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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
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。
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。