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24GHz微波雷達傳感器工作原理

閱讀:2990        發布時間:2021-7-1

雷達是利用電磁波探測目標的電子設備,其工作原理可簡述為:發射電磁波對目標進行照射并接收其回波,由此獲得目標至電磁波發射點的距離、距離變化率(徑向速度)、方位、高度等信息。

目前常用的雷達工作頻段有:10.525GHz——X 波段,24 GHz——K 波段,35 GHz——Ka波段,77 GHz——V 波段。其中,24GHz 是一個 ISM 規定的全球通用的一個雷達工作頻段, 在此頻段上工作時干擾較小。

雷達有多種分類方式:

按輻射源種類可分為:有源雷達、無源雷達。

按平臺可分為;地面雷達、艦載雷達、機載雷達、星載雷達等。

按照波形可分為:脈沖雷達和連續波雷達。

按工作波長波段可分:米波雷達、分米波雷達、厘米波雷達和毫米波雷達等。

按掃描方式可分為:機械掃描雷達和電掃描雷達。等等。

本公司所代理的 24GHz 微波雷達傳感器為德國 Innosent 公司生產,采用*的平面微帶技術,具有體積小、集成化程度高、感應靈敏等特點。

本公司的雷達傳感器多工作于 CW 和 FMCW 模式,功能應用多樣,包括:探測動態目標的速度、靜態目標的距離、動態目標的距離和速度、目標的方位(角度測量)以及辨別運動的方向。

本文檔作為技術支持類文檔,將詳細介紹雷達傳感器在各個功能應用上的工作原理。

 

1. 設置調制信號

探測靜止物體的距離,即靜態物體到傳感器之間的距離,調制信號采用鋸齒波即可。這是因為,此時的干擾大多為多普勒信號,而在抗干擾性能方面,鋸齒波調制要優于三角波調制。選用線性升坡曲線或者降坡曲線作為發射頻率的時間相關函數,并定期重復這些波,以期得到可能的平均值。

調制幅度:選取調諧曲線中線性度佳的一段確定 Vtune 的調節范圍。

 

調制頻率:調制信號頻率理論上最大不能超過 150kHz,但建議探測遠距離目標

(30~100m)時采用 100~200Hz 的調制頻率,探測近距離目標(10~20m)時采用 500~1kHz

的調制頻率。

2. 工作流程

雷達傳感器接口連接方式及使用方法請參見詳細產品使用手冊。如圖 2 所示,雷達傳感器具體工作流程如下:

由 VCO 輸出一個頻率為 ƒtra 的發射信號,其中一路經發射天線發射出去,一路又分流成兩路分別進入 I、Q 所在的通道的混頻器中,其中 Q 通道的信號在混頻之前還需先經 90° 的移相;接收天線接收到的回波信號,先經低噪聲放大處理后,再分別經混頻器與實時分流的兩路信號進行混頻;混頻后得到的信號再經中頻濾波放大處理,最終得到 I、Q 兩路中頻信號。

I、Q 兩路中頻輸出信號中均攜帶有探測目標的距離信息。

算法分析

差頻信號中的距離信息,是通過由時間延遲引起的差頻信號來反映的。下圖 3 是帶有鋸齒形調制方案的 FMCW 雷達發射和接收信號的時間相關曲線。

 

測距精度

1. 測距精度與探測距離的關系

測距精度主要與信號后端處理有關,后端采樣時采用脈沖壓縮等技術或者提高 FFT 采樣點數都可能提高距離測量時的測距精度。

2. 最小可測距離

由公式(2)和(3)可以看出,固定其余參數時,調頻寬度Δƒ 越大,探測距離可能越小。要使得差頻處理有意義,就要使調頻速度 ƒ 等于差頻 ƒD,也就是說,掃描要生成一整個差頻周期,此時可定義最小可測距離 Rmin 。

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