fmcw 雷达原理

调频连续波（FMCW）雷达/微波物位计的工作原理

FMCW是取英文Frequency Modulated Continuous Wave的词头的缩写。FMCW 技术是在雷达物位测量设备中最早使用的技术。

FMCW微波物位计采用线性的调制的高频信号，一般都是采用10GHz或24GHz微波信号。它是一种基于复杂数学公式的间接测量方法，由频谱计算出物位距离。天线发射出被线性调制的连续高频微波信号并进行扫描，同时接收返回信号。发射微波信号和返回的微波信号之间的频率差与到介质表面的距离成一定比例关系。

如果我们认为被线性调制的发射微波信号的斜率为K,发射信号和反射信号的频率为rf,滞后时间差为rt,发射天线到介质表面的距离为R，C为光速。

那么我们可以得到：rt = 2R/C

由于采用的是调频的微波信号，因此我们可得：rf = K×rt；

两式合并后，我们得到公式：

R = C× rf/2K （公式2）

根据公式2，我们可以看到，天线到介质表面的距离R与发射频率和反射频率差rf成正比关系。

信号处理部分将发射信号和回波信号进行混合处理，得到混合信号频谱，并通过独立的快速傅立叶（FFT）变化来区分不同的频率信号，最后得到准确地数字回波信号，计算出天线到介质表面的距离。

实际上，FMCW信号是在两个不同的频率之间循环。目前市场上的FMCW微波物位计主要以两种频率为主：9到10GHz和24.5到25.5GHz。

采用FMCW原理的微波物位计都具有连续自校准的处理功能。被处理的信号与 一个表示已知固定距离的内部参照信号进行比较。任何差值会自动得 到补偿，这样消除了由温度波动或变送器内部电子部件老化引起的可能的测量漂移。

2.2、脉冲

脉冲雷达物位计，与超声波技术相似，使用时差原理计算到介质表面的距离。 设备传输固定频率的脉冲，然后接收并建立回波图形。信号的传播时间 直接与到介质的距离成一定比例。但是与超声波使用声波不同，雷达使用的是电磁波。它利用好几万个脉冲来 “扫描”容器并得到完整的回波图。

第３８卷第５期　２０１５年５月　合肥工业大学学报（自然科学版）　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＨＥＦＥＩ　ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ　ＯＦ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　Ｖｏ１．３８　Ｎｏ．５　Ｍａｖ　２０１５　

ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３－５０６０．２０１５．０５．０１３　

一种用于ＦＭＣＷ雷达系统的中频信号滤波器　

戚昊琛，　张鉴，　张杰，　高伟清　

（合肥工业大学电子科学与应用物理学院，安徽合肥２３０００９）　

摘要：调频连续波（ＦＭＣＷ）雷达是近年来在汽车主动防撞领域新兴的一种测距传感器，该雷达系统的中频　信号处理中，滤波器是最关键的部分之一。基于对于扰杂波的分析，文章设计并实现了一种用于ＦＭＣＷ雷　达系统的中频信号滤波器，该滤波器包含高通与低通模拟滤波单元及基于ＤＳＰ的ＦＩＲ数字滤波单元。仿真　图形与实验结果表明，所设计的滤波器能有效完成对调制泄漏信号、高频杂波信号及离散杂波信号的滤除，有　助于提高雷达系统测距及测速的准确性。　关键词：ＦＭＣＷ雷达；中频信号；高通滤波；低通滤波；ＦＩＲ滤波器　中图分类号：ＴＮ９５２　文献标识码：Ａ　文章编号：１００３—５０６０（２０１５）０５—０６３５—０４　

Ａｎ　ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｓｉｇｎａｌ　ｆｉｌｔｅｒ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｉｎ　ＦＭＣＷ　ｒａｄａｒ　ｓｙｓｔｅｍｓ　

ＱＩ　Ｈａｏ－ｌｅｈｅｎ，　ＺＨＡＮＧ　Ｊｉａｎ，　ＺＨＡＮＧ　Ｊｉｅ，　ＧＡＯ　Ｗｅｉ—ｑｉｎｇ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｈｅｆｅｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｆｅｉ　２３０００９，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｍｏｄｕｌａｔｅｄ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｗａｖｅ（ＦＭＣＷ）ｒａｄａｒ　ｉｓ　ａ　ｄｉｓｔａｎｃｅ　ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　ｓｅｎｓｏｒ　ｏｆ　ａｕｔｏ—　

FMCW毫米波防撞雷达系统

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电子应用

时间：2009-09-21 08:58 来源： icbuy亿芯网

汽车防碰撞系统对提高汽车行驶安全性十分重要，该系统的研究一直倍受重视。从1971年开始，相继出现过超声波、激光、红外、微波等多种方式的主动汽车防碰撞系统，但是以上系统均存在一些不足，未能在汽车上大量推广应用。随着各国高速公路网的快速发展，恶性交通事故不断增加，为减少事故，先后采用行驶安全带、安全气囊等保护措施，但这些技术均为被动防护，不能从根本上解决问题。毫米波是指波长介于1~10mm之间的电磁波，其RF带宽大，分辨率高，天线部件尺寸小，能适应恶劣环境，所以毫米波雷达系统具有重量轻、体积小和全天候等特点，“主动汽车毫米波防碰撞雷达系统”成为近年来国际上研究与开发的热点，并已有产品开始投入市场，前景十分看好。

本文介绍了主动汽车防碰撞毫米波雷达的原理，报导了我们研制出的SAE-100型毫米波防碰撞雷达样机。

汽车防撞毫米波雷达系统原理

主动汽车防碰撞是以雷达测距、测速为基础的。防撞雷达系统实时监测车辆的前方，当有危险目标（如行驶前方停止或慢行的车辆）出现，雷达系统提前向司机发出报警，使司机及时作出反应，同时雷达输出信号到达汽车控制系统，根据情况进行自动刹车或减速。

毫米波防撞雷达系统有调频连续波（FMCW）雷达和脉冲雷达两种。对于脉冲雷达系统，当目标距离很近时，发射脉冲和接收脉冲之间的时间差非常小，这就要求系统采用高速信号处理技术，近距离脉冲雷达系统就变的十分复杂，成本也大幅上升。因而汽车毫米波雷达防撞系统常采用结构简单、成本较低、适合做近距离探测的调频连续波雷达体制。

毫米波FMCW雷达系统结构

FMCW汽车雷达系统如图1所示，包括天线、收发模块、信号处理模块和报警模块或汽车制动装置。

射频收发前端是雷达系统的核心部件。国内外已经对前端进行了大量深入研究，并取得了长足的进展。已经研制出各种结构的前端，主要包括波导结构前端，微带结构前端以及前端的单片集成。国内研制的射频前端主要是波导结构前端。一个典型的射频前端主要包括线性VCO、环行器和平衡混频器三部分，如图2所示。前端混频输出的中频信号经过中频放大送至后级数据处理部分。数据处理部分的基本目标是消除不必要信号（如杂波）和干扰信号，并对经过中频放大的混频信号进行处理，从信号频谱中提取目标距离和速度等信息。

龙源期刊网

提高FMCW雷达测距精度的算法研究

作者：李鑫洋 王洪源

来源：《中国新技术新产品》2016年第19期

摘 要：FMCW雷达的测距误差主要受信噪比和扫频宽度影响：当信噪比较低的情况下，雷达的测距误差很大，甚至可能导致结果错误；雷达的扫频带宽决定了雷达的测距固定误差，FFT的频谱估计精度与FFT频率量化相关，当测距精度要求很高时，单纯利用FFT频谱估计目标距离无法达到目的。采取的方法是利用FFT得到FMCW雷达差频信号谱峰的粗略范围，再对这一范围进行频谱细化，从而实现频率（距离）高精度估计。

关键词：FMCW雷达；测距精度；频谱细化

中图分类号：TN98 文献标识码：A

Abstract： The ranging error of FMCW radar is mainly influenced by the signal to noise ratio

and sweep width： when the SNR is low， radar ranging error is very large， and may even lead to

errors in the results； The sweep bandwidth of the radar determines the fixed error of the radar，

Spectrum estimation accuracy of FFT is related to the quantization of FFT frequency， when the

accuracy requirement is very high， estimate the target distance can not achieve the purpose of using

pure FFT spectrum. The. method is getting the approximate range of frequency peak of FMCW