調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)
Frequency Modulated Continuous Wave, FMCW

雷達(dá)按照發(fā)射信號(hào)種類(lèi)分成脈沖雷達(dá)和連續(xù)波雷達(dá)兩大類(lèi)，常規(guī)脈沖雷達(dá)發(fā)射周期性的高頻脈沖，連續(xù)波雷達(dá)發(fā)射的是連續(xù)波信號(hào)。

連續(xù)波雷達(dá)發(fā)射的信號(hào)可以是單頻連續(xù)波(CW)或者調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)，調(diào)頻方式也有多種，常見(jiàn)的有三角波、鋸齒波、編碼調(diào)制或者噪聲調(diào)頻等。其中，單頻連續(xù)波雷達(dá)僅可用于測(cè)速，無(wú)法測(cè)距，而FMCW雷達(dá)既可測(cè)距又可測(cè)速，并且在近距離測(cè)量上的優(yōu)勢(shì)日益明顯。

FMCW雷達(dá)在掃頻周期內(nèi)發(fā)射頻率變化的連續(xù)波，被物體反射后的回波與發(fā)射信號(hào)有一定的頻率差，通過(guò)測(cè)量頻率差可以獲得目標(biāo)與雷達(dá)之間的距離信息，差頻信號(hào)頻率較低，一般為KHz，因此硬件處理相對(duì)簡(jiǎn)單、適合數(shù)據(jù)采集并進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理。

FMCW雷達(dá)收發(fā)同時(shí)，理論上不存在脈沖雷達(dá)所存在的測(cè)距盲區(qū)，并且發(fā)射信號(hào)的平均功率等于峰值功率，因此只需要小功率的器件，從而降低了被截獲干擾的概率；其缺點(diǎn)是測(cè)距量程較短，距離多普勒耦合以及收發(fā)隔離難等缺點(diǎn)。

FMCW雷達(dá)具有容易實(shí)現(xiàn)、結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、尺寸小、重量輕以及成本低等優(yōu)點(diǎn)，在民用/軍事領(lǐng)域均得到了廣泛的應(yīng)用。

FMCW雷達(dá)框圖

調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)如要由收發(fā)器和帶微處理器的控制單元組成，收發(fā)器如果使用單個(gè)天線進(jìn)行同時(shí)發(fā)射和接收，F(xiàn)MCW雷達(dá)需要鐵氧體環(huán)形器來(lái)分離發(fā)射和接收信號(hào)，對(duì)隔離度要求較高。當(dāng)然，若使用收發(fā)分離的貼片天線，成本會(huì)相對(duì)低一點(diǎn)。

高頻信號(hào)由壓控振蕩器(VCO)產(chǎn)生，通過(guò)功率分配器將一部分經(jīng)過(guò)額外放大后饋送至發(fā)射天線，另一部分耦合至混頻器，與接收的回波混頻、低通濾波，得到基帶差頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換后送至微處理器處理。

FMCW雷達(dá)的測(cè)距/測(cè)速原理

以三角波調(diào)頻連續(xù)波為例來(lái)簡(jiǎn)單介紹雷達(dá)的測(cè)距/測(cè)速原理。如下圖，紅色為發(fā)射信號(hào)頻率，綠色為接收信號(hào)頻率，掃頻周期為T(mén)，掃頻帶寬為B，發(fā)射信號(hào)經(jīng)過(guò)目標(biāo)發(fā)射，回波信號(hào)會(huì)有延時(shí)，在三角形的頻率變化中，可以在上升沿和下降沿兩者上進(jìn)行距離測(cè)量。

如果沒(méi)有多普勒頻率，上升沿期間的頻率差值等于下降沿期間的測(cè)量值。對(duì)于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，則上升/下降沿期間的頻率差不同，我們可以通過(guò)這二個(gè)頻率差來(lái)測(cè)距和測(cè)速。

差拍信號(hào)經(jīng)低通濾波和放大后送數(shù)字信號(hào)處理器，完成對(duì)差拍信號(hào)的FFT、檢測(cè)，對(duì)目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算后送顯控終端顯示。

三角波調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)正是通過(guò)采用正負(fù)調(diào)頻斜率來(lái)消除距離與速度的耦合，進(jìn)而進(jìn)行目標(biāo)速度的估計(jì)。