TI 毫米波雷达基本原理(1) |
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1简介
毫米波雷达是指波长介于1~10mm的电磁波,波长短,频带宽,比较容易实现窄波束,雷达分辨率高,不易受干扰。 根据辐射电磁波方式不同,毫米波雷达主要分为脉冲体制以及连续波体制两种工作体制,而FMCW调频连续波是最常用的车载毫米波雷达。 Chirp信号 FMCW雷达系统所用信号的频率随时间变化呈线性升高,此类信号称为线性调频脉冲(Chirp信号)。 f c f_c fc —— 起始频率 B B B —— 带宽 T c Tc Tc—— 持续时间 S S S —— 斜率(频率的变化率) 1T1R FMCW工作原理合成器生成一个线性调频脉冲。该线性调频脉冲由发射天线(TX 天线)发射。物体对该线性调频脉冲的反射生成一个由接收天线(RX 天线)捕捉的反射线性调频脉冲。“混频器”将 RX 和 TX 信号合并到一起,生成中频 (IF) 信号。 混频器原理 混频器是一个电子器件,将两个信号合并到一起生成一个具有新频率的信号。 2 测距原理距离的测量主要解决以下问题: 对于单个目标,雷达如何进行测距;多个目标如何测距;两个目标距离多近时,可以进行区分;雷达可探测的最远目标距离是多少;单个目标测距原理 雷达发射天线发射Chrip信号,经过时间 τ τ τ后,接收天线收到目标反射回来的信号,其频率差为 S τ Sτ Sτ,即可得到中频信号(IF信号)。 中频信号的频率 f 0 f_0 f0为: f 0 = S τ f_0=Sτ f0=Sτ 式中, S S S为chrip的斜率, τ τ τ为延时时间。 由于延时 τ τ τ与目标距离 d d dl来表示: τ = 2 d / c τ=2d/c τ=2d/c 式中, d d d为雷达与目标之间的距离, c c c为光速。 因此,由中频信号的频率即可得到目标与雷达之间的距离,如下式: f 0 = S τ = S 2 d / c f_0=Sτ=S2d/c f0=Sτ=S2d/c d = f 0 c / 2 S d=f_0c/2S d=f0c/2S 多个目标如何测距 傅里叶变换 FFT 通过傅里叶变换,将时域信号转为频域信号,时域中的正弦波在频域中产生一个峰值,对应IF信号的频率。Range FFT 雷达通过接收不同物体的发射信号,并转为IF信号,利用傅里叶变换将产生一个具有不同的分离峰值的频谱,每个峰值表示在特定距离处存在物体。两个目标距离多近时,可以进行有效进行区分 距离分辨率距离分辨率是辨别两个或更多物体的能力。当两个物体靠近到某个位置时,雷达系统将不能将二者区分开。 由傅里叶变换理论可知:观测窗口 ( T ) (T) (T)可以分辨时间间隔超过 1 / T 1/T 1/T Hz的频率分量。 即: Δ f > 1 T c \Delta f>\frac{1}{T_c} Δf>Tc1 其中: T c T_c Tc为观测时间长度 由于: Δ f = S 2 Δ d T c \Delta f=\frac{S2\Delta d}{T_c} Δf=TcS2Δd 即: Δ d > c 2 S T c = c 2 B \Delta d> \frac{c}{2ST_c}= \frac{c}{2B} Δd>2STcc=2Bc 距离分辨率 d r e s d_{res} dres仅取决于线性调频脉冲扫频的带宽: d r e s = c 2 B d_{res}= \frac{c}{2B} dres=2Bc 最远探测距离 IF信号通常经过数字化处理(LPF + ADC),才在DSP上进行进一步处理,因此,中频信号的大小取决于ADC采样频率(FS)。 即: F s > f I F m a x = S 2 d m a x / c F_s>f_{IFmax}=S2d_{max}/c Fs>fIFmax=S2dmax/c 因此最大距离为: d m a x = F S c 2 S d_{max}=\frac{F_Sc}{2S} dmax=2SFSc ADC的采样频率限制了雷达的最远探测距离。 |
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