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基于LabVIEW的FMCW雷达测距系统设计

基于LabVIEW的FMCW雷达测距系统设计

侯盼卫,杨录,岳文豹

(中北大学电子测试技术国家重点实验室,山西太原030051)

摘要:针对调频连续波雷达(FMCW)差频信号的特点,提出了一种快速傅里叶变化与离散频谱能量重心法相结合的算法来测量差频信号的频率。结合雷达收发器IVS-162和MP424数据采集卡,设计并实现了基于LabVIEW的FMCW雷达的测距系统。并进行了测距实验,结果表明该系统性能稳定、结构简单、精度高、可应用于需要实时高精度测距的场合。

关键词:调频连续波雷达;测距;频率估计;频谱校正;LabVIEW

Design of FMCW radar short-range ranging system based on

LabVIEW

HOU Pan-wei, YANG Lu, YUE Wen-bao

(National Key Laboratory for Electronic Measurement Technology , North University of China ,

Taiyuan 030051, China )

Abstract: For the characteristics of difference frequency signals of frequency modulation continuous wave (FMCW) radar, An frequency estimation algorithm combined with the Fast Fourier Transform (FFT) technique and discrete spectrum energy centrobaric correction method is proposed. A FMCW radar short-range ranging system is designed and completed by using radar transceiver IVS-162 and MP424 data acquisition card. The experimental results indicate that the system has the characteristics of stable performance, simple structure and it can meet the requirements of real-time and high precision ranging.

Key word:FMCW Radar; Level Monitoring System; F requency Measurement; spectrum correction;

引言:

随着我国工业的不断发展,需要高精度测距的场合越来越多,雷达能够通过发射微波来检测和定位物体,其中调频连续波(Frequency Modulated Continuous Wave, FMCW)体制雷达具有射频带宽大、分辨率高、设备相对简单、受气象环境影响小等优点,采用FMCW雷达的测距系统在民用和工业方面,如导弹炮弹引信、物料仓的物位
测量、灌装液面的液位测量、汽车防撞报警系统等领域得到了广泛的应用。

随着我国工业的不断发展,需要高精度测距的场合越来越多,雷达能够通过发射微波来检测和定位物体,其中调频连续波(Frequency Modulated Continuous Wave, FMCW)体制雷达具有射频带宽大、分辨率高、设备相对简单、受气象环境影响小等优点,采用FMCW雷达的测距系统在民用和工业方面,如导弹炮弹引信、物料仓的物位测量、灌装液面的液位测量、汽车防撞报警系统等领域得到了广泛的应用。

1. FMCW雷达测距原理及系统构成

1.1 FMCW雷达测距原理

各种FMCW体制雷达测距的基本原理大同小异:用回波信号与发射信号的一部分进行相干混频得到包含目标距离信息的差频信号,然后对差频信号进行处理即可得到目标的距离与速度。各种雷达应用系统间的不同之处主要在于发射信号的调制方式,以及差频信号频率提取的方法。FMCW雷达的频率调制方式有线性调制和非线性调制两大类,线性调制信号主要包括锯齿波和三角波。本系统采用锯齿波调制发射信号,当雷达的压控振荡器VCO(voltage control oscillator)为理想线性特性时,发射信号的频率和回波信号的频率如图1所示。

基于LabVIEW的FMCW雷达测距系统设计

图1 发射信号和回波信号频率

在一个扫频周期(T)内,发射信号的频率可以表示为:

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