【《FMCW雷达测距理论探究》1700字】

FMCW雷达测距理论研究目录TOC\o"1-3"\h\u7901FMCW雷达测距理论研究 1232981.1FMCW雷达系统结构 1154661.2锯齿波调制下FMCW雷达测距系统分析 2112941.1.1锯齿波测距原理 2248121.1.2锯齿波测距系统差频信号定距原理 3142571.3FMCW雷达测距系统的主要应用 41.1FMCW雷达系统结构FMCW雷达探测分为线性调频和非线性调频。非线性调频技术的优点是非常容易完成，缺点是每个总体目标产生的差频信号不是单一的，所以不能区分多个不同距离的目标，一般只能在探测目标单一的情况下使用。在线性调频的方法下，每个整体目标引起的差频信号是单一频率的（不考虑频偏），因此很容易区分不同间隔的目标。非线性调频雷达实现起来较为简单，但无法区分多个物体，通常应用于液位计等单目标测距。线性调频雷达在测量静止的物体时产生单频的差频信号，容易区分位置不同的物体。常见的线性调制方式有锯齿波调制和三角波调制两种[15],采用三角波调制时，雷达由于可以同时测量目标的距离和径向速度，在对移动目标进行跟踪时优势明显。而锯齿波雷达的差拍信号处理过程相对简单，易于实现。本文所采用的调频方式为锯齿波调频。FMCW雷达系统框图如图2-1所示图2-1FMCW雷达系统框图FMCW雷达系统分为发射、接收、天线以及数据采集这四大部分。[16]FMCW雷达探测工作的整个过程可以简单概括为：将波形发生器作用到压控振荡器（VCO）上，然后根据光纤耦合器-环行器-发射天线发射调频连续波雷达探测信号，雷达探测波发射信号在遇到障碍物产生回波信号，被雷达探测天线接收。回波信号与FM信号混频滤波后产生差频信号。差频信号频率与目标的距离（延迟时间）正相关，通过仿真信号和数字信号分析研究后可以得到差频信号的频率，最终得到准确的目标距离值测量。1.2锯齿波调制下FMCW雷达测距系统分析1.1.1锯齿波测距原理调制信号发生器在锯齿波调制下的测距系统通常发射等幅连续锯齿波，它是一种短距离探测系统。发射信号和接收信号之间的频率差用于确定接近系统与整体目标之间的距离，其基本原理如下图2-2-1所示。调制信号发生器振荡源振荡源定向耦合器定向耦合器执行级信号处理电路混频器执行级信号处理电路混频器图2-2-1锯齿波调频测距系统原理图如上图所示，调制信号发生器控制振荡器产生等幅连续锯齿波信号，经定向耦合器后到混频器，此信号作为本振信号，与天线接收的目标回波信号进行混频，进行信号处理电路，最后反馈给执行级。由于调频系统发射信号的频率是时间的函数，在信号波从天线发射到遇到目标后再返回接收天线的这段传播时间内，发射信号的频率发生了变化，导致回波信号的频率与本振信号频率不同，经过混频器混频后，输出差频信号。该差频信号含有系统与目标间的距离信息。只要测定了差频频率，就能确定相应的距离，从而达到测距的目的。1.1.2锯齿波测距系统差频信号定距原理若设计中测量距离使用锯齿波为理想锯齿波，不考虑寄生调幅和多普勒频偏的影响。如下图2-2-2所示为发射信号和回波信号的时间与频率曲线及差频信号的时间与频率曲线，图中所示的ft为发射信号频率，fi为回波信号频率，fi为差频信号频率，f0为起始频率，B为调制带宽，图2-2-2发射信号、回波信号及差频信号的时间与频率曲线设发射信号频率为： ()（1.1.1）回波信号频率为：()(1.1.2)差频信号的频率为：（1.1.3）由于=且，则有（1.1.4)可得（1.1.5）可见，在和一定的条件下，与成正比。1.3FMCW雷达测距系统的主要应用在使用FMCW雷达探测时，具有高距离分辨率，低发射功率和高接收机灵敏度等优点。因此，该雷达测距精度高，便于测量相对运动速度和间距。与脉冲雷达系统相比，FMCW雷达检测的主要优势之一是发射功率低，规格小和成本低。雷达探测在调频发射机和接收机都工作时可以完成零盲点，可以即时准确测量静态数据的频偏和目标概率，非常适合车载拦截雷达探测和工业生产雷达探测来使用。同时，在巡航导弹和炮弹跟踪，车辆和港口起重机防撞检测，高速公路和市政道路上的机动车辆流量测量，建筑行业建筑性能的精确测量，瓶装液体的精确测量液位计等行业，FMCW雷达都得到广泛应用。在汽车制造行业，制造商主要是基于在24GHz或77GHz工作的机器视觉系统传感技术和雷达检测系统来完成安全驾驶辅助。视觉识别系统通过检测路标和解决其他数据来可视化路面信息内容，但是很容易受到降雨特别是雾雪造成的特征降低的危害，因此该技术还需要进一步的优化处理。在我们的日常生活中，测距雷达也得到了广泛应用。如：(