调频连续波车载雷达的原理及应用

＝
２
对 动态 物体 的发射 和接 收频 率之差 可 以表 示为 ：
＝
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 ． 图 １所示 。 如 这
｛一｛ ｂ ｄ
（ ４ ）
里 △厂 扫 描 频 率 的最 大 和 最 小 值 之 差 ， 是 扫 描 的 是
４ ｆ（ ＋ ） Ａ
（ ７ １
福
建 电
脑
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频率相 同的稳定 性
Ｖ ＝
３雷 达 电路 设计 ．
＝；Ａ 一 ） －（ Ｌ
‘ ｔ
Ｐ ｌ
＿
＿
（ ８ ）
＿
＿
在 本 电 路 的 具 体 应 用 中 ．锁 相 环 电 路 主 要 由 Ａ ９ ５ 片构成 ， 具体 包括 了 ： 率 合成 ￣（ｙ ｔｅ Ｄ ９ ６芯 它 频 Ｓ ｎｈ ．
目标 的距离 ． 而且 还可 以测定 相对 速 度 和方位 同时 微
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 ： 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
键 目前测 定 汽车之 间距 离 和速 度 的方 法 主要 有超 声
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波法 、 激光 法 和微波 雷达法 。 波 雷达 与其 它两 种方 式 微 相 比具 有 显著 的优点 ， 为其 工 作 频 率 高 、 长短 ， 因 波 可 有 效地 缩小 波束 角度 、 减小 天线 尺寸 。 不但 可 以探 测 它
距 离 Ｒ的公式 ：
肚 ｒ ｘ ＝旦 ｃ ．
＿
雷达 接 收到 的物体 反 射信 号 与发 射 信号 存 在 ２ ／ Ｒｅ
△厂 时间 的延 迟 ， 图 ２所示 。其 中 Ｒ是 车与 物 体 的相 对 如 距 离 ， 是 真 空 中 的光速 ， ｃ 虚线 表示 的是 物体 静 态 时 雷 将 （） ） 式带 入 公式 （） 做适 当变换 即可得 到相 ５（ 两 ６ ２并 达对应 的接 收频 率 。 对 速度 ｖ的公式 ：
－ － ＿ ＿ ＿ ＿ ＿ － ． － － ＿ Ｌ
ｓ ｅ）低 通 滤波 器（Ｐ 、 ｉｒ ｚ 、 Ｌ ）晶振（ 为参考 时 钟 信号）环 路 作 、
３１整体 电路 系统 ． 滤 波 ￣（Ｏ Ｐ ｆｔ ）１ Ｌ Ｏ ｌ ｒ￣ 电压 控 制振 荡器 （ Ｃ ） ｉｅ ＇ ］ Ｖ Ｏ 。锁 相 环 完 整 的连 续 波频 率 调 制车 载 雷达 电路 系 统框 图如 采用 了部 分分 频环 路 的连接 方式 。这 种 连接 在 直接数 图 ３所示 。该 系统 可 以分 为高 频微 波模 块和 低频 电路 字 频 率合 ￣ （ Ｄ １ 反馈 回路 部 分 提供 了精 确 的分 Ｄ Ｓ的 模块 。 线框 中的 部分 即微 波模 块 ， 工作 在频率 高达 频功 能 。同 时它也 支持 直接 数字 频率 合 成器 的频 率扫 实 其 ７ Ｇ ｚ的频段 ， ７Ｈ 采用 砷化 镓微 波单 片集 成 电路 。 下部 描功 能 。 剩 频率 合成 器可 以进一 步 分成 ： 直接数 字 频率合 分为低 频 电路模 块 ， 以进一 步分 为 两个部 分 ： Ｓ 可 Ｕ Ｂ左 成器 （Ｄ ）数模 转 换 器（Ａ ）相 位探 测 器 （Ｄ 和 电流 Ｄ Ｓ、 Ｄ Ｃ、 Ｐ） 边 的信 号 产 生 、 制 以 及 传输 部 分 ， 控 以及 Ｕ Ｂ右 边 的 泵（Ｐ 。雷达 电路 中采 用 的锁 相环 电路框 图如 图 ４所 Ｓ Ｃ） 信号接 收和处 理 部分
时 间
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＝ 十
△ 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 ：
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：
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将（） ） ５（ 两式 带 人 公 式 （） 做适 当变 换 即 可 得 到 ６ １ 并
图 １ 三 角 形 频 率 扫 描 发 射 信 号
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
２Ｆ Ｗ 雷 达 测 距 测 速 原 理 ．ＭＣ
几： ｃ 一
（ １ ）
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 车 载微 波 雷 达 主要 分为 两种 ：脉 冲 多普 勒 雷达 和 ／ 即 调频 连续 波（ＭＣ 雷 达 。 冲多 普勒 雷达 系统 测 量精 相 对 于 波 源 发 出 的 频率 会 有 一 个 ｖｈ数量 的频 移 ． Ｆ 脉 多普勒 频移 。 雷 达来说 ， 对 这个效 应 在信 号 的往返过 程 度高、 数据 刷新 快 ． 系统 复杂 ． 但 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 。 基本 原 中发 生 了两 次 。因此 总 的多 普勒 频移 可 以表示 为 ： 其 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。
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调频连续波车载雷达 的原 理及应用
杨 开 宇
（ 州 大学物 信 学院 福 建 福 州 ３ ０ ０ 福 ５ １８）
【 摘 要 】 在 商 用车载 雷达 的 家族 中 ， 波雷达 是一 项 关键 技 术 。 文介 绍 了调 频连 续波 雷达 的测距 、 ： 微 本
测速 原理 ． 并给 出了一种具 体 的 电路 实现 方法 。
【 键词 】 雷达 、 关 ： 调频 连 续 波、 锁相 环 、 中频
１ 引 言 ．
车 载雷 达 自 ２ ０世 纪 ７ ０年代 起 开始 发 展 ．主要 用
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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