DIY简易5.8G FMCW雷达
zx-165332019/02/11无线电 IP:广东


原理:雷达发射带宽为Bw,长度为T的线性调频信号,则

$$ s(t)=\exp(k\pi jt^2){\rm rect}( \frac{t}{T}) $$

其中

$$ k=\frac{Bw}{T} $$

 为信号调频率

若为正扫频,将发射信号与从距离为r的目标反射回来的延迟了

$ \tau $

的回波信号

$$ s_{return}(t)=\exp(k\pi j(t-\tau)^2){\rm rect}(\frac{t-\tau}{T})$$


混频,则会得到

$$ s_{mixed}(t)=\exp(k\pi j(t^2-(t-\tau)^2))=\exp(k\pi j(2\tau t-\tau^2)) $$

$${\rm where}(\frac{T}{2}>t>-\frac{T}{2}+\tau)$$

将混频后的信号进行FFT,则可以得到在

$$f=k\tau=\frac{2kr}{c}$$

处的目标尖峰,通过与距离成正比的频率f则可求出目标距离r。

设计:

结构框图:

radar.bmp

 部分设计参考了XXXXXXXXXXXXXXXXXXX/XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXml,更换了射频放大和基带部分的设计以期实现更高的射频和动态性能。

感谢@虎哥提供有关射频性能指标要求的指导。

此设计通过PLL+VCO产生高线性度的LFMCW信号,混频后使用一个二阶的有源高通滤波器去除馈通,二阶巴特沃兹滤波器提供40dB/dec的滚降,正好能补偿雷达回波随距离的四次方衰减,降低后级信号处理电路的动态范围需求。

滤波器响应仿真:

无标题.png

 PCB:

无标题2.png

 焊接完:

IMG_20181223_121451.jpg

 使用一个带FX2 USB接口的FPGA开发板驱动并与PC连接。

DEBUG完成的样子:

qq_pic_merged_1549808810852.jpg

 使用衰减器+同轴线直接连接收发端测试:

VCO输入:

IMG_20190210_215625.jpg

 混频器输出(经过第一级放大):

IMG_20190210_215641.jpg

 经过高通滤波:

IMG_20190210_215926.jpg

 末级射频功放看起来很烫的样子。。

IMG_20190210_215750.jpg

 实际测试:

测试场地:某马路边

qq_pic_merged_1549807952687.jpg


 

c0.bmp

 

b0.bmp

 

 可以明显看出移动的车辆(斜线),但场景中也有大量的静止反射体干扰,不容易看清。同时也可以看出车辆经过时对后方景物的遮掩效果。通过将多普勒频率接近零的回波成分过滤掉可以去除静止物体:

u6.bmp

 

u6.bmp

 

 去除后:

 

 


c1.bmp

 

b1.bmp

 测试参数:中心频率5.8G,扫频带宽640MHz,有效带宽384MHz(去除扫频开始时PLL未锁定的一段),脉冲重复频率1kHz。基带采样率10Msps。

-----------------------------------------

设计资料与代码:XXXXXXXXXXXXXXXXXX/gym487/FMCW_Radar/

-----------------------------------------

 PS:DEBUG时曾使用过这种淘宝山寨天线

IMG_20190210_220222.jpg

 距离超过5m就看不见。。

上网一搜:XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/quadcopters/antennas/measurements/aomway-patch-ant005/

表面上这是个平板天线,其实是个全向的GP天线,真正的辐射体是馈线同轴电缆外皮。。。

[修改于 5年1个月前 - 2019/03/12 17:53:00]

+25  科创币    虎哥    2019/06/08 赞扬。
来自:电子信息 / 无线电
19
 
7
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~~空空如也
zx-16533 作者
5年2个月前 IP:广东
854459
引用ddomax发表于1楼的内容
效果不错,真是很亲民的DIY方案。通过将多普勒频率接近零的回波成分过滤掉可以去除静止物体:参考作品(...

作差的方法其实效果不是特别好,特别是背景有被遮挡的情况下,这点那篇文章作者也有提到。用多普勒的话可以消除一定速度范围内的目标,个人感觉更好一些。

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zx-16533作者
5年2个月前 修改于 5年2个月前 IP:广东
854460
引用20!Dopaminor发表于2楼的内容
现在用的什么天线

目前用的这种,据说性能不错。随盒附带方向图和参数,看起来靠谱不少

IMG_20190211_162739.jpg

 

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zx-16533作者
5年2个月前 修改于 5年2个月前 IP:广东
854514
引用虎哥发表于7楼的内容
去年底还在探讨框图,过了个春节就做出来了,简直可怕。话说调频是用数字方式不停的刷PLL实现的吗,示波...

那个其实是200us/div,总的扫频周期是1ms..在目前设置的带宽下从扫频开始大概需要0.3-0.4ms才能锁定。换成三角波扫频会好一些,但是太快的扫频速度其实没有太大必要,也会增加基带处理和数据储存的难度。这款PLL自带扫频功能,只需要上电配置一次寄存器就可以自动扫。

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zx-16533作者
5年2个月前 修改于 5年2个月前 IP:广东
854515
引用量子隧道发表于8楼的内容
看PLL的资料,大概2us能刷一个寄存器。总扫描时间几百us,够刷很多次寄存器了。“通过将多普勒频率...

这个多普勒其实要观察多次回波(之间的相位变化)才能看出来(因为对于测试中的条件而言,多普勒频率大概在一两百Hz的范围,在不足1ms的单次回波数据中即使有也没法分辨出来),参考SAR中的处理方法。

简单来说,就是将单次(fft后)的回波数据看作一横行,多行排成一个二维数组,然后在纵向上做滤波。

1kHz的脉冲重复频率(相当于对多普勒的采样率)在5.8G下最高可以分辨+-12m/s的径向速度(过高就会混叠),对于搭载在四轴之类的低速飞行器上做SAR成像足够了。。

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zx-16533作者
3年10个月前 IP:广东
881716
引用baifanshuishou发表于13楼的内容
请教一下那个显示时频分析结果的瀑布图使用什么软件做的?

matlab

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