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24GHz微波雷達(dá)傳感器工作原理
雷達(dá)是利用電磁波探測(cè)目標(biāo)的電子設(shè)備，其工作原理可簡(jiǎn)述為：發(fā)射電磁波對(duì)目標(biāo)進(jìn)行照射并接收其回波，由此獲得目標(biāo)至電磁波發(fā)射點(diǎn)的距離、距離變化率（徑向速度）、方位、高度等信息。
目前常用的雷達(dá)工作頻段有:10.525GHz——X 波段，24 GHz——K 波段，35 GHz——Ka波段，77 GHz——V 波段。其中，24GHz 是一個(gè) ISM 規(guī)定的全球通用的一個(gè)雷達(dá)工作頻段， 在此頻段上工作時(shí)干擾較小。
雷達(dá)有多種分類(lèi)方式：
按輻射源種類(lèi)可分為：有源雷達(dá)、無(wú)源雷達(dá)。
按平臺(tái)可分為；地面雷達(dá)、艦載雷達(dá)、機(jī)載雷達(dá)、星載雷達(dá)等。
按照波形可分為：脈沖雷達(dá)和連續(xù)波雷達(dá)。
按工作波長(zhǎng)波段可分：米波雷達(dá)、分米波雷達(dá)、厘米波雷達(dá)和毫米波雷達(dá)等。
按掃描方式可分為：機(jī)械掃描雷達(dá)和電掃描雷達(dá)。等等。
本公司所代理的 24GHz 微波雷達(dá)傳感器為德國(guó) Innosent 公司生產(chǎn)，采用*的平面微帶技術(shù)，具有體積小、集成化程度高、感應(yīng)靈敏等特點(diǎn)。
本公司的雷達(dá)傳感器多工作于 CW 和 FMCW 模式，功能應(yīng)用多樣，包括：探測(cè)動(dòng)態(tài)目標(biāo)的速度、靜態(tài)目標(biāo)的距離、動(dòng)態(tài)目標(biāo)的距離和速度、目標(biāo)的方位（角度測(cè)量）以及辨別運(yùn)動(dòng)的方向。
本文檔作為技術(shù)支持類(lèi)文檔，將詳細(xì)介紹雷達(dá)傳感器在各個(gè)功能應(yīng)用上的工作原理。
1. 設(shè)置調(diào)制信號(hào)
探測(cè)靜止物體的距離，即靜態(tài)物體到傳感器之間的距離，調(diào)制信號(hào)采用鋸齒波即可。這是因?yàn)?，此時(shí)的干擾大多為多普勒信號(hào)，而在抗干擾性能方面，鋸齒波調(diào)制要優(yōu)于三角波調(diào)制。選用線性升坡曲線或者降坡曲線作為發(fā)射頻率的時(shí)間相關(guān)函數(shù)，并定期重復(fù)這些波，以期得到可能的平均值。
調(diào)制幅度：選取調(diào)諧曲線中線性度佳的一段確定 Vtune 的調(diào)節(jié)范圍。
調(diào)制頻率：調(diào)制信號(hào)頻率理論上最大不能超過(guò) 150kHz，但建議探測(cè)遠(yuǎn)距離目標(biāo)
（30~100m）時(shí)采用 100~200Hz 的調(diào)制頻率，探測(cè)近距離目標(biāo)（10~20m）時(shí)采用 500~1kHz
的調(diào)制頻率。
2. 工作流程
雷達(dá)傳感器接口連接方式及使用方法請(qǐng)參見(jiàn)詳細(xì)產(chǎn)品使用手冊(cè)。如圖 2 所示，雷達(dá)傳感器具體工作流程如下：
由 VCO 輸出一個(gè)頻率為 ƒtra 的發(fā)射信號(hào)，其中一路經(jīng)發(fā)射天線發(fā)射出去，一路又分流成兩路分別進(jìn)入 I、Q 所在的通道的混頻器中，其中 Q 通道的信號(hào)在混頻之前還需先經(jīng) 90° 的移相；接收天線接收到的回波信號(hào)，先經(jīng)低噪聲放大處理后，再分別經(jīng)混頻器與實(shí)時(shí)分流的兩路信號(hào)進(jìn)行混頻；混頻后得到的信號(hào)再經(jīng)中頻濾波放大處理，最終得到 I、Q 兩路中頻信號(hào)。
I、Q 兩路中頻輸出信號(hào)中均攜帶有探測(cè)目標(biāo)的距離信息。
算法分析
差頻信號(hào)中的距離信息，是通過(guò)由時(shí)間延遲引起的差頻信號(hào)來(lái)反映的。下圖 3 是帶有鋸齒形調(diào)制方案的 FMCW 雷達(dá)發(fā)射和接收信號(hào)的時(shí)間相關(guān)曲線。
測(cè)距精度
1. 測(cè)距精度與探測(cè)距離的關(guān)系
測(cè)距精度主要與信號(hào)后端處理有關(guān)，后端采樣時(shí)采用脈沖壓縮等技術(shù)或者提高 FFT 采樣點(diǎn)數(shù)都可能提高距離測(cè)量時(shí)的測(cè)距精度。
2. 最小可測(cè)距離
由公式(2)和(3)可以看出，固定其余參數(shù)時(shí)，調(diào)頻寬度Δƒ 越大，探測(cè)距離可能越小。要使得差頻處理有意義，就要使調(diào)頻速度 ƒ 等于差頻 ƒD，也就是說(shuō)，掃描要生成一整個(gè)差頻周期，此時(shí)可定義最小可測(cè)距離 Rmin 。