雷达测距 调频连续波（FMCW） 讨论一下

philoman

楼主问题解决了没有？
我来抛砖引玉吧, 首先，雷达的"分辨率"与"精度"是两个概念，这个一定要分清楚；你的调频带宽B=250MHz，那么分辨率dR=C/2/B=0.6m，这个结论是对的；精度可以在分辨率的基础上再提高，比如由0.6m提高到0.06m，这是可能的。
但是需要注意，你在信号处理的时候带宽可能会有有损失，不知道你在跟西电的那位朋友有没有讨论到这一点；前面gzhuli已经分析过了，差频信号的频率与距离存在一个对应关系，已知周期T=1ms，那么调频斜率K=B/T=250GHz/s，假设差频信号频率为Δf=K*Δt，根据物理知识以及考虑到双程，距离R=C*Δt/2=C*Δf/K/2（我这里用的各变量符号与gzhuli兄不太一样）；注意到，K和C为常量，那么距离和差频信号频率之间满足线形关系，测频的精度直接决定测距的精度；现在的问题是，测频的精度是多少？

philoman

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/(4096*ts)；ok，问题回到刚才我说的“损失”，如果这里的4096*ts=T，那么带宽是没有损失的，这个关键的参数fs=1/ts，楼主没有交代哦！
注：fs是对差频信号A/D转换时的采样率，ts为采样周期；

philoman

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，出现两个不同频率的差频信号，因此，你在信号处理的时候，必须丢掉其中一个频率的数据；从而导致你的有效信号处理时间小于一个周期T，亦即4096*ts<T；不知道楼主的LFMCW系统是否存在这样的问题呢

philoman

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；


两幅图均展示了一个频率点向另一个频率点渐变的过程中FFT输出的幅度，同时展示了FFT的频谱泄露效应；红色的十字表示FFT计算出来的频点准确位置，蓝色的线是将离散的点连成的；第二幅图采用的是时域补零的插值法提高精度；

philoman

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，理想点目标的LFMCW回波得到的中频信号应该是疏密相间的正弦信号。常规雷达测试的时候，可以采用角反射器作为点目标来反射电磁波，便于进行信号处理和分析；当然，你采用的这种照射天花板的方式，也可以试试看，你可以把中频I／Q信号截取下来发给我，帮你分析下，我是雷达专业的

philoman

楼上对“分辨率”的理解是对的；精度是可以提高的，比如我之前给出的两个GIF，是通过插值的方式提高测频精度的；假设一个单频信号的频率值恰好位于两个频点之间，那么可以通过插值的方式，找出最大幅度的所在的频率位置作为真实频率的一个估计；

图中待测信号的真实频率值是5.2，这个值是未知的；通过对信号进行采样和FFT，得到频谱的最大值出现在频率5上（图中红色的"+"表示FFT变换结果）；注意到，相邻的频率点上幅度也不会零 ，这就是FFT的频谱泄露现象；在一般情况下，一般将频率5作为待测信号频率的估计值，显然精度是比较差的；我们可以通过插值的方式，得到图中蓝色的虚线曲线，其幅度最大值所在的频率作为待测信号的频率的估计，显然精度大大提高了；

philoman

测频本来就是一门学问; 这里提高精度的方法可以参照激光测距,二者有相通之处;

philoman

jeffwei 发表于 2012-6-3 19:09
歪一下楼，考拉的第一个GIF图有点淫荡
请教一下雷达专业的
有人搞火车防撞雷达，即检测1500米远处有没有物 ...

雷达的分辨率有两种, 一种是方位向分辨率,这个主要靠天线的波束或者合成孔径来实现,另一种是距离分辨率,这个要靠提高信号带宽来实现;
我不知道你说的这个侵线检测是什么意思, 如果是以两条铁轨为边界, 检测有无目标越界, 这个对雷达来说的确很难; 类似的原理在公路上的应用是过双黄线检测, 依靠视频处理实现的, 而不是雷达;

philoman

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 ...

你说的基频应该是指的频率分辨率, 即FFT之后, 相邻点之间的对应谱线间隔大小;

philoman

zccmymail 发表于 2012-6-5 11:16
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 ...

I/Q的目的是为了在测速能够区分正负速度;

philoman

zccmymail 发表于 2012-6-6 20:27
philoman,别走啊。我还等着你帮我解惑呢。

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，你再仔细看看LFMCW的测距原理；（去斜、de-chirp、stretch）

philoman

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, 那么会在相邻的两点及相近的点上同时出现谱线, 也就是我前面动画1想要表达的意思; 至于你说的1ms(PRI)或1KHz(PRF)的局限, 这个影响最大不模糊距离和最大不模糊速度, 不影响测距精度.

philoman

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", 信号系统里面有说明这个问题

philoman

zccmymail 发表于 2012-8-21 17:18
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 ...

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