1。2 国内外研究现状
1。3 本文组织结构安排
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本文基于信号调理和采集电路的工作原理,完成了近程目标探测雷达信号调 理及采集系统的设计与实现,并成功进行了硬件仿真,验证了硬件电路总模块设 计功能满足系统设计要求。
论文组织结构安排如下: 第一章介绍了本文的研究背景,概述了国内外对中频信号处理与采集电路的
研究现状,最后简要总结了本文的主要内容和结构的架构。
第二章详细说明了 FMCW 雷达的基本原理与性能指标,介绍了所选用的雷 达传感器,并对总体的系统方案进行了设计。
第三章则对本文的具体方案进行了设计,包括信号调理电路、采集电路、稳 压电源核心芯片的选择,外围电路的设计,原理图的连接等等。
第四章就设计的方案进行了模拟测试以及实物测试,得出了实验结果,并对 结果进行了详细的分析。
最后对本文主要工作进行总结,指出了本实验尚不足的地方,对整个课题研 究过程中给予帮助的人表示感谢。
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2 系统原理与方案设计
2。1 FMCW 雷达基本原理
一般的毫米波雷达分为调频连续波雷达与脉冲雷达两种体制,其中脉冲雷达 必须采用高速信号处理技术,所以系统非常复杂,而且成本也非常高。而 FMCW 雷达相对于脉冲雷达而言结构简单,发射信号频率也窄,使得对于信号的滤波能 简单化;处理接收到的波形简单方便,在近距离有优势,所以 FMCW 雷达成为 毫米波雷达的常用体制。
2。1。1 测距测速原理
FMCW 雷达向外界发射一列连续调频连续波,接触到目标后反射回来,由 雷达接收机接收。常用的调制信号有正弦波三角波锯齿波三种,本文所讨论的雷 达采用的是三角波信号作为它的调制信号,接受信号和发射信号的频率变化如图 2。1 所示。
图 2。1 FMCW 雷达测距原理
由上图可知,两个信号的形状是相同的,它们之间只有一个延迟时间。目 标的距离 R 可以用这个延迟时间表示出来,即
因为反射信号与的发射信号频率差值即是混频输出的中频信号频率 fb ,若
令调制三角波的周期为 T,调频带宽为 F ,从图中可以看出,它们之间存在的 关系为:
从上面两个式子就可以得出,目标的距离与中频信号频率的关系为:
而 FMCW 雷达测速的原理和测距的大致相同。由于运动的目标会使反射信 号产生一个多普勒频移。
在三角波的上升沿和下降沿上输出的中频频率可以分别表示成
由以上两个式子可以得出:
将发射波的中心频率设为 f0 ,发射波的波长设为,因此可以计算出目标的相对运动速度
由以上的式子便可以计算出目标的距离和速度两个参数。
2。1。2 FMCW 雷达接收机性能指标 雷达接收机有以下几个性能指标: 1、灵敏度
灵敏度表示接收机接收微弱信号的能力。能够接收的信号越微弱,相同功率 的雷达作用距离就越远,接收机的灵敏度就越高。
2、动态范围 动态范围表示能够使接收机正常工作的输入信号强度的变化范围。最小可检
测信号为正常工作时需要输入的最小信号,当输入信号太强时,接收机将发生饱 和而失去功能,进入过载状态。接收机开始进入过载时的输入功率和接收机最小 可检测信号功率的比,就是接收机的动态范围。 FPGA+ADC近程探测雷达中频信号处理与采集电路设计(3):http://www.youerw.com/tongxin/lunwen_89370.html