FMCW雷达框图及原理介绍
1 FMCW雷达基本框架
调频连续波雷达的基本框图如图 1所示,框架中主要包括上位机显示与控制界面、信号处理机、收发支路以及天线四个部分。
-
上位机显示与控制界面主要功能:
a) 显示雷达检测到的目标信息(主要包括:距离、相对速度、角度、信号强度等信息);
b) 用于控制雷达工作模式、旋转速度(如果有伺服系统)。
-
信号处理机主要由FPGA/DSP组成,主要功能:
a) 用于控制整个雷达系统工作模式、状态;
b) 实现对内、外高速接口;
c) 实现数据处理、信息存储等;
-
收发支路主要由DDS、滤波器、混频、功分、放大器、本振、晶振、ADC等组成,主要功能:
a) 产生信号;
b) 倍频、放大、变频;
c) 信号采集;
-
天线主要由两个收发天线组成,主要功能是用于发射与接收电磁波信号。
2 FMCW原理介绍
连续波*雷达一般采用三角波调制或锯齿波调制。以三角波调频连续波为例来简单介绍雷达的测距/测速原理。如图 2所示,蓝色为发射信号频率,黄色为接收信号频率,扫频周期为T,扫频带宽为B,发射信号经过目标发射,回波信号会有延时,在三角形的频率变化中,可以在上升沿和下降沿两者上进行距离测量。
当没有多普勒频率(就是雷达与目标之间没有相对运动)耦合在差拍信号中时,等式成立;但是,一旦目标运动起来,由于差拍信号中掺杂了
,所以
,且能得到
那么,从图中就可以得知,与距离相关的差拍频率表示为:
,与速度相关的多普勒频率表示为:
.最后根据距离公式
,速度为
其中fb为被探测物体静止时的频差,fd是被探测物体移动时的多普勒频移。
是已知的。