调频连续波车载雷达的原理及应用
２０１０年第９期 福建 电脑 ８９
调频连续波车载雷达的原理及应用
杨开宇 （福州大学物信学院福建福州３５０１０８） 【摘 要】：在商用车载雷达的家族中，微波雷达是一项关键技术。本文介绍了调频连续波雷达的测距、 测速原理．并给出了一种具体的电路实现方法。 【关键词】：雷达、调频连续波、锁相环、中频 １．引言 车载雷达自２０世纪７０年代起开始发展．主要用 于检测车前、车附近及车后的物体。在各种环境条件 下．准确测量前后方车辆速度和距离是系统设计的关 键 目前测定汽车之间距离和速度的方法主要有超声 波法、激光法和微波雷达法。微波雷达与其它两种方式 相比具有显著的优点，因为其工作频率高、波长短，可 有效地缩小波束角度、减小天线尺寸。它不但可以探测 目标的距离．而且还可以测定相对速度和方位 同时微 波雷达还适合在恶劣气候条件下工作．并能够在汽车 制造中方便地将其置于塑料挡板之后 因此．本文主要 研究微波雷达技术的相关原理．并给出了其电路的一 种具体实现方法 ２．ＦＭＣＷ雷达测距测速原理 车载微波雷达主要分为两种：脉冲多普勒雷达和 调频连续波（ＦＭＣ 雷达。脉冲多普勒雷达系统测量精 度高、数据刷新快．但系统复杂．成本较高。调频连续波 雷达系统则具有电路简单、成本较低的优点。其基本原 理是通过连续周期性地调制发射信号频率．并分析接 收信号频率，从而得出汽车周围物体的相对距离和速 度。 为了探测汽车周围的动态物体．雷达发射信号可 以采用时域中线性的三角形频率扫描．如图１所示。这 里△厂是扫描频率的最大和最小值之差， 是扫描的 时间 Ｆ２ Ｆ１
图１三角形频率扫描发射信号 雷达接收到的物体反射信号与发射信号存在２Ｒ／ｅ 时间的延迟，如图２所示。其中Ｒ是车与物体的相对 距离，ｃ是真空中的光速，虚线表示的是物体静态时雷 达对应的接收频率。 Ｆ２ Ｆ１
图２发射和接收信号在时域上的关系 称为拍频，它等同于对静态物体的发射和接收频 率之差。根据简单的三角关系可得： ： （１） 几一ｃ 对于一个动态的物体．当观察者以ｖ的相对速度 向波源移动时．他所接收到的波长为Ａ的信号的频率 相对于波源发出的频率会有一个ｖ／ｈ数量的频移．即 多普勒频移。对雷达来说，这个效应在信号的往返过程 中发生了两次。因此总的多普勒频移可以表示为： ＝２ 对动态物体的发射和接收频率之差可以表示为： ＝｛ｂ一｛ｄ ＝ 十 （４） △ 和△ 即中频信号，它们是实际电路中需要通 过雷达探测获得的结果。通过简单的公式变换可得： ＝ ：垒 将（５）（６）两式带人公式（１）并做适当变换即可得到 距离Ｒ的公式： 肚 ｃ＿△ｒ．厂ｘ＝旦４ Ａｆ（ ＋ ） （７１ 将（５）（６）两式带入公式（２）并做适当变换即可得到相 对速度ｖ的公式：
福建 电脑 ２０１０年第９期
Ｖ＝ ＝－ ； （ＡＬ一 ） （８） ‘ｔ ３．雷达电路设计 ３．１整体电路系统 完整的连续波频率调制车载雷达电路系统框图如 图３所示。该系统可以分为高频微波模块和低频电路 模块。实线框中的部分即微波模块，其工作在频率高达 ７７ＧＨｚ的频段，采用砷化镓微波单片集成电路。剩下部 分为低频电路模块，可以进一步分为两个部分：ＵＳＢ左 边的信号产生、控制以及传输部分，以及ＵＳＢ右边的 信号接收和处理部分
ＵＳＢ ＣａＮｅ ｔｏ ＰＣ Ｉｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｗ ｈ Ｌａｂｖｉｅｗ 图３车载雷达的电路系统 雷达电路中的ＵＳＢ芯片采用ＣＹＰＲＥＳＳ公司的 ＣＹ７Ｃ６８０１３Ａ．它是一款８０５１系列的单片机．通过ＵＳＢ 接口连接到电脑．与Ｌａｂｖｉｅｗ软件进行通信．从而完成 对电路的数据控制和分析的功能 ＡＤＣ模块采用 Ａｎａ１ｏｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ公司的ＡＤ９２４４，它具有１４ｂｉｔｓ的数据 精度和６５ＭＳＰＳ的数据采样率．能够支持对所研究的 雷达电路中频信号的数据采样功能 频率合成器 （Ｓｙｎｔｈ）采用Ａｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ公司的ＡＤ９９５６．它含有２． ７ＧＨｚ的ＤＤＳ模块．可以通过适当的连接实现锁相环 的功能 在Ｌａｂｖｉｅｗ软件的帮助下．系统将通过频率合 成器产生调频连续波（ＦＭＣＷ）信号至发射端．并在接收 端获得中频（ＩＦ）信号，通过滤波即模数转换等处理，最 终通过软件计算得出被测目标的相对距离和速度。下 面对信号发生和接收的核心模块再做一些具体的介 绍。 ３．２锁相环 锁相环ｆＰＬＬ１是发射信号的产生及控制模块的重要 部分。在无线电发射机中，锁相环常被用于合成所需的 频率。这个频率是参考频率的整数倍，同时拥有与参考 频率相同的稳定性 在本电路的具体应用中．锁相环电路主要由 ＡＤ９９５６芯片构成，它具体包括了：频率合成￣（Ｓｙｎｔｈｅ． ｓｉｚｅｒ）、低通滤波器（ＬＰ）、晶振（作为参考时钟信号）、环路 滤波￣（ＬＯＯＰ ｆｉｌｔｅｒ）￣＇１］电压控制振荡器（ＶＣＯ）。锁相环 采用了部分分频环路的连接方式。这种连接在直接数 字频率合￣（ＤＤＳ１的反馈回路部分提供了精确的分 频功能。同时它也支持直接数字频率合成器的频率扫 描功能。频率合成器可以进一步分成：直接数字频率合 成器（ＤＤＳ）、数模转换器（ＤＡＣ）、相位探测器（ＰＤ）和电流 泵（ＣＰ）。雷达电路中采用的锁相环电路框图如图４所 示。 窿 ： ￣ａｒ ｓ ｉｇｎａｌ ｖｍｎｅ…ＶＣＯ删 二；一 ～ 一一 Ｉｊ｝ Ｉ 一… ＝～ｊ ｊ ｊ ＿ｊ ‘… ＤＡＣ— ｏｏｓ 一 ｅｔ一－ｖ・ａｅ Ｉ。 ：ｒ ■ １ ｕｕ — ｝ Ｌ ＝＝ ； 。。 “Ｔ： ｆ －一…一： ｒＪ 调频连续波信号将由电压控制振荡器（ＶＣＯ１输出， 经过倍频之后达到７７ＧＨｚ左右．作为发射信号送至雷 达的发射端 ３．３中频ｆＩＦ１的信号处理 接收端的中频信号携带着雷达电路中重要的信 息．即目标物体的距离和速度。在本电路中．它是通过 将本地振荡器的信号ＬＯ（发射信号）和射频信号ＲＦ （接收信号）混合在一起而得到的，如图５所示。
图５混合器模块 这个混合器即一个乘法器．它所得出的中频信号 可由下式计算得出： ｃｏｓ（ ）删ｃｏｓ（ ＝鱼 （ｃ０ｓ（ＷＬｏ－－ＷＲＦ）ｆ］＋ｃ。ｓ ＋ Ｊ 从中我们可以得到中频（ＩＦ）：Ｗ ＝（ｗＩＤ—ｗ盯）。通过进 一步的数据处理．我们即可得到被测目标的相对距离 和速度 ４．结束语 经过初步测试．该车载雷达电路系统能够正确产 生ＦＭＣＷ信号，并在接收端正确接收ＩＦ信号。通过对 软硬件的进一步完善．将有望实现商用化．具有良好的 应用前景。 （下转第９６页） Ｐｌ＿＿＿＿－－＿＿＿＿＿－．－－＿
Ｌ ９６ 福 建 电脑 ２０１０年第９期 ２．２逻辑结构设计 将概念结构设计中用户、角色、功能、模块各实体 的Ｅ—Ｒ转换为关系模式如下： 用户（ 缠曼，用户名，密码，部门名称） 角色（鱼鱼 曼，角色名） 用户一角色（ 绳呈， 鱼绳曼） 功能（ 篮缠呈，功能名称，网页地址，模块编号） 角色一功能（鱼鱼 曼， 缦曼） 功能（功能编号，功能名称） 模块（模块编号．模块名称） ３、实现过程 系统采用Ｂ／Ｓ（Ｂｒｏｗｓｅｒ／Ｓｅｒｖｅｒ）＿－￣层体系结构．使用 了ＡＳＰ．ＮＥＴ技术．数据库使用ＳＱＬ Ｓｅｒｖｅｒ ２００５ ３．１授权管理 不同的角色拥有相应功能操作的权限．在授权管 理中，先选定角色信息，然后再选定相应的功能，为了 节省篇幅进行了简化．仅列出了学生在教学计划管理 和学籍管理模块的权限分配。图３为授权管理的页面 截图 最膏埋 用户首 角色管理 角色扦配 螭 薮 计制管理 掣档管理 濞程注册香埋 戚续音理 教ｔ捂 Ｉｔ 口 ｔ Ｒｒ ｎ ｆ■ ０１ ■口 丑勺 ｒ ■ ＊ ｒ ：｛】 ｒ ｆ｛ｌ ） ｌ用ｔ ■ ¨ ■ｔＩ， ＃｝■■Ｂ ¨ｌＥ＊ｆⅡ ≈ ＆ ｆ ｍ ＊ ，●辟 ｔ １ Ｉ，ｌｔ￣ｔｆｌｌ ｝Ｔ ± ｔＩ蔓 ２ ■ ， ，■ ：￥± 自ｔ ２｛±ｎ§ ‘￥ｎ ｔ１． ３ §■ ＊ ／■蚌 一 １ ￥± ｆ ＊ ＊ ｎ－件 ｉ ！Ｉ ？ ｅ §｝Ｔ０ 图３授权管理页面 在授权管理页面中显示角色信息和功能授权信 息。为了方便系统管理员授权管理．将每一个功能模块 的授权分为三种方式：在模块中无任何管理权限、拥有 该模块的所有管理权限、拥有该模块的部分管理权限。 在”拥有该模块的部分管理权限”中．当将角色具有的 功能对应ＣｈｅｃｋＢｏｘ被选中并确认后．角色编号和功能 编号将被保存到角色 功能表中．当角色的权限要进 行修改时．需将ＣｈｅｃｋＢｏｘ选中或去除．同时修改角色
（上接第９Ｏ页） 功能表对应的数据 ３．２用户认证 当用户登录系统时．根据用户输入的用户名和密 码在用户表中进行比对判断是否合法用户．如果不是 合法用户则返回登录页面 如果连续三次出错系统自 动退出。如果是合法用户，进入访问控制流程。 ３．３安全访问控制 当合法用户登录系统后．先访问用户 角色表．根 据合法用户的用户编号找出该用户对应的角色编号： 再根据角色编号在角色权限表中读出对应的功能编 号：然后在功能表中，根据功能编号找出对应的模块并 生成对应的访问页面 如果每次进入新的页面都要重 新验证用户是否有相应的访问权限．就必须重复读取 数据库中相应的数据．这样系统源耗费比较大．对用户 请求相应变慢，因此，采用了Ｓｅｓｓｉｏｎ机制，合法用户登 录后得到功能权限集合保存在Ｓｅｓｓｉｏｎ对象中．只要 读出Ｓｅｓｓｉ０ｎ对象保存的信息，就可以访问新页面了［５１。 ４、结束语 本文介绍ＲＢＡＣ模型在教务管理系统权限管理的 应用，重点分析了数据库的设计过程、授权管理、安全 访问控制等方面。解决了传统权限控制不足，提高权限 管理的安全性、灵活性。系统中授权管理采用图形界 面。授权使用三种方式，操作简便。 参考文献： 『１１杨剑。闪四清．ＡＳＰ．ＮＥＴ环境下基于角色的权限控制的实现 卟计算机技术与发展，２００７，１７（１５）：２３４—２３７． 『２１王延彬，许林英，杨海琛．ＯＡ系统中基于角色的用户权限管理 卟微处理机，２００８，８（４）：６４—６７． ｆ３１张海涛，刘志峰，李杨，王建华，杨文通．基于角色访问控制在 权限管理中的研究与应用卟微计算机信息，２００６，２２（９）：２９－３２． 『４１冀汶莉．基于Ｒ．ＢＡＣ模型的权限管理系统的研究与应用［Ｉ］．微 电子学与计算机，２００７，２４（８）：８５—８６． 【５】孔令富，孔海娥，冯建周．基于角色一页面的协同设计ＩＪ］．计算 机工程与科学，２００９，３１（９）：５－７．
参考文献： ［】１ Ａｍｊａｄ Ａｌｔａｒ，”Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ—ｗａｖｅ ＳｉＧｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｏｕｂｌｅｒ ａｎｄ Ｏｕｔｐｕｔ Ｂｕｆｆｅｒ ｆｏｒ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｋａｄａｒ Ａｐｐｆｉｃａｔｉｏｍ”， ＬｉＴＨ—ＩＳＹ—ＥＸ一一０７／３９７８一一ＳＥ．２００７ ［２］２ Ｊｏｎｎｙ Ｓｖｅｎｓｓｏｎ，”Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ａｎ ＦＭＣＷ Ｒ．ａｄａｒ Ｐｌａｔ－ ｆｏｒｍ Ｗｉｔｈ Ｈｉｇｈ—Ｓｐｅｅｄ Ｒｅａｌ—Ｔｉｍｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ”．ＬＩＴＨ—ＩＳＹ—ＥＸ一一 ０６／３７７９一－ＳＥ，２００６ ［３】 Ｏｓｃａｒ Ｅｒｉｋｓｓｏｎ，”Ｆｉｌｔｅｒｄｅｓｉｇｎ ｏｃｈ ｈ？ｒｄｖａｒｕｋｏｎｓｔｒｕｋｔｉｏｎ Ｐ．ｒ ＦＭＣＷ－ｒａｄａｒ”，ＬｉＴＨ－ＩＳＹ—ＥＸ—ＥＴ－－０６／０３２０－－ＳＥ，２００６ 张大彪，王艳菊．微波测速、测距系统的设计．仪表技术与 传感器．２００４（４）：１１－１２ １ 刘丽华，董天临．连续波多普勒测速雷达射频前端电路设 计与仿真．电子科技．２００７（５）：２０—２５ 【６】 陶建史．民用雷达技术．电讯工程，２００２（１）：５－１１ Ｈ．Ｋｏｈｌｉｎｇ，Ｍ．一Ｍ．Ｍｅｉｎｅｃｋｅ，”Ｗａｖｅｆｏｒｍ Ｄｅｓｉｇｎ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｆｏｒ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｋａｄａｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ”，ＩＥＥＥ ２００１ ［８】 Ｗｉｌｌｉａｍ Ｆ．Ｅｇａｎ，”Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｂｙ Ｐｈｍｅ Ｌｏｃｋ”，Ｓｅｃ－ ｏｎｄ Ｅｄｉｔｉ
调频连续波恒定差拍频率体制高度表
调频连续波恒定差拍频率体制高度表
调频连续波（FM-CW）雷达是一种特殊类型的雷达系统，其工作原理是通过不断改变发射信号的频率来实现测距。在FM-CW雷达中，发射信号的频率随时间线性变化，这种频率变化会导致回波信号中出现频率差，也就是所谓的“差拍频率”。差拍频率与目标距离之间存在一定的数学关系，通过测量差拍频率，可以推算出目标与雷达的距离。
在FM-CW雷达中，由于发射信号的频率是连续变化的，因此可以实现较高的测距分辨率。这种雷达系统通常用于测距精度要求较高的应用场景，比如地面测绘、目标识别与跟踪等领域。
高度表是飞行器上的一种重要仪表，用于测量飞行器相对于地面的高度。在调频连续波雷达中，可以通过测量差拍频率来实现对目标的距离测量，但是要实现高度测量还需要结合其他传感器和系统，比如气压计、GPS等。通过这些传感器和系统的协同工作，飞行器可以准确地确定自身的高度信息。
综上所述，调频连续波雷达通过测量差拍频率实现目标距离的测量，但要实现高度测量还需要结合其他传感器和系统。这种雷达系统在航空航天领域有着重要的应用，可以为飞行器提供精准的距离和高度信息，保障飞行安全。
FMCW雷达原理(转)
FMCW雷达原理（转）
FMCW（Frequency Modulated Continuous Wave）雷达是一种利用频率调制连续波来探测目标和测量距离的雷达系统。它是一种相对于传统的脉冲雷达而言，更加先进和灵敏的技术。
在传统的脉冲雷达中，发射和接收是分开的，导致需要很短的脉冲宽度来达到高精度。然而，这种快速脉冲会带来一些问题，如需要高功率放大器来保持信号幅度、难以区分多个目标和在近距离目标处的分辨率性能较差等。
相比之下，FMCW雷达可以通过连续调频信号来克服脉冲雷达的一些问题。它通过使用较长的调频脉冲来提高距离分辨率，并通过在频域上测量回波信号的频率差异来确定目标的距离。
具体来说，FMCW雷达的工作原理如下：
1.发射器产生一个连续的微波信号，并将其在宽频率范围内调制。通常情况下，调制频率的变化是一个线性的函数。
2.调频的信号通过天线发送到目标区域。当信号遇到目标并被反射回来时，会发生多径效应和多普勒频移。
3.接收器接收到回波信号，并将其转换成频率域。通过测量回波信号的频率差异，可以计算出目标与雷达之间的距离。
4.通过对回波信号的处理，可以提取出目标的距离、速度和方向等信息。这些信息可以在雷达系统中进一步分析和应用。
总而言之，FMCW雷达作为一种基于连续波调频技术的雷达系统，通过频率差异来测量目标的距离和速度。相比传统雷达，FMCW雷达具有更高的精度和性能，在航空、车辆安全和地质勘探等领域有着广泛的应用前景。
多斜率步进调频连续波信号在汽车防撞雷达中的应用
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２１｝０２ Ｅ ２月 ＩＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＡＮＤ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ＴＥＣｔｌＮＯＬＯＧ５ Ｆｅｂ ２（１１１２
多斜率步进调频连续波信号在汽车防撞雷达中的应用
嗽建挥 刘国岁 顾 红 苏卫匠
ｆ南京理工大学电子工程技术研究中心南京２１００９４）
摘要 设文首先舟绍丁工作在毫米波段的汽车防撞雷进的有关情况，然后针对其在实际工作情况下 到的虚 同题，提出了一种新的雷迭垃射信号波形 即多斜率步进调颉连缍被信号 媛被形可 窖易地数字化产生 时其相应的信号灶理降（ＩＴ传统的高分辨率雷达对高速宽带信号处理的要求．饭文迁提出丁一种用于多１、车 辆日标检测的逐捉坷近箅法．仿真结果表明，该抖法毹 有技地去稚虚假目标．
关键词 汽车防撞雷达．步进调频连续镀，多目标垃测 中圉号 ＴＮ９５
１毫米波雷达应用于汽车防撞
随着现代社会工业化程度的高度发展，交通安全问题已成为各国亟待解决的大课题．对ｒ
公路交通事故的分析表明，８Ｏ％以上的车祸是由于司机反应不厦所引起的，超过６５％的车辆
相撞属于追尾相撞。研究同时表明：若司机能够提早１秒钟意识到有事故危险并采取相应的正
确措施，则绝大多数的交通事故都可以避免ｌ 。在这种背景下，以汽车防撞雷达为代表的蛋
驾驶辅助控制装置应运而生。
事宾上，除雷达外．诸如超声波、红外、激光 及视频等技术均可考虑用于汽车防撞 但综
台考虑而言，雷达技术最为适合．表Ｉ列出了雷达技术同其它技术的主要性能对比，表２为笔
嚣 参问有关文献的基础上总结出的汽车防撞雷达的一些主要工作参数 ｊ。
表ｌ 雷达技术间其它技术的性能对比表 应用技术 超声波 红外 激光 视频 雷述
距高探洲能力 低 一般 强 强 强 目标鉴别能力 低 低 一般 强 强 排除虚警能力 低 低 一般 一般 强 温度稳建哇 差 一般 强 强 强 黑暗穿适能力 强 强 强 低 强
fmcw雷达测距测速测角原理
fmcw雷达测距测速测角原理
FMCW（频率调制连续波）雷达是一种常用于测距、测速和测角的技术。其原理是通过发射连续调频的微波信号并接收回波，利用接收到的回波信号与发射信号之间的频率差来实现测量。
测距原理：在FMCW雷达中，发射器发射的信号频率会逐渐变化（通常是线性变化），当这个信号遇到目标物体并发生回波时，回波信号的频率也会与发射信号的频率有所不同。通过测量回波信号与发射信号之间的频率差，可以根据光速的知识计算出目标物体与雷达的距离。
测速原理：当目标物体与雷达相对运动时，回波信号的频率也会存在多普勒效应，即回波信号的频率会发生变化。利用这个变化的频率可以计算出目标物体的相对速度。
测角原理：FMCW雷达还可以通过两个不同的接收天线来接收回波信号，并通过对两个接收信号的差异进行处理来实现测量目标物体的方向角。通过比较两个信号的相位、幅度或时间差等参数，可以计算出目标物体的角度。
总之，FMCW雷达利用发射信号和回波信号之间的频率差，结合多普勒效应和相位差等特性，可以实现对目标物体的测距、测速和测角。
雷达的常见分类以及典型应用
雷达的常见分类以及典型应用
雷达，是英文Radar的音译，源于radio
detection and ranging的缩写，意思为'无线电探测和测距'，即用无线电的方法发现目标并测定它们的空间位置。因此，雷达也被称为“无线电定位”。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。
01
01
典型雷达应用
监视——军事、民用航空交通管制、地面、空中、沿海警戒、卫星
搜索和跟踪——军事目标搜索和跟踪
火控——为火控系统提供信息(主要包括目标方位、仰角、距离和速度)。
导航——卫星、航空、航海、陆地导航
汽车——碰撞警告，自适应巡航控制(ACC)，避免碰撞
液位距离测量——液体的液位监控，距离测量等等。
近炸引信——军事用途: 制导武器系统需要一个接近触发引信爆炸弹头
高度计——飞机或太空船的高度计，为民用和军用使用
地形回避——机载军事应用
二次雷达——异频雷达收发机，接收目标反射的编码信号
气象——避免风暴，变风警告，气象测绘
空间遥感——军事基地监视、地面测绘，空间环境探索
安全——隐藏武器检测、军事基地监视
02
雷达频段和应用
不同频段电磁波在大气传播中衰减
03
常见雷达类型
连续波雷达
固定频率的连续波(CW型)雷达系统可用于测量速度。但是，它不能提供任何距离信息。天线发射某一固定频率的信号。在移动目标(例如汽车)上反射回来的信号产生了多普勒频移。也就是说会在略微偏移的频率上接收到反射信号。通过比较收发信号的频率,我们可以确定目标的径向速度(而不是距离)。基于这个原理,一个典型的应用是交通监测雷达。
雷达移动传感器也是基于相同的原理，但由于可能存在变化的干扰环境，它们还必须具有能够检测缓慢变化场强的能力。
交警使用的超速检测雷达(speed traps)也是采用这种技术。如果一个特定距离的目标超速了，摄影机就拍下照片。 现代交通监视雷达
车载雷达原理与设计大报告
超高速通信电路与系统技术概论课程报告
小组成员：
学院：信息科学与工程学院
指导老师：
二零一七年六月
24GHz车载雷达原理与设计
1.研究背景与车载雷达的发展与应用
1.1研究背景
自从1904年德国工程师里斯蒂安在柏林皇家专利会上取得了雷达设计的发明专利以后;雷达的发展可谓是日新月异..雷达最初的目的在于无线电检测和测距;辐射出能量并检测反射回来的波;根据时间差可计算出与目标物体之间的距离..现在技术较为成熟的是调频连续波雷达;一个频率连续变化的波;其中一部分波束信号作为参考物;另一部分波束信号辐射出去;经过目标物体局部反射后的信号与参考信号进行混频从而产生一个差频信号;通过信号处理则可以得到距离..这种技术不仅精度极高;同时成本较低;因此广为流行..
据调查统计;追尾是交通事故最主要的发生形式;尤其是高速公路上的超速现象和雨雪雾霾天气更是事故的导火索..交通事故大多数是驾驶员没有意识到前方车辆距离自身车辆太近或者完全来不及反应所造成的;如果驾驶员能提前0.5秒意识到危险的靠近;那么交通事故将减少至少一半..对此;目前已采取了许多措施;其中主要有安全带、安全气囊和保险杠等;但这都只是“治标不治本”..要想从根本上解决问题;汽车安全间距检测系统的存在必不可少..
汽车安全间距检测系统主要的作用为停车辅助和防止碰撞..停车辅助是指驾驶员在倒车时倒车雷达会帮助他们探测后视镜看不见的物体;通常是用来探测后方物体的距离;当距离过小存在危险时;警报会发出声响提醒驾驶员注意;通常距离越小警报声显得越危急..除此之外;碰撞避免是指在碰撞快要发生时发出警报提醒驾驶员及时作出应对;减少驾驶员的反应时间;极大程度地避免了碰撞的发生..该系统同样也是以雷达为基础;雷达如图1.1所示;它不断探测周围车辆的距离和速度;不仅会发出警报;必要时也会自动拐弯或是减速..由此可见;汽车安全间距检测系统对于减少交通事故的发生起着不可替代的关键作用..
调频连续波雷达（FMCW）测距测速原理，看完这篇基本就懂了！
调频连续波雷达（FMCW）测距测速原理，看完这篇基本就懂了！调频连续波雷达
Frequency Modulated Continuous Wave, FMCW
雷达按照发射信号种类分成脉冲雷达和连续波雷达两⼤类，常规脉冲雷达发射周期性的⾼频脉冲，连续波雷达发射的是
连续波信号。
连续波雷达发射的信号可以是单频连续波(CW)或者调频连续波(FMCW)，调频⽅式也有多种，常见的有三⾓波、锯齿
波、编码调制或者噪声调频等。其中，单频连续波雷达仅可⽤于测速，⽆法测距，⽽FMCW雷达既可测距⼜可测速，并
且在近距离测量上的优势⽇益明显。
FMCW雷达在扫频周期内发射频率变化的连续波，被物体反射后的回波与发射信号有⼀定的频率差，通过测量频率差可
以获得⽬标与雷达之间的距离信息，差频信号频率较低，⼀般为KHz，因此硬件处理相对简单、适合数据采集并进⾏数
字信号处理。
FMCW雷达收发同时，理论上不存在脉冲雷达所存在的测距盲区，并且发射信号的平均功率等于峰值功率，因此只需要
⼩功率的器件，从⽽降低了被截获⼲扰的概率；其缺点是测距量程较短，距离多普勒耦合以及收发隔离难等缺点。
FMCW雷达具有容易实现、结构相对简单、尺⼨⼩、重量轻以及成本低等优点，在民⽤/军事领域均得到了⼴泛的应
⽤。
FMCW雷达框图
调频连续波雷达如要由收发器和带微处理器的控制单元组成，收发器如果使⽤单个天线进⾏同时发射和接收，FMCW雷
达需要铁氧体环形器来分离发射和接收信号，对隔离度要求较⾼。当然，若使⽤收发分离的贴⽚天线，成本会相对低⼀
点。
⾼频信号由压控振荡器(VCO)产⽣，通过功率分配器将⼀部分经过额外放⼤后馈送⾄发射天线，另⼀部分耦合⾄混频
器，与接收的回波混频、低通滤波，得到基带差频信号，经过模数转换后送⾄微处理器处理。
FMCW雷达的测距/测速原理
以三⾓波调频连续波为例来简单介绍雷达的测距/测速原理。如下图，红⾊为发射信号频率，绿⾊为接收信号频率，扫频
周期为T，扫频带宽为B，发射信号经过⽬标发射，回波信号会有延时，在三⾓形的频率变化中，可以在上升沿和下降
fmcw雷达原理
fmcw雷达原理
FMCW雷达原理是调频连续波雷达的英文缩写，它是一种高灵敏度、高精确度、可以给对象实时监测和定位的测距远程探测技术，在信号处理、气体物理检验、物理测量仪器测试等领域有着广泛的应用。
FMCW雷达是利用电磁波的传播来测量距离的远程探测技术，其原理是将发射器发出的持续脉冲调制为调频连续波(FMCW),它的频率随时间持续不断地变化，接收器接收到的被反射的信号也具有同样的持续变化的调频特性，根据发射信号和接收信号的时间差和相位差，便可以计算出两者之间的距离。
FMCW雷达可以实现实时监测动态物体，在测量或检测远距离或者盲区时，具有明显的优势。这一技术可以在很短的时间内，对传播环境和物体的相关信息进行实时的检测和测量，在军事和安全等领域拥有广泛的应用。
调频连续波雷达及其在汽车防撞系统中的应用
２０１２年第５期
文章编号：１００９—２５５２【２０１２）０５－０１０６一Ｏ３ 中图分类号：ＴＮ９５９．６ 文献标识码：Ａ
调频连续波雷达及其在汽车防撞系统中的应用
高香梅，张鉴
（合肥工业大学电子科学与应用物理学院，合肥２３０００９）
摘要：为了保障汽车驾驶的安全性，可以在汽车上安装汽车防撞信息系统。汽车防撞信息系
统一般采用毫米波测距雷达，并且为调频连续波（ＦＭＣＷ）雷达。比较了毫米波脉冲和ＦＭＣＷ
雷达汽车防撞系统的基本工作原理。具体地论述了ＦＭＣＷ雷达的基本结构和硬件实现方式；最
后简单介绍了该种雷达在国内外的发展状况以及在汽车防撞系统中的应用。
关键词：交通安全；防撞雷达；调频连续波；信号处理
ＦＭＣＷ ｒａｄａｒ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ａｎｔｉ．ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ
ＧＡ０ Ｘｉａｎｇ．ｍｅｉ，ＺＨＡＮＧ Ｊｉａｎ
（ＣｏＨｅｇｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｄｅｎｃｅ ａｎｄ ＡｐｐＨｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｈｅｆｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｆｅｉ ２３０００９，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｅｎｈａｎｃｅ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｄｒｉｖｉｎｇ，ａｎｔｉ—ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ｒａｄａｒ ｄｅｖｉｃｅｓ ｃａｎ ｂｅ ｉｎｓｔａｌｌｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｅ
ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ．Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ａｎｔｉ—ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ｒａｄａｒｓ ｇｅｎｅｒａｌｌｙ ｕｓｅ ｔｈｅ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ ｗａｖｅ ｒａｎｇｉｎｇ，ｗｈｉｃｈ
ａｒｅ ｔｈｅ￣ｅｑｕｅｎｃｙ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｗａｖｅ（ＦＭＣＷ）ｒａｄａ￣．Ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ＦＭＣＷ ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ａｎｔｉ—
ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ｒａｄａｒ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ａｎｄ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｈａｒｄｗａｒｅ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｓ ａＦｅ ａｌｓｏ ｐｕｔ
fmcw毫米波雷达原理
fmcw毫米波雷达原理
FMCW毫米波雷达原理
一、简介
FMCW毫米波雷达是一种基于频率调制连续波的雷达技术，其原理是通过改变发射信号的频率，使得回波信号与发射信号产生频率差，从而实现距离测量。该技术被广泛应用于汽车安全、工业检测、航空导航等领域。
二、FMCW毫米波雷达的组成
1. 发射器：发射器产生高频连续波信号，并将其发送到天线。
2. 天线：天线将发射信号辐射出去，并接收回波信号。
3. 混频器：混频器接收回波信号和本振信号，并输出中频信号。
4. 带通滤波器：带通滤波器对中频信号进行滤波处理，以去除杂散噪声。
5. 放大器：放大器对滤波后的中频信号进行放大处理，以增强回波信号的强度。
6. 鉴相器：鉴相器对放大后的中频信号进行相位检测，以获取目标物体与雷达之间的距离信息。
7. 微处理器：微处理器对鉴相器输出的距离信息进行处理，以实现目标物体的定位和距离测量。
三、FMCW毫米波雷达的工作原理
1. 发射信号频率调制
FMCW毫米波雷达通过改变发射信号的频率，使得回波信号与发射信号产生频率差。具体来说，发射器产生一段带宽为B的连续波信号，并将其发送到天线。在发射过程中，发射器会对连续波信号进行频率调制，即将其频率从f1变化到f2。这种频率调制方式被称为“线性调频”。
2. 回波信号接收
天线将发射信号辐射出去，并接收回波信号。当回波信号经过目标物体反射后返回到雷达时，它会与发射信号产生干涉。由于目标物体与雷达之间存在一定的距离差异，因此回波信号与发射信号之间会产生一定的相位差。
3. 混频器处理
混频器接收回波信号和本振信号，并输出中频信号。其中本振信号是一个稳定的高频正弦波，用于将回波信号转换为中频信号。混频器的输出信号包含了回波信号与本振信号之间的频率差，即相位差。
4. 带通滤波器处理
带通滤波器对中频信号进行滤波处理，以去除杂散噪声。由于FMCW毫米波雷达的发射信号具有一定的带宽，因此回波信号也会包含一定的杂散噪声。带通滤波器可以将这些杂散噪声滤除，从而提高雷达系统的测量精度。