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10.525Ghz雷达使用笔记-----雷达原理简介

2022-02-07 17:34:41  阅读:357  来源: 互联网

标签:10.525 FSK 信号 目标 ----- 频率 雷达 调制


@10.525Ghz 微波雷达感应基础(一)

一、简介

雷达,是英文Radar的音译,源于radio detection and ranging的缩写,意为"无线电探测和测距",雷达是利用电磁波探测目标的电子设备。雷达发射电磁波对目标进行照射并接收其回波,由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率(径向速度)、方位、高度等信息。提起雷达一般人们会想到军用雷达,随着科技的进步和发展,集成电路以及工艺的升级迭代,小型化微功率的商用雷达迎来新的曙光。

二、雷达工作原理–多普勒效应的形成

在日常生活中,当一辆响着喇叭的救护车远离你时,喇叭声的音调会慢慢变低; 当一辆响着喇叭的车靠近你时,喇叭声的音调会慢慢变高,这是为啥?
多普勒效应示意图
多普勒效应说明:当波源和观察者没有相对运动时,单位时间内波源发出几个完全波,观察者在单位时间内就接收到几个完全波,故观察者接收到的频率等于波源的频率;当观察者朝波源运动时, 观察者在单位时间内接收到的完全波的个数增多,即接收到的频率增大,音调变高;当观察者远离波源运动时, 观察者在单位时间内接收到的完全波的个数减少,即接收到的频率减少,音调变低。

三、雷达分类

3.1 雷达按照波段进行划分,如下:
雷达频段划分示意图

3.2 雷达按照信号波形划分,有脉冲体制雷达(PR)和连续波体制雷达(CW)等。

  • 脉冲体制雷达:

发射的波形为矩形脉冲,按一定的或交错的重复周期工作,是目前应用最广泛的雷达信号形式。间歇式发射脉冲周期信号,在发射的间隙接收反射的回波信号,即收发间隔进行。
脉冲雷达工作示意图

当雷达发射一固定频率的脉冲波对空扫描时,如遇到活动目标,回波的频率与发射波的频率出现频率差,称为多普勒频率。根据多普勒频率的大小,可测出目标对雷达的径向相对运动速度;根据发射脉冲和接收的时间差,可以测出目标的距离。同时用频率过滤方法检测目标的多普勒频率谱线,滤除干扰杂波的谱线,可使雷达从强杂波中分辨出目标信号。所以脉冲多普勒雷达比普通雷达的抗杂波干扰能力强,能探测出隐蔽在背景中的活动目标。
  • 连续波体制雷达:

对于连续波体制又可以进一步划分为:CW(恒频连续波)、FSK(频移键控连续波)和 FMCW(调频连续波)等。

  • CW(恒频连续波):属于无调制的雷达信号,频率不随时间变化的连续波。cw

     其中第一行为幅值和时间相关的波形图,第二行为频域上跟时间相关的时频图(频率恒定没变)
    
  • FSK(频移键控连续波):属于调制的雷达信号,频率会做周期性的变化,我们可以将雷达信号调制到两个频点状态下,且以几兆赫兹或者几十兆赫兹切换,可以测定移动物体的距离、速度。

FSK

从图中可以看出,频率的变化在时频图中很明显,FSK和CW模式一样,是通过分析目标与雷达的多普勒频移来确定目标的相关信息,相对静止的目标没有产生多普勒频移,所以无法测量。

特点归纳:
a.FSK 调制只能探测移动目标
b.FSK 可以探测不同速度的多个目标
c.FSK 调制测距精度取决于后端信号处理,与雷达传感器本身的调制带宽无关
d.FSK 调制具有调制简单、不受线性/非线性问题影响等特点
e.一般使用VCO振荡器进行信号产生,过程较为简单,但采样和相位测量过程比较复杂

  • FMCW(调频连续波):属于调制的雷达信号,雷达发射机发射具有一定带宽、频率线性变化的连续信号,即Chirp信号,然后可以测量单目标也可测量多目标的速度和距离等信息。对于角度信息可以通过设计多发多收的天线形式达到目的。

FMCW

如上图所示,从时频图中可以看到频率随时间会线性变化,以达到调频目的。

四、连续波不同模式雷达对比分析

对比图

从应用角度来讲,三种模式都有各自的适用场景,在此不展开讲。当然从技术角度分析的话复杂度越高处理的东西也越多,可以根据具体需求来选择不同模式雷达进行设计开发等。

五、彩蛋。。。

后边会继续更新不同模式雷达的相关数学原理推导及代码实现。

最近有用到市面上的[10.525Ghz频段的雷达芯片 ]做些毕设,后边的一些设计步骤我会记录下来。上图先露个脸,雷达芯片这次会用到其中的XBR816C和后边的这个XBR8161。
芯片

标签:10.525,FSK,信号,目标,-----,频率,雷达,调制
来源: https://blog.csdn.net/weixin_42914108/article/details/122811809

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