CN108919251A - 一种基于lfmcw雷达探测轨迹设备 - Google Patents
一种基于lfmcw雷达探测轨迹设备 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108919251A CN108919251A CN201810683164.7A CN201810683164A CN108919251A CN 108919251 A CN108919251 A CN 108919251A CN 201810683164 A CN201810683164 A CN 201810683164A CN 108919251 A CN108919251 A CN 108919251A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- signal
- frequency
- unit
- processing unit
- adc chip
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
- G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
- G01S13/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
- G01S13/583—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems using transmission of continuous unmodulated waves, amplitude-, frequency-, or phase-modulated waves and based upon the Doppler effect resulting from movement of targets
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于LFMCW雷达探测轨迹设备，包括射频模块和信息处理模块，射频模块包括收发链路单元、调制信号产生单元和中频滤波及预放大单元，信息处理模块由数据采集单元、逻辑协处理单元、数字信号处理单元组成，所述数据采集单元包括ADC芯片，ADC芯片通过串行采样，逻辑协处理单元用于整理组合射频模块调制开始及结束的信号以及所述ADC芯片输出同步信号的时序，并采集所述ADC芯片输出的数字信号，数字信号处理单元用于采集经过转换的数字中频信号，并解算出所述数字中频信号中包括目标距离、速度和角度信息，本发明实现对目标的轨迹的探测，具有性价比高、探测灵敏度高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及LFMCW雷达技术领域，尤其涉及一种基于LFMCW雷达探测轨迹设备。
背景技术
随着现代社会和汽车工业的发展，高级汽车辅助驾驶系统(Advanced DriverAssistance System，ADAS)对车辆驾驶的舒适与安全的重要性愈发为人们所重视，此领域内的相关技术、设备和系统也在近年来得到了非常迅速的发展。LFMCW(LinearFrequencyModulated Continuous Wave)，线性调频连续波雷达，又简称LFMCW雷达，是一种发射电磁波频率随时间线性变化的雷达，其利用多个接收天线的回波信号与当前时刻雷达本振信号的频率差以及天线之间信号的相位差信息，即可测算出雷达探测范围内多个目标的距离、速度、角度信息。LFMCW毫米波雷达在汽车辅助驾驶领域内具有十分广泛的应用前景，与该领域内的其他技术相比，如激光雷达、超声波探测以及图像识别等，毫米波雷达具有探测距离远、精度高和受环境因素(天气、光照、路况等)影响小的优点。正因为具有以上优点，毫米波雷达成为了目前汽车辅助驾驶领域应用的主流技术。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种基于LFMCW雷达探测轨迹设备。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种基于LFMCW雷达探测轨迹设备，包括射频模块和信息处理模块，所述射频模块包括收发链路单元、调制信号产生单元和中频滤波及预放大单元，所述收发链路包括一个发射天线和三个接收天线，发射天线用于将毫米波信号转化为向空间辐射的电磁波信号，接收天线用于接收空间经由环境中的物体接收到所述发射天线输出的电磁波信号后所反射的电磁波信号，所述调制信号产生单元包括锁相环电路，所述锁相环电路通过锯齿波调制产生调制信号，并输出随时间线性变化的VCO电磁波信号，所述中频滤波及放大单元用于抑制所述调制信号的泄露以及近程的强回波信号干扰，并且为从混频器输出的中频信号提供增益；
所述信息处理模块由数据采集单元、逻辑协处理单元、数字信号处理单元组成，所述数据采集单元包括ADC芯片，所述ADC芯片通过串行采样，所述数据采集单元用于将所述射频模块接收到的模拟信号转换为数字信号并输出给数字信号处理单元，所述逻辑协处理单元包括CPLD芯片，所述逻辑协处理单元用于整理组合所述射频模块调制开始及结束的信号以及所述ADC芯片输出同步信号的时序，并采集所述ADC芯片输出的数字信号，所述数字信号处理单元包括DSP芯片，所述数字信号处理单元用于采集经过转换的数字中频信号，并解算出所述数字中频信号中包括目标距离、速度和角度信息。
优选的，所述调制信号产生单元输出指示调制波形开始的指示信号，且所述指示信号用于所述ADC芯片串行采样。
优选的，所述中频滤波及预放大单元包括两个具有不同截止频率的高通滤波器。
优选的，所述数据采集单元通过时分复用ADC芯片。
优选的，所述逻辑协处理单元通过综合整理调制信号开始指示信号和ADC同步信号。
优选的，所述发射天线与接收天线的间距D取为两倍的发射电磁波中心频率波长。
优选的，所述接收天线之间的间距d取为0.8倍的发射电磁波中心频率波长。
本发明的有益效果是：
1、本发明基于LFMCW可以解算出目标的距离信息、速度信息和角度信息，实现对目标的轨迹的探测，具有性价比高、探测灵敏度高的优点。
2、本发明中频滤波放大单元由两个级联的有源高通滤波器组成，第一滤波器和第二滤波器分别具有不同的截止频率ft1、ft2和相增益G1、G2，其中ft2大于ft1，通过合理的设计ft1和ft2可以使得有用的中频信号频率落在两者范围之内，这样有用信号在频幅响应曲线内存在一段增益随着频率的升高而增大的过程，间接实现了灵敏度频率调节电路(SFC)的功能，能够显著增强LFMCW雷达的抗干扰能力和对远处微小目标的探测能力。
3、本发明采用串行ADC芯片通过时分复用的方法实现了三路接收信号的伪同步采样，随着采样时钟的到来，ADC依次切换采样通道进行采样，在保证采样的同时降低了成本。
附图说明
图1为本发明提出的一种基于LFMCW雷达探测轨迹设备的模块框图；
图2为本发明提出的一种基于LFMCW雷达探测轨迹设备的射频模块组成框图；
图3为本发明提出的一种基于LFMCW雷达探测轨迹设备的收发链路单元中的收发天线；
图4为本发明提出的一种基于LFMCW雷达探测轨迹设备的调制信号产生单元功能框图；
图5为本发明提出的一种基于LFMCW雷达探测轨迹设备的中频滤波及预放大单元功能说明图；
图6为本发明提出的一种基于LFMCW雷达探测轨迹设备的中频滤波及预放大单元功能说明图；
图7为本发明提出的一种基于LFMCW雷达探测轨迹设备的数据采集单元的ADC芯片时分复用功能说明图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参照图1，一种基于LFMCW雷达探测轨迹设备，包括射频模块和信息处理模块，所述射频模块包括收发链路单元、调制信号产生单元和中频滤波及预放大单元，射频模块的组成如图2所示，所述收发链路包括一个发射天线和三个接收天线，发射天线用于将毫米波信号转化为向空间辐射的电磁波信号，接收天线用于接收空间经由环境中的物体接收到所述发射天线输出的电磁波信号后所反射的电磁波信号，收发链路中发射天线和接收天线在平面上的排布示意图如图3所示，接收天线由3根接收天线阵元组成，接地隔离环用于屏蔽减弱发射天线和接收天线之间的互相作用和外界干扰对天线阵列整体的作用，所述调制信号产生单元包括锁相环电路，所述锁相环电路通过锯齿波调制产生调制信号，并输出随时间线性变化的VCO电磁波信号，具体的，锁相环电路将晶振产生的基准频率与收发链路单元中压控振荡器输出的分频信号进行鉴相对比，并随时间线性调节锁相环电路中分频器的分频比，即可产生随时间线性变化的VCO输出电磁波信号，如图4所示，与此同时，将锁相环电路中线性调频过程开始和结束的时刻反映到了一个脉冲信号的上升沿和下降沿，用以指示信号处理部分ADC芯片的采样过程，所述中频滤波及放大单元用于抑制所述调制信号的泄露以及近程的强回波信号干扰，并且为从混频器输出的中频信号提供增益，所述中频滤波及预放大单元由两个级联的有源高通滤波器组成，如图5所示，第一滤波器和第二滤波器分别具有不同的截止频率ft1、ft2和相增益G1、G2，其中ft2大于ft1，第一滤波器的主要作用是抑制调制信号的泄露，并提供一定的预放大增益，第二滤波器的主要作用是抑制进程的强回波信号，以利增强LFMCW雷达装置对中远距离目标的探测能力，因为第二个高通滤波器的截止频率ft2大于第一个高通滤波器的截止频率ft1，通过两者组合起来的频幅响应曲线可见，合理的设计ft1和ft2可以使得有用的中频信号频率落在两者范围之内，这样有用信号在频幅响应曲线内存在一段增益随着频率的升高而增大的过程L，这个过程间接实现了所谓灵敏度频率调节电路(SFC)的功能，能够显著增强LFMCW雷达的抗干扰能力和对远处微小目标的探测能力；
所述信息处理模块由数据采集单元、逻辑协处理单元、数字信号处理单元组成，所述数据采集单元包括ADC芯片，所述ADC芯片通过串行采样，进一步的，所述数据采集单元通过时分复用ADC芯片，所述数据采集单元用于将所述射频模块接收到的模拟信号转换为数字信号并输出给数字信号处理单元，ADC芯片的作用是将经过中频滤波和预放大的3路接收模拟信号转换为数字信号并输出给数字信号处理单元，本实施例中有三路接收模拟中频信号需要同时采样，按常理应该采用并行ADC芯片完成此采样转换过程，但为了降低成本，采用了一种串行ADC芯片通过时分复用的方法实现了三路接收信号的伪同步采样，随着采样时钟的到来，ADC芯片依次切换采样通道进行采样，如图6所示，则t1、t2的时间间隔为采样时钟频率的3倍，串行ADC芯片的最高采样率可达72MSPS，经过三路时分复用，则分配在每一路上的等效采样率可达72/3＝24MSPS，这样的采样率对于本雷达装置的中频回波信号的采样已经足够使用，所述逻辑协处理单元包括CPLD芯片，所述逻辑协处理单元用于整理组合所述射频模块调制开始及结束的信号以及所述ADC芯片输出同步信号的时序，并采集所述ADC芯片输出的数字信号，本实施例中雷达采用锯齿波调制，调制信号产生电路在每一个锯齿波的开始处都会输出一个下降信号沿slope_start，而ADC芯片则通过一个dsync信号指示输出一个完整的转换完成的数据，slope_start和dsync信号的时序如如图7所示，对本雷达装置而言仅在调制斜坡开始后需要DSP单元采集由ADC芯片转换输出的512个数字信号点，因此通过CPLD配置时序使得当且仅当slope_start出现下降沿后的第一个dsync信号的上升沿到来时，输出采集开始信号dhold，指示DSP单元开始采集数字中频信号所述数字信号处理单元包括DSP芯片，所述数字信号处理单元用于采集经过转换的数字中频信号，并解算出所述数字中频信号中包括目标距离、速度和角度信息，当每一次dhold信号到来时，DSP芯片采集一次512点数字中频信号，如此重复256次，将在DSP中存储256组数字中频信号。通过对256组数据进行一次FFT可以解算出目标的距离信息，进行二次FFT可以解算出目标的速度信息，进行三次FFT可以解算出目标的角度信息。
进一步的，所述调制信号产生单元输出指示调制波形开始的指示信号，且所述指示信号用于所述ADC芯片串行采样。
进一步的，所述逻辑协处理单元通过综合整理调制信号开始指示信号和ADC同步信号。
进一步的，所述发射天线与接收天线的间距D取为两倍的发射电磁波中心频率波长，发射天线阵列与接收天线阵列的间距D，其作用也在于尽可能隔离降低发射天线和接收天线之间的互相作用，理论上越远越好，但受限于实际布局情况考虑不可能如此，D取为两倍的发射电磁波中心频率波长，这个距离能够兼顾布局的合理性和收发天线隔离的有效性。
进一步的，所述接收天线之间的间距d取为0.8倍的发射电磁波中心频率波长，接收天线之间的间距d，其值的选取决定着LFMCW雷达的有效探测方位角范围，一般地说，d越小则有效探测方位角范围越大，受限于实际布局情况考虑不可能如此，因此d取为0.8倍的发射电磁波中心频率波长。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于LFMCW雷达探测轨迹设备，包括射频模块和信息处理模块，其特征在于，所述射频模块包括收发链路单元、调制信号产生单元和中频滤波及预放大单元，所述收发链路包括一个发射天线和三个接收天线，发射天线用于将毫米波信号转化为向空间辐射的电磁波信号，接收天线用于接收空间经由环境中的物体接收到所述发射天线输出的电磁波信号后所反射的电磁波信号，所述调制信号产生单元包括锁相环电路，所述锁相环电路通过锯齿波调制产生调制信号，并输出随时间线性变化的VCO电磁波信号，所述中频滤波及放大单元用于抑制所述调制信号的泄露以及近程的强回波信号干扰，并且为从混频器输出的中频信号提供增益；
所述信息处理模块由数据采集单元、逻辑协处理单元、数字信号处理单元组成，所述数据采集单元包括ADC芯片，所述ADC芯片通过串行采样，所述数据采集单元用于将所述射频模块接收到的模拟信号转换为数字信号并输出给数字信号处理单元，所述逻辑协处理单元包括CPLD芯片，所述逻辑协处理单元用于整理组合所述射频模块调制开始及结束的信号以及所述ADC芯片输出同步信号的时序，并采集所述ADC芯片输出的数字信号，所述数字信号处理单元包括DSP芯片，所述数字信号处理单元用于采集经过转换的数字中频信号，并解算出所述数字中频信号中包括目标距离、速度和角度信息。
2.根据权利要求1所述的一种基于LFMCW雷达探测轨迹设备，其特征在于，所述调制信号产生单元输出指示调制波形开始的指示信号，且所述指示信号用于所述ADC芯片串行采样。
3.根据权利要求1所述的一种基于LFMCW雷达探测轨迹设备，其特征在于，所述中频滤波及预放大单元包括两个具有不同截止频率的高通滤波器。
4.根据权利要求1所述的一种基于LFMCW雷达探测轨迹设备，其特征在于，所述数据采集单元通过时分复用ADC芯片。
5.根据权利要求1所述的一种基于LFMCW雷达探测轨迹设备，其特征在于，所述逻辑协处理单元通过综合整理调制信号开始指示信号和ADC同步信号。
6.根据权利要求1所述的一种基于LFMCW雷达探测轨迹设备，其特征在于，所述发射天线与接收天线的间距D取为两倍的发射电磁波中心频率波长。
7.根据权利要求1所述的一种基于LFMCW雷达探测轨迹设备，其特征在于，所述接收天线之间的间距d取为0.8倍的发射电磁波中心频率波长。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810683164.7A CN108919251A (zh) | 2018-06-28 | 2018-06-28 | 一种基于lfmcw雷达探测轨迹设备 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810683164.7A CN108919251A (zh) | 2018-06-28 | 2018-06-28 | 一种基于lfmcw雷达探测轨迹设备 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108919251A true CN108919251A (zh) | 2018-11-30 |
Family
ID=64423651
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810683164.7A Pending CN108919251A (zh) | 2018-06-28 | 2018-06-28 | 一种基于lfmcw雷达探测轨迹设备 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108919251A (zh) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109655795A (zh) * | 2019-01-24 | 2019-04-19 | 南京莱斯电子设备有限公司 | 基于波形熵的米波雷达同频窄脉冲干扰抑制方法和系统 |
| CN110174669A (zh) * | 2019-05-17 | 2019-08-27 | 常州第四无线电厂有限公司 | 一种手持式穿墙雷达装置 |
| CN110347080A (zh) * | 2019-07-05 | 2019-10-18 | 上海矽杰微电子有限公司 | 一种毫米波感应开关电路 |
| CN110824981A (zh) * | 2019-10-23 | 2020-02-21 | 天津七六四通信导航技术有限公司 | 一种精密dme距离解算数字处理单元板及解算方法 |
| CN111123213A (zh) * | 2019-12-13 | 2020-05-08 | 南京理工大学 | 基于dsp的fmcw周界雷达信号处理系统及方法 |
| CN112731005A (zh) * | 2020-12-04 | 2021-04-30 | 京信通信系统（中国）有限公司 | 功放异常检测装置、检测方法及通信设备 |
| TWI760808B (zh) * | 2020-08-04 | 2022-04-11 | 何忠誠 | 雷達距離探測裝置與方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1719279A (zh) * | 2005-08-03 | 2006-01-11 | 武汉大学 | 用雷达电波探测江河湖泊表面流速的方法及其雷达系统 |
| CN200979438Y (zh) * | 2006-11-28 | 2007-11-21 | 戴奉周 | 一种数字收发的多频连续波雷达液位仪 |
-
2018
- 2018-06-28 CN CN201810683164.7A patent/CN108919251A/zh active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1719279A (zh) * | 2005-08-03 | 2006-01-11 | 武汉大学 | 用雷达电波探测江河湖泊表面流速的方法及其雷达系统 |
| CN200979438Y (zh) * | 2006-11-28 | 2007-11-21 | 戴奉周 | 一种数字收发的多频连续波雷达液位仪 |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109655795A (zh) * | 2019-01-24 | 2019-04-19 | 南京莱斯电子设备有限公司 | 基于波形熵的米波雷达同频窄脉冲干扰抑制方法和系统 |
| CN109655795B (zh) * | 2019-01-24 | 2020-06-30 | 南京莱斯电子设备有限公司 | 基于波形熵的米波雷达同频窄脉冲干扰抑制方法和系统 |
| CN110174669A (zh) * | 2019-05-17 | 2019-08-27 | 常州第四无线电厂有限公司 | 一种手持式穿墙雷达装置 |
| CN110174669B (zh) * | 2019-05-17 | 2024-02-27 | 常州第四无线电厂有限公司 | 一种手持式穿墙雷达装置 |
| CN110347080A (zh) * | 2019-07-05 | 2019-10-18 | 上海矽杰微电子有限公司 | 一种毫米波感应开关电路 |
| CN110824981A (zh) * | 2019-10-23 | 2020-02-21 | 天津七六四通信导航技术有限公司 | 一种精密dme距离解算数字处理单元板及解算方法 |
| CN111123213A (zh) * | 2019-12-13 | 2020-05-08 | 南京理工大学 | 基于dsp的fmcw周界雷达信号处理系统及方法 |
| TWI760808B (zh) * | 2020-08-04 | 2022-04-11 | 何忠誠 | 雷達距離探測裝置與方法 |
| CN112731005A (zh) * | 2020-12-04 | 2021-04-30 | 京信通信系统（中国）有限公司 | 功放异常检测装置、检测方法及通信设备 |
| CN112731005B (zh) * | 2020-12-04 | 2024-05-28 | 京信网络系统股份有限公司 | 功放异常检测装置、检测方法及通信设备 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108919251A (zh) | 一种基于lfmcw雷达探测轨迹设备 | |
| CN101601183B (zh) | 用于扫频信号的低噪声发生器 | |
| CN108089179B (zh) | 实现单通道多频点同时收发的超宽带雷达系统及方法 | |
| CN112882018B (zh) | 一种海洋和电离层一体化探测高频雷达系统及其控制方法 | |
| JP2003194924A (ja) | ドップラーレーダー装置 | |
| CN104596370B (zh) | 芯片化的毫米波收发系统及其在定距空炸引信上的用途 | |
| JP2010101890A (ja) | マイクロ波およびミリメートル波レーダセンサ | |
| CN109932691B (zh) | 微波光子雷达-通信一体化方法及装置 | |
| CN106019285A (zh) | 一种微型无人机毫米波雷达 | |
| CN107367717B (zh) | 一种雷达多目标中频仿真装置 | |
| CN110133634B (zh) | 一种基于频分复用技术的mimo雷达虚拟孔径测角方法 | |
| KR20160056621A (ko) | 차량용 레이더의 전원 제어 장치 및 방법 | |
| Xiao et al. | A microwave photonics-based inverse synthetic aperture radar system | |
| RU2496120C2 (ru) | Многофункциональная многодиапазонная масштабируемая радиолокационная система для летательных аппаратов | |
| CN103105606A (zh) | 一种脉冲无源双基地雷达接收相干处理方法 | |
| CN112485780A (zh) | 一种具有相控阵天线的雷达测量物料三维物位传感器系统 | |
| RU2661334C1 (ru) | Приёмо-передающий модуль радиотехнических сигналов | |
| CN107870328A (zh) | 一种多目标交通雷达 | |
| CN110632583B (zh) | 一种数字无线电高度表 | |
| RU2497146C2 (ru) | Импульсно-доплеровская моноимпульсная рлс | |
| WO2023169609A2 (zh) | 锁相环、射频信号发射器、雷达传感器及电子设备 | |
| CN207571301U (zh) | 一种多目标交通雷达 | |
| EP2901174B1 (en) | Frequency modulated continuous waveform (fmcw) radar | |
| JP2003028949A (ja) | 送受信装置およびレーダ装置 | |
| US2977589A (en) | Electromagnetic detecting and tracking devices |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20181130 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |