毫米波FMCW雷达测距、测速原理、应用.docx

【Word版本下载可任意编辑】 PAGE 1 - / NUMPAGES 1 毫米波FMCW雷达测距、测速原理、应用 空间目标识别雷达：它们的特点是使用大型天线以得到成像所需的角分辨率和足够高的天线增益，使用大功率发射机以保证作用距离。例如一部工作于35GHz的空间目标识别雷达其天线直径达36m。用行波管提供10kw的发射功率，可以拍摄远在16，000km处的卫星的照片。一部工作于94GHz的空间目标识别雷达的天线直径为13.5m。当用回波管提供20kw的发射功率时，可以对14400km远处的目标开展高分辨率摄像。  汽车防撞雷达： 因其作用距离不需要很远，故发射机的输出功率不需要很高，但要求有很高的距离分辨率（到达米级），同时要能测速，且雷达的体积要尽可能小。所以采用以固态振荡器作为发射机的毫米波脉冲多普勒雷达。采用脉冲压缩技术将脉宽压缩到纳秒级，大大提高了距离分辨率。利用毫米波多普勒颇移大的特点得到的速度值。  直升飞机防控雷达： 现代直升飞机的空难事故中，飞机与高压架空电缆相撞造成的事故占了相当高的比率。因此直升飞机防控雷达必须能发现线径较细的高压架空电缆，需要采用分辨率较高的短波长雷达，实际多用3mm雷达。  精细跟踪雷达： 实际的精细跟踪雷达多是双频系统，即一部雷达可同时工作于微波频段（作用距离远而跟踪较差）和毫米波频段（跟踪高而作用距离较短），两者互补取得较好的效果。例如美国海军研制的双频精细跟踪雷达即有一部9GHz、300kw的发射机和一部35GHz、13kw的发射机及相应的接收系统，共用2.4m抛物面天线，已成功地跟踪了距水面30m高的目标，作用距离可达27km。双额还带来了一个附加的好处：毫米波频率可作为隐蔽频率使用，提高雷达的抗干扰能力。  汽车主动防碰撞的工作原理  汽车防碰撞系统对提高汽车行驶安全性十分重要，该系统的研究一直倍受重视。从1971年开始，相继出现过超声波、激光、红外、微波等多种方式的主动汽车防碰撞系统，但是以上系统均存在一些缺陷，未能在汽车上大量推广应用。随着各国高速公路网的快速发展，恶性交通事故不断增加，为减少事故，先后采用行驶安全带、安全气囊等保护措施，但这些技术均为被动防护，不能从根本上解决问题。毫米波RF带宽大，分辨率高，天线部件尺寸小，能适应恶劣环境，所以毫米波雷达系统具有重量轻、体积小和全天候等特点，“主动汽车毫米波防碰撞雷达系统”成为近年来国际上研究与开发的热点，并已有产品开始投入市场，前景十分看好。  主动汽车防碰撞是以雷达测距、测速为根底的。防撞雷达系统实时监测车辆的前方，当有危险目标（如行驶前方停止或慢行的车辆）出现，雷达系统提前向司机发出报警，使司机及时作出反应，同时雷达输出信号到达汽车控制系统，根据情况开展自动刹车或减速。  毫米波防撞雷达系统有调频连续波（FMCW）雷达和脉冲雷达两种。对于脉冲雷达系统，当目标距离很近时，发射脉冲和接收脉冲之间的时间差非常小，这就要求系统采用高速信号处理技术，近距离脉冲雷达系统就变的十分复杂，成本也大幅上升。因而汽车毫米波雷达防撞系统常采用构造简单、成本较低、适合做近距离探测的调频连续波雷达体制。  射频收发前端是雷达系统的部件。国内外已经对前端开展了大量深入研究，并取得了长足的进展。已经研制出各种构造的前端，主要包括波导构造前端，微带构造前端以及前端的单片集成。国内研制的射频前端主要是波导构造前端。一个典型的射频前端主要包括线性VCO、环行器和平衡混频器三部分。前端混频输出的中频信号经过中频放大送至后级数据处理部分。数据处理部分的基本目标是消除不必要信号（如杂波）和干扰信号，并对经过中频放大的混频信号开展处理，从信号频谱中提取目标距离和速度等信息。  毫米波FMCW雷达测距、测速原理  雷达系统通过天线向外发射一列连续调频毫米波，并接收目标的反射信号。发射波的频率随时间按调制电压的规律变化。一般调制信号为三角波信号。反射波与发射波的形状相同，只是在时间上有一个延迟，发射信号与反射信号在某一时刻的频率差即为混频输出的中频信号频率，且目标距离与前端输出的中频频率成正比。如果反射信号来自一个相对运动的目标，则反射信号中包括一个由目标的相对运动所引起的多谱勒频移。根据多谱勒原理就可以计算出目标距离和目标相对运动速度。  已开发的车用主动防碰撞毫米波雷达  博世近发表了采用SiGe技术的毫米波雷达LRR（Long Range Rader）3。此次开发的毫米波雷达由77GHz频带的MMIC（Monolithic Microwave Integrated Circuits）芯片组、4根贴片天线以及专用ASIC构成。芯片组由发