小型调频连续波雷达优化设计与性能分析-AET-电子技术应用

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。

关键词： 调频连续波改进RD算法 SAR成像优化设计

中图分类号：TN958
文献标识码：A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.223097
中文引用格式：蒋俊，穆文星，方璐，等. 小型调频连续波雷达优化设计与性能分析[J].电子技术应用，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

传统脉冲体制雷达重量体积大、能耗和成本高，只能在实验室、厂家或者部队等特定场地使用，难以因地制宜地在日常使用和大规模推广，比如应用于普通高等院校现场教学等。调频连续波(FMCW)雷达具有测距精度高、体积小、成本低和能耗低等优点，逐渐应用于日常生活的各个领域。2011年麻省理工学院(MIT)林肯实验室开设了一门制作FMCW雷达的公开课程(Open Course Ware)^[1-2]，通过搭建小雷达和一系列现场测试，培养学生对应用电磁学、射频(RF)电子设备、模拟电路、信号处理和其他相关主题的兴趣，取得非常好的效果。该FMCW合成孔径雷达(SAR)系统使用Mini-Circuits系列射频组件，改造搭建一套载频2.4 GHz、带宽287 MHz的FMCW雷达系统,用于教学实践, 并引起了相关人员广泛的研究兴趣^[3-5]。特别是宁波诺丁汉大学A.Melnikov教授团队，对MIT咖啡罐雷达进行深入研究改进。但目前还存在以下难题：(1)咖啡罐天线增益较低，信号回波强度较弱，影响后续的目标参数测量和成像结果。(2)原系统的调制电压面包板电路容易造成接触不良，性能不够稳定。(3)当前大部分笔记本电脑音频线插口麦克风和耳机插口合二为一，无法进行双声道采集，采集不到触发信号。(4)MIT咖啡罐雷达测速只能通过距离除以时间得到目标运动的平均速度，无法计算出目标瞬时速度。(5)MIT设计的咖啡罐雷达在合成孔径成像的实验中采用模拟脉冲SAR“停-走-停”的方式成像。将雷达固定在等间隔位置采集目标信号，模拟脉冲SAR在收发信号过程中静止不动的假设，对采集信号进行数据处理，完成成像。MIT咖啡罐雷达开源课程设计的雷达在成像采集数据过程非常复杂，成像效果不佳，不易于推广使用。

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作者信息：

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)

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