24GHz調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)信號處理技術(shù)應(yīng)用

王明剛

摘要

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展，雷達(dá)在居民領(lǐng)域中的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛。其中24GHz調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）雷達(dá)在汽車防撞、自適應(yīng)巡航控制以及交通監(jiān)管等方面均有著廣泛的應(yīng)用隨著毫米波器件及電路等技術(shù)的提升，為毫米波的推廣和應(yīng)用也提供了重要的技術(shù)支持。下面本文針對24GHz調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）雷達(dá)應(yīng)用進(jìn)行闡述，分析信號處理技術(shù)在設(shè)備運(yùn)行中的應(yīng)用效果及功效，研究設(shè)計了CA-CFAR電路，促進(jìn)24GHz調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）雷達(dá)信號處理水平的提升。

【關(guān)鍵詞】24GHz調(diào)頻 連續(xù)波 信號處理技術(shù)技術(shù)應(yīng)用

調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）雷達(dá)技術(shù)主要是對連續(xù)進(jìn)行的頻率進(jìn)行控制，根據(jù)發(fā)射信號及回波信號的頻率差值，根據(jù)計算得出的最終相位差對某一特定的目標(biāo)信息進(jìn)行獲取。調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）雷達(dá)技術(shù)在實踐中的應(yīng)用具有其自身顯著優(yōu)勢，如，高距離分辨率，能保證雷達(dá)發(fā)生和接收機(jī)同時工作，避免信號接收的遺漏，信號接受更加具有持續(xù)性和目標(biāo)性。在一定的噪音下，該技術(shù)還能對大范圍內(nèi)的信號帶寬和脈沖雷達(dá)進(jìn)行捕捉，信號發(fā)射的功率低，并且安全度高，不容易被截獲，避免輕易泄露問題。因此，調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）雷達(dá)信號處理具有重要的意義，全面進(jìn)行信號處理技術(shù)的研發(fā)，是實現(xiàn)該技術(shù)推廣和應(yīng)用的關(guān)鍵。

1 24GHz調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）雷達(dá)系統(tǒng)構(gòu)成

FMCW雷達(dá)系統(tǒng)主要是由三個部分構(gòu)成，信號發(fā)射和信號接收以及信號出力三個部分構(gòu)成，而三者之間的加強(qiáng)銜接和聯(lián)系主要是后端處理，主要是對三角波發(fā)生器、AD采集以及信號出力等部分進(jìn)行作業(yè)處理。一般將系統(tǒng)按照功能模塊進(jìn)行劃分，將系統(tǒng)分為幾個功能模塊，即天線部分、T/R組件以及信號處理功能模塊。這幾部分是系統(tǒng)主要構(gòu)成，每一個部分都具有其獨(dú)立的功能，且各個功能構(gòu)成一個完整、可靠的安全系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)圖詳見圖1。

2 24GHz調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）雷達(dá)信號處理技術(shù)應(yīng)用

2.1 差拍信號分析

FMCW雷達(dá)中載波的頻率是由三角波幅度大小決定的，工作中，當(dāng)時間和頻率信號對應(yīng)時，此時的三角形變化發(fā)射信號會輻射到整個空間，當(dāng)遇到目標(biāo)后，會反射，接收信號和發(fā)射信號相比，有一個是相對延遲的;然后經(jīng)過混頻后，比較頻率之差，從而得出最終的差拍信號，即可以通過信號處理得出最終目標(biāo)的舉例和速度。根據(jù)FMCW雷達(dá)工作原理，接收和發(fā)射之間的延遲公式，當(dāng)目標(biāo)處于靜止時，將錯拍信號的頻率f_i在上升沿和下降沿處于一致狀態(tài)，最終得出：

式（1）中，B表示調(diào)制帶寬，T為信號周期，c為光速，r為目標(biāo)距離。在t時刻，目標(biāo)與雷達(dá)站距離r（t）則表示為r（t）=r-vt。最終可以得出r為：

通過公式計算最終可以得出，差拍信號的多普勒位移頻率，計算得出最終的目標(biāo)距離速度信息。

2.2 回波信號處理

在FMCW雷達(dá)系統(tǒng)中，除了有差拍信號處理，回波信號的處理也是一個重要方面。在回?fù)苄盘柗治龇矫?，主要是對信號的瞬時頻率進(jìn)行計算，當(dāng)確定信號的位置時，通過對多個的目標(biāo)情況進(jìn)行分析，建立最終詳細(xì)的信號分析模型，在模型中，設(shè)定系統(tǒng)處于信號接收狀態(tài)，隨著上升沿階段的變化，發(fā)出的信號瞬時頻率也會隨之發(fā)生改變，最終可以計算得出瞬時賦值。在一個固定時間，設(shè)定a信號的振幅，初始相位為0，當(dāng)目標(biāo)信號反射回來時，可以得出瞬時信號的賦值?？梢?，在FMCW雷達(dá)系統(tǒng)中，按照三角波調(diào)制的基本原則，對回波信號和差拍信號進(jìn)行回?fù)苄盘柗治觯钆男盘栐趩蝹€頻率信號下，能通過計算對頻率進(jìn)行變換，從而得到目標(biāo)距離和速度，實現(xiàn)系統(tǒng)的線性控制。回波信號和差拍信號聯(lián)合，構(gòu)成一個完整的24GHz調(diào)頻的FMCW系統(tǒng)，對波形的具體設(shè)計具有指導(dǎo)意義。

3 24GHz調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）CFAR的電路設(shè)計

在整個系統(tǒng)構(gòu)成中，不同的CFAR檢測方法，能最終確定不同的檢測門限，從而根據(jù)最終的恒虛警檢測，將被處理的干預(yù)的已知分布的未知參數(shù)進(jìn)行評估，通過評估結(jié)果，并且結(jié)合最終的參數(shù)變化的自適應(yīng)數(shù)據(jù)，完成一個簡單電路的信息采集結(jié)構(gòu)設(shè)計，獲得最終的恒定調(diào)控信號處理數(shù)值。如圖2所示，根據(jù)CA-CFAR算法設(shè)定原理圖，對單元區(qū)間內(nèi)的最終回?fù)苄盘柼幚砑蛇^程進(jìn)行仿真模擬。

根據(jù)圖2，采用自適應(yīng)的領(lǐng)近單元的平均虛景，其中的T=K.μ，k表示虛警情況下，在領(lǐng)近單元區(qū)間內(nèi)產(chǎn)生的信號干擾，從而統(tǒng)計能計算得出特性確定的常數(shù)，μ則是被處理干擾的平均電平，通過檢測單元實時的干擾平均值評估，最終可以得出不同的檢測點(diǎn)數(shù)，并且獲得最終的回波信號的實施距離譜線。通過實時數(shù)據(jù)處理和檢測，得出時間段回波信號波長折線圖，詳見圖3。

通過檢測時間段內(nèi)的譜線，采用固定長度的滑窗，對波長的譜線進(jìn)行采集，并且實現(xiàn)單元區(qū)間保護(hù)，分別計算得出平均值，作為雜波均值進(jìn)行估計。在處理邊緣譜線時，應(yīng)該根據(jù)前后的8根譜線決定最終的距離們限數(shù)，從而得出最終的門限系數(shù)K和閥值T，最終在分布波下，能對回波信號進(jìn)行處理，并得出最終的結(jié)果。從圖3中可以看出，三根目標(biāo)周圍的噪聲及雜波處理分辨出來后，能進(jìn)行準(zhǔn)確的恒虛警處理，從而達(dá)到理想的FMCW雷達(dá)目標(biāo)檢測的結(jié)果，提升信號處理的整體精準(zhǔn)度。基于24GHz調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)信號處理技術(shù)是一種線性調(diào)控，通過天線采用收發(fā)分置，能對實際的距離們的波長和波形等進(jìn)行距離檢測，發(fā)射功率也隨之增強(qiáng)，整體的發(fā)射天線泄露到文件接收天線的功率也會隨之增加，從而對整體工作進(jìn)行調(diào)控，使得整個作用距離拉近，減少了信號在傳遞過程中的干擾，從而實現(xiàn)目標(biāo)與雷達(dá)相對運(yùn)動，產(chǎn)生一種距離一速度耦合現(xiàn)象，最終能降低距離測量的誤差，提升參數(shù)估計整體的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)束語

綜上，調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）雷達(dá)的技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)越來越普遍，該技術(shù)在實踐中的應(yīng)用也越來越廣泛。而24GHz自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)，系統(tǒng)信號和數(shù)據(jù)處理具有重要的意義，加強(qiáng)信號處理，能獲取更多的信號，并且確保信號傳遞的安全性和時效性。我國在24GHzRMCW雷達(dá)技術(shù)方面的應(yīng)用已經(jīng)逐漸起步，且經(jīng)過多年研究，已經(jīng)逐漸成熟。在當(dāng)前大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、信息共享時代到來之際，加強(qiáng)系統(tǒng)信號處理，提升信號傳遞安全性，是一項重要的研究課題和內(nèi)容。相關(guān)技術(shù)人員一定要注重迎合時代需求，在推動該技術(shù)不斷推廣和應(yīng)用時，還應(yīng)該不斷加強(qiáng)信號處理技術(shù)的研發(fā)，全面提升采樣和信號處理整體的作業(yè)水平。

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