基于FMCW的24GHz雷達(dá)測距系統(tǒng)設(shè)計與測試研究摘要本文深入分析了FMCW的雷達(dá)測距原理，設(shè)計了一種成本低，容積小，頻率為24GHz的雷達(dá)測距系統(tǒng)。通過對FMCW雷達(dá)測距理論和差頻信號原理及波形的研究與分析，并借助海凌科電子廠廠生產(chǎn)的HLK，LD303，24G測距雷達(dá)模塊，設(shè)計實現(xiàn)了FMCW雷達(dá)測距系統(tǒng)的設(shè)計與調(diào)試。根據(jù)雷達(dá)信號的類型，可分為脈沖雷達(dá)和連續(xù)波雷達(dá)。脈沖雷達(dá)發(fā)射周期性高頻脈沖，連續(xù)波雷達(dá)發(fā)射連續(xù)波信號。連續(xù)波雷達(dá)的信號可以是單頻連續(xù)波，也可以是調(diào)頻連續(xù)波，也可以是FMCW的。頻率調(diào)制方式有很多種，如三角波，編碼調(diào)制，噪聲頻率調(diào)制等。其中，單頻雷達(dá)只能用于測速，不能測量距離。FMCW雷達(dá)能同時測量距離和速度，其在短距離測量中的優(yōu)勢日益明顯。調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)以其輻射功率低，測距測速精度高，設(shè)備結(jié)構(gòu)相對簡單，易于實現(xiàn)固態(tài)設(shè)計，電子對抗性能好，截獲概率小等優(yōu)點在日常生活中得到廣泛應(yīng)用。在實際應(yīng)用中，F(xiàn)MCW雷達(dá)主要用于軍用小型彈藥，汽車裝備主要用于傳感器系統(tǒng)和導(dǎo)航雷達(dá)的海軍戰(zhàn)術(shù)。調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)技術(shù)發(fā)展時間長，但應(yīng)用相對單一，針對性強?，F(xiàn)在，調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)引起了廣泛關(guān)注。關(guān)鍵詞：FMCW；雷達(dá)；測距；差頻信號目錄TOC\o"1-3"\h\u第1章緒論 1.1課題背景和研究意義 1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1.2.1國外研究現(xiàn)狀 1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀 1.3本文主要工作內(nèi)容及文章結(jié)構(gòu) 1.3.1主要工作內(nèi)容 1.3.2文章結(jié)構(gòu) 第2章FMCW雷達(dá)測距理論研究 2.1FMCW雷達(dá)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 2.2鋸齒波調(diào)制下FMCW雷達(dá)測距系統(tǒng)分析 2.2.1鋸齒波測距原理 2.2.2鋸齒波測距系統(tǒng)差頻信號定距原理 2.3FMCW雷達(dá)測距系統(tǒng)的主要應(yīng)用 2.4本章小結(jié) 第3章FMCW雷達(dá)信號分析 3.1差頻信號處理電路 3.2差頻信號理論分析 3.2.1差頻信號時域分析 3.2.2差頻信號頻域分析 3.3本章小結(jié) 第4章FMCW雷達(dá)測距系統(tǒng)聯(lián)調(diào) 4.1HLK-LD303-24G測距雷達(dá)模塊 4.1.1HLK-LD303-24G雷達(dá)特性介紹 4.1.2HLK-LD303-24G雷達(dá)外觀及接口 4.2實測差頻信號的分析 4.2.1實測時域信號分析 4.2.2實測頻域信號分析 4.3HLK-LD303-24G模塊數(shù)據(jù)協(xié)議設(shè)置 4.4HLK-LD303-24G雷達(dá)模塊指令設(shè)定 4.5FMCW雷達(dá)測距系統(tǒng)測試 4.5.1上機測試步驟 4.5.2FMCW雷達(dá)測距系統(tǒng)檢測區(qū)測試 4.6本章小結(jié) 第5章FMCW雷達(dá)測距系統(tǒng)測試與優(yōu)化 5.1精度測試及結(jié)果分析 5.2測距精度影響分析 5.3測距精度優(yōu)化與修正 5.3.1定點測距測試 5.3.2多點測距測試 5.4本章小結(jié) 第6章總結(jié)與展望 6.1總結(jié) 6.2展望 參考文獻(xiàn) 第1章緒論1.1課題背景和研究意義FMCW雷達(dá)是指在采用一定信號調(diào)制方式后產(chǎn)生發(fā)射頻率的連續(xù)波雷達(dá)。在某一時刻將雷達(dá)回波信號的頻率與發(fā)射信號的頻率進(jìn)行比較，得到它們的頻率之差，獲取總體目標(biāo)的距離信息。FMCW雷達(dá)將在頻偏周期時間內(nèi)發(fā)出具有連續(xù)頻率變化的連續(xù)波。通過物體反射面后得到的雷達(dá)回波信號與發(fā)射信號有一定的頻率差。根據(jù)頻率差，可以獲得整體目標(biāo)和雷達(dá)的距離信息。由于其頻率較低，差頻信號通過硬件配置解決比較簡單，適用于數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)信號解析。FMCW雷達(dá)常見的三種調(diào)制方法包括三角波調(diào)制，鋸齒波調(diào)制和正弦波調(diào)制。使用正弦波形調(diào)制時，必須調(diào)整被檢測物體的信號頻率偏差。因此，這種調(diào)制方法只能用于只有一個探測目標(biāo)的情況。但是，F(xiàn)MCW雷達(dá)必須檢查距離和速度等信息，一般必須探測多個總體目標(biāo)的距離。因此，大多數(shù)使用三角波調(diào)制和鋸齒波調(diào)制的方法。鋸齒波調(diào)制可以精確測量物體的距離，而三角波調(diào)制不僅可以得到距離信息，還能得到速度信息。[1]日常生活中的許多行業(yè)尤其是制造業(yè)都需要高精度和準(zhǔn)確的測量，例如火車軌道和公路橋梁變形的監(jiān)測，液體縱橫比的精確測量，壩基變形的監(jiān)測。對于不能接觸的腐蝕性液體，利用調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)發(fā)送的無線電波數(shù)據(jù)信號進(jìn)行準(zhǔn)確檢測和測量是非常合適和安全的。[2]路橋梁、火車軌道、壩基精細(xì)變形的精確測量，采用位移計、水平儀等傳統(tǒng)的精確測量方法。測量精度不足，部署難度系數(shù)很大。因此，利用FMCW雷達(dá)探測激光測距精確測量細(xì)微變形的場景具有很大的優(yōu)勢。FMCW雷達(dá)探測應(yīng)用低捕獲概率波型，特別適合簡單固定調(diào)頻發(fā)射機的應(yīng)用。因此，在軍事導(dǎo)航雷達(dá)探測、中小型子彈傳感器、汽車?yán)走_(dá)等行業(yè)都得到了很好的應(yīng)用。調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)探測技術(shù)歷史悠久，但過去一直局限于一些特殊的主要用途，如無線通信高度計，現(xiàn)在這項技術(shù)再次進(jìn)入了大家的視野，引起了人們的廣泛討論。有幾個關(guān)鍵原因：首先，無線電廣播連續(xù)波最普遍的優(yōu)點是非常容易兼容各種固態(tài)調(diào)頻發(fā)射機。其次，現(xiàn)階段這類系統(tǒng)軟件中，必須針對測距開發(fā)頻率?？梢允褂每焖俑盗⑷~變換(FFT)在數(shù)據(jù)模式下進(jìn)行準(zhǔn)確測量。[3]1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國外研究現(xiàn)狀1920年開始，大家開始逐漸使用FMCW雷達(dá)進(jìn)行探測。當(dāng)時，阿普爾頓和巴尼特利用無線電廣播連續(xù)波雷達(dá)探測進(jìn)行了空氣對流層縱橫比的精確測量實驗。但是由于自身的局限性，比如難以保證接收和發(fā)射的保護，限制了雷達(dá)探測的信號強度不能太高，所以精確的測量距離不像脈沖雷達(dá)，可以達(dá)到數(shù)百公里或更多。在未來很長一段時間內(nèi)，F(xiàn)MCW雷達(dá)檢測并沒有受到大家的普遍關(guān)注，只是局限于一些特定的場合，比如高度測量儀器，一些理論難點沒有得到深入的科學(xué)研究。直到1980年代中后期，西班牙的LPLighthart等人才使用FMCW雷達(dá)探測進(jìn)行氣象學(xué)類的實驗，他們對FMCW雷達(dá)探測分辨率、模糊度、接收機靈敏度等理論進(jìn)行了詳細(xì)的分析。1985年，英國的RB.Chadwick等人對FMCW雷達(dá)的探測距離、并列和旁瓣的影響進(jìn)行了深入分析。此外，來自世界各地的專家學(xué)者正在對FMCW雷達(dá)探測中的一系列重要基礎(chǔ)理論問題進(jìn)行逐漸深入的科學(xué)研究。到90年代，隨著毫米波通信固態(tài)器件和數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換器的快速發(fā)展趨勢，F(xiàn)MCW雷達(dá)探測技術(shù)取得了重大成果，推動了FMCW雷達(dá)探測的制造成本降低和體積縮小。[4]2003年，美國Mokdad針對于信號處理方面進(jìn)行了相關(guān)研究，構(gòu)建了一種自回歸模型用于計算拍頻信號的頻率，并將外腔式激光器作為光源來進(jìn)行實驗，實驗發(fā)現(xiàn)在4.7m位置處，這套裝置的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為40ppm。[5]2006年，日本金澤大學(xué)的Koichi

liyama等人利用分布反饋式激光器初步地設(shè)計出了FMCW測距系統(tǒng)，該系統(tǒng)在測量調(diào)頻連續(xù)波回波時精度極高。2011年，該團隊首次利用發(fā)射激光器對線性三角波頻率進(jìn)行了調(diào)制，通過對持續(xù)注入的電流進(jìn)行調(diào)制，實現(xiàn)了在測量距離為1m的情況下達(dá)到250μm的測距精度[6-7]。2008年，美國的Kevinw.Holman等人發(fā)明了一種新的技術(shù)，激光光源用的是鎖模激光器，并通過時分復(fù)用的方法，此時系統(tǒng)產(chǎn)生了調(diào)制周期為50μs,調(diào)制帶寬為1Thz的鋸齒波。[8-9]2013年，英國國家工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所的Esther選擇了光頻梳技術(shù)來校準(zhǔn)自調(diào)諧激光發(fā)生器。實驗中，準(zhǔn)確測量1.8m時激光測距精度為100nm，激光測距分辨率為130μm。[10]2017年，Behnam等人選擇了集成光學(xué)鎖相環(huán)校準(zhǔn)自調(diào)諧激光發(fā)生器，用于無線電廣播連續(xù)波三維成像。實驗中，距離達(dá)到50cm的部分，激光測距精度不足8μm。[11]FMCM系統(tǒng)雷達(dá)探測的許多優(yōu)點似乎非常突出，許多研究者在這方面的科研工作花費了很大的代價去研究，基本已經(jīng)升級掌握了大部分核心技術(shù)，設(shè)計了部分調(diào)頻連續(xù)波系統(tǒng)雷達(dá)探測機器。FMCW系統(tǒng)雷達(dá)探測發(fā)展趨勢至今已取得多項科研成果，并已形成一套基礎(chǔ)理論和技術(shù)管理體系。1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀相對于其他國家，我國在車輛防滑和激光測距雷達(dá)檢測方面的科學(xué)研究發(fā)展相對緩慢。雖然中國在車輛轉(zhuǎn)向和防滑方面的理論基礎(chǔ)研究和技術(shù)產(chǎn)品較多，但重點還是在一些高校和科研院所的實驗室中，相關(guān)產(chǎn)品還沒有大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)。1999年，齊國清[12]詳細(xì)介紹了可以采用頻率優(yōu)化和插值方法來提高差頻數(shù)據(jù)信號頻率測量頻率的分辨率，從而提高FMCW雷達(dá)探測的激光測距精度。并明確提出了一種利用DFT相差信息來提高FMCW雷達(dá)探測激光測距精度的方法。使用DFT相位差信息內(nèi)容的方法是根據(jù)DFT頻段最高值處的相位差與差頻數(shù)據(jù)信號的頻率之間的線性相關(guān)性，調(diào)整差頻數(shù)據(jù)信號離散變量的頻率測量值，使測頻值的精度顯著提高。鐘鵬[13]在2014年提出了一種將快速傅里葉變換(Fast

Fourier

Transform,

FFT)和Chirp-Z變換同時作用的處理信號的方法，在很大程度上提高了FMCW雷達(dá)測距系統(tǒng)的測距精度。賀星辰[14]在2015年詳細(xì)介紹了基于自相關(guān)函數(shù)動能的EMD降噪方法，降低了差頻數(shù)據(jù)信號中噪聲的危害，并明確提出基于FFTChimp-Z變換的整體目標(biāo)距離可以優(yōu)化能量重心的特性。在最近的一些年，F(xiàn)MCW雷達(dá)檢測的應(yīng)用獲得了非常大的發(fā)展趨勢，道路車輛檢測記錄系統(tǒng)軟件、車輛防滑雷達(dá)檢測、交通探測器、無人駕駛等越來越多的民用行業(yè)采用了該技術(shù)?，F(xiàn)階段，PMCW雷達(dá)探測的科學(xué)研究大多是對單個整體目標(biāo)的激光測距的高精度優(yōu)化算法科學(xué)研究，或多個整體目標(biāo)的身份證信息識別，而不是多目標(biāo)的高精度。因此，對于集高精度激光測距和身份驗證為一體的FMCW雷達(dá)探測系統(tǒng)軟件，還需要進(jìn)一步的科學(xué)研究1.3本文主要工作內(nèi)容及文章結(jié)構(gòu)1.3.1主要工作內(nèi)容1.毫米波FMCW（24GHz）雷達(dá)系統(tǒng)的工作原理學(xué)習(xí)和性能調(diào)試；2.基于PC端，應(yīng)用串口工具，進(jìn)行測距系統(tǒng)設(shè)計；3.進(jìn)行基于FMCW雷達(dá)的測距系統(tǒng)的集成及其聯(lián)合調(diào)試。1.3.2文章結(jié)構(gòu)第1章：緒論。搜集資料，了解該課題的背景及研究的意義，國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，對該課題有一個初步的認(rèn)識和了解。第2章:FMCW雷達(dá)測距理論研究。對FMCW雷達(dá)測距理論進(jìn)行分析，分析FMCW雷達(dá)測距系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。分析在鋸齒波調(diào)制下，雷達(dá)的測距原理，最后，列舉出FMCW雷達(dá)測距系統(tǒng)的應(yīng)用。第3章：FMCW雷達(dá)信號分析。本章主要分析了FMCW雷達(dá)測距系統(tǒng)的信號處理過程，簡單介紹了差頻信號的處理電路和處理過程，并著重分析了差頻信號的時域和頻域特性。第4章：FMCW雷達(dá)測距系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。簡單介紹了測試所需要的硬件設(shè)備及連接情況，介紹了本次設(shè)計中所使用到的HLK-LD303-24G雷達(dá)的相關(guān)技術(shù)參數(shù)。然后，進(jìn)行了對雷達(dá)模塊的測試，分別為雷達(dá)的探測范圍測試，角度與探測的最遠(yuǎn)距離關(guān)系測試，從而分析該雷達(dá)的性能。第5章：FMCW雷達(dá)測距系統(tǒng)測試與優(yōu)化。對測距系統(tǒng)的精度測試結(jié)果進(jìn)行分析，探究精度的影響因素，對該測距系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化和修正。第6章：總結(jié)與展望。第2章FMCW雷達(dá)測距理論研究2.1FMCW雷達(dá)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)FMCW雷達(dá)探測分為線性調(diào)頻和非線性調(diào)頻。非線性調(diào)頻技術(shù)的優(yōu)點是非常容易完成，缺點是每個總體目標(biāo)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(biāo)，一般只能在探測目標(biāo)單一的情況下使用。在線性調(diào)頻的方法下，每個整體目標(biāo)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(biāo)。非線性調(diào)頻雷達(dá)實現(xiàn)起來較為簡單，但無法區(qū)分多個物體，通常應(yīng)用于液位計等單目標(biāo)測距。線性調(diào)頻雷達(dá)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(diào)制方式有鋸齒波調(diào)制和三角波調(diào)制兩種[15],采用三角波調(diào)制時，雷達(dá)由于可以同時測量目標(biāo)的距離和徑向速度，在對移動目標(biāo)進(jìn)行跟蹤時優(yōu)勢明顯。而鋸齒波雷達(dá)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(diào)頻方式為鋸齒波調(diào)頻。FMCW雷達(dá)系統(tǒng)框圖如圖2-1所示圖2-1FMCW雷達(dá)系統(tǒng)框圖FMCW雷達(dá)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(dá)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(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)探測信號，雷達(dá)探測波發(fā)射信號在遇到障礙物產(chǎn)生回波信號，被雷達(dá)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(biāo)的距離（延遲時間）正相關(guān)，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(zhǔn)確的目標(biāo)距離值測量。2.2鋸齒波調(diào)制下FMCW雷達(dá)測距系統(tǒng)分析2.2.1鋸齒波測距原理調(diào)制信號發(fā)生器在鋸齒波調(diào)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(biāo)之間的距離，其基本原理如下圖2-2-1所示。調(diào)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(diào)頻測距系統(tǒng)原理圖如上圖所示，調(diào)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(biāo)回波信號進(jìn)行混頻，進(jìn)行信號處理電路，最后反饋給執(zhí)行級。由于調(diào)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(biāo)后再返回接收天線的這段傳播時間內(nèi)，發(fā)射信號的頻率發(fā)生了變化，導(dǎo)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(biāo)間的距離信息。只要測定了差頻頻率，就能確定相應(yīng)的距離，從而達(dá)到測距的目的。2.2.2鋸齒波測距系統(tǒng)差頻信號定距原理若設(shè)計中測量距離使用鋸齒波為理想鋸齒波，不考慮寄生調(diào)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(diào)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(shè)發(fā)射信號頻率為： ()（2.2.1）回波信號頻率為：()(2.2.2)差頻信號的頻率為：（2.2.3）由于=且，則有（2.2.4)可得（2.2.5）可見，在和一定的條件下，與成正比。2.3FMCW雷達(dá)測距系統(tǒng)的主要應(yīng)用在使用FMCW雷達(dá)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(dá)測距精度高，便于測量相對運動速度和間距。與脈沖雷達(dá)系統(tǒng)相比，F(xiàn)MCW雷達(dá)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(dá)探測在調(diào)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(zhǔn)確測量靜態(tài)數(shù)據(jù)的頻偏和目標(biāo)概率，非常適合車載攔截雷達(dá)探測和工業(yè)生產(chǎn)雷達(dá)探測來使用。同時，在巡航導(dǎo)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(dá)都得到廣泛應(yīng)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(shù)和雷達(dá)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(biāo)和解決其他數(shù)據(jù)來可視化路面信息內(nèi)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(shù)還需要進(jìn)一步的優(yōu)化處理。在我們的日常生活中，測距雷達(dá)也得到了廣泛應(yīng)用。如：(1)智能馬桶，探測人靠近不同距離,協(xié)助馬桶系統(tǒng)執(zhí)行開蓋、開燈、沖水、加熱等操作;(2)感應(yīng)門，檢測人在距離設(shè)定距離內(nèi)實現(xiàn)自動開關(guān)門;(3)自動手扶梯，探測人靠近1m時正常工作，超時無人時進(jìn)入低功耗狀態(tài)，協(xié)助手扶梯實現(xiàn)自動感應(yīng)。2.4本章小結(jié)本章主要介紹了FMCW測距系統(tǒng)的相關(guān)理論知識，分析了FMCW雷達(dá)測距的結(jié)構(gòu)和測距的原理。其中，主要分析了鋸齒波調(diào)制下雷達(dá)測距的原理以及差頻信號的分析和測距公式的推導(dǎo)，為接下來的工作奠定了一定的理論基礎(chǔ)。FMCW雷達(dá)信號分析3.1差頻信號處理電路我們通常將差頻信號理解為單頻率的余弦信號，但事實上并不是這樣，線性調(diào)制波作用于壓控振蕩器(VCO)產(chǎn)生調(diào)頻雷達(dá)波，壓控振蕩器的調(diào)頻是非線性的，并且它不僅可以調(diào)頻也可以進(jìn)行調(diào)幅，經(jīng)過調(diào)幅后的信號與回波信號經(jīng)過混頻器的混頻作用得到混頻信號，然后，混頻信號再經(jīng)過低通濾波放大器最終得到差頻信號，混頻器與前置低通濾波放大電路構(gòu)成了包絡(luò)檢波電路[17]，因此實際輸出信號可看成是理想差頻信號與一定幅度調(diào)制信號的疊加，調(diào)制泄漏信號幅度和調(diào)制信號幅度有關(guān)。差頻信號處理過程框圖如下圖3-1-1所示。圖3-1-1差頻信號處理過程低噪前置放大電路當(dāng)系統(tǒng)接收到微弱的差頻信號后，低噪前置放大電路對該差頻信號進(jìn)行放大，放大后可以減少噪聲對它的干擾，從而使系統(tǒng)調(diào)制出所要得到的的差頻信號。要使整個系統(tǒng)的噪聲性能得到保證，當(dāng)確定了接收機高頻前端的噪聲系數(shù)，可以適當(dāng)?shù)亟档筒铑l信號用來處理電路的噪聲系數(shù)。因此，我們可以發(fā)現(xiàn)，在整個差頻信號處理中，低噪前置放大器的噪聲系數(shù)對總體噪聲系數(shù)的改變影響最大。所以，要求我們在設(shè)計中要盡可能地減少低噪前置放大器的噪聲系數(shù)，同時提高它的增益系數(shù)。但要注意的是，不能將低噪聲放大器的增益系數(shù)過分地提高，否則會很容易造成中頻信號的過載飽和。由于低噪放大電路只能收到的較微弱的信號，所以要用一個小信號線性放大器。同時，低噪聲放大器可以有效的降低后半部分的中頻電路對接收機造成的影響，這樣就可以有效地提高系統(tǒng)的靈敏度了。高通濾波器在信號處理過程中，通常會出現(xiàn)信號泄露的問題，此時，就需要高通濾波器來濾除這些泄漏的信號。一般情況下，會產(chǎn)生調(diào)制信號與實際信號有很大差距的情況，此時就需要用高通濾波器來濾除所有的干擾信號。（3）可變增益調(diào)整電路可變增益調(diào)整電路的作用是使不通過距離上的回波信號調(diào)整到一定的幅值，便于之后的信號處理。峰值檢測輸入信號峰值檢測輸入信號可調(diào)增益放大器輸出信號單片機增益控制圖3-1-2可變增益調(diào)整電路內(nèi)部構(gòu)成框圖可變增益調(diào)整電路構(gòu)成框圖如上圖3-1-2所示。當(dāng)目標(biāo)距離不斷提高時，回波信號的幅值會隨之降低，因此需要增益調(diào)整。在實際操作中，首先將可變增益電路的增益電壓設(shè)置完成，接下來對輸出的信號進(jìn)行峰值檢測，此時我們需要單片機來判斷該輸出信號的幅值，若信號幅值過低，則再進(jìn)行可變增益電路的增益電壓的調(diào)整。（4）低通濾波器在整個電路和信號中可能會存在一些高頻的諧波分量，因此低通濾波器就可以用來除去電路內(nèi)部和信號中的高頻諧波分量。調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)在環(huán)境中可能會受其他設(shè)備的電磁干擾，因而測距的精度會受到影響，但是調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)測距系統(tǒng)自身所包含的元器件的相互影響是無法避免的[18]，因此要通過低通濾波器的作用之后，濾除高頻雜波以提高信噪比，這樣才能提高測距精度。3.2差頻信號理論分析簡單來說，我們可以把調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)差頻信號理解為混入噪聲的正弦信號，那么解決差頻信號的頻率估計問題就可以理解為解決估計被隱藏在噪聲中的正弦信號的頻率問題。正弦信號頻率估計的方法按照數(shù)字信號處理范疇的不一樣而被劃分為時域法、頻域法及時頻分析法三大類。下文將主要介紹差頻信號的處理過程，著重介紹差頻信號的時域和頻域分析。3.2.1差頻信號時域分析本文所研究的為理想狀態(tài)下的鋸齒波，研究該鋸齒波時可以將目標(biāo)表面和傳播的載體對信號的影響忽略不計，假定回波與發(fā)射信號之間的時間延遲為，t=0時為掃頻周期的起點，則可以將發(fā)射信號瞬時角頻率可以表示為：（3.1）其中為中點頻率，為頻率掃描速率，則可表示為（3.2）瞬時頻率可表示為：（3.3）則差頻信號的瞬時頻率可表示為：（3.4）（3.5）（3.6）（3.7）則差頻信號可表示為：（3.8）設(shè)，則發(fā)射信號的瞬時頻率為：（3.9）因為，由式（3.8）可知，在時域上，大多數(shù)差頻信號與回波信號的延遲時間呈正相關(guān)，而與相對應(yīng)的是R，所以可以根據(jù)差頻信號的頻率來確定目標(biāo)距離。綜合以上分析，可以得出結(jié)論：一個鋸齒波調(diào)制周期可以分為兩個頻率區(qū)域，其中一段是寬度為的區(qū)域，稱為規(guī)則區(qū)，此時與R成線性關(guān)系；另一段是寬度為的區(qū)域，稱為不規(guī)則區(qū)，此時R不能由式（2.2.5）求得。(2)在實際研究中，需要選取適當(dāng)?shù)恼{(diào)頻參數(shù)，這樣就可以使規(guī)則去和不規(guī)則區(qū)分離，則可以繞開不規(guī)則區(qū)，得到目標(biāo)距離。3.2.2差頻信號頻域分析發(fā)射信號和回波信號經(jīng)過混頻器產(chǎn)生直流項、低價項和其他一些高價項，當(dāng)存在低價項時才有意義，，相位差項中包含了距離信息，用函數(shù)表示為：(3.10)對該函數(shù)進(jìn)行研究，令，則該函數(shù)可表示為(3.11)=(3.12)F（t）的波形圖如下圖3-3-1所示圖3-3-1F（t）波形圖由圖可知，在時域上不規(guī)則區(qū)的差頻信號也是連續(xù)的。由于，在一個掃頻周期內(nèi)，F(xiàn)（t）可以表示為（3.13）該式中一項可忽略，并將幅度歸一化，則F(t）可表示為（3.14）將信號F（t）進(jìn)行傅氏變換，可將（3.14）寫成（3.15）(3.16)由Fourier變換性質(zhì)[19]可知，，的Fourier變換分別為：（3.17）（3.18）在實際中，一般要對差頻信號取樣，然后對采樣序列進(jìn)行離散Fourier變換，并采用快速Fourier計算DFT。設(shè)采樣點數(shù)為N，則根據(jù)DFT的定義，可以求出F（n）的DFT為：k=0，1，2，…，N-1(3.19)由此可知，F(xiàn)（k）的幅度是關(guān)于對稱的。設(shè)k1為F（k)在（0，N（3.20）由于為DFT的頻率分辨率，可算出目標(biāo)距離為：（3.21）（3.22)綜合以上分析，可以得出以下結(jié)論:距離測量分辨率與發(fā)射信號帶寬有關(guān)，而與采樣點數(shù)和掃頻重復(fù)周期無關(guān)，鋸齒波線性調(diào)頻系統(tǒng)的固定誤差與成反比。鋸齒波調(diào)制下差頻信號的頻譜是離散的，線性調(diào)制周期越長，主瓣寬度越窄，譜線越密。（3）改變時，譜線的幅值也會隨之發(fā)生有規(guī)律的變化，但整個譜線的位置保持。不同的，對應(yīng)的幅值最大的那一條譜線位置不同。由于是與一定距離R相對應(yīng)的，所以不同的R與不同位置的最大幅值譜線相對應(yīng)，這就是差頻信號中距離信息的存在形式。3.3本章小結(jié)本章主要分析了FMCW雷達(dá)測距系統(tǒng)的信號處理過程，簡單介紹了差頻信號的處理電路和處理過程，并著重分析了差頻信號的時域和頻域特性。在信號處理過程中，需要選取適當(dāng)?shù)恼{(diào)頻參數(shù)，這樣就可以在獲得距離信息時避開不規(guī)則區(qū)。同時，鋸齒波調(diào)制下差頻信號的頻譜是離散的，線性調(diào)制周期越長，主瓣寬度越窄，譜線越密。FMCW雷達(dá)測距系統(tǒng)在測距時，存在著一定的固定誤差，這為后續(xù)的測試提供了理論依據(jù)。FMCW雷達(dá)測距系統(tǒng)聯(lián)調(diào)4.1HLK-LD303-24G測距雷達(dá)模塊本文圍繞FMCW雷達(dá)測距進(jìn)行了深入分析,借助海凌科電子公司生產(chǎn)的HLK-LD303-24G測距雷達(dá)模塊，設(shè)計實現(xiàn)了FMCW雷達(dá)測距系統(tǒng)設(shè)計及調(diào)試。下面對HLK-LD303-24G測距雷達(dá)模塊進(jìn)行了介紹。4.1.1HLK-LD303-24G雷達(dá)特性介紹HLK-LD303-24G是一款用于探測傳感器與非靜止目標(biāo)之間距離的雷達(dá)模塊。該款24GHz微波測距雷達(dá)與其他原理的測距傳感器相比具有體積小，重量輕，測距范圍廣，具有一定的穿透能力(煙霧、粉塵、薄非金屬材料等，墻等障礙物除外)，具備多目標(biāo)識別測量能力等優(yōu)勢。它通過測量發(fā)射與接收信號之間的時間差來測量物體距離，工作方式為調(diào)頻連續(xù)波方式(FMCW)。內(nèi)部集成了微波雷達(dá)的所有信號處理單元，用戶只需要通過異步串行接口即可獲取物體距離。本微波測距雷達(dá)的數(shù)據(jù)接口采用異步串行通訊，其波特率為57600bit/s，邏輯電平為3.3VTTL電平，能夠非常容易的與上位機或者其他MCU通訊，有效縮短了用戶的開發(fā)周期。在較遠(yuǎn)距離（>10米）測距中，相比紅外測距優(yōu)勢明顯。搭配Arduino控制器可以很方便的運用到戶外場景中，例如汽車倒車測距，自動感應(yīng)裝置，安防工控檢測等。這種探測方式與其他探測方式相比具有如下幾個優(yōu)點：1.非接觸探測；2.不受氣候、噪聲、氣流、塵埃、光線等影響，能適應(yīng)惡劣環(huán)境；3.抗干擾能力強；4.輸出功率小，安全環(huán)保；5.探測距離遠(yuǎn)，測距精度高；6.感應(yīng)角度大，測距范圍廣；7.微波的方向性很好，速度等同于光速；4.1.2HLK-LD303-24G雷達(dá)外觀及接口該雷達(dá)模塊的外觀及接口如下圖所示：圖4-1-1模塊數(shù)字面圖4-1-2天線面選購的搭配的套件—模塊+連接線+CP2104串口小板，接線方式如下圖4-1-3所示：圖4-1-3接線圖通電之前要檢查一遍連接的線序是否正確，模塊與串口小板的TX/RX是交叉連接的。（不交叉連接，無法正常通信）另外，不能將VCC與GND接錯，否則模塊將燒壞。除此之外，也不能長時間在電腦USB口進(jìn)行掛測，因為電腦USB端口供電不穩(wěn)。技術(shù)參數(shù)：參數(shù)說明發(fā)射頻率24.00-24.250GHz天線樣式水平角度43°/豎直角度116°工作電流79mA（5V）工作電壓DC5V-12V數(shù)據(jù)接口TTL串口數(shù)據(jù)格式115200，8，n，1響應(yīng)時間≥60ms電平輸出預(yù)留，未使用探測范圍10-350cm探測盲區(qū)10cm探測精度5cm產(chǎn)品尺寸39×29mm4.2實測差頻信號的分析4.2.1實測時域信號分析為了驗證差頻信號處理電路的性能，測出了不同距離上的差頻信號的時域信號，這三組距離分別是1m，2m，3m。本文采用的實際實驗參數(shù)如下參數(shù)如下：，，，分別測得在這三組距離的時域信號和將該信號放大濾波后的信號如下圖所示：差頻信號（2）放大濾波后的信號圖3-1-3R＝1m時實測信號波形差頻信號（2)放大濾波后的信號圖3-1-4R＝2m時實測信號波形差頻信號（2)放大濾波后的信號圖3-1-5R＝3m時實測信號波形由上圖可知，隨著目標(biāo)距離的不斷增大，波形會越來越密集，即差頻頻率會越大，規(guī)則區(qū)和不規(guī)則區(qū)之間的差別也越明顯。比較三組不同距離的差頻信號與放大濾波后的信號波形后能觀察到，已經(jīng)很好地消除了寄生調(diào)幅產(chǎn)生的影響，因此解決了測量出多個值的問題，證明了系統(tǒng)各部件設(shè)計的可用性以及差頻信號處理電路的性能。4.2.2實測頻域信號分析為了進(jìn)一步驗證差頻信號處理電路的性能，測出了頻域信號的波形，并將它與時域信號波形一起進(jìn)行分析，分別測出無人時，距離1m時和2m時的頻域信號如下圖所示：圖3-1-3無人體時實測信號波形圖3-1-4R＝2m時實測信號波形圖3-1-5R＝3m時實測信號波形由以上三幅圖可見，當(dāng)目標(biāo)距離為2m時，從時域波形上看泄漏三角波的影響已基本濾除，這點在頻域上也可看到。信號具有較好的幅度、頻率、相位特征。目標(biāo)距離為3m時，其信號幅度與2m相比已經(jīng)有衰減，但仍在可檢測的幅度之內(nèi)，其幅度衰減是由于其中頻信號已處于中頻濾波器的邊帶之上。因此，該FMCW雷達(dá)在工作時，其對目標(biāo)距離為2米~3米的信號有良好的篩選能力，同時中頻信號處理單元有效的消除了直流偏移以及波形泄漏的影響。4.3HLK-LD303-24G模塊數(shù)據(jù)協(xié)議設(shè)置通信配置：TTL串口，默認(rèn)波特率115200，數(shù)據(jù)位8，停止位1，無檢驗位。固定查詢命令（HEX）：555A02D384模塊默認(rèn)為查詢模式，發(fā)送固定十六進(jìn)制查詢命令，模塊接收成功后上報距離等數(shù)據(jù)。通信格式：表5-1-1上行數(shù)據(jù)（模塊發(fā)送）字域幀頭長度地址距離預(yù)留狀態(tài)信號強度微動雷達(dá)關(guān)閉校驗字節(jié)數(shù)2112112111內(nèi)容55A50AD3XXXXXXXXXXX說明：上報數(shù)據(jù)信息，上報間隔可設(shè)60ms-1s，默認(rèn)60ms，名字域解析如下：長長度：除幀頭及校驗字節(jié)外的字節(jié)數(shù)，0x0A，固定字節(jié)地址：0xD3，固定字節(jié)距離：單位：cm，占2字節(jié)，高位在前預(yù)留：占1個字節(jié)，取值0x00，固定字節(jié)狀態(tài)：目標(biāo)有無。占1字節(jié)，0：無人1：有人信號強度：單位：k，占2字節(jié)，高位在前微動：取值0或1，0：無微動，1：有微動雷達(dá)關(guān)閉：雷達(dá)是否已關(guān)閉，取值0或1，0：沒有關(guān)閉1：已關(guān)閉校驗：和校驗，除校驗字閾外所有字節(jié)和，并取低8位，占1字節(jié)字域幀頭地址命令號命令參數(shù)校驗幀尾字節(jié)長度211212內(nèi)容BAAB00E5XX0055BB表5-1-2下行數(shù)據(jù)（模塊接收）說明：幀頭：固定2字節(jié)，0xBAAB地址：0x00，固定字節(jié)命令號：設(shè)置最大檢測距離的命令號，為0xE5，固定字節(jié)命令參數(shù)：設(shè)置最大檢測距離，占2字節(jié)，高位在前校驗：無校驗，0x00，固定字節(jié)幀尾：固定2字節(jié)，0x55BB設(shè)置成功返回：0D0A7772697465206F6B0D0A即ASII碼“回車+writeok+回車”4.4HLK-LD303-24G雷達(dá)模塊指令設(shè)定為了方便使用，指令格式除了命令號及命令參數(shù)外，其余字域皆為固定字節(jié)。對應(yīng)指令功能如下表所示：表5-2-1常用設(shè)置指令功能命令號（1字節(jié)）命令參數(shù)（2字節(jié)）描述最小檢測距離E0取值范圍：0-200，單位：cm，默認(rèn)為10cm設(shè)置模塊檢測的最小距離，當(dāng)目標(biāo)距離小于最小檢測距離時，距離結(jié)果保留最后一次測量的距離。最大檢測距離E5取值范圍：50-350，單位：cm，默認(rèn)為350cm設(shè)置模塊檢測的最大距離，當(dāng)目標(biāo)距離大于最大檢測距離時，距離結(jié)果為0cm。靈敏度E1取值范圍：60-2000，單位：k，默認(rèn)為300k設(shè)置模塊檢測靈敏度，參數(shù)值越低，檢測越靈敏，對信號感知能力越強。通信協(xié)議F6取值6,76：協(xié)議6，查詢模式7：協(xié)議7，自動上報模式通過修改協(xié)議類型，可修改通信數(shù)據(jù)的格式及通信模式。延遲時間D1取值范圍：200-3000，單位：ms，默認(rèn)為1000ms設(shè)置無目標(biāo)判斷延時，連續(xù)檢測1000ms皆無發(fā)現(xiàn)目標(biāo)則認(rèn)為無目標(biāo)。最小檢測距離:數(shù)據(jù)顯示的最小距離，當(dāng)目標(biāo)低于最小檢測距離時，輸出距離結(jié)果保留最后一次測量或清0（根據(jù)近處處理參數(shù)決定）。最大檢測距離：數(shù)據(jù)顯示的最大距離，當(dāng)目標(biāo)大于最大檢測距離時，輸出距離結(jié)果為0。靈敏度：設(shè)置必要條件:安裝完成后，靈敏度必須大于檢測區(qū)內(nèi)無人時的最大信號強度。如檢測區(qū)內(nèi)無人時雷達(dá)檢測信號強度為50k，則可將靈敏度設(shè)置為250、350、550等；

靈敏度參數(shù)值越小，感應(yīng)能力越強，同時對干擾信號(如電源紋波、寵物、密閉空間反射等)的感應(yīng)能力也增強，穩(wěn)定模式推薦使用100~800,靈敏模式應(yīng)該使用1000~3000這個范圍內(nèi);另外，設(shè)置太高可能因為遮擋物造成的信號衰減而檢測不靈敏或無法檢測。調(diào)節(jié)最優(yōu)的直觀現(xiàn)象：長時間反復(fù)測試，檢測區(qū)無人時，模塊上的指示燈皆處于熄滅狀態(tài)，只有人時才會點亮。延遲時間：如設(shè)置為1000ms，則雷達(dá)連續(xù)1s無法檢測到目標(biāo)時，距離結(jié)果清0（人離開檢測區(qū)保留最后測量結(jié)果，持續(xù)1s后距離結(jié)果清0）。如需雷達(dá)持續(xù)輸出距離數(shù)據(jù)可將改參數(shù)適當(dāng)調(diào)高，避免人在檢測區(qū)長時間不動作造成距離清0的誤報。常用設(shè)置1000ms，如只需人進(jìn)入檢測區(qū)時的距離用作觸發(fā)，則可將改參數(shù)設(shè)置較低，常用300ms。4.5FMCW雷達(dá)測距系統(tǒng)測試4.5.1上機測試步驟首先，按照圖4-1-3所示完成接線，一定要注意模塊與串口小板的TX/RX是交叉連接的，否則無法進(jìn)行通信；（2）通過串口小板接電腦USB口，串口小板的黃燈會持續(xù)亮起，模塊上的藍(lán)燈會持續(xù)亮3秒左右后熄滅，如模塊持續(xù)亮起，可能在模塊的感應(yīng)范圍內(nèi)存在微動或移動物體，要及時排查和確認(rèn)；(3)打開電腦端的控制面板-系統(tǒng)與安全-管理工具，查看此電腦的端口號為COM3；（4）打開上機位軟件：打開M303上機位軟件，右鍵以管理員身份運行；打開后可看到該雷達(dá)默認(rèn)的串口配置如下圖：打開上位機-數(shù)據(jù)區(qū)，勾選HEX框，看是否有數(shù)據(jù)接收，如無，模塊可能處于查詢模式。（7）模塊處于查詢模式時，點擊-微波配置界面，勾選是否循環(huán)查詢框，并設(shè)置查詢間隔，默認(rèn)100ms，點擊查詢協(xié)議，即可連續(xù)循環(huán)查詢測量結(jié)果，結(jié)果在主界面-串口配置頁顯示。（8）結(jié)果顯示，距離和信號強度顯示。4.5.2FMCW雷達(dá)測距系統(tǒng)檢測區(qū)測試測試一探測范圍測試測試目標(biāo)：人體由上圖可知，目標(biāo)距離小于10cm或大于等于350cm時，雷達(dá)無法檢測到目標(biāo)。當(dāng)目標(biāo)距離雷達(dá)小于10cm時，屬于雷達(dá)的探測盲區(qū)，無法接收到信號。當(dāng)目標(biāo)距離雷達(dá)大于350cm時，超出了雷達(dá)的探測區(qū)域，無法測量到距離。測試二角度與最遠(yuǎn)作用距離關(guān)系測試測試目標(biāo)：人體安裝：分別水平安裝和垂直安裝圖4-2-1角度與最遠(yuǎn)作用距離關(guān)系圖紅色折線：模塊水平安裝，以模塊為圓中心，天線面中垂線為0°，各角度與角度對應(yīng)所能檢測的最遠(yuǎn)距離關(guān)系折線藍(lán)色折線：模塊垂直安裝，以模塊為圓中心，天線面中垂線為0°，各角度與角度對應(yīng)所能檢測的最遠(yuǎn)距離關(guān)系折線由上圖可知，當(dāng)角度越來越大時，最遠(yuǎn)作用距離則逐漸減少；垂直安裝時，能探測到目標(biāo)距離的最大傾斜角度要大于水平安裝能探測到的目標(biāo)距離的最大傾斜角；當(dāng)傾斜角度為0度時，兩種安裝方法所能探測到的最遠(yuǎn)距離均為300cm。4.6本章小結(jié)本章主要進(jìn)行了FMCW雷達(dá)測距系統(tǒng)的上機測試，首先，簡單介紹了測試所需要的硬件設(shè)備及連接情況，介紹了本次設(shè)計中所使用到的HLK-LD303-24G雷達(dá)的相關(guān)技術(shù)參數(shù)。然后，進(jìn)行了對雷達(dá)模塊的測試，分別為雷達(dá)的探測范圍測試，角度與探測的最遠(yuǎn)距離關(guān)系測試和雷達(dá)精度測試，通過測試分析了該雷達(dá)的相關(guān)參數(shù)，是我對HLK-LD303-24G雷達(dá)的應(yīng)用有了更深入的了解，為下文的參數(shù)修改及聯(lián)合調(diào)試做了鋪墊。FMCW雷達(dá)測距系統(tǒng)測試與優(yōu)化5.1精度測試及結(jié)果分析單個目標(biāo)定點測距主要分為以下幾個步驟：首先，使目標(biāo)人物處于雷達(dá)測試范圍內(nèi)，經(jīng)標(biāo)尺測量距離，此時目標(biāo)距離雷達(dá)的真實距離為50cm。使用本文設(shè)計地測距系統(tǒng)反復(fù)測量10次，記錄測量結(jié)果。以50cm為間隔，對測試結(jié)果進(jìn)行記錄統(tǒng)計，如下表5-1-1所示，與系統(tǒng)顯示距離進(jìn)行比較，計算出系統(tǒng)誤差。表5-1-1目標(biāo)距離與系統(tǒng)顯示距離比較目標(biāo)距離（cm）系統(tǒng)顯示距離（cm）系統(tǒng)誤差（cm）50511100102215015332002055250254430030443503533從該表中我們可以直觀地看出，測距系統(tǒng)的測距誤差基本在5cm以內(nèi)，平均誤差為2.75cm，基本達(dá)到了測距系統(tǒng)的測距要求，對于測距要求更大和測距精度更高的場所，本系統(tǒng)還需要做出進(jìn)一步的研究。5.2測距精度影響分析差頻信號的頻率與目標(biāo)的距離R有關(guān)，所以在一定程度上，測量了雷達(dá)的差頻信號的頻率就可以獲得目標(biāo)的距離信息。系統(tǒng)測距是建立在硬件距離譜分析的基礎(chǔ)上，濾波器的帶寬、差頻信號的處理以及A/D的分辨率都會影響到測距的精度。但在精度要求不是很高的情況下，完全能夠滿足要求。對于精度的提高，可以減小窄帶濾波器的帶寬或者控制窄帶濾波器，判斷出精度不太高的頻率范圍，對提取出的頻率信號進(jìn)行放大整形，然后計數(shù)或者測量脈沖的周期[20]，獲得足夠精確的頻率值，就可以實現(xiàn)精確測距。由第三章的分析可知，雷達(dá)能探測的來自同一方向的且大小相等的兩個目標(biāo)之間的距離表達(dá)式如下：?R=C其中，C表示光速，?Fm是指測距雷達(dá)的掃頻帶寬。從頻譜的角度分析，通過FFT對有限時間范圍內(nèi)的差頻信號進(jìn)行計算，得到差頻信號的離散頻譜，所以雷達(dá)的距離分辨率還取決于頻譜上的采樣間隔。利用FFT對差頻信號分析時需要考慮柵欄效應(yīng)與量化誤差所帶來的影響。量化誤差是AD轉(zhuǎn)換器對差頻信號采樣時出現(xiàn)的，柵欄效應(yīng)則是在對差頻信號進(jìn)行離散分析時引入的，兩者都會給系統(tǒng)測距精度帶來一定的誤差，在系統(tǒng)設(shè)計時，需要采取不同的措施來減小它們對測距精度的影響，對于量化誤差，我們可以選用高精度的A/D轉(zhuǎn)換器來改善。由于柵欄效應(yīng)，直接利用FFT對差頻信號進(jìn)行分析所獲得的距離譜會有固定的采樣間隔AR，從而產(chǎn)生AR/2的測量誤差0。各項研究表明，通過增加FFT點數(shù)的方式可以降低柵欄效應(yīng)對測距精度的影響，但這樣會降低系統(tǒng)的實時性。在實際應(yīng)用中，還要考慮通過增加快速傅里葉變換運算點數(shù)來提高精確度的方法。工程中經(jīng)常會遇到信號頻率范圍很寬但需要分析研究的頻帶很窄的情況。在這種情況下，如果在信號的采樣頻率在頻率上限的情況下，只能用增加變換點數(shù)來改進(jìn)常規(guī)的快速傅里葉法。這樣處理后，系統(tǒng)的運算量和存儲量都需要大大增加，這給系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)實現(xiàn)帶來了很大的困難。為了將需要研究的一小段局部頻率放大，近年來許多科研人員研究了多種將頻率約化的方法來獲得較高的頻率分辨率，從而提高了測距精度。5.3測距精度優(yōu)化與修正1.點擊功能項，進(jìn)入開發(fā)者配置，如下圖：2.進(jìn)入詳情設(shè)置，如下圖：修正與優(yōu)化將參數(shù)修改為如下圖所示：參數(shù)簡要說明：讀取參數(shù)：讀取模塊相關(guān)參數(shù)并填入對應(yīng)參數(shù)輸入框。清空：清空所有參數(shù)輸入框內(nèi)的數(shù)據(jù)。恢復(fù)默認(rèn)：恢復(fù)模塊默認(rèn)出廠設(shè)置。最大檢測距離：設(shè)置最遠(yuǎn)的檢測距離，距離超過該設(shè)置的目標(biāo)不檢測。最小檢測距離：設(shè)置計算結(jié)果的最小距離，低于該距離的目標(biāo)不加入結(jié)果處理。靈敏度：外殼等遮擋物造成的信號衰減，導(dǎo)致無法檢測或信號強度較小，可適當(dāng)調(diào)小，提高檢測靈敏度。協(xié)議：協(xié)議類型選擇：0：ASII碼調(diào)試協(xié)議；6：標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議查詢模式；7：標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議自動上報。4.參數(shù)修改完成后，