雷达近程测距系统设计及实验研究.pptx

FMCW雷达近程测距系统设计及实验研究 CONTENT1绪论2FMCW雷达测距原理3系统结构及实现4鉴频算法实现5实验矫正及测量6总结与展望PARTONE绪论FMCW雷达发展Frequency Modulated Continuous Wave（调频连续波）雷达（Radar）诞生于二战时期，现代雷达已经远远超出目标探测及距离测量的基本功能，例如雷达成像、目标跟踪定位、电子对抗等。注重于实际应用的工作性能及运用灵活性，在导弹制导、汽车防撞、交通管制、建筑测量、液位/料位测量中具有重要的应用价值。应用起源上世纪七十年代，建立了FMCW雷达理论体系，研究大时宽带宽积信号、信号模糊函数、旁瓣效应及距离速度耦合等。八十年代到本世纪初，研究重心集中在高线性度的实现、高精度自适应频率估计方法、接收机性能等。深入体系FMCW雷达特性需要解决的问题PARTTWOFMCW雷达测距原理FMCW雷达工作流程FMCW雷达工作框图调制波形发生器作用于压控振荡器（VCO），再通过耦合器-环行器-发射天线发射调频连续波雷达信号，雷达波发射信号在空间传递遇到障碍物形成回波信号并由雷达天线接收，回波信号与当前调频信号混频滤波后产生差频信号，差频信号频率与目标距离（时间延迟）成正比，经过模拟信号处理及数字信号处理后即可得到差频信号的频率，最后得到测量的目标距离值。FMCW雷达测距原理fT：发射信号频率fR：回波信号频率fD：差频信号频率f0：起始频率B：调制带宽T：调制信号周期τ：回波信号时间延迟发射信号、回波信号和差频信号时间-频率图差频信号归一化 距离-频率 距离-相位电压模块通讯模块温度模块系统总体结构PARTTHREE测距系统结构及实现测距系统总体结构测距系统硬件总体结构IVS-179雷达传感器IVS-179雷达传感器原理框图选用德国Innosent的K 波段带VCO 的FMCW雷达传感器IVS-179，IVS-179采用收发天线分离结构，具有RF（射频）前置放大器，IF（中频）前置放大器，同时具有I、Q正交两路差频输出，可用于物体运动方向的判断。IVS-179雷达传感器IVS-179电性参数说明参数符号最小值典型值最大值单位说明发射频率f24.00024.250GHz由Vtune幅值决定变容调谐电压Vtune0.510V变容二级管输入阻抗10KΩ调制频率150KHz调谐斜率50MHz/VIF偏置电压偏置Vcc/2VIF放大增益33dB工作电压Vcc4.755.05.25V工作电流Icc6080mA波束宽度（-3dB）水平*垂直7*28?外形尺寸长宽高105*85*11mmIVS-179正面IVS-179背面DSP核心电路TMS320F28335是TI公司生产的32位浮点DSP芯片，主频为150MHz，具有浮点运算FPU，采用哈佛总线结构，具有丰富的片上资源：16通道12位精度ADC，3通道SCI，1通道的SPI，18路PWM，外部存储器扩展接口，88路通用I/O等，运行速度快、计算精度高，适合大批量数据处理的测控场合。核心电路框图波形发生器 波形发生器框图波形发生器硬件电路波形发生器串行外围设备接口（SPI）： SPISOMI:SPI从输出/主输入引脚； SPISIMO:SPI从输入/主输出引脚； SPISTE:SPI从发送使能引脚； SPICLK:SPI串行时钟引脚；DAC8831输出电压：3.5V,100Hz锯齿波形图差频信号处理电路 调制泄漏：VCO调频的同时也具有调幅作用，产生幅度固定的 调制泄漏信号，使用高通滤波；信号强度：回波信号强度与距离的二次方成反比，使用自适应 可编程放大；信号干扰：除高频杂波，提高测距系统工作稳定性并保证距离 精度，使用低通滤波器。差频信号处理流程图差频信号处理电路 传递函数：转折频率：MFB结构高通滤波器品质因子：锯齿波调制信号为100Hz，转折频率设计为10倍即1KHz，品质因子为0.6288。波特图差频信号处理电路 MFB滤波器阶跃响应现以0.01的稳定度计算得到设计的滤波器稳定时间为0.96?10-3，约为调制周期的1/10。MATLAB仿真滤波效果差频信号处理电路 可编程放大电路可编程增益放大器(PGA) MCP6S21，具有SPI通讯功能，最大放大倍数为31。输出电压：差频信号处理电路 传递函数：转折频率：单位增益Sallen-Key低通滤波品质因子：设计截止频率为5KHz，放大倍数为1，品质因子为1.0646。频率响应差频信号处理电路 有源可编程放大滤波电路差频信号处理电路 (a) 原始差频信号(b) 高通滤波后信号(c) 放大4倍后信号(d) 低通滤波后信号差频信号处理实测波形ADC模块采样精度：12位采集范围：0-3V转换