《電子技術應用》
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小型调频连续波雷达优化设计与性能分析
2022年电子技术应用第8期
蒋 俊，穆文星，方 璐，刘 涛
海军工程大学 电子工程学院，湖北 武汉430033
摘要： 调频连续波(Frequency Modulation Continuous Wave，FMCW)雷达具有体积小、功耗低、低截获特性，在车载导航雷达、低截获雷达等领域应用广泛。借鉴麻省理工学院咖啡罐雷达的设计，使用模块化集成微波器件，改造完成了一套S波段小型FMCW雷达系统。该系统设计的简易阵列天线增加了信号增益；调整电子线路板以增强系统稳定性，改进音频接口使得应用更加广泛，使用距离多普勒(RD)方法测量目标参数，并在原来“停-走-停”静止模型的基础上增加了滑轨连续运动的改进RD成像算法，补偿了运动期间多普勒伸缩对合成孔径雷达(SAR)成像的影响。通过仿真和实测实验验证了该系统设计的合理性和可靠性。
中圖分類號： TN958
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.223097
中文引用格式： 蔣俊，穆文星，方璐，等. 小型調頻連續(xù)波雷達優(yōu)化設計與性能分析[J].電子技術應用，2022，48(8)：6-12.
英文引用格式： Jiang Jun，Mu Wenxing，Fang Lu，et al. Optimized design and performance analysis of small FMCW radar[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(8)：6-12.
Optimized design and performance analysis of small FMCW radar
Jiang Jun，Mu Wenxing，Fang Lu，Liu Tao
School of Electronic Engineering，Naval University of Engineering，Wuhan 430033，China
Abstract： Small size, low power consumption and low probability of intercept are the characteristics of frequency modulation continuous wave(FMCW) radar. It is widely used in vehicle navigation radar, low probability of intercept radar and so on. In this paper, the system draws on the design of the MIT coffee can radar, a small S-BAND FMCW radar system is developed which draws on the design of the MIT coffee can radar and uses the modularized integrated microwave device. The system designs simple array antenna to increase the echo intensity, adjusts electronic circuit boards to enhance system stability, improves audio interface to make the system more widely used and uses Range Doppler(RD) algorithm to measure target velocity. Furthermore, a modified RD imaging algorithm was implemented to the original stop-and-go static model to compensate for the effect of Doppler stretching on synthetic aperture radar(SAR) imaging during motion. The simulation and experiment results show that the system is reasonable and reliable.
Key words : frequency modulation continuous wave；improved RD algorithm；SAR imaging；optimized design

0 引言

    傳統(tǒng)脈沖體制雷達重量體積大、能耗和成本高，只能在實驗室、廠家或者部隊等特定場地使用，難以因地制宜地在日常使用和大規(guī)模推廣，比如應用于普通高等院?，F場教學等。調頻連續(xù)波(FMCW)雷達具有測距精度高、體積小、成本低和能耗低等優(yōu)點，逐漸應用于日常生活的各個領域。2011年麻省理工學院(MIT)林肯實驗室開設了一門制作FMCW雷達的公開課程(Open Course Ware)[1-2]，通過搭建小雷達和一系列現場測試，培養(yǎng)學生對應用電磁學、射頻(RF)電子設備、模擬電路、信號處理和其他相關主題的興趣，取得非常好的效果。該FMCW合成孔徑雷達(SAR)系統(tǒng)使用Mini-Circuits系列射頻組件，改造搭建一套載頻2.4 GHz、帶寬287 MHz的FMCW雷達系統(tǒng),用于教學實踐, 并引起了相關人員廣泛的研究興趣[3-5]。特別是寧波諾丁漢大學A.Melnikov教授團隊，對MIT咖啡罐雷達進行深入研究改進。但目前還存在以下難題：(1)咖啡罐天線增益較低，信號回波強度較弱，影響后續(xù)的目標參數測量和成像結果。(2)原系統(tǒng)的調制電壓面包板電路容易造成接觸不良，性能不夠穩(wěn)定。(3)當前大部分筆記本電腦音頻線插口麥克風和耳機插口合二為一，無法進行雙聲道采集，采集不到觸發(fā)信號。(4)MIT咖啡罐雷達測速只能通過距離除以時間得到目標運動的平均速度，無法計算出目標瞬時速度。(5)MIT設計的咖啡罐雷達在合成孔徑成像的實驗中采用模擬脈沖SAR“停-走-?！钡姆绞匠上?。將雷達固定在等間隔位置采集目標信號，模擬脈沖SAR在收發(fā)信號過程中靜止不動的假設，對采集信號進行數據處理，完成成像。MIT咖啡罐雷達開源課程設計的雷達在成像采集數據過程非常復雜，成像效果不佳，不易于推廣使用。




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作者信息：

蔣  俊，穆文星，方  璐，劉  濤

(海軍工程大學 電子工程學院，湖北 武漢430033)




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