FMCW雷達測距理論研究目錄TOC\o"1-3"\h\u7901FMCW雷達測距理論研究 1232981.1FMCW雷達系統(tǒng)結構 1154661.2鋸齒波調制下FMCW雷達測距系統(tǒng)分析 2112941.1.1鋸齒波測距原理 2248121.1.2鋸齒波測距系統(tǒng)差頻信號定距原理 3142571.3FMCW雷達測距系統(tǒng)的主要應用 41.1FMCW雷達系統(tǒng)結構FMCW雷達探測分為線性調頻和非線性調頻。非線性調頻技術的優(yōu)點是非常容易完成，缺點是每個總體目標產(chǎn)生的差頻信號不是單一的，所以不能區(qū)分多個不同距離的目標，一般只能在探測目標單一的情況下使用。在線性調頻的方法下，每個整體目標引起的差頻信號是單一頻率的（不考慮頻偏），因此很容易區(qū)分不同間隔的目標。非線性調頻雷達實現(xiàn)起來較為簡單，但無法區(qū)分多個物體，通常應用于液位計等單目標測距。線性調頻雷達在測量靜止的物體時產(chǎn)生單頻的差頻信號，容易區(qū)分位置不同的物體。常見的線性調制方式有鋸齒波調制和三角波調制兩種[15],采用三角波調制時，雷達由于可以同時測量目標的距離和徑向速度，在對移動目標進行跟蹤時優(yōu)勢明顯。而鋸齒波雷達的差拍信號處理過程相對簡單，易于實現(xiàn)。本文所采用的調頻方式為鋸齒波調頻。FMCW雷達系統(tǒng)框圖如圖2-1所示圖2-1FMCW雷達系統(tǒng)框圖FMCW雷達系統(tǒng)分為發(fā)射、接收、天線以及數(shù)據(jù)采集這四大部分。[16]FMCW雷達探測工作的整個過程可以簡單概括為：將波形發(fā)生器作用到壓控振蕩器（VCO）上，然后根據(jù)光纖耦合器-環(huán)行器-發(fā)射天線發(fā)射調頻連續(xù)波雷達探測信號，雷達探測波發(fā)射信號在遇到障礙物產(chǎn)生回波信號，被雷達探測天線接收?；夭ㄐ盘柵cFM信號混頻濾波后產(chǎn)生差頻信號。差頻信號頻率與目標的距離（延遲時間）正相關，通過仿真信號和數(shù)字信號分析研究后可以得到差頻信號的頻率，最終得到準確的目標距離值測量。1.2鋸齒波調制下FMCW雷達測距系統(tǒng)分析1.1.1鋸齒波測距原理調制信號發(fā)生器在鋸齒波調制下的測距系統(tǒng)通常發(fā)射等幅連續(xù)鋸齒波，它是一種短距離探測系統(tǒng)。發(fā)射信號和接收信號之間的頻率差用于確定接近系統(tǒng)與整體目標之間的距離，其基本原理如下圖2-2-1所示。調制信號發(fā)生器振蕩源振蕩源定向耦合器定向耦合器執(zhí)行級信號處理電路混頻器執(zhí)行級信號處理電路混頻器圖2-2-1鋸齒波調頻測距系統(tǒng)原理圖如上圖所示，調制信號發(fā)生器控制振蕩器產(chǎn)生等幅連續(xù)鋸齒波信號，經(jīng)定向耦合器后到混頻器，此信號作為本振信號，與天線接收的目標回波信號進行混頻，進行信號處理電路，最后反饋給執(zhí)行級。由于調頻系統(tǒng)發(fā)射信號的頻率是時間的函數(shù)，在信號波從天線發(fā)射到遇到目標后再返回接收天線的這段傳播時間內，發(fā)射信號的頻率發(fā)生了變化，導致回波信號的頻率與本振信號頻率不同，經(jīng)過混頻器混頻后，輸出差頻信號。該差頻信號含有系統(tǒng)與目標間的距離信息。只要測定了差頻頻率，就能確定相應的距離，從而達到測距的目的。1.1.2鋸齒波測距系統(tǒng)差頻信號定距原理若設計中測量距離使用鋸齒波為理想鋸齒波，不考慮寄生調幅和多普勒頻偏的影響。如下圖2-2-2所示為發(fā)射信號和回波信號的時間與頻率曲線及差頻信號的時間與頻率曲線，圖中所示的ft為發(fā)射信號頻率，fi為回波信號頻率，fi為差頻信號頻率，f0為起始頻率，B為調制帶寬，圖2-2-2發(fā)射信號、回波信號及差頻信號的時間與頻率曲線設發(fā)射信號頻率為： ()（1.1.1）回波信號頻率為：()(1.1.2)差頻信號的頻率為：（1.1.3）由于=且，則有（1.1.4)可得（1.1.5）可見，在和一定的條件下，與成正比。1.3FMCW雷達測距系統(tǒng)的主要應用在使用FMCW雷達探測時，具有高距離分辨率，低發(fā)射功率和高接收機靈敏度等優(yōu)點。因此，該雷達測距精度高，便于測量相對運動速度和間距。與脈沖雷達系統(tǒng)相比，F(xiàn)MCW雷達檢測的主要優(yōu)勢之一是發(fā)射功率低，規(guī)格小和成本低。雷達探測在調頻發(fā)射機和接收機都工作時可以完成零盲點，可以即時準確測量靜態(tài)數(shù)據(jù)的頻偏和目標概率，非常適合車載攔截雷達探測和工業(yè)生產(chǎn)雷達探測來使用。同時，在巡航導彈和炮彈跟蹤，車輛和港口起重機防撞檢測，高速公路和市政道路上的機動車輛流量測量，建筑行業(yè)建筑性能的精確測量，瓶裝液體的精確測量液位計等行業(yè)，F(xiàn)MCW雷達都得到廣泛應用。在汽車制造行業(yè)，制造商主要是基于在24GHz或77GHz工作的機器視覺系統(tǒng)傳感技術和雷達檢測系統(tǒng)來完成安全駕駛輔助。視覺識別系統(tǒng)通過檢測路標和解決其他數(shù)據(jù)來可視化路面信息內容，但是很容易受到降雨特別是霧雪造成的特征降低的危害，因此該技術還需要進一步的優(yōu)化處理。在我們的日常生活中，測距雷達也得到了廣泛應用。如：(