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雷达后端信号处理技术

发布时间: 2021-07-01  点击次数: 181次

概述

雷达信号处理和数据处理技术是雷达的神经中枢。通过对雷达回波信号的分析处理可以精确得到目标的运动速度,运动方向,目标与雷达之间的距离以及目标方位等信息。

如今,雷达的应用需求和技术发展促进了雷达信号处理和数据处理技术的飞速发展。无论在信号形式、处理算法,还是在信号处理和数据处理系统的设计方法、硬件的结构和实时处理软件编程等方面都有了长足的进步。

本篇文档作为雷达产品的技术支持文档,描述了雷达信号在后端的分析处理手段,将从滤波放大电路、数字信号处理技术,以及如何提高探测精度等方面为客户提供信号处理的一些参考建议。

 

2滤波放大电路

雷达传感器工作时输出的中频信号需经一系列滤波、放大和 DSP 处理后,才更易于从中分析得到我们所需的目标信息。尤其是当雷达工作于 FMCW 模式时,输出信号要先经滤波处理滤掉调制信号后才能进行放大处理,否则会使得调制信号被过分放大导致信号饱和失真。

在雷达工作于 FMCW 模式用于测距功能时,外接滤波放大电路的目的主要是为了去掉调制信号和进一步放大输出信号;而当雷达工作于 CW 模式用于测速功能时,外接滤波放大电路的目的主要是为了滤除干扰和噪声,同时也进一步放大输出信号。

3滤波器选择原则

本公司雷达传感器一般有以下两种类型:

传感器也带有 CW 工作模式。其工作于 FMCW 模式做测距应用时,首先需要滤除输出信号中低频调制信号,适于进行高通滤波放大处理;其工作于 CW 模式做测速应用时,适于进行带通滤波放大处理。

以上两类雷达传感器在后端设计滤波放大电路时,都需要注意增益、输入阻抗等电气参数的匹配。滤波放大电路的选择须遵循以下几条原则:

1. 滤波器频率选择。选用高通滤波器时,如调制频率为 100Hz, 则建议采用截止频率为 1KHz 的高通滤波器,即选用的滤波器频率为调制频率的 10 倍。

  • 增益设计。理论上,传感器本身和滤波放大电路的整体增益不应高于 60dB。对于输出端未设置 IF 放大部分的传感器,即可以在此增益限制内选用带有一定增益的滤波器对输出信号进行放大;对于输出端已设置有 IF 放大部分的传感器,更应参考此增益限制谨慎设置滤波器的增益。

3. 放大电路设计。当滤波器需要设置较大增益时,一般采用多级放大电路,每一级放大倍数最好不超过 30dB。

4. 阻抗匹配。加入负载阻抗的值应在 470Ω-1KΩ之间。

5. 运放选择。选用优质低噪声运放,如 MC33079 等。

6. 排线长度选择。雷达传感器与后端滤波放大电路之间由排线连接,为避免过大的干扰和噪声,排线长度应控制在 25cm 以下。

4雷达探测精度

 

雷达传感器的测量精度在很大程度上是由后期的信号处理技术(DSP)决定的。以测距  应用为例,调频连续波雷达的距离分辨率将取决于频率测量分辨率,一般频率测量是通过对差频信号进行 FFT 处理实现的。

利用 FFT 技术对信号进行频谱分析时,分析精度主要受制于混叠效应、量化误差、泄漏效应与栅栏效应。混叠效应和量化误差是模拟信号数字化过程引起的,泄漏效应和栅栏效应是离散傅立叶变换所固有的。

由于 FFT 的“栅栏效应”,使得直接采用 FFT 所获得的距离谱具有固定的采样间隔△R, 从而产生△R/2 的测距误差。这使得测距雷达在近距离下测量的相对误差较大。分析表明, 增加 FFT 谱线数量、提高频谱分辨率可削弱泄漏效应和栅栏效应的影响,但由于增加了采样长度,将增加时间开销。因此,如何克服 FFT 的“栅栏效应”,提高频谱分辨率,进而提高

FMCW 雷达的测距精度,成为 FMCW 测量雷达的重要研究课题。

 

 

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