FMCW 雷达基本原理

引言：

最近Infineon和TI都出了FMCW模块，雷达的应用场合已经不仅仅是军用、汽车了，还包括了飞行器、两轮平衡车。最近推出的20米探测距离以内的24G雷达模块，与LIDAR竞争短量程市场。博主了解到北醒的TFMINI这款LIDAR，200RMB的价位，可用于10米内的测距。但是由于技术限制，无法测速。而24G雷达，可测距测速，有代表性的是Infineon的distance2go开发板。目前TI、ADI、Infineon的雷达开发板，由于技术上和汽车的雷达接近，开放程度有限制，需要开发者签署NDA协议。

总的来说，FMCW雷达模块有以下特点：1、开放程度低；2、价格昂贵；3、实现难度大；4、优势是可测距测速。

以下是转载内容：

经过半年的零基础学习实践，基本完成ADI FMCW 雷达的PCB 制作，目前正在调试（能不能work还不好说...性能也不敢保证）。

写几个应用笔记分享给大家，水平有限，欢迎指正。

第一章 FMCW雷达基本原理

图1

如图1 所示，发射频率ft与反射频率fr之差为频差fb

有式（1）,（2）

图2

图2 为频率合成器及VCO产生的调频三角波根据三角相似形有式（3）

将（2）代入整理得（4）

其中c为光速（常量），ts为频率生成器产生的调频波的周期的一半，fdev为调频波扫频带宽。由此可以得出，FMCW雷达的探测距离再其他值确定的情况下是fb的函数。

举个例子：

图3

图3 右下角中，在其他值固定的情况下Range与fb成函数关系。

图4

如图4所示，雷达的分辨率的决定式为（5）

因此，雷达的分辨率由扫频带宽决定，带宽越大，精度越高，（（5）如何推倒存疑）。

综上所述，雷达的探测距离由（4）决定，关键的参数为发射与接收的频差，这个频差直接影响ADC采样速率的选择。而扫描带宽虽然也有对探测距离有影响，但在其为定值的情况下，并不影响ADC的选择。而由（5）得出，扫频范围直接决定雷达的精度，这两个公式需要注意。

考虑到被探测物体的移动，根据多普勒效应，其频差如图5

图5

根据多普勒效应有式（6）式（7），其中fb为被探测物体静止时的频差，fd是被探测物体移动时的多普勒频移，

其中，f为发射信号的中心频率，由（4）有式（9）

将（6）（7）（8）代入（9）有（10）（11）

将（10）（11）相加可得（12）

将（10）（11）相减可得（13）

假设被探测物体最高时速180km/h，24Ghz雷达，代入（6）（7）（13），得到fd为8khz。速度与多普勒频率成正比，速度越低，多普勒频率越低。

转载自：https://ez.analog.com/cn/other/f/forum/56381/fmcw

另外多普勒雷达原理是多普勒效应：https://en.wikipedia.org/wiki/Doppler_effect

多普勒雷达的好处是较易实现，廉价。多用于人体感应门。缺点是只能测速。典型的10米多普勒雷达请见HB100微波模块。

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