24GHz汽车毫米波雷达实验报告

24GHz汽车毫米波雷达实验报告

是德科技射频应用工程师王创业1. 前言

汽车毫米波雷达越来越多的被应用在汽车上面，主要作为近距离和远距离探测，起到防撞、辅助变道、盲点检测等作用。随着器件工艺和微波技术的发展，毫米波雷达产品越来越小。俗话说：“麻雀虽小，五脏俱全”，同样汽车毫米波雷达作为典型的雷达产品，也包含收发天线、发射部分、接收部分、DSP部分。典型原理框图如图1所示。汽车毫米波雷达的性能指标主要体现在测速精度、定位精度、距离分辨率、多目标识别等方面，要实现这些性能和功能，首先要做好整体系统的设计和仿真，其次对于各功能部分的性能指标要严格把控测试，最后要在实际现场环境完成测试考核。

汽车毫米波雷达体制上面主要有线性调频连续波FMCW体制雷达、频移键控FSK体制雷达、步进调频连续SFCW体制雷达。不同体制雷达在产品实现复杂程度和应用上都是有区别的。FMCW体制雷达可以同时探测到运动目标和静止目标，但是不可以同时探测多个运动目标。电路需要比较大的带宽。

FSK体制雷达，可以同时探测并且正确区分开来多个运动目标，但是不可以正确测量静止目标。电路带宽比窄，系统响应捕获比较慢，成本比FMCW体制要低很多。SFCW体制雷达，可以同时探测多个静止和运动的目标，并且将各个目标正确区分开来。SFCW体制雷达具有更为复杂的调制波形，信号处理也更为复杂，产品实现成本高。

2.实验目的

在汽车毫米波雷达系统研制过程中，经常会碰到各式各样的问题，譬如系统波形的选择和设计、系统链路的设计、信号处理算法的选择、微波电路的设计调试、天线的设计。主要的问题主要体现在系统方案、处理算法模拟、微波电路指标调试及对系统性能的影响上。典型的例子，在FMCW雷达系统，雷达探测距离分辨率不仅与信号的调制带宽有关，还与FMCW调制的线性度有关。

利用是德科技平台化解决方案，即软件+硬件+工程师，可以很容易的实现雷达系统设计仿真、处理算法验证、微波电路设计测试、天线设计测试。基于以上的问题，该实验主要实现以下三个目的：

1)软件硬件结合，SystemVue+仪表实现各类信号的产生；

2)系统设计仿真、算法验证

3)VCO线性调制度分析

4)场景信号录制回放和信号分析

3.实验要求

该实验采用FMCW雷达体制，结合SystemVue软件和仪表实现以下功能：

1)汽车雷达信号产生

a.24GHz标准雷达信号产生：Triangle调制信号、Sawtooth调

制信号

b.FMCW雷达信号的回波和杂散信号产生

c.三个组合三角波调制波形产生

2)汽车雷达信号分析，结全89601B VSA软件实现对24GHz FMCW

雷达模块VCO进行线性度分析

3)SystemVue系统仿真和算法实现

4)场景信号录制回放和信号分析

a.不同RCS静止单目标回波信号的实现和录制

b.运动单目标回波信号的实现和录制

c.利用不同回波信号验证DSP处理算法

4.实验内容

4.1汽车雷达信号产生

在固定周期内，发射信号的频率随着调制信号连续变化就形成FMCW信号，如下图所示。通过发射信号与回波信号混频即可得到差拍信号f b。

f b=∆F2R t m C

//下面论述Triangle信号Sawtooth信号的原理和区别对于静止目标

在tm时刻内线性频率变化的线性调频信号，发射出去碰到前面物体会产生回波，在某时刻发射信号和回波信号差拍后得到频率fb，通过上图可以看出，fb与Sawtooth的斜率、调制带宽∆F、回波信号的延迟有关。回波信号的延迟时间：

t=2R C

R是雷达与目标间的距离，C是光速。

为了得到目标与雷达间的距离，必须求出发射信号与回波信号差拍频率fb，利用零差信号检测技术可以得到该频率。实现原理是发射调频信号与回波信号混频，对混频后的信号做FFT变换就可以得到差拍频率fb。

对于线性调频信号来讲，差拍频率与调频信号的线性有关，所以很容易求出雷达与目标间的距离：

R=t m C 2∆F

f b

由公式可知，线性调频雷达的距离分辨率与时间的分辨率成正比，与调频带宽成反比。

∆R0=C∆T

2

=

C

2∆F

上式中的∆R0是理想的距离分辨率，∆T是时间分辨率，∆F是发射信号的带宽。所以带宽决定了雷达的距离分辨率。为了得到高的分辨率，要用到大的带宽。如400Mhz的带宽时间分辨率为2.5ns，距离分辨率为0.37m。距离分辨率可表示为：

∆R=t m C

2∆F

∆f b

∆f b是接收机的频率分辨率，取决于FFT的点数和采样频率。对于运动目标

对于运动目标来讲，差拍频率不仅与距离有关，还与目标的速度有关。锯齿波调制的FMCW信号，运动目标的差拍频率为：

f b=−∆F2R

t m C

+

2vf

C

2vf

C

为多谱勒频率，v为目标的速度，f为雷达发射频率。

对于锯齿波调制来讲，在上升过程中差拍的频率与距离和速度有关

R=t m C

2∆F

f b1

f b1是上升过程的差拍频率，t m C

2∆F

是线性频率调制的线性度。

所以由上面公式可知，目标的距离受速度的影响会产生误差。为了解决锯齿波调制信号带来的距离误差的问题，可以采用两边对称的三角波作调制信号。原理如下图所示。

f b triangle=∆F4f m R

C

=

∆F4R

t m C

多谱勒频率：f d=2Vf

C