第3章连续波雷达

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。

雷达成像课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解雷达基本原理，掌握雷达成像的基础知识；2. 学生能掌握雷达成像中常用的信号处理技术，如脉冲压缩、多普勒效应等；3. 学生能了解不同类型雷达的成像特点及其在实际应用中的优缺点。

技能目标：1. 学生能够运用所学知识分析雷达图像，解读雷达图像中的目标信息；2. 学生能够操作雷达模拟软件，完成简单场景的雷达成像模拟；3. 学生能够通过小组合作，设计并实施一个简单的雷达成像实验。

情感态度价值观目标：1. 学生能够培养对雷达技术及其应用的兴趣，提高对科学研究的热情；2. 学生能够认识到雷达成像在国民经济发展和国家安全中的重要作用，增强国家意识和社会责任感；3. 学生能够通过课程学习，培养团队协作、严谨求实的科学态度。

课程性质分析：本课程为高年级专业课程，旨在帮助学生建立雷达及信号处理方面的基础知识体系，提高学生的实际操作能力和科学研究素养。

学生特点分析：高年级学生在知识储备、学习能力和逻辑思维方面具备一定的基础，对于专业知识具有较强的求知欲和自主学习能力。

教学要求：1. 结合实际案例，深入浅出地讲解雷达及信号处理基础知识；2. 强化实践操作环节，注重培养学生的动手能力和实际问题解决能力；3. 注重情感态度价值观的引导，激发学生的学习兴趣和国家意识。

二、教学内容1. 雷达基本原理- 雷达系统的组成与工作原理- 雷达信号特性及其传播- 雷达方程与雷达截面2. 雷达成像技术- 脉冲雷达与连续波雷达成像原理- 脉冲压缩技术及其在雷达成像中的应用- 多普勒效应及其在雷达成像中的应用3. 雷达成像系统- 雷达成像系统的分类与特点- 合成孔径雷达（SAR）成像原理- inverse SAR（ISAR）成像技术4. 雷达图像处理与分析- 雷达图像预处理方法- 雷达图像目标检测与识别技术- 雷达图像的参数估计与质量评价5. 实践教学- 雷达模拟软件操作与成像模拟- 小组合作完成雷达成像实验设计与实施- 实验数据分析与总结教学内容安排与进度：第1周：雷达基本原理及雷达方程第2周：雷达成像技术及其应用第3周：雷达成像系统及其分类第4周：雷达图像处理与分析技术第5-6周：实践教学与实验总结教材章节关联：教学内容与教材《雷达信号处理》第3章、第4章、第5章相关内容紧密关联，确保学生能够结合教材深入学习雷达成像相关知识。

自制连续波（CW）雷达测量小风扇的转速连续波雷达简介连续波雷达就是发射连续波信号的雷达。

信号是单一频率的或多频率的，或者频率是经过调制的（频率随时间按一定规律变化）。

非调制(单一频率)连续波雷达能对相当距离范围内的具有任何速度的目标进行测速，而脉冲雷达只有采用相当复杂的技术才能具备这一性能。

因此，连续波雷达容易区分活动目标，适合于检测单一活动目标。

连续波雷达的主要缺点是信号泄漏（发射信号及其噪声直接漏入接收机）和背景干扰（近距离背景的反射）。

连续波雷达工作原理•单频连续波雷达（即此处用的CW雷达）可以利用多普勒效应对目标测速，但不能测距。

•扫频连续波雷达既可以测量物体的运动速度又可以测量物体的距离，因为我们使用的CW雷达，扫频连续波雷达的原理此处不详细描述。

单频连续波雷达持续发出固定频率的电磁波，当电磁波遇到运动中的物体返回到雷达的接收天线，因为多普勒效应，雷达接收到的电磁波的频率发生改变，物体的运动速度信息包含在发射频率与接收频率的差频中，我们通过对多普勒频率的处理即可得到物体的运动速度信息。

处理方式是：对接收天线接收到的信号和发射信号进行混频后，可以得到两个频率的差和两个频率的和两个频率，我们只需要在混频器之后加一个低通滤波器即可滤掉高频信号，从而得到发射与接收信号的差频。

根据多普勒效应的公式即可得到运动物体的速度。

下图为连续波雷达的原理框图：器件清单•雷达传感器IPM-165 – 1个•易派EPI-m102型实验平台– 1套•运行windows系统的电脑– 1台•运算放大器op37gp – 1个•电容–若干•电阻–若干•导线杜邦线–若干搭建雷达平台雷达传感器IPM-165集成了CW雷达的信号发生器、发射天线、接收天线、混频器这些部分，但是若要使CW正常工作，还需要一个滤波放大电路：我们根据滤波放大电路的电路图在易派平台的面包板上面搭建好电路，然后把雷达的输出接在滤波放大电路之上，电路最终搭建好是下图这样：将易派平台连接到电脑的USB接口，然后用电脑上的易派软件打开电源，打开示波器。

连续波雷达及信号处理技术探讨摘要随着社会的进步和科学技术的发展，雷达的信号处理技术也在不断更新升级。

近年来连续波雷达的使用在不断增多，因其自身具有发射功率小、隐蔽性强以及抗反辐射导弹等特点，被广泛应用于各种军事以及民用雷达之中。

本文就针对连续波雷达进行概述，然后针对其信号处理方面的技术进行探讨，希望能给有关人士以借鉴。

关键词连续波；雷达信号；处理技术前言在我们现阶段所有雷达的使用中，主要以连续波和脉冲多普雷体制的雷达数量最多。

连续波雷达具有十分明显的特点，发射功率小，抗干扰能力强以及抗反辐射导弹能力强，有了这些特点，就会使得连续波雷达不仅具有很大的作用距离，而且信号不容易被截获和干扰。

不仅如此，连续波雷达还具有体积小、重量轻以及高机动性灯优势，明显的增强雷达的使用范围，也能够更好地适应各种不良环境。

就现阶段而言，连续波雷达一般是用于直升机载预警、地面战场侦察以及炮瞄装备上，当然，民用方面的应用也很广泛，这里就不一一赘述了。

1 连续波雷达的定义和特点所谓连续波雷达，顾名思义，就是可以对电磁波进行连续发射，然后根据信号发射形式的差异其分为两大类，分别是非调质单频与调频这两种。

连续波雷达出现的非常早，早在1924年，英国就可是对连续波调频测距等方面进行细致的分析，然后对相关的电离层进行观测。

但是在应用方面，连续波雷达最早被用于二战中，当时主要承担着飞机侦察以及对面观测这两方面的任务。

但是在当时大规模使用后，发现雷达经常会出现手法隔离的情况，导致工作效果很不理想，然后又通过大量的研究，最终通过收发开关的出现解决了这个问题。

随着科技不断发展，现在已经可以仅通过一天线就可以实现对信号的接收和发送，并且具有好的效果。

在连续波雷达的整个使用过程中，不需要高压的输入，也不需要点火，整个过程是通过多元化的方式进行信号的调制，大大增强了信号的稳定性以及雷达的信号处理能力。

因此，在相同条件下，连续波雷达无疑受到更多的青睐，在世界上都得到了广泛的应用。

第三章 方位高分辨和合成孔径要得到场景的二维平面图像，同时需要距离和方位二维高分辨，这一章主要讨论方位高分辨。

°〕为例，它在距离为50公里处的横向分辨约为500米，显然远远不能满足场景成像的要求。

需要大大提高方位分辨率，即将波束宽度作大的压缩。

天线波束宽度与其孔径长度成反比，如果要将上述横向分辨单元缩短到5米，则天线横向孔径应加长100倍，即几百米长。

这样长的天线，特别要装在运动载体〔如飞机〕上是不现实的，实际上对固定的场景可以用合成孔径来实现。

3.1 合成阵列的概念3.1.1 合成阵列与实际阵列的异同现代天线阵列常用许多阵元排列组成，图3.1示用许多阵元构成的线性阵列，阵列的孔径L 可以比阵元孔径D长得多。

图3.1的阵列可以是实际的，也可以是“合成”的。

所谓合成是指不是同时具有所有的阵元，而一般只有一个阵元，先在第一个阵元位置发射和接收，然后移到第二个阵元位置同样工作，如此逐步右移，直到最后一个阵元位置，如果原阵列发射天线的方向图与单个阵元相同，则用一个阵元逐步移动得到的一系列远场固定目标〔场景〕信号与原阵列各个阵元的在形式上基本相同〔其不同点将在下面讨论〕，条件是发射载波频率必须十分稳定。

下面通过分析证实上述结论。

设发射载波信号为02()c j f t e πϕ+〔0ϕ是起始相位，是我们故意加上去，说明初相的影响〕，利用2.2节中三种时间〔即全时间t ，慢时间m t 和快时间t 〕的概念，设在m t 时刻在第m 个阵元发射包络为()p t 的信号，则发射信号为 02()(,)()c j f t t m s t t p t e πϕ+=〔3.1〕 ......D L 图3.1线性阵列式中快时间m t t t =-。

假设在场景中有众多的散射点，设它们到第m 个阵元相位中心的距离分别为mi R ，子回波幅度为i A 〔1,2,i =〕，则第m 个阵元的接收信号为022[()]2(,)()mi c Rf t mi c r m i iR s t t A p t e c πϕ-+=-∑ 〔3.2〕 假设用发射的载波02()0()c j f t s t e πϕ+=与接收信号作相干检波，得基频信号为*022()(,)(,)()2 ()mi c b m r m Rj f mi c i is t t s t t s t R A p t e c π-==-∑〔3.3〕上式中没有全时间t ，又由于目标是固定的，不随慢时间m t 变化，所以只要阵元位置准确，什么时间测量都是一样的。

全固态连续波导航雷达性能与指标论证一、体制调频连续波（FMCW）。

二、系统组成系统组成见下图。

图1.系统组成框图三、技术指标1、频率X波段，9.3GHz~9.4GHz2、峰值功率100mW3、扫频带宽小于等于75MHz4、扫频重复频率200Hz5、扫频时宽1.2ms6、接收机噪声系数小于等于6dB7、天线转速24rpm,+/-10％8、收/发天线水平波束宽度5.2o+/-10％(-3dB宽度)9、收/发天线垂直波束宽度25o+/-20％(-3dB宽度)10、收/发天线旁瓣电平小于等于-18dB(正负10o内) 小于等于-24dB(正负10o外) 11、极化方式水平极化12、通信协议高速以太网或串口四、性能指标1、探测距离典型目标探测距离见下表。

表1.探测距离表、量程2档可调50m~24nm, 17、功耗319W @13.8Vdc工作：2W @13.8Vdc~150ma待机：4、电源 9V~31.2V直流5、使用环境 ~+55 o工作温度：-25oRH％+35o，95 相对湿度：防水：IPX6相对风速：51m/s(最大100节)五、组成原理1、收发系统组成f h PADDS倍频器发天线上变频器收天线IFALNA差拍中频输出混频器图2.收发系统原理框图2、信号处理系统组成检测视频差拍中频A/DFFT积累检测图3.信号处理原理框图六、关键指标分析论证1、A/D采样率与采样位数雷达最大量程24nm，回波最大延迟：2?24?1852?st296.32??max d83?10最大差拍频率：?F75?t??f296.32?18.52MHz max b max d T1200m应选择A/D采样频率f≥2f，实际可选：bmaxs f=40MHz。

s采样位数选16位，对应动态范围96dB。

2、距离分辨率（1）、理论分辨率发射波形扫频带宽ΔF=75MHz，理想距离分辨率为：810?C3??2m?R?062?F2?75?10对自差式FMCW雷达，当目标回波延时t，有效带宽降为：d t?d)??F?F(1?T m式中T为调制时宽。

14.5噪声测量方法设计人员所感兴趣的噪声测量有两种基本形式，即在激励器或者功率振荡器上进行原始噪声的测量和在放大器、乘法器、转动铰链等处进行的附加噪声或过量噪声的测量。

虽然微波腔（如Marsh-Wiltshire电桥所用的那样）曾经得到广泛应用，但商用仪表通常不采用它们［14］。

它们是在检相器内通过被测试微波源与外加的一个完全相同的复制源或自带的内部源进行比较来完成上述任务的。

使用复制源时，必须保证相比较的两个微波源至少有一个（不需全部）在每个频偏下比仪表指示的相位噪声至少低3dB。

如果使用3个基本的复制源，则在所有需要的频偏上测量每一对相比较的微波源产生的相位噪声，且测量其中一个就可以推导其余3套测试设备的性能。

它根据3个未知数导出3个方程，其中各个微波源的相位噪声可看做是频率的函数。

使用内部源时，要受内部源相位噪声特征的很大限制。

一般来说，假定两个微波源的AM噪声低于调相噪声，这样由于检相器的底部噪声比内部或外加的基准源要低，因此限制是很大的。

所以首先要通过仪表中简单的幅度检测器去测量任一未知的微波源的AM噪声。

这种仪表可以产生一个伺服电压，该电压可保证两个微波源在同一频率上工作且在相位上相互正交。

如果两个微波源都不能调节电压，则选定其中一个工作在与另外一个微波源不同的中频频率上，同时将中频振荡器锁定在不同频率上。

这一技术首先应用在军事上，用于测量战场雷达的噪声［15］［16］。

该仪表通过低频合成技术产生宽范围的内部频率，使用阶跃恢复二极管乘法器的谐波，最高频率可达到18GHz。

来自检相器的信号被滤除微波频率后，再经低噪声基带放大器放大，最终的相位噪声可以通过包括频谱分析仪和模拟波形分析仪等不同的方法来测量。

在所有的方法中，快速傅里叶变换是最精确、最快速的低频噪声测量方法，但它在测量远离的相位噪声时却很费时间。

通过计算机对测试设备的所有部件进行控制，实现任意测量、随意调整滤波器形状及打印出测量的波形，还可以随时消除在测试过程中来自计算或数据的毛刺（寄生频率）。

干货-线性调频连续波雷达基本原理（第1讲）大家好！我是喜欢把问题研究明白的调皮哥。

本系列总共三期，内容根据TI官方资料改编，本期内容主要讨论如下问题：（1）调频连续波雷达如何估计目标的距离？（2）调频连续波雷达如何探测多目标？（3）调频连续波雷达能够探测多远？（4）调频连续波雷达如何区分两个相邻目标？1. 什么是调频信号（chirp）？众所周知，目前的雷达主要有两种体制，一种是脉冲雷达，另一种是连续波雷达。

连续波雷达有非调制单频、多频，以及调频连续波雷达。

调频连续波雷达主要有频率-时间函数呈三角波、锯齿波，以及正弦波等几种，而目前民用雷达通常采用的是锯齿波。

调频连续锯齿波波雷达发射调频信号，即为信号的频率随着时间增加的正弦波信号，如下图所示：图1.1 调频连续波时域-频域图调频信号英文称作chirp，最开始是由外国人根据鸟类叫声的特点提出来的，因为他们发现鸟类叫声就是一个声音频率不断上升的过程。

上图的第一个图是时域信号，第二个是频域信号，可以看出调频信号的频率和信号的持续时间T c是呈线性关系，因此这样的调频连续波又称为线性调频连续波（LFMCW）。

LFMCW有几个主要的参数需要注意，分别是发射最大带宽B，调频斜率S，发射脉冲周期T c，发射信号起始频率fc。

这几个参数将在后面会有重要的作用，谨记。

上面的信号中斜率 :2. 单发单收线性调频连续波雷达顾名思义，单发单收雷达就是只有一个发射天线和一个接受天线，如下图所示。

图2.1 单发单收雷达如上图所示，频率综合器（Synth）生成调频信号，由发射天线（Tx ant）发射出去，电磁波打到物体上反射回来的信号叫做回波信号，回波信号被接收天线(Rx ant)接收，然后与发射信号进行混频（mixer），得到中频信号（IF signal）。

那么什么叫做混频呢？本科在高频电子线路中学习过，混频就是一个乘法器，将两个信号进行相乘，然后得到他们之间的信号频率差以及频率和。

连续波雷达及信号处理技术初探作者：祁玉芬霍立双来源：《科学与财富》2018年第01期摘要：连续波雷达，主要就是连续发生电磁波的雷达，可以根据不同发射信号的形式，将其划分成为非调制单频与调频两种类型。

在连续波雷达系统实际应用的过程中，应当科学使用信号处理技术开展相关处理工作，在实际观测的过程中，解决收发开关中存在的问题，保证雷达信号接收与发射工作效果。

关键词：连续波雷达；信号处理技术；应用措施在使用信号处理技术对连续波雷达进行控制的过程中，应当建立多元化的管理机制，明确各方面工作要求，创新信号处理工作形式，保证能够提升信号处理技术的应用水平，创建专门的管理机制。

一、连续波雷达定义与特征分析对于连续波雷达而言，主要是针对电磁波进行连续的发射，根据发射信号形式将其划分成为非调制单频与调频两种类型。

在1924年的时候，英国就开始通过连续波课调频测距相关分析，对电离层开展观测工作。

且在第二次世界大战的过程中，已经使用连续波雷达开展飞机观测与地面观测工作。

然而，在实际使用的过程中，经常会出现收发隔离的现象，难以保证工作效果，因此，使用收发开关对此类问题进行了解决。

当前，在使用连续波雷达的过程中，已经能够通过同一天线开展信号接收与发射工作，产生良好的工作效果。

在使用连续波雷达发射机设备的过程中，不需要高压的支持，也不会出现打火的现象，能够利用多元化的方式开展信号调制工作，有利于提升信号的发射效率，增强雷达处理效果，因此，在相同体积、重量的雷达设备中，连续波雷达受到广泛关注与重视，应用于世界的各个国家。

同时，连续波雷达的体积很小，重量很轻，馈线的损耗最低，使用流程简单，与其他雷达相较可以得知，连续波雷达在接收机方面，所使用的宽带脉冲较窄，有利于抵抗杂波问题，提升电磁干扰的抵抗能力。

在应用连续波雷达对距离与速度进行测量的过程中，其测量准确性较高，不会受到其他因素的干扰。

对于连续波雷达而言，其特点主要表现为以下几点：（一）发射机的运行功率较低连续波雷达的发射机运行功率很低，有利于应用在侦查工作中。