LFMCW雷達(dá)中頻接收機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：針對(duì)一種線性調(diào)頻連續(xù)波(LFMCW)雷達(dá)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提出一種中頻接收機(jī)硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)方案。該方案采用AD8347正交解調(diào)器做I／O下變頻，AD9248模數(shù)轉(zhuǎn)換器做采樣，EF3C80 FPGA做數(shù)字信號(hào)處理，PCI9054做PCI接口，并給出了系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)方法。實(shí)現(xiàn)了對(duì)線性調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)中頻信號(hào)的接收、處理和存儲(chǔ)。通過測(cè)試，該接收機(jī)能夠準(zhǔn)確測(cè)量出目標(biāo)信號(hào)的頻率信息，可為雷達(dá)成像提供原始數(shù)據(jù)。
關(guān)鍵詞：線性調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)；中頻信號(hào)接收機(jī)；FPGA；PCI

線性調(diào)頻連續(xù)波(LFMCW)雷達(dá)具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、分辨力高和無距離盲區(qū)等優(yōu)點(diǎn)，受相關(guān)技術(shù)進(jìn)步和需求的促進(jìn)，近十多年來線性調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)逐漸應(yīng)用于近距離高分辨率多目標(biāo)探測(cè)與成像。本文通過對(duì)一種線性調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了一套中頻信號(hào)接收機(jī)，能夠有效實(shí)現(xiàn)中頻信號(hào)的接收和處理，能準(zhǔn)確測(cè)量出目標(biāo)信號(hào)的頻率信息。

1 線性調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)系統(tǒng)方案
傳統(tǒng)線性調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)的原理結(jié)構(gòu)和時(shí)間頻率關(guān)系如圖1所示，用發(fā)射信號(hào)與接收信號(hào)進(jìn)行混頻，得到零差拍信號(hào)，該信號(hào)的頻率反映了目標(biāo)的距離信息。對(duì)每一周期有效時(shí)間內(nèi)的零差拍信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，便可提取出目標(biāo)的距離信息。

本文中中頻信號(hào)接收機(jī)所針對(duì)的一種線性調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)的結(jié)構(gòu)與圖1中結(jié)構(gòu)有所不同，如圖2所示。

設(shè)信號(hào)源1，信號(hào)源2以及VCO的信號(hào)形式分別為：

假設(shè)目標(biāo)距離為R，回波延時(shí)為τ，壓控振蕩器VCO的調(diào)頻斜率為μVCO，則易得到中頻接收機(jī)的輸入本振，中頻信號(hào)以及混頻得到基帶信號(hào)的形式分別為：


顯然NμVCOτ就是對(duì)應(yīng)的基帶信號(hào)頻率fB，N和μVCO是定值，所以提取出基帶信號(hào)頻率就可求出回波延時(shí)τ，也就得到了目標(biāo)的距離。設(shè)μ=NμVCO為雷達(dá)發(fā)射載波的調(diào)頻斜率，則易得目標(biāo)距離與基帶信號(hào)頻率之間的關(guān)系式：

在該線性調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)系統(tǒng)中，中頻接收機(jī)收到的本振信號(hào)是兩個(gè)固定頻率源的差頻的N倍頻，也是一個(gè)固定頻率的信號(hào)，fLO=1．2 GHz，雷達(dá)發(fā)射載波的調(diào)頻斜率是VCO調(diào)頻斜率μVCO的N倍，μ=240GHz／s，線性調(diào)頻周期T=10ms。由于該雷達(dá)用于近距離高分辨率成像及隱蔽物體的檢查，作用距離較小，Rmax=100 m，將μ、Rmax以及光速c帶入式(7)中可得fBmax=160kHz，所以基帶信號(hào)的實(shí)際有用帶寬為160kHz。