雷达测速测距原理分析报告

雷达测速测距原理分析

一、FMCW模式下测速测距

1、FMCW模式下传输波特征

调频连续波雷达系统通过天线向外发射一列线性调频连续波，并接收目标的反射信号。发射波的频率随时间按调制电压的规律变化。

2、FMCW模式下基本工作原理

一般调制信号为三角波信号，发射信号与接收信号的频率变化如图所示。

反射波与发射波的形状相同。只是在时间上有一个延迟，t ∆与目标距离R 的关系为：

c R /2=t Δ

公式1

其中

t Δ：发射波与反射波的时间延迟

R ：目标距离 c ：光速8103×=c m/s

发射信号与反射信号的频率差为混频输出中频信号频率f ∆如图所示：

根据三角关系，得：

B

T 2

=f t ΔΔ 公式2

其中：

f Δ：发射信号与反射信号的频率差为|f1-f0|

T ：调制信号周期——1.5ms B ：调制带宽——700MHz

由以上公式1和公式2得出目标距离R 为：

f c ΔB

T

R 4=

公式3

3、FMCW 模式下测距原理

由公式3可以得出，目标距离R 与雷达前端输出的中频频率f 成正比

4、FMCW 模式下测速原理

当目标与雷达并不是相对静止时，也就是有相对运动时，反射信号中包含一个由目标的相对运动所引起的多普勒频移d f ，如图所示：

此时发射信号与接收信号的频率差如图所示：

在三角波的上升沿和下降沿分别可得到一个差频，用公式表示为：

d +f -f f ∆=

公式4

d -f f f +=∆

公式5

其中

f ∆为目标相对静止时的中频频率 +f 代表前半周期正向调频的差频

-f 代表后半周期负向调频所得的差频 d f 为针对有相对运动的目标的多普勒频移

根据多普勒效应得：

c

f f d ν

02=

公式6

其中：

ν为目标和雷达的径向速度

0f 为发射波的中心频率

由公式4、5、6可得：

2

f f f -+=+∆

公式7

2

0|f -f |2f c v -+×=

公式8

速度v 的符号与相对运动方向有关系，当目标物相对雷达靠近时v 为正值。当目标相对雷达离开时v 为负值。

由公式3和公式7进一步得出：

2

4-f f c +×=+B T R

公式9

二、CW 模式测速原理：

1、CW 模式下传输波特征

普通连续波

2、CW 模式下测速物理理论

当目标向雷达天线靠近时，反射信号频率将高于发射频率，反之，当目标远离天线时，反射信号频率将低于发射频率。如此可由频率改变数值计算出目标与雷达的相对速度

3、CW 模式下测速公式

λν2=d f

公式10

则速度公式为：

2

λνd f =

公式11

其中：

λ表示传输波的波长

ν表示目标物与雷达之间的相对速度

0f c =λ

公式12

由公式11公式12得：

d f f c ×=0

2ν

公式13