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fmcw原理频率调制连续波（FMCW）是一种通过频率调制的连续波信号来实现测距和速度测量的技术。
它广泛应用于雷达、无人驾驶汽车和机载测距仪等领域。
其原理是利用连续发射的电磁波信号的频率在一定范围内连续调制，然后将调制后的信号发送到目标物体上，再通过接收到的回波信号来计算目标的距离和速度。
FMCW的基本原理可以分为三个步骤：第一步，发射：频率调制连续波雷达首先发射一个正在不断变化的频率信号。
这个被称为“上行”信号的频率从一个基本频率开始，然后随时间线性地增加或减少到一个更高或更低的频率。
第二步，发射和接收之间的时间差：上行信号在发射后通过天线传送到目标物体。
一部分电磁波信号击中目标物体并被反射回来，形成回波信号。
这个回波信号在传输和接收之间的时间差决定了目标物体的距离。
第三步，接收和分析：回波信号通过天线再传回到雷达系统。
接收到的信号称为“下行”信号，其频率与上行信号的频率相同。
通过比较上行和下行信号的频率差异，可以确定目标物体的速度。
然后，通过测量上行和下行信号之间的频率差和时间差，可以计算目标物体的距离和速度。
具体计算方法是利用多普勒效应，根据频率差异和时间差来解算目标物体的运动参数。
FMCW技术的优势在于其能够提供高分辨率的距离和速度测量，并且在多目标环境下仍然保持较高的性能。
此外，由于FMCW雷达使用低功率连续波信号，而不是脉冲信号，因此它对环境中的杂散信号和干扰更加抗干扰。
此外，FMCW雷达的体积相对较小，成本相对较低，适用于各种应用场景。
总之，频率调制连续波雷达通过频率调制连续波信号，利用多普勒效应来测量目标物体的距离和速度。
其具有高精度、高分辨率和抗干扰能力强等优点，因此在许多领域都有广泛应用。
脉冲雷达高精度测距方法研究与仿真脉冲雷达是一种通过发射和接收电磁脉冲来实现测距的技术。
它在军事、安防、工业等领域具有重要的应用价值。
本文将对脉冲雷达的高精度测距方法进行研究与仿真。
脉冲雷达的测距原理是利用电磁波在空间传播的时间差来计算目标物体与雷达的距离。
通常，雷达首先发射一个短时脉冲信号，然后接收目标物体反射回来的信号。
通过测量发射信号和接收信号之间的时间差，可以得到目标物体与雷达之间的距离。
为了提高脉冲雷达的测距精度，研究人员提出了一些方法。
首先是超高精度脉冲雷达技术。
该技术利用超高精度的本振信号，以及精确的时钟同步技术，可以将测距精度提高到亚米级甚至毫米级。
这种技术通常用于精确测量静止的目标物体的距离。
其次是多普勒效应在脉冲雷达中的应用。
多普勒效应是由于目标物体与雷达之间的相对运动而导致的频率偏移。
通过测量多普勒频移，可以计算出目标物体的速度。
在脉冲雷达中，将多普勒频移转换为距离信息，可以实现目标物体的测距。
另外，脉冲压缩技术也是提高脉冲雷达测距精度的重要方法。
脉冲压缩技术利用信号处理算法，将发射信号的频带展宽，然后将接收信号与展宽后的发射信号进行相关处理，从而实现信号的压缩。
这种方法可以提高脉冲雷达的分辨率和测距精度。
为了验证上述方法的有效性，我们可以通过仿真来进行验证。
仿真可以复现雷达工作的环境和参数，通过控制变量的方法，研究不同方法对测距精度的影响。
例如，我们可以利用Matlab等工具进行脉冲雷达仿真。
通过设定不同的目标物体距离、速度等参数，分别采用不同的测距方法进行仿真实验。
通过比较仿真结果和真实值，评估不同方法的测距精度。
综上所述，脉冲雷达的高精度测距方法研究与仿真具有重要意义。
通过研究与仿真，我们可以深入理解脉冲雷达的测距原理和方法，进一步提高测距精度。
同时，仿真结果也可以为实际应用提供参考，指导雷达系统的优化和改进。
调频连续波测距精度公式线性调频连续波(LFMCW)雷达是一种通过对连续波进行频率调制来获得距离和速度信息的雷达体制，由于其具有无距离盲区、高距离分辨率、低发射功率、结构简单等优点，近年来受到人们的广泛关注。
其理论、关键技术得到迅速发展，应用领域也越来越广泛。
连续波雷达主要用于多普勒导航、测速、测高、近炸引信、导弹制导、目标搜索跟踪和识别、目标指示、战场监视，以及隐身飞机的形体研究等方面。
其中三角波线性调频连续波雷达较为普遍。
三角波线性调频连续波雷达是利用差拍频率来对固定目标进行检测，具有独特的优势。
例如在信号调制过程中，如果采用锯齿波进行调制，由于锯齿波有一跳变，在整个系统中产生很强的调制周期信号，影响系统的灵敏度。
而改用三角波进行调制，由于突变小使得系统中调制周期信号大大减弱，提高了系统性能。
另外结合信号处理算法，三角波调制通过对上/下扫频段的差频信号分别进行处理并对目标上/下扫频段的差拍频谱进行配对处理，可消除距离速度耦合，实现多目标环境中运动目标的检测与参数估计。
三角波线性调频连续波信号，即发射频率按周期性三角波的规律变化。
设ft是发射机的高频发射频率，fr为从目标反射回来的回波频率，它和发射频率的变化规律相同，但在时间上滞后tr，tr＝2R/c。
发射频率的最大频偏为Fm＝2Δf，fb为发射和接收信号间的差拍频率，则fb＝ft-fr。
在调频的上升段df/dt为正值，下降段df/dt为负值。
对于一定距离R的目标回波，除去在t轴上很小一部分2R/c以外其他时间差频是不变的。
若测得一个周期内的平均差频值便可求出目标距离R。
当反射回波来自运动目标，其距离为R而径向速度为v时，多普勒频率为fd，得到调制前后半周正负斜率下的差频分别为fb+和fb-，进而可求出目标距离和目标的径向速度。
多普勒雷达测距原理
1 什么是多普勒雷达
多普勒雷达是现代雷达技术的一种，利用多普勒效应来实现测距、测速、跟踪等功能。
它主要应用于航空、导航、地质勘探、医学等领域。
2 多普勒效应
多普勒效应也称作多普勒位移或多普勒频移，是指当物体相对于
观察者作直线运动时，它们相对于观察者的距离在运动中逐渐变化。
这种变化造成了接受到的波的频率或波长的变化，表现为声音或光的
改变。
3 多普勒雷达的测距原理
多普勒雷达将射向物体的微波信号发射出去，这个微波信号的频
率在雷达传输过程中不变。
当微波信号遇到运动物体时，其频率会发
生变化，这个变化的程度与物体的运动速度有关。
在物体向雷达靠近时，其运动会使得反射的微波信号频率升高，反之则降低。
因此，多
普勒雷达通过测量射向物体和反射物体之间的频率差来计算物体的速
度和运动方向，进而推算出物体的距离。
4 多普勒雷达的测距精度和应用
多普勒雷达测距的精度通常取决于信号的频率和物体的速度。
在精细的应用中，多普勒雷达可以实现高精度的距离测量，例如在气象学中用于测量风速。
此外，多普勒雷达还广泛应用于军事领域，用于探测目标的速度和方向，为军事作战提供决策支持。
在民用方面，多普勒雷达可以用于地质探测和勘探、医学成像以及气象预警等领域。
总之，多普勒雷达的测距原理是非常重要的，其应用范围广泛，能够给人们的工作和生活带来很大的帮助。
第卷第期年月
电子与信息学报从,
多频连续波雷达两种测距算法研究曹延伟程右皇甫堪
国防科技大学电子科学与工程学院信号处理研究室长沙
摘要该文分析了连续波雷达参差多频测距算法的局限性提出了多频连续波雷达的两种测距算法即多频到双频测距法和二次相差法并介绍了它们的基本原理最后对两种方法进行了对比并进行了仿真仿真结果表明两种测距算法都达到了比较高的测距精度在最后双频对应的最大不模糊距离相同的基础上两种算法的测距精度
相当关键词多频到双频二次相差多频连续波雷达
中图分类号文献标识码文章
编号
加
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耐
引言
多频连续波雷达具有设备简单测距精度高可同时
测
速等优点近年来随着现代靶场雷达建设和发展的需要其
研究又逐步受到人们的重视
双频连续波雷达测距的理论精度为。月丫乏亏面
,
其中鱿为双频测距时所用频差为比相输出信噪比
为光速而理论上在该双频频差下的最大不模糊距离为凡。鱿此时雷达测距的理论误差可表示为
凡二拒丽雨因此双频连续波雷达存在着测距精度
和最大不模糊距离之间的矛盾为了解决这个问题我们采
用了多频测距体制多频测距的实现有多种方法这里我们将讨论两种新的算法即多频到双频测距法和二次相差法
多频到双频测距法
情况下若不考虑噪声的影响对目标距离的求解可转换为一个除数为整数的实数域内的同余方程组,
科△叭二‘‘其中‘为参差比△妈为第对双频信号的回波相位差‘△
叭
玩匆为第对双频信号测距时的模糊数这
个模糊数是相对于本双频的最大不模糊距离而言的
吞凡凡。娇毓为基本频差凡为基本频差
毓对应的最大不模糊距离鱿矶‘鱿为参差双频的
频差‘为参差系数若求得一组对成…喃使得
牛,书
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即可得到真实距离所对应的的估计值艺
上
云
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首先讨论多频测距多频测距的原理和脉冲多普勒雷达中多脉冲重复频率测距的技术类似同时或顺序发射多对双频信号且每对双频信号的频差按照一定的参差关系选择以此来提高雷达测距性能在重参差多频测距
标真正距离的估计值是户艺凡参差系数之间的两两互素保证了同余方程组式解的存在且唯一在没有噪声的情况下多频测距的最大不模糊距离为
凡,凡
一收到改回电于与信恳学第卷
报
针对上述多频测距思想考虑到实际测量中噪声的影响我们做以下仿真取基本频差叽分别在参差重数
为,,情况下做次多频测距仿真结果如表所示
二次相差法测距
表不同参差,数下多频测距仿真结果参姚测距误差均方差差正确解
差模糊糊
重最
低
数闷叫
礴叼
名
从理论分析和仿真结果来看多频参差解模糊对信噪比的要求比较高其次为了解模糊多频测距需要通过搜索算法确定最佳的对心…喃使其满足式的要求这样运算量就比较大另外由于受参差系数互素要求的限制参差多频可供选择的频点比较少这是它的一个缺陷但参差多频测距的优势也是显而易见的从表可以看出当采用这个参差系数时测距的不模糊距离
达到了联系到前边对双频测距的分析我们可以将
多频测距和双频测距结合起来两者相互取长补短采用多频到双频的测距方法即首先用多频解模糊的方法在较远的距离上捕获到目标然后转入双频测距通过逐渐增大频差
亦即逐渐减小距离波门的方法来跟踪目标直到测距精度满足需要为止当然在多频到双频测距算法中在利用参差多
频解模糊的过程中测距精度需达到一定的要求否则在转
入双频测距时会引起较大的测距误差以至测距失
效
多频到双频的测距方法虽然开始的时候采用了多频测距以增大不模糊距离但其最终还是采用了双频测距因此
它的测距精度仍然是双频测距精度根据引言中所述多频到双频测距法的最终测距精度应为
。可沂污丽…
由前所述可知双频测距的不模糊距离较小但如果将
频差减小则其测距不模糊距离会大大增加频差的减小可以通过如下方式实现即周期性的发射一组组双频信号每
组双频信号之间的频差较大但相邻两组频差的差即“二次
频差较小这样既可满足测距不模糊距离的要求又使得接收机便于接收分辨两个回波信号而后相邻两组双频信号之间的二次频差逐步增大对应的不模糊距离虽然减小但测距的精度却逐步提高这就是所谓的“二次相差测距法下面就具体介绍这一方法的详细实现过程
二次相差法测距的基本原理也是基于双频测距的
第步首先发射双频信号和人然后发射下一组
双频和人…最后发射双频和厂多频人几…厂
的值依次增大由频率和人可得到它们的相位差△九
△九二汽一汽鹤兀
,。
其中纸二人一同理可以通过频率和频率人得到它们的相位差△汽
△九九一汽鹤式凡
由式式可得二次相差
丛汽△汽一△汽鹤几凡一匆
匀几
鹤二尺一鹤二凡
”几一凡一
几升
,
若令△丸限鹤式则汽△九
卜偿二
人一几
则最大不模糊距离为毓一鳞其中为目标在频率人所对应测量周期的径向速度它可以通过计算和谱峰搜索的方法得到表示相邻两次
测
量之间的时间间隔由此我们便得到了对应于频率几的距离凡在上式的推导过程中由于频率几,发射时间间
隔较短我们可认为目标是匀速运动的△九隐就是由于目标的运动引起的最小二次频差毓一鳞的值需根据本次测量所要求的最大不模糊距离来确定如则由式可得从一纸二凡第步按
照
从一鳞二川毓一纸从一纸,以从一鲸护纸一纸
鱿一从尸,毓一鳞即鱿一纸一鱿一毓,
的规律将二次频差逐步增大其中为二次频差增大的倍数
这样就使得二次频差逐渐增大它们所对应的最大不模糊距离逐渐减小如果相位误差不变则由相位误差引起的测距
误差以的速度递减从而使测距精度逐步提高在满足
最大不模糊距离的前提下提高了测距精
度
第步选择州石一鱿一鳞即纸一
纸
鱿则第期曹延伟等多频连续波雷达两种测距算法研究从一从,
斯
从一鱿、万,
鱿
鱿一峡丫这里的频差斯其实是一次频差而不是二次频差它和前
边的二次频差鱿一峨也是倍关系这样做主要是为了提高频率利用率增大测距精度假设由噪声引起的多普勒相位误差服从矛
的正态
分布则二次相差法中最后一组二次频差测距时的相差误差服从,。孟的正态分布假如该二次频差对应的最大
不模糊距离为尺。取的置信区间则二次相差法下最大二次频差对应的测距误差均方差为鲁呱一副麟一‘’‘一‘创吻兀凡“‘峋‘’凡‘卜…一其中田。汀儿。兀崛汀几兀为采样周期取兀人月和为白噪声这里假定距离雷达处输入信噪比为其它距离处的信噪比则按雷达方程来计算如时输入卜针对所产生的仿真信号取测量周期卜亦即每做一次点的在仿真开始的前个测量周期采用参差多频五人石人和解模糊得到一个目标的精确距离从第个测量周期开始转入双频测距后利用双频几和测距在每个测量周期得到一个目标的精确距离做次蒙特卡罗仿真实验结果如图图所示图给出的是多频到双频测距法下次仿真统计的
测距均方根误差与距离曲线图给出的是多频到双频测距
法下次仿真统计的测距均方根误差与输出信噪比曲线
︵任︶绷板河翎难留蒸︵日︶翎长公期形留属
这就是前述的二次相差法多频测距时所能达到的测距
精度
它同时也给出了测距误差和输出信噪比之间的关系关于这个结论我们己另文加以论证当然由于二次相差法最终采用了一对双频频差来提高测距精度因此二次相差法最终所能达到的测距精度应当满足式也就是说两种方法
所能达到的最终测距精度应当是相同的
两种测距方法的比较及仿真实验
多频到双频的测距方法由于兼具多频测距和双频测距的特点在较大的不模糊距离上达到了较高的测距精度它可以发射很少的多频而得到很大的测距范围这是它的一个
优势但为了解模糊需要通过搜索以求得同余方程组式
的解对心…喃以使它满足式的要求这样做算法就比较复杂运算量也比较大相反对于二次相差法来说
解模糊的问题比较简单只要频点参数选择适当目标就一直处在最大不模糊距离之内相比之下二次相差算法更简单计算量较小更利于工程实现根据上述两种测距方法的理论分析做以下仿真
多频到双频测距法中的有关参数为多频基本频差毓多频参差系数为个它们分别
是
基频对应的个多频频率分别为厂
二
石人多频测距对应的最大不模糊距离为转入双频测距后利用和人测量目标距离
儿双频和儿对应的最大不模糊距离为
现在假定距离雷达远处有一目标作匀速直线运动远离雷达飞去飞行时间为其运动方程为凡其中凡目标速度。耐现仿真产生零中频信号距离图多频到双频测距法误差距离曲线又图多频到双频测距法误差信嗓比曲线二次相差法中各个频点的频率参数为基频发射个多频五儿石这个多频对应的最小二次频差为二次频差递增倍数为最大双频频差为二次差频测距对应的最大不模糊距离为最大双频对应的最大不模糊距离为假定目标飞行情况和多频到双频测距法下的情况相同模拟产生式式的零中频信号信号采样频率测量周期点数等参数也和前边相同二次相差法每个测量周期做一次然后通过找峰求相差从而求得目标的距离当然这个距离的精确度不高在下一测量周期利用上一测量周期测得的距离通过补偿可以得到一个精度更高的距离…依此类推在每第个测量周期可以得到一个精确度很高的目标测量距离做次蒙特卡罗仿真实验结果如图图所示图给出的是二次相差法下次仿真统计的测距均方根误差与距离曲线图给出的是二次相差法下次仿真统计的测距均方根误差与输出信噪比曲线对比图图可以看出多频到双频测距法和二次相差法都达到了比较高的测距精度另外两种方法达到的测距精度相同这是由于多频到双频测距法最后的双频对应的
