【雷达】毫米波雷达（77GHz FMCW）——测距原理

FMCW RADAR 调频连续波雷达

1  毫米波雷达测距原理

（1）FMCW雷达的核心：chirp

频率fC开始的线性调频脉冲，4GHZ的带宽，最终以81GHZ的频率结束。

线性调频脉冲的斜率S：线性调频脉冲上升的速率。

带宽B和 斜率S是系统性能的重要参数。

（2）FMCW雷达工作原理

该雷达具有单个TX 天线和单个RX 天线。

1 合成器生成一个线性调频脉冲（chirp信号）。

2 发射天线发射信号TX。

3 接收天线接收反射回来的信号RX。

4 经过mixer，得到发射信号TX与接收信号RX之间的差值信号IF signal。IF表示中频。

混频器:

（3）IF signal

A  信号发射，遇到有一定的距离障碍物后返回接收，这个距离就产生了接收时间差值，其中d 为雷达到障碍物的距离，c 为光速。

B  将发射/接收信号放在一个图里面，就得到上图。从图中可以看出，接收信号与发射信号一样，只是延迟了时间。

C  经过mixer得到差值信号 IF signal ，其频率为    ，s为chirp的斜率，s = B/Tc。

D  由 t =2d/c，，s = B/Tc 可以得出障碍物的距离 d 与 IF signal 信号频率 f 之间的关系式。

分析：

 

因此，分析出了频率f，就可以得到距离d。

（4）傅里叶变换

结论：观测时间越长，解析越好。

（5）雷达前存在多目标

三个目标，对应三个回波处理后的频率。距离与频率F成正比。

当两个目标很近的时候，那么频率也很接近。如果接近到傅里叶变换也无法解析，见下图：

处理方式：增大观测窗口

（6）如何提高雷达的距离分辨率？

为了使这两个频率在IF频谱中显示为不同的峰值，则：在采样周期 T 内，信号分量a与信号分量b 至少错开1个周期，

即满足 Δf >= 1/T。

结论：距离大于光速与2倍线性调频脉冲的带宽即可分辨开。

提问：以下这两个线性调频脉冲的距离分辨率高呢？

答：根据公式，二者距离分辨率应该是相同的。但是，线性调频脉冲A具有更长的持续时间，因此具有更长的IF信号观测期，如果考虑傅里叶变换的性质，那么脉冲A分辨率应好于线性调频脉冲B的。

（7）Digitzing the IF signal

（8）总结

 

参考资料：http://training.eeworld.com.cn/TI/video/10162