24GHz調頻連續波雷達信號處理技術應用

王明剛

摘要

隨著我國經濟社會的不斷發展，雷達在居民領域中的應用已經越來越廣泛。其中24GHz調頻連續波（FMCW）雷達在汽車防撞、自適應巡航控制以及交通監管等方面均有著廣泛的應用隨著毫米波器件及電路等技術的提升，為毫米波的推廣和應用也提供了重要的技術支持。下面本文針對24GHz調頻連續波（FMCW）雷達應用進行闡述，分析信號處理技術在設備運行中的應用效果及功效，研究設計了CA-CFAR電路，促進24GHz調頻連續波（FMCW）雷達信號處理水平的提升。

【關鍵詞】24GHz調頻 連續波 信號處理技術技術應用

調頻連續波（FMCW）雷達技術主要是對連續進行的頻率進行控制，根據發射信號及回波信號的頻率差值，根據計算得出的最終相位差對某一特定的目標信息進行獲取。調頻連續波（FMCW）雷達技術在實踐中的應用具有其自身顯著優勢，如，高距離分辨率，能保證雷達發生和接收機同時工作，避免信號接收的遺漏，信號接受更加具有持續性和目標性。在一定的噪音下，該技術還能對大范圍內的信號帶寬和脈沖雷達進行捕捉，信號發射的功率低，并且安全度高，不容易被截獲，避免輕易泄露問題。因此，調頻連續波（FMCW）雷達信號處理具有重要的意義，全面進行信號處理技術的研發，是實現該技術推廣和應用的關鍵。

1 24GHz調頻連續波（FMCW）雷達系統構成

FMCW雷達系統主要是由三個部分構成，信號發射和信號接收以及信號出力三個部分構成，而三者之間的加強銜接和聯系主要是后端處理，主要是對三角波發生器、AD采集以及信號出力等部分進行作業處理。一般將系統按照功能模塊進行劃分，將系統分為幾個功能模塊，即天線部分、T/R組件以及信號處理功能模塊。這幾部分是系統主要構成，每一個部分都具有其獨立的功能，且各個功能構成一個完整、可靠的安全系統，結構圖詳見圖1。

2 24GHz調頻連續波（FMCW）雷達信號處理技術應用

2.1 差拍信號分析

FMCW雷達中載波的頻率是由三角波幅度大小決定的，工作中，當時間和頻率信號對應時，此時的三角形變化發射信號會輻射到整個空間，當遇到目標后，會反射，接收信號和發射信號相比，有一個是相對延遲的;然后經過混頻后，比較頻率之差，從而得出最終的差拍信號，即可以通過信號處理得出最終目標的舉例和速度。根據FMCW雷達工作原理，接收和發射之間的延遲公式，當目標處于靜止時，將錯拍信號的頻率f_i在上升沿和下降沿處于一致狀態，最終得出：

式（1）中，B表示調制帶寬，T為信號周期，c為光速，r為目標距離。在t時刻，目標與雷達站距離r（t）則表示為r（t）=r-vt。最終可以得出r為：

通過公式計算最終可以得出，差拍信號的多普勒位移頻率，計算得出最終的目標距離速度信息。

2.2 回波信號處理

在FMCW雷達系統中，除了有差拍信號處理，回波信號的處理也是一個重要方面。在回撥信號分析方面，主要是對信號的瞬時頻率進行計算，當確定信號的位置時，通過對多個的目標情況進行分析，建立最終詳細的信號分析模型，在模型中，設定系統處于信號接收狀態，隨著上升沿階段的變化，發出的信號瞬時頻率也會隨之發生改變，最終可以計算得出瞬時賦值。在一個固定時間，設定a信號的振幅，初始相位為0，當目標信號反射回來時，可以得出瞬時信號的賦值。可見，在FMCW雷達系統中，按照三角波調制的基本原則，對回波信號和差拍信號進行回撥信號分析，差拍信號在單個頻率信號下，能通過計算對頻率進行變換，從而得到目標距離和速度，實現系統的線性控制。回波信號和差拍信號聯合，構成一個完整的24GHz調頻的FMCW系統，對波形的具體設計具有指導意義。

3 24GHz調頻連續波（FMCW）CFAR的電路設計

在整個系統構成中，不同的CFAR檢測方法，能最終確定不同的檢測門限，從而根據最終的恒虛警檢測，將被處理的干預的已知分布的未知參數進行評估，通過評估結果，并且結合最終的參數變化的自適應數據，完成一個簡單電路的信息采集結構設計，獲得最終的恒定調控信號處理數值。如圖2所示，根據CA-CFAR算法設定原理圖，對單元區間內的最終回撥信號處理集成過程進行仿真模擬。

根據圖2，采用自適應的領近單元的平均虛景，其中的T=K.μ，k表示虛警情況下，在領近單元區間內產生的信號干擾，從而統計能計算得出特性確定的常數，μ則是被處理干擾的平均電平，通過檢測單元實時的干擾平均值評估，最終可以得出不同的檢測點數，并且獲得最終的回波信號的實施距離譜線。通過實時數據處理和檢測，得出時間段回波信號波長折線圖，詳見圖3。

通過檢測時間段內的譜線，采用固定長度的滑窗，對波長的譜線進行采集，并且實現單元區間保護，分別計算得出平均值，作為雜波均值進行估計。在處理邊緣譜線時，應該根據前后的8根譜線決定最終的距離們限數，從而得出最終的門限系數K和閥值T，最終在分布波下，能對回波信號進行處理，并得出最終的結果。從圖3中可以看出，三根目標周圍的噪聲及雜波處理分辨出來后，能進行準確的恒虛警處理，從而達到理想的FMCW雷達目標檢測的結果，提升信號處理的整體精準度。基于24GHz調頻連續波雷達信號處理技術是一種線性調控，通過天線采用收發分置，能對實際的距離們的波長和波形等進行距離檢測，發射功率也隨之增強，整體的發射天線泄露到文件接收天線的功率也會隨之增加，從而對整體工作進行調控，使得整個作用距離拉近，減少了信號在傳遞過程中的干擾，從而實現目標與雷達相對運動，產生一種距離一速度耦合現象，最終能降低距離測量的誤差，提升參數估計整體的準確性。

4 結束語

綜上，調頻連續波（FMCW）雷達的技術的應用已經越來越普遍，該技術在實踐中的應用也越來越廣泛。而24GHz自適應巡航控制系統，系統信號和數據處理具有重要的意義，加強信號處理，能獲取更多的信號，并且確保信號傳遞的安全性和時效性。我國在24GHzRMCW雷達技術方面的應用已經逐漸起步，且經過多年研究，已經逐漸成熟。在當前大數據、互聯網、信息共享時代到來之際，加強系統信號處理，提升信號傳遞安全性，是一項重要的研究課題和內容。相關技術人員一定要注重迎合時代需求，在推動該技術不斷推廣和應用時，還應該不斷加強信號處理技術的研發，全面提升采樣和信號處理整體的作業水平。

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