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

FMCW雷達(dá)在發(fā)射功率低的情況下實(shí)現(xiàn)高分辨率的場(chǎng)景中十分有用，包括汽車?yán)走_(dá)，近距成像和其他許多應(yīng)用場(chǎng)景。

FMCW雷達(dá)基礎(chǔ)

連續(xù)波雷達(dá)的發(fā)射信號(hào)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(jiàn)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(dá)僅可用于測(cè)速，無(wú)法測(cè)距，而FMCW雷達(dá)既可測(cè)距又可測(cè)速，在近距離測(cè)量上的優(yōu)勢(shì)日益明顯。

FMCW雷達(dá)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(hào)有一定的頻率差，通過(guò)測(cè)量頻率差可以獲得目標(biāo)與雷達(dá)之間的距離信息，該差頻信號(hào)頻率較低，一般為KHz，因此硬件處理相對(duì)簡(jiǎn)單、適合數(shù)據(jù)采集并進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理。簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)框圖如下：

高頻信號(hào)由壓控振蕩器產(chǎn)生，通過(guò)功率分配器將一部分經(jīng)過(guò)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(hào)，經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換后送至信號(hào)處理器處理。

測(cè)距/測(cè)速原理

下面以三角波調(diào)頻連續(xù)波為例來(lái)簡(jiǎn)單介紹雷達(dá)的測(cè)距和測(cè)速原理。如下圖，紅色為發(fā)射信號(hào)頻率，綠色為接收信號(hào)頻率，掃頻周期為T，掃頻帶寬為B，發(fā)射信號(hào)經(jīng)過(guò)目標(biāo)發(fā)射，回波信號(hào)會(huì)有延時(shí)，在三角形的頻率變化中，可以在上升沿和下降沿兩者上進(jìn)行距離測(cè)量。

如果沒(méi)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(cè)量值。對(duì)于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，則上升/下降沿期間的頻率差不同，我們可以通過(guò)這二個(gè)頻率差來(lái)計(jì)算距離和速度。

差頻信號(hào)經(jīng)低通濾波和放大后送數(shù)字信號(hào)處理器，完成對(duì)差頻信號(hào)的FFT、檢測(cè)，對(duì)目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后送顯控終端顯示。三角波調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)正是通過(guò)采用正負(fù)調(diào)頻斜率來(lái)消除距離與速度的耦合，進(jìn)而進(jìn)行目標(biāo)速度的估計(jì)。

但是，往往為了獲得目標(biāo)的速度信息，雷達(dá)通常以幀為單位，均勻等時(shí)間間隔地發(fā)出一串chirps信號(hào)。然后利用信號(hào)相位差來(lái)測(cè)量出目標(biāo)場(chǎng)中目標(biāo)的速度。對(duì)與每個(gè)chirp對(duì)應(yīng)的數(shù)字化采樣點(diǎn)執(zhí)行距離FFT，輸出結(jié)果以連續(xù)行的形式存儲(chǔ)在矩陣中。處理器接收并處理一幀中所有單個(gè)chirp后，開(kāi)始對(duì)chirps串序列進(jìn)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(duì)應(yīng)數(shù)字化采樣點(diǎn)的二維FFT。二維FFT可同時(shí)分辨出目標(biāo)的距離和速度。也就是說(shuō)，二維FFT的峰值位置對(duì)應(yīng)雷達(dá)前方目標(biāo)的距離和速度。

對(duì)目標(biāo)角度信息的解析需要多個(gè)RX天線。因此，處理器首先處理每個(gè)天線接收到的信號(hào)進(jìn)行二維FFT。隨后，對(duì)多個(gè)天線所得的二維FFT矩陣進(jìn)行聯(lián)合處理，最后得出目標(biāo)的到達(dá)角。

通過(guò)以上處理，雷達(dá)可以解析出目標(biāo)的距離、速度和角度等多維信息。雷達(dá)的性能指標(biāo)取決于發(fā)射信號(hào)的選擇。例如，隨著chirp信號(hào)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(shí)間的增加而提高。

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

連續(xù)波調(diào)頻(FMCW)雷達(dá)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(gè)方面，例如盲點(diǎn)檢測(cè)、換道輔助、自動(dòng)巡航控制和停車輔助等。無(wú)論天氣和周圍的光照條件如何，雷達(dá)都能夠可靠、準(zhǔn)確地探測(cè)和定位障礙物。

優(yōu)勢(shì)

FMCW雷達(dá)收發(fā)同時(shí)，理論上不存在脈沖雷達(dá)所存在的測(cè)距盲區(qū)，并且發(fā)射信號(hào)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(diǎn)是測(cè)距量程較短，距離多普勒耦合以及收發(fā)隔離難等缺點(diǎn)。

FMCW雷達(dá)測(cè)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(wú)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(dá)具有容易實(shí)現(xiàn)、結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、尺寸小、重量輕以及成本低等優(yōu)點(diǎn)，在民用/軍事領(lǐng)域均得到了廣泛的應(yīng)用。

和脈沖雷達(dá)系統(tǒng)相比，調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)的一大優(yōu)勢(shì)是發(fā)射功率低，尺寸小，成本低廉，雷達(dá)在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)均工作時(shí)可實(shí)現(xiàn)零盲區(qū)，且可直接測(cè)量多普勒頻移和靜態(tài)目標(biāo)概率，這點(diǎn)非常符合車載雷達(dá)和工業(yè)雷達(dá)的性能需求。

除通用指標(biāo)外，該類雷達(dá)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(hào)帶寬和相干處理間隔決定，參數(shù)估計(jì)的精確程度由雷達(dá)回波信號(hào)的信噪比高低決定。

審核編輯：湯梓紅