TI 毫米波雷达基本原理（1）—

1简介

毫米波雷达是指波长介于1~10mm的电磁波，波长短，频带宽，比较容易实现窄波束，雷达分辨率高，不易受干扰。

根据辐射电磁波方式不同，毫米波雷达主要分为脉冲体制以及连续波体制两种工作体制，而FMCW调频连续波是最常用的车载毫米波雷达。

Chirp信号

FMCW雷达系统所用信号的频率随时间变化呈线性升高，此类信号称为线性调频脉冲（Chirp信号）。
fcf_cfc —— 起始频率
BBB —— 带宽
TcTcTc—— 持续时间
SSS —— 斜率（频率的变化率）

1T1R FMCW工作原理
合成器生成一个线性调频脉冲。
该线性调频脉冲由发射天线（TX 天线）发射。
物体对该线性调频脉冲的反射生成一个由接收天线（RX 天线）捕捉的反射线性调频脉冲。
“混频器”将 RX 和 TX 信号合并到一起，生成中频 (IF) 信号。

混频器原理
混频器是一个电子器件，将两个信号合并到一起生成一个具有新频率的信号。

2 测距原理

距离的测量主要解决以下问题：

对于单个目标，雷达如何进行测距；
多个目标如何测距；
两个目标距离多近时，可以进行区分；
雷达可探测的最远目标距离是多少；

单个目标测距原理

雷达发射天线发射Chrip信号，经过时间τττ后，接收天线收到目标反射回来的信号，其频率差为SτSτSτ，即可得到中频信号（IF信号）。
中频信号的频率f0f_0f0为：f0=Sτf_0=Sτf0=Sτ
式中，SSS为chrip的斜率，τττ为延时时间。
由于延时τττ与目标距离dddl来表示：
τ=2d/cτ=2d/cτ=2d/c
式中，ddd为雷达与目标之间的距离，ccc为光速。
因此，由中频信号的频率即可得到目标与雷达之间的距离，如下式：
f0=Sτ=S2d/cf_0=Sτ=S2d/cf0=Sτ=S2d/c
d=f0c/2Sd=f_0c/2Sd=f0c/2S

多个目标如何测距

傅里叶变换 FFT

通过傅里叶变换，将时域信号转为频域信号，时域中的正弦波在频域中产生一个峰值，对应IF信号的频率。
Range FFT

雷达通过接收不同物体的发射信号，并转为IF信号，利用傅里叶变换将产生一个具有不同的分离峰值的频谱，每个峰值表示在特定距离处存在物体。

两个目标距离多近时，可以进行有效进行区分

距离分辨率

距离分辨率是辨别两个或更多物体的能力。当两个物体靠近到某个位置时，雷达系统将不能将二者区分开。

由傅里叶变换理论可知：观测窗口（T）（T）（T）可以分辨时间间隔超过 1/T1/T1/T Hz的频率分量。
即：Δf>1Tc\Delta f>\frac{1}{T_c}Δf>Tc1
其中：TcT_cTc为观测时间长度
由于：Δf=S2ΔdTc\Delta f=\frac{S2\Delta d}{T_c}Δf=TcS2Δd
即: Δd>c2STc=c2B\Delta d> \frac{c}{2ST_c}= \frac{c}{2B}Δd>2STcc=2Bc
距离分辨率 dresd_{res}dres仅取决于线性调频脉冲扫频的带宽：
dres=c2Bd_{res}= \frac{c}{2B}dres=2Bc

最远探测距离
IF信号通常经过数字化处理（LPF + ADC），才在DSP上进行进一步处理，因此，中频信号的大小取决于ADC采样频率（FS）。

即：Fs>fIFmax=S2dmax/cF_s>f_{IFmax}=S2d_{max}/c Fs>fIFmax=S2dmax/c
因此最大距离为：
dmax=FSc2Sd_{max}=\frac{F_Sc}{2S}dmax=2SFSc
ADC的采样频率限制了雷达的最远探测距离。

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