Обработка сигналов в радиолокаторе FMCW - Дальность, скорость и направление

• Принцип работы радара и сигнал FMCW.  

• Оценка дальности до цели и нескольких целей.  

• Применение для оценки скорости и угла.  

• Переход от неразрешимой проблемы к решаемой.  

• Оценка дальности с учетом временной задержки.  

• Преимущества оценки частоты синусоиды.  

• Радиолокационное обнаружение и определение дальности.  

• Использование различных частотных диапазонов.  

• Применение в самоуправляемых автомобилях и других приложениях.  

• Излучение электромагнитной энергии и отслеживание эхо.  

• Определение дальности до цели по задержке сигнала.  

• Ограничения CW-радаров для определения дальности.  

• Определение скорости с помощью FMCW.  

• Недостатки CW-радаров и переход к FMCW.  

• Структурная схема FMCW и обработка данных.  

• Понятие IQ и его применение.  

• Модуляция непрерывного сигнала и эффект модуляции.  

• Узкий сигнал во временной области для определения дальности.  

• Обработка сигналов фильтром для улучшения производительности.  

• Пример с системой с расширенным спектром прямой последовательности.  

• Влияние выравнивания частот на производительность.  

• Линейно изменяющаяся частота в FMCW.  

• Влияние выравнивания частот на пик сигнала.  

• Математическое выражение сигнала FMCW.  

• Линейно изменяющаяся непрерывная волна и расширенный спектр.  

• Пример повышенного чирпа и его влияние на сигнал.  

• Полное выражение сигнала FMCW с учетом частоты и фазы.  

• Сигнал может быть нисходящим, с увеличением частоты, а затем уменьшением.  

• Треугольное чириканье включает восходящее и нисходящее чириканье.  

• Время развертки определяет скорость передачи символов.  

• Частота стула определяется через время развертки и полосу пропускания.  

• Используется выражение для определения частоты стула.  

• Практическое применение: мегагерцы в микросекундах.  

• Непрерывная волна с частотной модуляцией.  

• Задержка определяется геометрически.  

• Частота биений сохраняется после задержки.  

• Частота биений зависит от задержки и частоты.  

• Используется формула для оценки дальности.  

• Частота биений неизвестна, но может быть найдена через DSP.  

• Проблема оценки частоты биений в шуме.  

• Решение через дискретное преобразование Фурье.  

• Определение дальности нескольких целей.  

• Использование чириканья для измерения дальности.  

• Изменение частоты для определения дальности.  

• Проблема с движущейся целью и доплеровской частотой.  

• Введение треугольного сигнала для разделения частот.  

• Решение с помощью линейной алгебры.  

• Проблема нескольких целей и перекрывающихся сигналов.  

• Важность запоминания фазы для определения целей.  

• Изменение фазы за счет частоты стула и частоты.  

• Решение проблемы перекрывающихся сигналов.  

• Радар FMCW подает сигнал тревоги в момент времени t=0.  

• Автомобиль неподвижен, и фаза сигнала остается неизменной.  

• При движении автомобиля на величину дельта d, задержка сигнала увеличивается на 2vtc.  

• Разница в задержке сигнала определяется дельта-тау.  

• Фаза сигнала во второй момент определяется фазой в первый момент и изменением задержки.  

• Влияние на фазу включает четыре семестра, которые можно игнорировать.  

• Пример с радаром на 77 ГГц и временем развертки 40 микросекунд.  

• Изменение фазы от одного чириканья к следующему составляет 0,02 радиана.  

• Четвертый семестр вносит существенный вклад в изменение фазы.  

• Изменение фазы при переходе от одного чириканья к следующему равно -2pf дельта-тау.  

• Расстояние до цели и ее скорость можно определить по изменению фазы.  

• Две цели в одном диапазоне можно различать по их скоростям.  

• После n чириканий фаза сигнала определяется как phi n = phi 0 -2pf n дельта-тау.  

• Сигнал представляет собой сложную синусоиду с частотой 2vtc/lambda n.  

• Фаза накапливается с каждым чириканьем, создавая синусоиду с частотой 2vtc/lambda.  

• При измерении фазы в доплеровской области можно разделить цели с разной скоростью.  

• Две цели с одинаковой скоростью, но на разных расстояниях, можно различить.  

• Направление цели можно определить по задержке сигнала между антеннами.  

• Задержка сигнала между антеннами зависит от угла между направлением и радаром.  

• Фазовый сдвиг определяется углом и расстоянием.  

• Направление цели можно вычислить по изменению фазы между антеннами.  

• Сигнал будет иметь фазовую эволюцию, что приведет к увеличению e до степени j два pi d sin theta.  

• Используется БПФ в пространственной области для образцов, собранных разными антеннами.  

• Это позволяет определить направление поступления сигналов от различных целей.  

• Объединение трех БПФ создает куб данных радара.  

• Доплеровское БПФ используется для определения диапазона и частоты дискретизации приемника.  

• Результаты БПФ обрабатываются для получения доплеровской карты диапазона.  

• Сигнал поступает на приемник, и БПФ используется для создания матрицы.  

• Доплеровская карта пересекает интервал, что называется медленным временем.  

• Трехмерное БПФ в угловой области создает куб данных радара, содержащий дальности, скорости и направления целей.  

• Радар непрерывного действия измеряет скорость, изменяя частоту сигнала.  

• Изменение частоты позволяет измерять дальность до неподвижной цели.  

• Использование нескольких антенн создает трехмерную структуру данных радара.  

• Ссылка на статью на сайте для проектирования системы FMCW radar part three.  

• Важные параметры: пропускная способность, время развертки, частота стула.  

• Статьи на сайте wirelesspy.com написаны для инженеров DSP и беспроводной связи.