雷達按照發(fā)射信號的種類可分成脈沖雷達和連續(xù)波雷達，常規(guī)脈沖雷達發(fā)射周期性的調(diào)制脈沖信號，而連續(xù)波雷達發(fā)射的是連續(xù)波信號。通常，脈沖雷達具有較高的峰值功率和較小的占空比，而連續(xù)波雷達則具有100%的占空比和較低的功率。

FMCW雷達在發(fā)射功率低的情況下實現(xiàn)高分辨率的場景中十分有用，包括汽車雷達，近距成像和其他許多應(yīng)用場景。

FMCW雷達基礎(chǔ)

連續(xù)波雷達的發(fā)射信號可以是單頻連續(xù)波(CW)或者調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)，調(diào)頻方式也有多種，常見的有三角波、鋸齒波、編碼調(diào)制或者噪聲調(diào)頻等。單頻連續(xù)波雷達僅可用于測速，無法測距，而FMCW雷達既可測距又可測速，在近距離測量上的優(yōu)勢日益明顯。

FMCW雷達在掃頻周期內(nèi)發(fā)射頻率變化的連續(xù)波，被物體反射后的回波與發(fā)射信號有一定的頻率差，通過測量頻率差可以獲得目標(biāo)與雷達之間的距離信息，該差頻信號頻率較低，一般為KHz，因此硬件處理相對簡單、適合數(shù)據(jù)采集并進行數(shù)字信號處理。簡單的結(jié)構(gòu)框圖如下：

高頻信號由壓控振蕩器產(chǎn)生，通過功率分配器將一部分經(jīng)過額外放大后饋送至發(fā)射天線，另一部分耦合至混頻器，與接收的回波混頻后低通濾波，得到基帶差頻信號，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后送至信號處理器處理。

測距/測速原理

下面以三角波調(diào)頻連續(xù)波為例來簡單介紹雷達的測距和測速原理。如下圖，紅色為發(fā)射信號頻率，綠色為接收信號頻率，掃頻周期為T，掃頻帶寬為B，發(fā)射信號經(jīng)過目標(biāo)發(fā)射，回波信號會有延時，在三角形的頻率變化中，可以在上升沿和下降沿兩者上進行距離測量。

如果沒有多普勒頻率，上升沿期間的頻率差值等于下降沿期間的測量值。對于運動目標(biāo)，則上升/下降沿期間的頻率差不同，我們可以通過這二個頻率差來計算距離和速度。

差頻信號經(jīng)低通濾波和放大后送數(shù)字信號處理器，完成對差頻信號的FFT、檢測，對目標(biāo)數(shù)據(jù)進行處理后送顯控終端顯示。三角波調(diào)頻連續(xù)波雷達正是通過采用正負調(diào)頻斜率來消除距離與速度的耦合，進而進行目標(biāo)速度的估計。

但是，往往為了獲得目標(biāo)的速度信息，雷達通常以幀為單位，均勻等時間間隔地發(fā)出一串chirps信號。然后利用信號相位差來測量出目標(biāo)場中目標(biāo)的速度。對與每個chirp對應(yīng)的數(shù)字化采樣點執(zhí)行距離FFT，輸出結(jié)果以連續(xù)行的形式存儲在矩陣中。處理器接收并處理一幀中所有單個chirp后，開始對chirps串序列進行FFT(多普勒FFT)。

距離FFT(逐行)和多普勒FFT(逐列)的聯(lián)合操作可視作每幀對應(yīng)數(shù)字化采樣點的二維FFT。二維FFT可同時分辨出目標(biāo)的距離和速度。也就是說，二維FFT的峰值位置對應(yīng)雷達前方目標(biāo)的距離和速度。

對目標(biāo)角度信息的解析需要多個RX天線。因此，處理器首先處理每個天線接收到的信號進行二維FFT。隨后，對多個天線所得的二維FFT矩陣進行聯(lián)合處理，最后得出目標(biāo)的到達角。

通過以上處理，雷達可以解析出目標(biāo)的距離、速度和角度等多維信息。雷達的性能指標(biāo)取決于發(fā)射信號的選擇。例如，隨著chirp信號帶寬的增加，距離分辨率隨之提高;速度分辨率隨著幀持續(xù)時間的增加而提高。

同樣地，最大可測速度與相鄰chirp信號之間的空間間隔成反比;TX/RX天線的數(shù)量對角度分辨率有著決定性的作用。FMCW雷達的有效噪聲帶寬與其調(diào)頻時間成反比，調(diào)頻時間越長，有效噪聲帶寬越低，分辨率越高。

連續(xù)波調(diào)頻(FMCW)雷達已廣泛應(yīng)用于汽車領(lǐng)域，包括從安全到舒適性能的各個方面，例如盲點檢測、換道輔助、自動巡航控制和停車輔助等。無論天氣和周圍的光照條件如何，雷達都能夠可靠、準(zhǔn)確地探測和定位障礙物。

優(yōu)勢

FMCW雷達收發(fā)同時，理論上不存在脈沖雷達所存在的測距盲區(qū)，并且發(fā)射信號的平均功率等于峰值功率，因此只需要小功率的器件，從而降低了被截獲和干擾的概率;其缺點是測距量程較短，距離多普勒耦合以及收發(fā)隔離難等缺點。

FMCW雷達測量目標(biāo)的距離和速度的性能與周圍環(huán)境的光照情況無關(guān)，并不需要額外的輔助光源提供照明。其較高的工作頻率意味著整體解決方案的尺寸更小。FMCW雷達具有容易實現(xiàn)、結(jié)構(gòu)相對簡單、尺寸小、重量輕以及成本低等優(yōu)點，在民用/軍事領(lǐng)域均得到了廣泛的應(yīng)用。

和脈沖雷達系統(tǒng)相比，調(diào)頻連續(xù)波雷達的一大優(yōu)勢是發(fā)射功率低，尺寸小，成本低廉，雷達在發(fā)射機和接收機均工作時可實現(xiàn)零盲區(qū)，且可直接測量多普勒頻移和靜態(tài)目標(biāo)概率，這點非常符合車載雷達和工業(yè)雷達的性能需求。

除通用指標(biāo)外，該類雷達核心性能指標(biāo)還包括分辨率、模糊度以及距離和徑向速度的精度。分辨率由信號帶寬和相干處理間隔決定，參數(shù)估計的精確程度由雷達回波信號的信噪比高低決定。

審核編輯：湯梓紅