锯齿波调制的FMCW雷达差拍信号的推导与分析

发布时间 2023-05-21 16:17:30作者: 灿影之晶

1、背景

  又是同事的问题,同事当时问了一下雷达的中频信号跟信号的起始的频率是否有关,我当时没有回答出来。于是我痛并思痛,找了一些相关的资料,来记录和总结一下,算是自己的一个学习,也方便后面自己的查阅,如果能够帮到大家,那便是极好的。话不多说,咱们进入正题。

2、推导与分析

  首先先给出一些锯齿波调制的相关图例(图1到图4),可以先看看,了解一下。看不懂也没事不影响咱们后面的公式推导。

图(1) 信号的频率随时间变化

图(2)FMCW雷达简化框图

图(3)雷达检测目标示意图(Vr为径向速度)

 图(4)  数据处理示意图

  上面这几个图看完之后我们要进入推导过程了,在推导之前先说一下基础知识,线性调频信号的实数形式和复数形式:

  可以通过图1看出:频率与时间的关系:

  然后我们假设线性调频信号实信号表达式为余弦的形式:

  余弦函数中的部分代表相位,则相位和频率之间的关系(这个知识点大家可以网上查阅,很好找):

   线性调频信号复数表达式(个人猜测可能是线性调频信号由实部和虚部,才能进行下面的转换):

  那么如果目标与雷达的距离为R0,径向速度为Vr,结合线性调频信号复数表达式,以及图2对雷达差拍信号进行推导,发射信号为ST(t)回波信号为SR(t):

  经过下变频之后的,差拍信号为:

  接下来我们说一下公式中的τ(t),参看图三,对于径向速度为Vr,距离为R0的运动目标:

  剩余公式的推导就不一一推了,把另一位博主的手写版放上,更好理解。

   最后我们得到一个运动目标的中频信号为:

 3、总结

  通过最后的结果可以看出,一个运动目标的中频信号其实和信号的起始频率有一定的关系,但假设信号的起始频率相差不大时(例如毫米波76.38和77.01GHz),虽然存在差异,但差异不大,无法区分中频信号。区分中频信号的话,用的更多的是TDM、FDM、SDM等方法。后面学习到这些再进行更新。

4、参考内容:

  https://www.cnblogs.com/zp0822/p/11295058.html