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连续波雷达测速测距原理（最终版）第一篇：连续波雷达测速测距原理（最终版）连续波雷达测速测距原理一．设计要求1、当测速精度达到0.1m/s，根据芯片指标和设计要求请设计三角调频波的调制周期和信号采样率；2、若调频信号带宽为50MHz，载频24GHz，三个目标距离分别为300,306,315(m)，速度分别为20,40，-35（m/s)，请用matlab对算法进行仿真。
二．实验原理和内容 1.多普勒测速原理xa(t)A/Dx(n)FFT谱分析P(k)峰值搜索fd图2.1 频域测速原理f∆dmax=max|fm-fd|=fs/2N∆v=λ∆fdmax/2=λfs/4N=λ/4T rmax依据芯片参数，发射频率为24GHz，由上式可以得出，当测速精度达到0.1m/s时，三角调频波的调制周期可以计算得，T=0.0325s 信号的采样率，根据发射频率及采样定理可设fs=96GHz。
2．连续波雷达测距基本原理设天线发射的连续波信号为：① 则接收的信号为：②xTf0(t)=cos(2πf0t+ϕ0)R(t)=R0-vrtf0xR(t)=cos[2πf0(t-tr)+ϕ0]若目标距离与时间关系为：③ 则延迟时间应满足以下关系:④将④代入②中得到f0R2tr=(R0-vrt)c-vr2x(t)=cos{2πf0[t-(R0-vrt)]+ϕ0}c-vr2R0=c os[2π(f0+fd0)t-2πf0+ϕ0]cfd02vr=f0c 其中根据上图可以得到，当得到∆t，便可以实现测距，要想得到∆t，就必须测得fd。
已知三个目标距离分别为300,306,315(m)，速度分别为20,40，-35（m/s)，则可以通过:③分别计算出向三个目标发出去信号，由目标反射回来的信号相对发射信号的延迟时间。
R(t)=R0-vrt2④ tr=(R0-vrt)c-vr再根据调频信号带宽50MHz和载频24GHz，就可以得到信号。
代码：（还有问题，没有改好）functiony=tri_wave(starting_value,ending_value,sub_interval,num_of _cycles)temp1=starting_value:sub_interval:ending_value;temp2=en ding_value:-1*sub_interval:starting_value;temp3=zeros(1,length(temp1)*2-1);temp3(1,1:length(temp1))=temp1;temp3(1,length(temp1)+1:l ength(temp3))=temp2(1,2:length(temp2));temp4=temp3;fori=1:1:num_of_cycles-1 temp4=[temp4 temp3(1,2:length(temp3))];endy=repmat(temp3,1,num_of_cycles);y=tri_wave(0,50,2,4);figure;plot(y);50454035302520***0150200250第二篇：雷达测速测距原理分析雷达测速测距原理分析一、FMCW模式下测速测距1、FMCW模式下传输波特征调频连续波雷达系统通过天线向外发射一列线性调频连续波，并接收目标的反射信号。
连续波雷达测速测距原理一．设计要求1、当测速精度达到s，根据芯片指标和设计要求请设计三角调频波的调制周期和信号采样率；2、若调频信号带宽为50MHz，载频 24GHz，三个目标距离分别为 300,306,315(m)，速度分别为 20,40， -35（m/s)，请用 matlab 对算法进行仿真。
二．实验原理和内容1.多普勒测速原理x a (t) x(n) FFT P(k ) 峰值f dA/D 谱分析搜索图频域测速原理f d max max | f m f d | f s / 2Nv r max f d max / 2 f s / 4N/ 4T依据芯片参数，发射频率为24GHz，由上式可以得出，当测速精度达到 s 时，三角调频波的调制周期可以计算得，T=信号的采样率，根据发射频率及采样定理可设fs=96GHz。
2．连续波雷达测距基本原理设天线发射的连续波信号为：①x T f0 (t ) cos(2 f0 t0 )]则接收的信号为：② x R f0 (t ) cos[2 f 0 (t t r ) 0若目标距离与时间关系为：③R ( t ) R 0 v r t则延迟时间应满足以下关系 :④ t2 v t)r( Rcrv r将④代入②中得到x R f 0(t ) cos{ 2 f 0 [ t2 (R 0 v r t )]0 } c v rcos[2 ( f 0 f d 0 )t 2 f 02R 0]cfd 02 vr f其中c根据上图可以得到，当得到 t，便可以实现测距，要想得到t ，就必须测得 fd 。
已知三个目标距离分别为300,306,315(m)，速度分别为 20,40，-35（ m/s)，则可以通过 :③R ( t )R 0 v r t ④ t2v t )r( Rc 0rv r分别计算出向三个目标发出去信号，由目标反射回来的信号相对发射信号的延迟时间。
再根据调频信号带宽50MHz 和载频 24GHz，就可以得到信号。
摘要作为一种激光测距方法，调频连续波激光测距是通过频率线性调制的发射信号与回波信号形成的稳定的拍频信号，再对拍频信号通过快速傅里叶变换来提取出待测目标距离信息的。
较其他激光测距方法相比，该方法具有较高的测距精度和分辨率、测距范围大、且可实现无合作目标的非接触测量等特点，故在10~100米大尺寸测量范围内受到广泛的应用。
目前关于如何提高该测距系统的测距精度和分辨率是激光测距领域重要的研究方向之一。
本文主要工作如下：1.深入对等光频间隔重采样算法的研究，提出了一种新的等间隔重采样方法，即同时取出拍频信号峰谷值位置的点和零点位置的点，并在以上位置处进行重采样，可以将辅助信号的采样频率较之前的采样方法相比提升一倍。
本方法增加了一倍的系统测距量程，同时也可以在待测距离不变的情况下，减小因辅助光纤长度过长带来的光纤色散。
2.提出了一种基于等光频间隔重采样的相位差频率估计算法。
这种方法相当于对傅里叶频谱进行了进一步的细化，可以对傅里叶频谱中两个点之间的信息进行进一步的获取，提高了测距的精度，并从算法仿真和实验的角度进行了验证。
3.对双光路干涉系统光路进行了原理分析和研究，并提出了一种新的思路，即在原双光路干涉系统的基础上引入一个分光镜和一个1/4波片构成一个新的光路，在待测目标位置不变的情况下增加了其一倍的光程，并推导证实改进后的光路能够将测距分辨率提高一倍。
4.掌握了双光路干涉系统、信号处理系统以及二维转台操作系统后，实现三维球坐标测量。
关键词：调频连续波，三维球坐标，相位差频率估计测频法，重采样ABSTRACTAs a laser ranging measurement method, Frequency Modulated Continuous Wave (FMCW) laser ranging is a stable beat frequency signal which is formed by the frequency linear modulated transmitting signal and echo signal, and then the distance information of the target is extracted by the fast Fourier pared with other laser ranging methods, the method has the characteristics of high ranging accuracy and resolution, wide ranging range and it is suitable for non-contact measurement without cooperative targets, so it is widely used in the 10-100 meter large-scale measurement range. At present, how to improve the ranging accuracy and resolution of the ranging system is one of the important research directions in the field of laser ranging.The main works of this paper are as follows:1.The equispaced-phase resampling algorithm was deeply researched and then a new resampling method is proposed.That is, taking out the peak-valley position and the zero position of the beat signal at the same time and then resampling at the above position, the sampling frequency of the auxiliary signal can be doubled compared with the previous sampling method. This method has doubled the range of system ranging and reduces the fiber dispersion caused by the length of auxiliary fiber when the distance to be measured is constant.2.A phase difference frequency estimation algorithm based on equispaced-phase resampling nonlinearity correction is proposed. This method is equivalent to a further refinement of Fourier spectrum, which can further obtain the information between two points in the Fourier spectrum and improve the ranging accuracy. The algorithm simulation and experiment are also carried out to verify the method.3.The principle of dual interferometer FMCW laser ranging system is analyzed and a new idea is proposed. A spectroscope and a 1/4 wave plate are introduced to form a new measurement optical path on the basis of the original dual-path interferometry system, and the optical path is doubled when the position of the target to be measured is unchanged, and the modification is proved by derivation. The new optical path can double the range resolution.4.The three-dimensional spherical coordinate measurement is realized aftermastering the dual interferometer FMCW laser ranging system, signal processing system and two-dimensional turntable operating system.KEY WORDS: FMCW, Three-dimensional spherical coordinates, Phase difference frequency estimation algorithm, Resampling.IV目录第1章绪论 (1)1.1 研究背景与意义 (1)1.2 国内外研究现状 (3)1.2.1 国外研究现状 (3)1.2.2 国内研究现状 (4)1.3 课题来源及主要研究内容 (5)第2章 FMCW激光测距原理及等光频间隔重采样算法 (7)2.1 调频连续波激光测距原理 (7)2.2 FMCW测距精度及分辨率主要影响因素 (8)2.2.1 FMCW测距精度的主要影响因素 (8)2.2.2 FMCW测距分辨率的主要影响因素 (10)2.3 重采样算法原理 (11)2.4 调频连续波激光测距信号处理系统 (18)2.5 本章小结 (18)第3章调频连续波激光测距新算法和光路研究 (21)3.1 基于辅助信号的新重采样方法原理 (21)3.2 新采样算法仿真验证分析 (22)3.3 基于等光频间隔重采样相位差频率估计算法原理 (25)3.4 算法测距仿真分析 (27)3.5 算法实验验证分析 (30)3.6 双光路干涉测距系统研究 (32)3.7 本章小结 (35)第4章调频连续波激光测距误差分析 (37)4.1 激光器光源 (37)4.2 数据采集系统 (41)4.3 测量距离 (45)4.4 本章小结 (46)第5章基于调频连续波激光测距的球坐标测量 (49)5.1 高精密二维转台概述 (49)5.1.1 二维转台系统简介 (49)5.1.2 二维转台主要技术指标以及操作流程 (51)5.2 基于调频连续波激光雷达三维球坐标测量 (53)5.3 本章小结 (58)第6章总结与展望 (59)6.1 全文总结 (59)6.2 论文创新点 (60)6.3 工作展望 (61)参考文献 (63)发表论文和参加科研情况说明 (67)致谢 (69)第1章绪论第1章绪论1.1 研究背景与意义目前随着现代化工业不断创新，高新科技层出不穷，社会对于大尺寸测量的需求与日俱增且趋多元化。
FMCW雷达快速高精度测距算法FMCW（Frequency-Modulated Continuous Wave）是一种基于连续波的雷达测距技术，由于其快速高精度的特点，在许多领域得到广泛应用。
本文将介绍FMCW雷达的原理，并详细阐述其快速高精度测距算法。
FMCW雷达通过发射一种连续频率变化的信号，并接收到反射回来的信号来实现测距。
它的测距原理是利用多普勒效应，当发射的信号遇到靠近的目标物体时，其频率会发生微小的改变，通过测量频率变化的大小，可以确定目标物体到雷达的距离。
快速高精度测距的关键在于频率变化的控制和信号的处理。
首先，为了实现快速测距，需要快速而准确地控制信号的频率变化。
通常采用锁相环（Phase Locked Loop）技术实现，通过与输入参考信号进行相位比较，产生一个错误信号，然后通过调整本振频率来消除错误信号，从而实现精确的频率变化控制。
接下来是信号的处理，FMCW雷达接收到的信号是一系列的连续波形，需要对这些波形进行处理以获取目标物体的距离信息。
常用的处理算法是快速傅里叶变换（FFT），通过对接收到的信号进行频谱分析，可以得到不同频率的成分，进而确定目标物体的距离。
在进行测距之前，需要进行一些预处理工作，例如去除杂散信号、消除信号的幅度变化等，以提高测距的精度。
同时，还需要注意参考信号与接收信号之间的相位差，这些因素都会影响测距的准确度。
除了以上基本的测距原理和处理方法，还有一些额外的技术可以提高FMCW雷达的测距性能。
例如，使用多通道接收器可以降低误差，并提高系统的鲁棒性。
同时，还可以结合其他传感器，例如惯性测量单元（Inertial Measurement Unit，简称IMU）来实现更精确的测距结果。
总之，FMCW雷达是一种快速高精度测距的技术，其原理是基于多普勒效应实现的。
通过对信号的频率变化进行控制和信号的处理，可以实现对目标物体的精确测距。
同时，还可以通过一些额外的技术手段来进一步提高测距的准确性和稳定性。
高精度调频连续波雷达测距算法的研究随着科技的发展，高精度调频连续波雷达（High Accuracy Frequency Modulated Continuous Wave Radar，简称HFMCW雷达）已经广泛应用于各种领域，如导航定位、环境监测、无人机导航等。
而在这些应用中，精确的测距功能是HFMCW雷达最重要的性能指标之一HFMCW雷达通过频率调制的方式，实现对目标的距离测量。
其工作原理是，雷达发射一段频率不断变化的连续波，当这段连续波被目标反射回来后，雷达接收到的信号会带有一定的频率偏移。
通过分析接收信号的频率偏移，可以计算出目标与雷达的距离。
由于HFMCW雷达的调频范围有限，且目标反射信号的频率偏移较小，因此需要采用高精度的测距算法。
一种常见的高精度测距算法是基于距离-频率关系的线性拟合法。
该算法通过采集一段时间内的连续波信号，通过将时间域信号转换为频率域信号，并对频谱进行线性拟合，从而获取目标的频率偏移和距离。
具体来说，该算法需要进行以下几个步骤：1.采样和混频：将连续波信号进行采样，得到一段时间内的信号序列。
然后将信号序列与一段生成的连续波进行混频，得到频移后的信号序列。
2.快速傅里叶变换（FFT）：对混频后的信号序列进行FFT变换，将其从时域转换为频域。
得到频率-幅度谱。
3.相位解调和频率解调：根据频率-幅度谱，进行相位解调和频率解调，得到每个频率对应的相位和频率值。
4.线性拟合：根据相位和频率值，进行线性拟合，得到拟合的斜率和截距。
根据斜率值就可以获得目标的距离值。
需要注意的是，HFMCW雷达测距的精度还受到一些误差的影响，如多径效应、杂散信号等。
为了减小误差的影响，可以采取一些技术手段，如选择合适的调制波形、增加信道带宽、加大数据采样率等。
总结起来，高精度调频连续波雷达的测距算法主要是基于距离-频率关系的线性拟合法。
通过采样、混频、FFT变换等步骤，获取到频率-幅度谱，然后进行相位解调、频率解调和线性拟合，最终得到目标的距离值。
调频连续波雷达(FMCW)测距/测速原理，看完这篇基本就懂了！调频连续波雷达Frequency Modulated Continuous Wave, FMCW雷达按照发射信号种类分成脉冲雷达和连续波雷达两大类，常规脉冲雷达发射周期性的高频脉冲，连续波雷达发射的是连续波信号。
连续波雷达发射的信号可以是单频连续波(CW)或者调频连续波(FMCW)，调频方式也有多种，常见的有三角波、锯齿波、编码调制或者噪声调频等。
其中，单频连续波雷达仅可用于测速，无法测距，而FMCW雷达既可测距又可测速，并且在近距离测量上的优势日益明显。
FMCW雷达在扫频周期内发射频率变化的连续波，被物体反射后的回波与发射信号有一定的频率差，通过测量频率差可以获得目标与雷达之间的距离信息，差频信号频率较低，一般为KHz，因此硬件处理相对简单、适合数据采集并进行数字信号处理。
FMCW雷达收发同时，理论上不存在脉冲雷达所存在的测距盲区，并且发射信号的平均功率等于峰值功率，因此只需要小功率的器件，从而降低了被截获干扰的概率；其缺点是测距量程较短，距离多普勒耦合以及收发隔离难等缺点。
FMCW雷达具有容易实现、结构相对简单、尺寸小、重量轻以及成本低等优点，在民用/军事领域均得到了广泛的应用。
FMCW雷达框图调频连续波雷达如要由收发器和带微处理器的控制单元组成，收发器如果使用单个天线进行同时发射和接收，FMCW 雷达需要铁氧体环形器来分离发射和接收信号，对隔离度要求较高。
当然，若使用收发分离的贴片天线，成本会相对低一点。
高频信号由压控振荡器(VCO)产生，通过功率分配器将一部分经过额外放大后馈送至发射天线，另一部分耦合至混频器，与接收的回波混频、低通滤波，得到基带差频信号，经过模数转换后送至微处理器处理。
FMCW雷达的测距/测速原理以三角波调频连续波为例来简单介绍雷达的测距/测速原理。
如下图，红色为发射信号频率，绿色为接收信号频率，扫频周期为T，扫频带宽为B，发射信号经过目标发射，回波信号会有延时，在三角形的频率变化中，可以在上升沿和下降沿两者上进行距离测量。
