毫米波雷达系统性能参数分析

本文主要分析描述雷达系统的系统性能的一些参数,包括最大作用距离,距离分辨率,最大探测速度……等参数。通过理解这些参数的组成,能够帮助我们设计雷达系统参数。

1、距离

(1)最大工作距离

雷达的作用距离常通过雷达方程来计算,与发射功率\large P_t,天线增益\large G_a,目标RCS,接收机灵敏度\large \left(SNR \right )_{det}等参数相关,具体计算公式如下:

另一种计算方法与最大中频带宽\large IF_{max}相关。

最大中频带宽的大小与采样率相关,在complex 1x模式下,\large IF_{max} \leq 0.9*f_s;在complex 2x和实采样模式下,\large IF_{max} \leq 0.9*f_s/2。因此,也可以用下式来估计最大作用距离:

(2)距离分辨率

距离分辨率表示距离向分辨两个目标的能力。

(3)测距精度

测距精度表示测量单目标的距离测量精度,取决于信噪比。

2、速度

(1)最大探测速度

目标速度是通过提取chirp之间的相位差(多普勒频率)来计算。连续chirp之间的相位差的相位差可表示为:

当相位测量不模糊时,即\large | \Delta \phi|< \pi,得到最大测量速度。

注意:\large T_c为chirp总周期(包括active chirp time + idle time)。

(2)速度分辨率

速度分辨率表示速度维区分两个同一位置的目标的能力。假设一帧传输 N 个chirp,速度维频率分辨率为\large 2\pi/N

注意:\large T_f = NT_c为有效帧周期,不包括inter frame time。

(3)测速精度

测速精度表示测量单目标的速度测量精度,取决于信噪比。

3、角度

(1)探测视角范围 FOV

角度通过RX天线间的接收信号相位差(由波程差引起)来计算,相位差为

当相位差不模糊时,即\large | \omega|< \pi,得到测角范围。

(2)角度分辨率

角度分辨率表示在角度维分离相同距离、速度目标的能力。雷达的角度分辨率一般较低,AWR1xxx系列雷达1TX4RX的角度分辨率28°左右。在实际情况下,由于距离、速度分辨率较高,目标一般可以在距离和速度维区分开。

假设接收天线个数为\large N_R_X,角度维频率分辨率为\large 2\pi/N_{RX}

(3)测角精度

参考视频:TI 毫米波雷达基础知识培训

参考文档:

[1] Programming Chirp Parameters in TI Radar Devices(SWRA553)

[2] The fundamentals of millimeter wave sensors(White papers)

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