毫米波雷达技术:(五)距离-多普勒图谱,以及 FMCW 信号帧结构的设计

(一) 距离-多普勒图谱( R a n g e − D o p p l e r F F T Range-Doppler~FFT RangeDoppler FFT 2 D − F F T 2D-FFT 2DFFT)的结果):

在这里插入图片描述

1)range-bins(距离单元):

上述步骤②的图中,每一行的每个小方块本质上是代表了一小段频率,但是由于 R a n g e F F T Range~FFT Range FFT 的频率就代表了距离,故又称为距离单元。

2)工程执行步骤:

实际应用中,步骤①表示的矩阵行列数是预先设置好的,后续会填充进一个帧的数据。系统会先按照步骤②,对每一条 c h i r p chirp chirp 的中频信号进行有序地 A D C ADC ADC 采样,然后进行 R a n g e F F T Range~FFT Range FFT ,接着将中频信号的频率按照顺序填充进每一行的小方块里;并且只有当此矩阵的所有小方格都被 填充完毕(即对此帧中的所有 c h i r p s chirps chirps 都进行 R a n g e F F T Range~FFT Range FFT 完之后),才可以进行 D o p p l e r F F T Doppler~FFT Doppler FFT


(二) 根据需求,设计 FMCW 信号帧结构:

一般雷达设备的FMCW帧结构都是可以调的;但是有一些参数有时候是不能改的,例如中频信号的低通滤波器。

已有公式为:

①单体最大测速极限: v m a x = λ 4 T c v_{max}=\frac{λ}{4T_c} vmax=4Tcλ

②距离分辨率: d r e s = c 2 B d_{res}=\frac{c}{2B} dres=2Bc

③速度分辨率: v r e s = λ 2 T f v_{res}=\frac{λ}{2T_f} vres=2Tfλ

④最大中频信号: F I F m a x = 2 K ⋅ d m a x c F_{IFmax}=\frac{2K·d_{max}}{c} FIFmax=c2Kdmax

设计帧结构:

1)根据公式①可确定 c h i r p chirp chirp 持续时间 T c T_c Tc

2)根据公式②可确定带宽 B B B ,再根据 B = K ⋅ T c B=K·T_c B=KTc 确定调频指数 K K K

3)根据公式③可确定帧持续时间 T f T_f Tf ,再根据 T c T_c Tc 可确定一个帧里 c h i r p chirp chirp 的数量;

4)最后根据公式④,可以看看雷达设备的中频信号低通滤波器允许的最大中频信号是多少,从而判断可测量的最远距离。也可以根据最大可允许中频信号,来进一步对 K K K d m a x d_{max} dmax 进行取舍。

5)不同的雷达设备对上述参数都可能有不同的限制(诸如雷达发射功率、 A D C ADC ADC 采样率等等),可以根据具体情况进行调整。


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毫米波雷达技术(四)待发布

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