調頻連續波(FMCW)雷達基本原理案例介紹

本文轉自:https://ez.analog.com/cn/other/f/forum/56381/fmcw

第一章  FMCW雷達基本原理

                                                     圖1

如圖1 所示,發射頻率ft與反射頻率fr之差爲頻差fb

有式(1),(2)
  

  圖2

圖2 爲頻率合成器及VCO產生的調頻三角波根據三角相似形有式(3)


將(2)代入整理得(4)

其中c爲光速(常量),ts爲頻率生成器產生的調頻波的週期的一半,fdev爲調頻波掃頻帶寬。由此可以得出,FMCW雷達的探測距離再其他值確定的情況下是fb的函數。

舉個例子:

圖3

圖3 右下角中,在其他值固定的情況下Range與fb成函數關係。


圖4

如圖4所示,雷達的分辨率的決定式爲(5)

因此,雷達的分辨率由掃頻帶寬決定,帶寬越大,精度越高,((5)如何推倒存疑)。

綜上所述,雷達的探測距離由(4)決定,關鍵的參數爲發射與接收的頻差,這個頻差直接影響ADC採樣速率的選擇。而掃描帶寬雖然也有對探測距離有影響,但在其爲定值的情況下,並不影響ADC的選擇。而由(5)得出,掃頻範圍直接決定雷達的精度,這兩個公式需要注意。

考慮到被探測物體的移動,根據多普勒效應,其頻差如圖5

圖5

根據多普勒效應有式(6)式(7),其中fb爲被探測物體靜止時的頻差,fd是被探測物體移動時的多普勒頻移,

其中,f爲發射信號的中心頻率,由(4)有式(9)

將(6)(7)(8)代入(9)有(10)(11)

將(10)(11)相加可得(12)

將(10)(11)相減可得(13)

假設被探測物體最高時速180km/h,24Ghz雷達,代入(6)(7)(13),得到fd爲8khz。速度與多普勒頻率成正比,速度越低,多普勒頻率越低。

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