雷达产品技术支持手册Ⅰ：24GHz微波雷达传感器工作原理.pdf-资料库

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版本号版本号版本号版本号时间时间时间时间文档描述文档描述文档描述文档描述作者作者作者作者 V 1.0 2011-01-10 雷达产品技术支持手册Ⅰ：24GHz微波雷达传感器工作原理 Shirley 深圳华儒科技有限公司 Emall：info@huaruchina.com 公司地址：深圳市罗湖区银湖路专家公寓 A 栋东 702 联系电话：0755-82428401

雷达雷达雷达雷达产品技术支持手册产品技术支持手册ⅠⅠⅠⅠ 产品技术支持手册产品技术支持手册 24GHz 微波雷达传感器工作原理深圳华儒科技有限公司 Emall：info@huaruchina.com 公司地址：深圳市罗湖区银湖路专家公寓 A 栋东 702 联系电话：0755-82428401

1 概述概述概述概述雷达是利用电磁波探测目标的电子设备，其工作原理可简述为：发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率（径向速度）、方位、高度等信息。目前常用的雷达工作频段有:10.525GHz——X 波段，24 GHz——K 波段，35 GHz——Ka 波段，77 GHz——V 波段。其中，24GHz 是一个 ISM 规定的全球通用的一个雷达工作频段，在此频段上工作时干扰较小。雷达有多种分类方式：按辐射源种类可分为：有源雷达、无源雷达。按平台可分为；地面雷达、舰载雷达、机载雷达、星载雷达等。按照波形可分为：脉冲雷达和连续波雷达。按工作波长波段可分：米波雷达、分米波雷达、厘米波雷达和毫米波雷达等。按扫描方式可分为：机械扫描雷达和电扫描雷达。等等。本公司所代理的 24GHz 微波雷达传感器为德国 Innosent 公司生产，采用世界最先进的平面微带技术，具有体积小、集成化程度高、感应灵敏等特点。本公司的雷达传感器多工作于 CW 和 FMCW 模式，功能应用多样，包括：探测动态目标的速度、静态目标的距离、动态目标的距离和速度、目标的方位（角度测量）以及辨别运动的方向。本文档作为技术支持类文档，将详细介绍雷达传感器在各个功能应用上的工作原理。深圳华儒科技有限公司 Emall：info@huaruchina.com 公司地址：深圳市罗湖区银湖路专家公寓 A 栋东 702 联系电话：0755-82428401 - 1 -

2 探测动态目标的速度探测动态目标的速度探测动态目标的速度探测动态目标的速度 IPM 系列及 IPS 系列产品都适用于探测动态目标的速度信息，探测过程中只产生由多普勒效应引起的频差，即由多普勒效应引起的同一时刻发射信号和目标回波信号的频率差异。工作模式工作模式工作模式工作模式单通道 CW 工作模式。适用产品适用产品适用产品适用产品 IPM-165，IPS-144，IPS-146，IVS-148，IVS-179 等。应用领域应用领域应用领域应用领域交通监测，智能驾驶、报警设备、体育应用等。测速精度测速精度测速精度测速精度约 1%左右，主要取决于后端信号处理技术。工作原理工作原理工作原理工作原理以 IPS-144 为例。 1. 原理框图原理框图原理框图原理框图图 1 IPS-144 原理框图深圳华儒科技有限公司 Emall：info@huaruchina.com 公司地址：深圳市罗湖区银湖路专家公寓 A 栋东 702 联系电话：0755-82428401 - 2 -

2. 工作流工作流工作流工作流程程程程雷达传感器接口连接方式及使用方法请参见详细产品使用手册。如图 1 所示，雷达传感器具体工作流程如下：由振荡器振荡发出一个频率为 ƒtra 的发射信号，其中一路经发射天线发射出去，一路又分流成两路分别进入 I、Q 所在的通道的混频器中，其中 Q 通道的信号在混频之前还需先经 90°的移相；接收天线接收到的回波信号，先经低噪声放大处理后，再分别经混频器与实时分流的两路信号进行混频；混频后得到的信号再经中频滤波放大处理，最终得到 I、Q 两路中频信号。 I、Q 两路中频输出信号中均携带有探测目标的速度信息。算法分析算法分析算法分析算法分析分析 I、Q 其中一路信号，均包含有一个多普勒频率或信号差频 ƒD，多普勒频率的计算公式如下： ƒD ＝＝＝＝2 ƒ0···· v 0c ····cosαααα (1) ƒD 多普勒频率或差频 ƒ0 雷达的发射频率 v 运动物体的速度范围 c0 光速 α 运动的实际方向与传感器—目标连线之间的角度由以上公式可大致得到多普勒频率 ƒD 与径向运动速度 v 的对应关系（此时令α=0）。例如：44Hz （ƒD）﹦1Km/h（v），8.8kHz（ƒD）﹦200 Km/h（v）。深圳华儒科技有限公司 Emall：info@huaruchina.com 公司地址：深圳市罗湖区银湖路专家公寓 A 栋东 702 联系电话：0755-82428401 - 3 -

3 探测静态目标的距离探测静态目标的距离探测静态目标的距离探测静态目标的距离 IVS 系列的雷达产品均适用于探测静态目标与雷达传感器之间的距离信息，探测过程中只产生频率的延时效应，即由时间延迟引起的同一时刻发射信号和目标回波信号的频率差异。工作模式工作模式工作模式工作模式单通道 FMCW 工作模式，需设置调制信号。适用产品适用产品适用产品适用产品 IVS-179，IPS-148，IVS-167 等。应用领域应用领域应用领域应用领域交通监测，火车调车帮助，汽车防撞控制等。工作原理工作原理工作原理工作原理以 IVS-179 为例。 1. 原理框图原理框图原理框图原理框图图 2 IVS-179 原理框图深圳华儒科技有限公司 Emall：info@huaruchina.com 公司地址：深圳市罗湖区银湖路专家公寓 A 栋东 702 联系电话：0755-82428401 - 4 -

2. 设置调制信号设置调制信号设置调制信号设置调制信号探测静止物体的距离，即静态物体到传感器之间的距离，调制信号采用锯齿波即可。这是因为，此时的干扰大多为多普勒信号，而在抗干扰性能方面，锯齿波调制要优于三角波调制。选用线性升坡曲线或者降坡曲线作为发射频率的时间相关函数，并定期重复这些波，以期得到可能的平均值。调制幅度：选取调谐曲线中线性度最好的一段确定 Vtune 的调节范围。调制频率：调制信号频率理论上最大不能超过 150kHz，但建议探测远距离目标（30~100m）时采用 100~200Hz 的调制频率，探测近距离目标（10~20m）时采用 500~1kHz 的调制频率。 3. 工作流程工作流程工作流程工作流程雷达传感器接口连接方式及使用方法请参见详细产品使用手册。如图 2 所示，雷达传感器具体工作流程如下：由 VCO 输出一个频率为 ƒtra 的发射信号，其中一路经发射天线发射出去，一路又分流成两路分别进入 I、Q 所在的通道的混频器中，其中 Q 通道的信号在混频之前还需先经 90° 的移相；接收天线接收到的回波信号，先经低噪声放大处理后，再分别经混频器与实时分流的两路信号进行混频；混频后得到的信号再经中频滤波放大处理，最终得到 I、Q 两路中频信号。 I、Q 两路中频输出信号中均携带有探测目标的距离信息。算法分析算法分析算法分析算法分析差频信号中的距离信息，是通过由时间延迟引起的差频信号来反映的。下图 3 是带有锯齿形调制方案的 FMCW 雷达发射和接收信号的时间相关曲线。图 3 经锯齿波调制的 FMCW 雷达发射和接收信号的时间相关曲线深圳华儒科技有限公司 Emall：info@huaruchina.com 公司地址：深圳市罗湖区银湖路专家公寓 A 栋东 702 联系电话：0755-82428401 - 5 -

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