FMCW 雷達原理(轉)


FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave),即調頻連續波。FMCW技術和脈沖雷達技術是兩種在高精度雷達測距中使用的技術。其基本原理為,發射波為高頻連續波,其頻率隨時間按照三角波規律變化。雷達接收的回波的頻率與發射的頻率變化規律相同,都是三角波規律,只是有一個時間差,利用這個微小的時間差可計算出目標距離。18KHZ-20KHZ

由於 它具有無距離盲區、高分辨率和低發射功率等優點,近年來受到了人們的廣泛關注。
 
最近在MobSys15'上 看到一篇文章title為:“Contactless Sleep Apnea Detection on SmartPhone” 利用把手機轉換為Sonar來檢測睡眠的文章。
利用FMCW來檢測距離的一個實例:
 在呼吸的時候會有一個移動針對手機發出的聲波:那么就會發生一個多普勒頻偏:
          delay time 

 

frequency shift: (利用FFT得到frequency shift)

  

那么我們就能得到距離d了。
 

調頻連續波(FMCW)雷達的原理為發送具有一定帶寬、頻率線性變化的連續信號,再對接收到的連續信號進行快速傅里葉變換,通過發送與接收信號的頻率差來計算兩個信號的時間差,最后與脈沖波雷達物位計一樣,由時間差得到對應的距離值。FMCW雷達能夠獲取很高的精度,其精度主要取決於壓控振盪器的線性度和溫漂。

  FMcw 雷達通過發射頻率調制的連續波信號,從回波信號中提取目標距離信息。FMcw分為線性調頻和非線性調頻(如正弦波調頻)兩種。使用非線性調頻方式時,每個目標產生的差拍頻率不唯一,一般只適用於單目標的場合,如雷達高度計等;線性調頻方式適合於用FFT算法測量頻率,應用最廣。這種方式使每個目標產生的差拍信號都是單一頻率,但其對線性調頻的線性度要求很高,比較常用的調制波形是三角波和鋸齒波,物位儀表常用鋸齒波高頻方式。FMCW  雷達發射和接收信號的原理如圖2所示。

 圖2中,實線為雷達天線發送信號ft;虛線為雷達接收信號fr;B為信號的帶寬。發射信號的調頻周期T要遠大於目標最大回波時延td,即信號由天線發送經物料反射,再由天線接收所經的時間td比信號期T要小得多。發送信號和接收信號由於時延引起頻率的變換它們的頻率差就是差頻信號,可用fif表示。顯然差額信號fif的大小正比於天線與目標間的距離R,即:


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