rfbeam产品开发手册

《rfbeam产品开发手册》由会员分享，可在线阅读，更多相关《rfbeam产品开发手册（19页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、雷达传感器技术支持手册 深圳市佰誉达科技有限公司 地址：深圳市宝安区 42 区华创达中心商务大厦 F 栋 413 电话：0755-23282845 传真：0755-23025672 2013/11/4 本文档详细介绍了雷达产品的工作原 理、后端 DSP 信号处理和静电防护等 开发实用技术 地址：深圳市宝安 42 区华创达中心商务大厦 F 栋 413 联系电话：0755-2328 2845 1 1 雷达传感器技术支持手册 目录目录 第一章 雷达原理及处理技术 . 2 第一节:概述 2 第二节: 探测动态目标的速度 2 1.概述 2 2.工作原理 2 3. 工作流程 3 第三节：探测静态目标的距离

2、 . 4 1.概述 4 2.工作原理 4 3. 工作流程 4 4.算法分析 5 5.测距精度 6 第四节：同时探测动态目标的距离和速度 . 6 1.概述 6 2. 工作原理 7 3. 工作流程 7 4. 算法分析 7 第五节：探测运动目标的方向 . 9 1. 概述 9 2.工作原理 10 3. 工作流程 10 4. 算法分析 10 第六节： 探测目标的角度 . 11 1. 概述 11 2. 工作原理 12 3.工作流程 12 4.算法分析 13 第二章 静电防护 . 14 第一节：静电防护措施 . 14 第二节：识别静电损坏 . 15 第三章 天线罩(雷达外壳)设计指南 15 第一节：概述 .

3、 15 第二节：天线罩设计 . 15 一）注意事项 . 15 二）适用的天线罩材料 . 17 总结 18 地址：深圳市宝安 42 区华创达中心商务大厦 F 栋 413 联系电话：0755-2328 2845 2 2 雷达传感器技术支持手册 第一章第一章 雷达原理及处理技术雷达原理及处理技术 第一节第一节:概述概述 雷达是利用电磁波探测目标的电子设备，其工作原理可简述为：发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标 至电磁波发射点的距离、速度、运动方向（远离还是靠近） 、方位、高度等信息。 目前常用的雷达工作频段有:10.525GHzX 波段，24GHzK 波段，35GHzKa 波段，77

4、GHzV 波段。 其中，24GHz 是一个 ISM 规定的全球通用的一个雷达工作频段，在此频段上工作时干扰较小，列如中国在一些军事上面的雷 达是 10GHZ，在某些场合会对其有干扰。雷达有多种分类方式： 按辐射源种类可分为：有源雷达、无源雷达。 按平台可分为；地面雷达、舰载雷达、机载雷达、星载雷达等。 按照波形可分为：脉冲雷达和连续波雷达。 按工作波长波段可分：米波雷达、分米波雷达、厘米波雷达和毫米波雷达等。 按扫描方式可分为：机械扫描雷达和电扫描雷达。 本公司所代理的 24GHz 微波雷达传感器为瑞士 RFbeam 公司生产，采用世界最先进的平面微带技术，具有体积小、集成 化程度高、感应灵敏

5、、探测距离远、休眠快速唤醒等特点。雷达传感器多工作于 CW/FMCW/FSK 模式，功能应用多样，包括： 探测动态目标的速度、静态目标的距离、动态目标的距离和速度、目标的方位（角度测量）以及辨别运动的方向。 第二节第二节: 探测动态目标的速度探测动态目标的速度 1.概述概述 K-LC/K-MC/K-HC 系列产品都适用于探测动态目标的速度信息， 探测过程中只产生由多普勒效应引起的频差， 即由多普勒 效应引起的同一时刻发射信号和目标回波信号的频率差异。 工作模式 单通道 CW 工作模式。 适用产品 K-LC1/K-LC2/K-LC3/K-LC5/K-LC6 以及 K-MC/K-HC 系列等。 应

6、用领域 交通监测，测速、报警设备、体育应用、工业控制等。 测速精度 约 1%左右，主要取决于后端信号处理技术。 2.工作原理工作原理 以 K-LC2 为例： 地址：深圳市宝安 42 区华创达中心商务大厦 F 栋 413 联系电话：0755-2328 2845 3 3 雷达传感器技术支持手册 （图 1） 3. 工作流程工作流程 雷达传感器接口连接方式及使用方法请参见详细产品使用手册。如图 1 所示，雷达传感器具体工作流程如下： 由振荡器振荡发出一个发射信号， 其中一路经发射天线发射出去， 一路又分流成两路分别进入 I、 Q 所在的通道的混频器中， 其中 Q 通道的信号在混频之前还需先经 90的移

7、相；接收天线接收到的回波信号，先经低噪声放大处理后，再分别经混频器与 实时分流的两路信号进行混频；混频后得到的信号再经中频滤波放大处理，最终得到 I、Q 两路中频信号。I、Q 两路中频输出 信号中均携带有探测目标的速度信息。 3.算法分析 分析 I、Q 其中一路信号，均包含有一个多普勒频率或信号差频 D，多普勒频率的计算如下 D 2 0 0 c v cos (1) D 多普勒频率或差频 0 雷达的发射频率 v 运动物体的速度范围 c0 光速 运动的实际方向与传感器目标连线之间的角度 由以上公式可大致得到多普勒频率 D与径向运动速度 v 的对应关系（此时令=0）。例如：44Hz （D）1km/h

8、（v）， 8.8kHz（D）200km/h（v）。 地址：深圳市宝安 42 区华创达中心商务大厦 F 栋 413 联系电话：0755-2328 2845 4 4 雷达传感器技术支持手册 第三节：探测静态目标的距离第三节：探测静态目标的距离 1.概述概述 K-LC/K-MC 系列的雷达产品大多可适用于探测静态目标与雷达传感器之间的距离信息，探测过程中只产生频率的延时效 应，即由时间延迟引起的同一时刻发射信号和目标回波信号的频率差异。 工作模式 单通道 FMCW 工作模式，需设置调制信号。 适用产品 带 VCO 调制输入的均可。 应用领域 交通监测、火车调车帮助、汽车防撞控制、天车防撞、工业控制、

9、水位计等。 2.工作原理工作原理 以 K-MC3 为例。 a 原理框图 图 2 b. 设置调制信号 探测静止物体的距离，即静态物体到传感器之间的距离，调制信号采用锯齿波即可。这是因为，此时的干扰大多为多普勒信号， 而在抗干扰性能方面，锯齿波调制要优于三角波调制。选用线性升坡曲线或者降坡曲线作为发射频率的时间相关函数，并定期 重复这些波，以期得到可能的平均值。 调制幅度：选取调谐曲线中线性度最好的一段确定 Vtune 的调节范围。 调制频率： 调制信号频率理论上最大不能超过 150kHz， 但建议探测远距离目标 （30100m） 时采用 100200Hz 的调制频率， 探测近距离目标（1020m

10、）时采用 5001kHz 的调制频率（此处仅供参考） 。 3. 工作流程工作流程 雷达传感器接口连接方式及使用方法请参见详细产品使用手册。如图 2 所示，雷达传感器具体工作流程如下： 由 VCO 输出一个频率为tra 的发射信号，其中一路经发射天线发射出去，一路又分流成两路分别进入 I、Q 所在的通道的混 频器中，其中 Q 通道的信号在混频之前还需先经 90的移相；接收天线接收到的回波信号，先经低噪声放大处理后，再分别经 地址：深圳市宝安 42 区华创达中心商务大厦 F 栋 413 联系电话：0755-2328 2845 5 5 雷达传感器技术支持手册 混频器与实时分流的两路信号进行混频；混频

11、后得到的信号再经中频滤波放大处理，最终得到 I、Q 两路中频信号。 I、 Q 两路中频输出信号中均携带有探测目标的距离信息。 4.算法分析算法分析 差频信号中的距离信息， 是通过由时间延迟引起的差频信号来反映的。 下图 3 是带有锯齿形调制方案的 FMCW 雷达发射 和接收信号的时间相关曲线。 图 3 经锯齿波调制的 FMCW 雷达发射和接收信号的时间相关曲线 发射频率曲线（黄色）与接收频率曲线（蓝色）的唯一区别是时间延迟。如上图所示，在某一时刻 t0时的瞬时接收信号，其频 率低于瞬时发射频率（对于升坡曲线而言） ，原因是传感器在同一时刻发射频率已经升高。如果在混频器中混合发射信号和接收 信号

12、，就会生成一个恒定的差频信号D ，其中包含所需的距离信息。而且，此频率越高，目标的距离越远。 下列公式(2)和(3)说明了静止目标距离 R 与差频D 的关系： R 2 0 c T f fD (2) 或 R 2 0 c f 1 f fD (3) D 差频 振荡器发射频率的变化范围，即调频宽度 T 锯齿波重复周期 调频速度， T 1 R 目标的距离 c0 光速 对中频差频信号进行相应的分析处理得到D 的值，则可由公式(2)或(3)得到此时目标距传感器的距离信息。 地址：深圳市宝安 42 区华创达中心商务大厦 F 栋 413 联系电话：0755-2328 2845 6 6 雷达传感器技术支持手册 5

13、.测距精度测距精度 a. 测距精度与探测距离的关系测距精度与探测距离的关系 调频速度越大，差频信号D也越大，可以用“FMCW 计算工具.exe”初步估算，则我们在后端做滤波处理时设定的带宽 也会越大（为使得所需差频信号通过） ，这就会导致采样时(至少两倍的频率采样)采样率也变大，如此便提高了测量精度，也就 是说调频速度越大，测距精度越大。 在固定调频宽度，做远距离测量时，差频信号D 可能很大，不利于后端做信号滤波处理，则要适当减小D ，而D 又 只有通过减小调频速度才能减小，这样则会间接导致测量精度减小，即作用距离越大，测距精度越小。 实际上，测距精度主要与信号后端处理有关，后端采样时采用脉冲

14、压缩等技术也可能提高远距离测量时的测距精度。 b. 最小可测距离 由公式(2)和(3)可以看出，调频宽度 越大，测量距离就越短。要使得差频处理有意义，就要使调频速度 等于差频 D， 也就是说，扫描要生成一整个差频周期，此时可定义最小可测距离 Rmin 。公式如下： 令 D T 1 由公式(2)或(3)可得 Rmin f c 2 0 (4) 如果分配调频宽度为 250MHz 的 24GHz ISM 频段，可得传感器的距离分辨率即最小测量距离为 0.6m。要提高距离分辨 率，即使最小测量距离越小越好，则要使调频宽度越大，如果调频宽度有限，则距离分辨率由后期信号处理技术决定。 说明： 在雷达图像中，

15、当两个目标位于同一方位角，但与雷达的距离不同时，二者被雷达区分出来的最小距离即为距离分辨率。通常定义为：当较近 目标回波脉冲的后沿（下降沿）与较远目标回波的前沿（上升沿）刚好重合时，作为可分辨的极限。此时两目标间的距离就是距离分辨率。 第四节：同时探测动态目标的距离和速度第四节：同时探测动态目标的距离和速度 1.概述概述 带 VCO 系列的雷达产品均适用于同时探测动态目标的距离信息和瞬时速度信息， 探测过程中既产生时间延迟效应又有多普 勒效应，即同一时刻发射信号和目标回波信号的频率差异是由时间延迟效应和多普勒效应共同引起的。 工作模式 单通道 FMCW 工作模式，需设置调制信号。 适用产品 带 VCO 调制输入的