FMCW雷達(dá)近距離反射性能研究.pdf

1、FMCW（調(diào)頻連續(xù)波）雷達(dá)具有非接觸、功率小、測(cè)距精度高的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于船艙、儲(chǔ)油罐等液位測(cè)量，未來(lái)還有可能應(yīng)用于其它近距離、高精度測(cè)量領(lǐng)域。在近距離應(yīng)用場(chǎng)合，其測(cè)距精度會(huì)受到天線波束寬度、天線法線方向和反射面的夾角等因素的影響。關(guān)于近場(chǎng)電波反射特性的精確理論分析較困難，目前沒(méi)有成熟的通用理論可以利用。本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)FMCW雷達(dá)電波的近距離反射特性進(jìn)行了研究，主要工作如下:
　　(1)完善了基于掃頻范圍9.25GHz～10

2、.75GHz的FMCW射頻模塊和DSP的FMCW雷達(dá)測(cè)距系統(tǒng)，根據(jù)近距離反射特性進(jìn)究，對(duì)原有系統(tǒng)的信號(hào)濾波放大模塊、A/D模塊以及CPLD模塊和控制算法進(jìn)行了改進(jìn)，完成了電路設(shè)計(jì)、電路板焊接和調(diào)試。
　　(2)由于FMCW雷達(dá)測(cè)距系統(tǒng)中同軸電纜接口處反射直流分量和低頻分量影響，在近距離實(shí)驗(yàn)時(shí)，差頻信號(hào)頻率較低，濾波器對(duì)直流和低頻干擾分量的抑制效果有限，為此本文針對(duì)FMCW雷達(dá)近距離反射特性進(jìn)究的特點(diǎn)對(duì)現(xiàn)有的系統(tǒng)軟件進(jìn)行了改進(jìn)，通過(guò)

3、縮短掃頻周期以提高回波信號(hào)頻率，進(jìn)而提高帶通濾波器下限截止頻率。為了盡可能縮短掃頻周期，對(duì)現(xiàn)有的系統(tǒng)軟件進(jìn)行了如下的改進(jìn):
　　1)通過(guò)查表發(fā)送頻率控制序列;
　　2）提高DSP McBSP采樣率發(fā)生器時(shí)鐘頻率以縮短位發(fā)送時(shí)間;
　　3）中斷服務(wù)程序采用效率更高的匯編語(yǔ)言編寫(xiě)。
　　(3)實(shí)驗(yàn)中通過(guò)對(duì)回波差頻信號(hào)的觀測(cè)發(fā)現(xiàn)其幅度在一個(gè)掃頻周期內(nèi)有較大的起伏，通過(guò)模擬帶寬12GHz的示波器直接測(cè)量FMCW射頻模塊發(fā)

4、射波形，證實(shí)了雷達(dá)模塊自身發(fā)射調(diào)頻信號(hào)中有寄生調(diào)幅的存在。針對(duì)線性FMCW系統(tǒng)輸出差頻信號(hào)存在寄生調(diào)幅的現(xiàn)象，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)分別分析了寄生調(diào)幅對(duì)兩種常用的基于DFT的FMCW雷達(dá)距離估計(jì)方法的距離估計(jì)精度的影響，并與實(shí)測(cè)信號(hào)作對(duì)比，驗(yàn)證了寄生調(diào)幅的存在會(huì)給距離測(cè)量帶來(lái)較大誤差，并提出了修正方法。
　　(4)設(shè)計(jì)并完成了兩個(gè)FMCW雷達(dá)近距離反射特性實(shí)驗(yàn)。第一個(gè)是將圓形白鋼反射面板切割成等寬度的同心圓環(huán)，分析在近場(chǎng)天線波束照射下，不同