雷达测距调频连续波（FMCW）讨论一下

zccmymail · 发表于 2012-5-17 19:12:54

在做一个雷达测距的项目，用ＦＭＣＷ的原理来测距，进展一直很顺利。但是今天与西电一人讨论精度问题，忽然很惆怅了。我错了么？

具体如下：原理我就不赘述了。我选择调频宽度为２５０MHZ。那么我的分辨率将是６０ｃｍ。这是公式算出来的。

最终距离 R=60*F测频/F调制

我确定F调制为1ＫＨＺ、那么测得　Ｆ测频　　就得出结果了。

做ＦＦＴ对中频信号测频，那么我测频精度高的话，我就不受着个６０ｃｍ的限制了啊。这个精度限制应该是６０／１０００（调制频率）　　　　　还是说，在６０ｃｍ内变化，得到的中频信号不会变化。

我想把精度调高到１ｃｍ。

本来想提高频率的精度就可以了，不用管调频的宽度。

附件是我用的传感器。

热烈欢迎大家讨论

zccmymail · 发表于 2012-5-17 19:14:28

有谁做过相关的研究，告知一下。谢啦

zccmymail · 发表于 2012-5-17 19:19:11

monkhooder 发表于 2012-5-17 19:15
楼主是38所还是14所？

倒是想进去。没门路啊。呵呵，苦逼小硕一名。

zccmymail · 发表于 2012-5-18 10:58:55

surf_131 发表于 2012-5-17 19:41
天线的波束有2度宽，你凭什么得到1cm的精度？

比如，你用手电筒，50米处光斑直径1米，你纵然能分辨1cm的距 ...

天线波束是不是天线的俯仰角呢？关于这个我不是太懂。

这么说这款传感器，俯仰角是15度和25度。那么精度是做不到1cm的？

可是FMCW雷达测距精度是可以达到这个等级的。

你说的理想平面，我想是一个平面，比如天花板，周围没有障碍物应该就可以完成测距了。

我的片面理解，忘指正！

zccmymail · 发表于 2012-5-18 11:01:40

求大家讨论一下啊。广开思路啊。

zccmymail · 发表于 2012-5-18 14:24:03

gzhuli 发表于 2012-5-18 14:08
然后说到精度的话就跟你的锯齿波线性度、雷达VCO的压频线性度、中频时基精度都有关系，分辨率理论上可以无 ...

十分感谢元老来交流指导。我和你想的一样。

目前做到了4096点FFT，锯齿波我是用FPGA+DA做的，精度是锯齿波所能做到最好的了。“雷达VCO的压频线性度、中频时基精度”这两个我就不能左右了，因为内部电路我不清楚，我只能在测量的基础上校正了。

我的测距范围只要30M，按你所说，我做4096点FFT在理论上就可以达到1CM的分辨率了。

可惜的是现在精度大概只有1Ｍ．
我提高测量精度有什么途径，只能在不断试验的基础上，做出好的滤波放大电路？

zccmymail · 发表于 2012-5-18 16:11:17

本帖最后由 zccmymail 于 2012-5-18 16:15 编辑

gzhuli 发表于 2012-5-18 14:34
先不说精度，分辨率也是1m吗？你的4096点FFT结果是怎么样的？中频是一个很宽的频谱？ ...

我手边有一张中频信号通过示波器直接FFT的图片。

我的调频宽度是250MHZ，我设置锯齿波是0.5V--5.5V。

zccmymail · 发表于 2012-5-18 16:14:04

surf_131 发表于 2012-5-18 16:00
35GHz,45GHz, 65GHz, 93GHz这几个频段吧，实用化的是35/45，波束半功率角理想值达到1度，则波束2度宽。
...

感谢交流，前段雷达不是我能左右的。

我只想能在现有的基础上完成任务。

我看比人用同样的东西做到了1cm的精度。1MM的分辨率，我想我也可以。

zccmymail · 发表于 2012-5-18 19:34:47

gzhuli 发表于 2012-5-18 17:31
距离2.7m？有点近了吧。

我想近的距离，反射信号必定强烈，测量精度应该高一点。

当时就是测天花板高的，没有空旷的试验场所哎。

我测5M左右距离，反射波形不放大的话，信号幅值就很小了。

zccmymail · 发表于 2012-5-20 19:42:56

坛子里的人来讨论一下啊

zccmymail · 发表于 2012-5-21 08:54:55

lovewwy 发表于 2012-5-20 21:23
14所你到可以打听下，他们地铁业务那块据说挺缺人，适合你，也是测速相关的 ...

十分感谢！

zccmymail · 发表于 2012-5-25 20:25:26

不能沉了啊、大家做过的说一说啊

zccmymail · 发表于 2012-5-27 19:36:30

yuhang 发表于 2012-5-25 23:28
支持LZ，我正在弄射频前端，采用喇叭天线和YIG振荡器

谢谢。射频前端难啊。大牛！

zccmymail · 发表于 2012-6-5 09:57:30

albert_w 发表于 2012-6-2 17:20
请教lz那个头子大概什么价位？最近对雷达测距比较感兴趣

看数量，单个的话3000左右。批量的可以便宜很多

zccmymail · 发表于 2012-6-5 10:01:12

philoman 发表于 2012-6-2 20:15
根据数字信号处理知识，频率分辨率是时间的倒数，即，当你用4096点进行FFT时，你的频率分辨率是fs/4096=1/( ...

在前面确实没有提到我的采样频率，本来准备设置成为根据中频信号的频率范围浮动的采样频率，来提高测频精度。在实验中，为了简便我就设置成40960HZ的采样频率。

十分感谢你！！！！

zccmymail · 发表于 2012-6-5 10:17:09

philoman 发表于 2012-6-2 21:30
关于如和提高精度，以及当距离变化小于60cm时频率如何变化的问题，我做一个动画给楼主看看；

这两个动画我理解了。就是说测量的精度靠的还是测频的精度。我用的是拟合法来提高FFT之后的测频精度的。插值法需要二分迭代，我觉得浪费时间。

zccmymail · 发表于 2012-6-5 10:26:26

wangguanfu 发表于 2012-6-5 10:22
我来发个图

板子全是自己做啊？天线也自己设计。太NB了。

zccmymail · 发表于 2012-6-5 10:55:04

philoman 发表于 2012-6-2 20:24
下面来说说这个损失是怎么回事，

看b图的时频关系曲线，可以看到，对应于同一距离上的目标，出现两个不同 ...

”对应于同一距离上的目标，出现两个不同频率的差频信号“这是为什么？因为那个每周期出现的一段中频信号不是一条连续的直线？这个在计算时是可以忽略的。（参考丁璐飞雷达原理）
有效信号处理时间小于一个周期T，亦即4096*ts<T？这个也不太理解，我的ts是1/40960，那么这个T是我的调制周期也就是1ms，这样我不符合4096*ts<T这个式子了。麻烦你详细说一下。再次感谢了！！

zccmymail · 发表于 2012-6-5 11:08:20

albert_w 发表于 2012-6-3 12:24
看了一下，1ms周期内，不管怎么采样，基频没法超过1k，精度也就上不去了。多周期连起来不知道能提高不 ...

这句话不是很理解，可以仔细说一下么，谢谢了！

zccmymail · 发表于 2012-6-5 11:16:06

philoman 发表于 2012-6-3 01:38
楼主目前主要的问题在于对LFMCW测距测速的原理还不是很清楚；示波器的那个截图中频信号不太对，理想点目标 ...

是不是I通道和Q通道的信号都要用到？我在研究理论时发现好像测量静态目标只需要一个通道的中频信号。I通道中频信号里面包含了调制锯齿波的干扰，我通过一个高通滤波器滤掉调制信号，得到的波形如下

zccmymail · 发表于 2012-6-5 14:54:32

albert_w 发表于 2012-6-5 12:33
谢谢,我昨天电话问了下华儒, 说单个3k5,看起来差不多这个价格,我问的ivs167. 用来做阵列搞sar是没机会了 ...

他们公司做的水位计的却做到了mm左右的精度，我给你个连接吧，http://www.tudou.com/programs/view/X1FnOAdVkWY/?resourceId=0_06_02_99?fr=1

zccmymail · 发表于 2012-6-5 15:07:49

albert_w 发表于 2012-6-5 12:47
对1ms内的数据采样计算fft,得到的基频就是1k,也就是所有结果里的频率都是1k的倍数,不知道我对fft的理解是 ...

想把60cm分辨率做到1mm难度的却比较大，可是调制带宽加到1.5GHZ，这种收发前段价格很贵，我咨询一家外国公司叫SIVersima，他们的产品是1.5G的带宽，价格要12000.

ＦＦＴ之后的算法，CZT，插值等等。但是在所有现成的产品中，往往分辨率是1mm，精度只能到5mm--2cm。

zccmymail · 发表于 2012-6-5 15:23:16

gzhuli 发表于 2012-6-2 23:57
楼主还是找个室外空旷地去调试吧，室内多径干扰太厉害了。

我找的是一个长２０Ｍ，１０Ｍ的空房间，室外主要不好找反射物，以及电源不好弄。你说的室内多径干扰是怎么回事呢？

zccmymail · 发表于 2012-6-5 15:41:05

warmonkey 发表于 2012-6-5 15:26
有人在数字域用差拍的方法提高精度，但是读数的速率就降低了

实时性和高精度是相互冲突的。

zccmymail · 发表于 2012-6-5 16:39:47

albert_w 发表于 2012-6-5 15:48
能详细说说吗？对所有提高精度的办法都感兴趣，呵呵。谢谢！

方法很多，zoomfft ，多级fft，ARMA功率谱，利用FFT相位信息，fft+DFT。很多这种理论研究，提高测频精度。

zccmymail · 发表于 2012-6-5 21:02:45

philoman 发表于 2012-6-5 20:34
I/Q的目的是为了在测速能够区分正负速度;

恩。我只是静态测距，所以我只观察了I通道的信号。我47楼的图是否正确？还有我45楼的疑惑麻烦解答下。谢谢了！！

zccmymail · 发表于 2012-6-6 20:27:45

philoman 发表于 2012-6-5 20:34
I/Q的目的是为了在测速能够区分正负速度;

philoman,别走啊。我还等着你帮我解惑呢。

zccmymail · 发表于 2012-6-7 19:09:19

philoman 发表于 2012-6-7 17:07
47楼的图差不多是对的，45楼的问题，既然你提到了丁鹭飞的雷达原理，说明你准备工作做得不错，你再仔细看 ...

恩。感谢指导。我再看看资料。充分理解后再向你求教。谢谢！

zccmymail · 发表于 2012-6-17 22:49:27

philoman 发表于 2012-6-7 17:07
47楼的图差不多是对的，45楼的问题，既然你提到了丁鹭飞的雷达原理，说明你准备工作做得不错，你再仔细看 ...

philoman，我这段时间又做了些研究。

我在实验时，ＦＦＴ得到的峰值总是在调制频率的整数倍处，这样就是说我的分辨率只有０.６Ｍ（２５０ＭＨＺ的带宽）。我提高测频的准确性没有用，得到的只是在某一峰值处的提高。我需要的值可能是在某两个峰值之间。

我仔细看了你的第一个ＧＩＦ，我做ＦＦＴ分辨率到１０ＨＺ，我是不是应该用我测得峰值（假设是１２ｋ）左右的峰值11K，13K。利用这三个频率点处的峰值拟合，或者是插值，来得到实际的频率（实际的中频频率不可能总是调制频率的整数倍），就像你的第一张GIF图片一样。

还是说，第一张GIF图的意思是：FFT测得峰值是12Ｋ，在１２K的基础上提高精度，精确到12.05Ｋ（假设）。

还望你来解惑万分感谢！！

zccmymail · 发表于 2012-6-18 16:09:40

gzhuli 发表于 2012-5-18 14:02
FMCW雷达的理论分辨率是这么算的：
1. 回波延迟t = L / 2C，则延迟时间和距离的关系是Δt = 1.67ns/m
2. 调 ...

gzhuli,你好，我又把你恢复我的内容看了一遍。你说100M对应的最大频率为41.7K，可是41.7K／1K*0.6M=25Ｍ.这个关系不对啊。而且我现在ＦＦＴ的结果全是在调制频率１KHZ的整数倍处，照成所有的测量结果都是0.6M的整数倍。精度达到1Cm更是无从谈起了。

能帮我分析一下么？谢谢！！

zccmymail · 发表于 2012-6-18 18:48:54

顶一下。

实力太逊了，遇到个问题总是搞不定。

zccmymail · 发表于 2012-6-18 22:30:50

albert_w 发表于 2012-6-5 12:47
对1ms内的数据采样计算fft,得到的基频就是1k,也就是所有结果里的频率都是1k的倍数,不知道我对fft的理解是 ...

现在我以40960的采样率采样4096个点也就是100MS的信号，做4096点的FFT，可是得到的结果都是1K（也就是调制频率）的整数倍。不知是何原因。

zccmymail · 发表于 2012-6-20 19:55:04

albert_w 发表于 2012-6-19 10:01
实际上不管你做多少个点,直接出来的分辨率都是扫描周期分之一. 不知道能否多周期数据一起算,这个感觉有点悬 ...

从目前的结果看，无论做多少点数的FFT，对结果都是无用的，只能计算出整数倍的调制频率。后面必须加算法。不知道我的理解是否正确，我还在等philoman来帮我。

zccmymail · 发表于 2012-6-20 20:56:09

albert_w 发表于 2012-6-19 09:58
常规的FFT就这德行吧. 这就是32/37楼的问题,也是51楼说的情况.
这个结果正好和一楼西电人民的观点吻合了!

albert_w,你说过：“看了一下，1ms周期内，不管怎么采样，基频没法超过1k，精度也就上不去了。“ 这句话我理解了，我以40960的采样率采样了4096点，这么说我应该是采样了100ms的数据，可惜，还是我所观测的基频还是1Ｋ。

zccmymail · 发表于 2012-6-21 08:22:25

reflecter 发表于 2012-6-20 21:24
感觉华儒的技术支持不怎么专业，买过他们家代理的IPM165，偏贵了点（不过这模块比我们用的LB200要好些）
先 ...

这份资料。看过。还不错。他们IPM165 一个要90.

zccmymail · 发表于 2012-6-24 13:58:54

philoman 发表于 2012-6-7 17:07
47楼的图差不多是对的，45楼的问题，既然你提到了丁鹭飞的雷达原理，说明你准备工作做得不错，你再仔细看 ...

我最近一直在看相关理论，在所查阅的十几篇硕博论文中，没有人写到这种情况，（就是测距不连续，中频信号是调制频率的整数倍）。我不是雷达专业的，在网上发现有人和我遇到了同样的问题，只是无人解决。我所知道就只有你能帮帮我了，不需要具体办法，只要指一条路径就万分感谢了。

zccmymail · 发表于 2012-6-24 14:05:34

philoman 发表于 2012-6-7 17:07
47楼的图差不多是对的，45楼的问题，既然你提到了丁鹭飞的雷达原理，说明你准备工作做得不错，你再仔细看 ...

我想插值法对于我出现的问题可能并不管用，插值法应该是建立在同一个谱峰上，利用同一个谱峰上的最大值和次大值计算的。而我在这个谱峰上插值只能得到在此峰值处频率的分辨率的进一步提高。却不能克服总是整数倍的情况。

zccmymail · 发表于 2012-6-26 17:03:03

philoman 发表于 2012-6-24 15:32
FFT结果中出现的最大值并不一定是真实峰值, 还是回到前面的讨论, 假设实际峰值可能位于FFT的两个点之间, 那 ...

philoman ，在一个雷达论坛中也看到了你，还是版主！真巧。

我做了FFT得到的结果是如下图所示的结果。峰值只出现在调制频率F的整数倍处

a，b1，c三个峰值是中频信号FFT 得到的结果。中频信号的实际频率应该是在最大值b1和次大值a之间。

插值算法的理论似乎是用b1和b2的值来插值而我想用a和b1的值来插值。疑惑就在这里。请你指教。

zccmymail · 发表于 2012-6-26 19:17:50

gzhuli 发表于 2012-6-26 18:27
你滤波前的IF波形应该是有问题的。

调制频率叠加的中频信号，如下图，上面是滤波后，下面是滤波前的IF信号。
应该没有问题啊。能指出问题所在么？

zccmymail · 发表于 2012-6-26 20:50:06

gzhuli 发表于 2012-6-26 20:02
就是不应该有这么明显的调制锯齿波叠加在上面。
锯齿波的频谱分量含有大量谐波，高通没办法完全滤掉的， ...

gzhuli，十分感谢你。这张图就是我想要的结果，按照你的说法，那么中频信号的频谱是连续的。，这个与一些论文（崔占忠）的说法相同。只要FFT点数够大，就能得到你想要的精度。

也有一些论文中说到FMCW的带宽限制了精度。中频信号的频谱是调制频率的整数倍。因为调制信号是周期的，所以ＦＦＴ得到的频谱必然是离散的，且谐波分量都在调制信号频率的整数倍处。　　按照您的说法，那么整数倍处出现峰值的原因是中频信号含有没有滤干净的调制波形？

可能说的逻辑有点混乱

，多包含。

不知能否告诉我你找的这张图的出处。谢谢！！

zccmymail · 发表于 2012-6-28 21:18:04

啦啦啦，推倒重来吧。

zccmymail · 发表于 2012-8-21 17:18:23

philoman 发表于 2012-6-28 21:52
你说的"中频信号的频谱是调制频率的整数倍", 应该是指"周期信号的频谱为原信号频谱的离散采样", 信号系统里 ...

philoman ，你说的很对。主要就是因为中频信号是一个周期信号。所以ＦＦＴ的结果是好多次谐波混合在一起的结果。

很多的关于ＦＭＣＷ测距的论文都忽略了这一点。　谢谢。

zccmymail · 发表于 2012-8-26 19:18:33

philoman 发表于 2012-8-25 11:14
这是一个搞理论研究的人容易忽略,而搞工程实践的人必然遇到的问题 ...

好多论文中都有这样一个观点：”FMCW测距精度的提高完全可以通过FFt+CZT实现。“然而我的试验却不是这样的。

zccmymail · 发表于 2012-9-6 11:08:43

DOER 发表于 2012-9-5 13:59
楼主，你进行的怎样了？

有什么要讨论的？

zccmymail · 发表于 2012-9-6 17:37:19

yirenonege 发表于 2012-9-6 11:46
Chirp-z变换可以可以提高频谱某段内的分辨率，可在不大幅提高计算量的情况下提升分辨率。有次翻书碰巧看到 ...

谢谢你了。

CZT解决不了问题。原因就不细说了，之前已经讨论过这个问题了。

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