小型化FMCW雷达测量系统研究与实现

摘要

调频连续波（Frequency Modulated Continuous Wave，FMCW）体制雷达作为雷达的一个重要类型，具有结构简单、分辨率高、发射功率低、无测量盲区和抗干扰能力强等优点，广泛应用于汽车防撞、楼层及液位测量、动静目标检测等民用领域。同时，随着微波单片集成电路（MMIC）的发展，雷达组件朝着小型化、低功耗、高频段等方向发展。因此，结合FMCW体制雷达的优点及雷达小型化发展趋势，本文研究并实现了小型化FMCW雷达测量系统。本文研究了FMCW体制雷达的系统组成及测量原理，应用MMIC微波器件，从小型化、低功耗角度出发，设计并实现了小型化FMCW体制雷达系统。
　　本研究主要内容包括：⑴研究了FMCW体制雷达的系统组成，阐述了FMCW体制雷达的测量原理。并对锯齿波以及三角波调制的测量原理进行了理论推导，获得了在两种调制情况下，所得的差频信号频率与目标距离及速度的关系。并且对影响FMCW体制雷达测量精度的关键因素进行了分析，并提出了改进措施，为后期进行FMCW体制雷达系统设计提供了理论基础。⑵设计并实现了K波段FMCW体制雷达射频前端。采用分立模块的设计思想，实现了射频信号源、功放、低噪放、混频器、滤波器以及可控增益放大器等分立模块的设计。其中，采用锁相环的方式产生三角波调制信号，其带宽为24-24.12GHz，调制周期为2ms。最终通过观测差频信号的方式，实现了对5-1000m目标的测量。⑶在K波段FMCW体制雷达收发前端的基础上，设计并实现了小型化FMCW体制雷达系统。通过将K波段收发天线、射频前端及数字处理器集成到同一个PCB板上，进一步降低了FMCW体制雷达系统的体积及功耗。整个雷达系统PCB长宽仅为78×65mm，整体功耗降到6W，与此同时，其目标探测范围为1-200m，距离分辨率达到了0.61m。

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第一章 绪论

1.1课题背景及意义

1.2国内外FMCW体制雷达发展现状

1.3本文的主要工作安排

第二章 FMCW体制雷达测量原理

2.1 FMCW体制雷达工作原理

2.2 FMCW体制雷达测量原理

2.3影响FMCW体制雷达目标测量关键因素分析

2.4本章小结

第三章 FMCW体制雷达射频前端设计与实现

3.1 FMCW体制雷达射频前端组成

3.2雷达射频前端系统设计

3.3雷达射频前端系统测试

3.4本章小结

第四章 微小型化FMCW体制雷达系统设计

4.1微小型化FMCW体制雷达系统方案

4.2微小型化FMCW体制雷达系统设计

4.3微小型化FMCW体制雷达系统测试

4.4本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

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