAb??????????????????沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 、制作與安裝 該防盜監(jiān)控報警器包括熱釋電紅外探測電路、微波多普勒探測電路和發(fā)射、接收 電路。其組成功能原理框圖如圖 所示。 圖 防盜監(jiān)控報警裝置原理框圖 該部分電路如圖 所示。 圖中的紅外傳感器為雙敏感元傳感器 P228，其芯片材料為 LiTaO3，上有雙探測元，具有響應(yīng)度高（ 6500V/W），噪聲低，抗電磁干擾 性能好，窗口普響應(yīng)（包括探測元和濾光片）為 7～ 15 ? m。它可將人體輻射出的紅外信號能量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)頻率（ ～ 5Hz）的電信號，并經(jīng) C1 加至直流偏置放大器 VT1 。光學(xué)透鏡采用 Q6 型菲涅爾透鏡，元件尺寸為 2 ㎜ *1 ㎜。 VT 1 采用低噪聲、小功率管 C458，它和單 BiMOS 運放 CA3140 及阻容元件組成兩級低頻電壓放大器，兩級增益可達 70～ 75dB。 IC2 也采用 CA3140，它與 R6 、 R7 、RP 1 組成一個電壓比較電路