连续波雷达的应用

目标距离。通常采用的调制信号为三角波或锯齿波。发射信号与回波信号的形状相同，只是
在时间上有一个时间延迟△ｔ，△ｔ与目标距离Ｒ的关系可以表示为：
△仁２Ｒ／ｃ
（２）
其中Ｃ为光速。发射信号与反射信号的频率差即为混频输出后的中频信号频率ＩＦ。
，
＾
卵■
１Ｆ
（ｂ） Ｏ
：２００５‘全国微渡毫米波会议论文集
Ｉ¨卜幽（ａ）（ｂ）可咀根据简单的几何关系得到表达式
【４］Ｐｏｌｌｍａｎｎ，Ｈ；Ｅｎｇｅｌｍａｎｎ，Ｒ。；Ｆｒｅｙ，Ｗ．；Ｂｏｓｃｈ，Ｂ．Ｇ， “Ｌｏａｄ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ ｏｆ
Ｇｕｎｎ—Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｌ－Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ” ＭＴＴ Ｎｏｖ １９７０
［５］Ｏｕｐｔａ，ｍ．一Ｓ：Ｌｏｍａｘ，Ｒ，５．：Ｈａｄｄａｄ，Ｇ．Ｉ．．“Ｎｏｉｓｅ Ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｕｓ ｉｎ Ｓｅｌｆ－Ｍｉｘｉｎｇ ＩＭＰＡＴＴ－Ｄｉｏｄｅ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｓ ｆｏｒ Ｓｈｏｒｔ－Ｒａｎｇｅ Ｄｏｐｐｌｅｒ ＲＡＤＡＲ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”ＭＴＴ Ｊａｎ １９７４
采用单片机构建实时闭环线性校正系统对vco进行线性度的闭环校正可以达到很高的精度线性度可以达到o003o0114结构相对复采用lfmcw雷达机制的实现方式可以分为直接对vco的输出进行线性调制15和对较低频率的vo进行线性调制后与一个较高频率的信号混频后作为发射信号的方式16
２００５’全国微波毫米波会议论文集
ＬＦＭＣＷ雷达的＿＿｜：＝作原理和实际应用
１：工作原理
简单的连续波雷达不能够测最距离，对连续波进行调制可以实现这一目的。采用最』１泛
的技术是对载波进行频率调制。
ＬＦＭＣＷ雷达的发射信号在每个调频周期内是线性变化，调频周期远远大于最大作用距
离所对应得回波延时。系统利用发射和接收信号频率在时间上均按照线性变化的特点来测量
连续波雷达的典型技术指标有：最小可检测信号（ＭＤＳ），代表了雷达接收机能够检测 的最弱的信号：输出功率；多普勒雷达的多普勒电压和多普勒噪声；ＬＦＭＣＷ雷达的距离频
谱。
下面将分别介绍这两种工作方式的工作原理以及实际应用，着重介绍两种体制的实际应 用，实际应用中可能出现的问题并介绍解决这些问题已有的办法。
宽，并且由于高处理增益可以允许非常低的峰值发射功率［１７］。目前，利用毫米波ＦＭＣＷ
雷达进行汽车防撞的应用研究非常活跃，充分利用了毫米波雷达分辨率高，天线尺寸小的特
点ｆ】Ｓ】。
结论：
木文通过介绍连续波雷达的基本的工作原理和实际应用。对于实现这种技术进行深入的 文献研究，为将来的课题的实际设计打下了良好的基础。
而的角度。 ２：实际应用 实现多普勒雷达的电路形式大致可以分为两类，一种是本振源和混频器分离的形式『３１，
本振源（一般为介质振荡器ＤＲＯ或耿氏管）通过天线发射连续波，接收的回波信号通过在 混频器（常采用肖特基二极管）上与本振提供的信号进行混频得到多普勒频移的低频信号。 这种电路形式中的各个单元电路非常成熟，性能能够得至Ⅱ保障，适合性能要求比较高的产品。 另。种是自振混频器的形式，即混频器与本振的功能由一个器件完成，当与微带天线结合以 后也称为有源天线。此电路形式的优点是体积小，可以实现低成本的测速产品。其可选用的 元件可以有两端元件如耿氏二极管［４］，ＩＭＰＡＴＴ管【５］，ＢＡＲＩＴＴ二极管【６】，三端元件 ＭＥＳＦＥＴ［７］，ＨＢＴ［８］，ＨＥＭＴ。
［ｇ Ｊ Ｓｉｗｅｒｉｓ，Ｈ．．，．：Ｓｃｈｉｅｋ，Ｂ：“Ａｎａｌｙｓｉ ｓ ｏｆ Ｎｏｉｓｅ Ｕｐｅｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｉｎ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ＦＥＴ
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［１０ｊ Ｈｅｉｄｅ，Ｐ．：Ｍａｇｏｒｉ，Ｖ．：Ｓｃｈｗａｒｔｅ，Ｒ．：“Ｃｏｄｅｄ ２４ ＧＩｔｚ Ｄｏｐｐｌｅｒ ｒａｄａｒ ｓｅｎｓｏｒｓ：ａ
由于多普勒频移傲比较小，当采用２４ＧＨｚ的发射频率的时候，对于一辆速度在２００
千米／ｄ，时的移动物体，其多普勒频移约为８．８ＫＨｚ。因此，当采用目前应用的最广泛的三端 器件，如ＭＥＳＦＥＴ的时候，多普勒雷达的接收机的灵敏度会被微波晶体管振荡器中的低频 噪声影响。在微波晶体管的低频噪声表现为闪烁噪声，其噪声功率密度特性为１／ｆ。在 ＭＥＳＦＥＴ和ＨＥＭＴｓ中，闪烁噪声一直到典型的转角频率ＭＨｚ的时候是主要的低频噪声源。 由于晶体管的非线性，闪烁噪声会被上变频到振荡器频谱的近载波的相位和幅度边带［９］。 在短距离雷达应用中，振荡器的相位噪声影响小，而其１／ｆ幅度抖动能极大的降低信噪比， 也就是降低了雷达的灵敏度。所咀为了消除闪烁噪声的影响，可以采用一个远高于最大多普 勒频移的周期调制信号对雷达信号进行ＰＳＫ调制【１０】。另一种消除１／ｆ噪声的办法就是选择 ＨＢＴ晶体管，这是由于其天然具有极低的１／ｆ噪声［８］。为了进一步提高测量精度，可以使用 多个传感器的雷达实现高精度的无接触式交通地面速度测量［１１］。同时由于多普勒信号本身 不包含方向信息，很难判断物体的移动方向，可以采用ＩＱ检测得到含有方向信息的速度［１单片机构建实时闭环线性校正系统对ＶＣＯ进
行线性度的闭环校正可以达到很高的精度，线性度可以达到Ｏ．００３％－Ｏ．０１％［１４］，结构相对复
杂。
采用ＬＦＭＣＷ雷达机制的实现方式可以分为直接对ＶＣＯ的输出进行线性调制【１５】和对
较低频率的Ｖ Ｃ Ｏ进行线性调制后与一个较高频率的信号混频后作为发射信号的方式【１６】。 ＬＦＭＣＷ雷达还非常适合毫米渡雷达，因为很小的分数带宽就可以实现很大的扫频带
参考文献
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定
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连续波雷达的应用
李智平张显静 （电子科技大学电子工程学院成都６１００５４）
摘要：连续波雷达在短距离应＿｝＝｝ｊ中能够提供较高精度的速度和距离信息，所以在以工业领域 中的无接触式测量和交通领域里的防撞雷达为代表的应用中得到了极大的发展。本文简要的 介绍了这种技术的工作原理及其在实际中的应用。 关键词：连续波雷达多普勒雷达ＬＦＭＣＷ回波信号
简介： 连续波雷达最开始主要是应用在军事领域，但由于其体制所限不能实现对较远距离目标
进行监测的能力，所以理论水平和技术水平的发展落后于脉冲雷达。自上世纪八十年代以来， 连续波雷达技术在理论上得到了深入地研究，并在民用领域中的应用中得到了极大的发展， 具有极大的商业潜力。
连续波雷达的应用根据工作方式的不同，可以分为发射信号经过调制和未经调制的两 种。未经调制的连续波雷达（又称多普勒雷达）的工作原理是利用了从移动物体反射的回波 信号频率发生了改变的多普勒效应，通过有效的测量多普勒频移，可以计算得到物体的运动 速度。这种体制的优点是结构简单，但是不能得到距离信息。经过调制的连续波雷达（主要 采用线性调频连续波ＬＦＭＣＷ）的工作原理通过是发射调频等幅波，经检测回波信号的频率 来探测目标的距离和速度。优点是不存在距离盲区，容易实现极高的距离分辨力，低发射功 率。缺点是作用距离有限，存在速度和距离耦台问题。
］９９２
２００５’全国微波毫米波会议论文集
［８ｊ Ｋｅｌｌｙ，Ｍ．Ｊ．，Ｓｔｅｗａｒ’ｔ，‘１ Ａ．Ｃ．，Ｆｕｓｅｅ，Ｖ．Ｆ．，Ｓａｎｃｈｅｔｉ，Ｓ．，Ｄｒｅｗ，Ｓ．，“ＨＢＴ Ａｃｔｉｒｅ
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Ｔｒａｖｅｌｌｅｄ Ｄｉｓｔａｎｅｅ ｒｅａｌｉｓｔｉｃ ｓｙｓｔｅｍ ｔｅｓｔｓ ｉ１１ ｒａｉｌｒｏａｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ”ＭＩＯＰ９５．１９９５
测量运动日标会出现的距离速度耦合的问题，降低了分辨率。对于简单的目标情况可以采用
频域配对的办法ｆ１］，对于复杂鲍情况列采用动目标检测（ＭＴＤ）ｂ－频域配对法结台的办法 来解决这一问题【１３１。
线性度校正是ＬＦＭＣＷ雷达的关键技术之一，对雷达距离分辨力和作用距离有着决定
性的影响。相对简单的办法是预先测试ＶＣＯ的电压频率之间的曲线，存储到单片机的寄存 器中，实现线性化，缺点是精度不够高，一般只能实现Ｏ．１％的线性度，而且不能够随环境
ｆ６］ＳＬＡＮＧ ＰＩＮＧ ＫＷＯＫ，ＫＥＮＮＥＴｔｔ Ｐ．ＷＥＬＬＥＲ ＭＥＭ脏Ｒ“Ｌｏｗ Ｃｏｓｔ Ｘ－Ｂａｎｄ ＭＩＣ ＢＡＲＩＴＴ ＤｎｐｐｌｅＦ
Ｓｅｎｓｏｒ”ＭＴｌ、Ｏｃｔ，１９７９
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Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｈｉｇｈ Ａｃｃｕｒａｃｙ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”ＩＭＴＣ’９４ Ｍａｙ ［１６］ＲＨｅｉｄｅ，Ｍ．Ｖｏｓｓｉｅｋ，Ｍ．Ｎａｌｅｚｉｎｓｋｉ，Ｌ．Ｏｒｅａｎｓ，Ｒ．Ｓｃｈｕｂｅｒｔ，Ｍ Ｋｕｎｅｎ “２４ＧＨｚ Ｓｈｏｒｔ－ｒａｎｇｅ
多普勒雷达的工作原理和应用 １：下作原理 多普勒雷达利用，微波信号从运动物体上反射回来的回波会产生频率的改变这一现象。
多普勒频移可以由公式（１）得到
ｆＤ：２ｖｆ＿＿ｄ％ｃ。ｓ０
（１）
Ｃ
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２００５’全国微波毫米波会议论文集
ｆＤ为多普勒频率，ｖ是物体移动速度，ｆ、是载波频率，ｃ是光速，０足发射信号相对于地
坐：旦
（３）
Ｔ／２ ＡＦ
其中Ｔ为调青４三角波周期，△Ｆ为调频带宽。根据（２）（３）式可以得到日标距离Ｒ为
Ｒ：旦ＩＦ
（４）
４△Ｆ
ＨＪ咀看出，传输距离Ｊ下比于中频信号频率。
２：实际应用
前面工作原理的分析假定物体为静止，而当物体运动的时候，在ＬＦＭＣＷ信号的差拍
频率上就会叠加一个多普勒频移，从而得到错误的距离信息。这就是当利用ＬＦＭＣＷ雷达
ｎｅｗ ａｐｐｒｏａｃｈ ｔｏ ｈｉｇｈ—ｐｒｅｃｉ ｓｉｏｎ ｖｅｈｉｃｌｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｇｒｏｕｎｄ—ｓｐｅｅｄ ｓｅｎｓｉｎｇ ｉｎ ｒａｉｌｗａｙ ａｎｄ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ” Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ．１９９５．Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ．，ＩＥＥＥ ＮＴＣ’９５
通过使用连续波雷达获取即时的距离和速度信息［１］，在工业领域和交通领域中获得了 多种应用。目前多普勒雷达的应用有火车测速，警用测速器，火灾救护。ＬＦＭＣＷ雷达的应 用更加广泛，丰要有对工业容器的水平面测量，汽车防撞雷达，交通监测系统，微波探矿。 工业中使用的雷达系统多为５．８ＧＨｚ或１０ＧＨｚ．而将来发展趋势是２４ＧＨｚ技术【２］。目前 ｓｉｍｅｎｓ的物位计Ｔ作在２４ＧＨｚ，ｓｔａｌｋｅｒ ｒａｄａｒ的管用和体育用的测速系列采用了２４ＧＨｚ利 ３４ ７ＧＨｚ．ＥＩＳ公司的ＲＴＭＳ交通采用了１０．５２５ＧＨｚ，２４．２ＧＨｚ。汽车用防撞雷达的工作频率 多采用毫米波高端，７７ＧＨｚ（欧美）或６０ＧＨｚ（日本），也有采用２４ＧＨｚ的。