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⛄ 内容介绍
该示例显示了如何使用调频连续波(FMCW)技术对汽车自适应巡航控制系统进行建模。如前面各节所述,FMCW雷达通过检查去皮信号中的拍频来测量距离。为了提取该频率,通过将接收信号与发送信号混合来执行去线性调频操作。混合后,去噪的信号仅包含与目标范围相对应的单个频率分量。另外,即使有可能从单次扫描中提取多普勒信息,但由于在一个脉冲内,多普勒频率与拍频是无法区分的, 因此经常会在几次扫描中提取多普勒频移。为了测量距离和多普勒,FMCW雷达通常执行以下操作:
#波形发生器产生FMCW信号。
#发射器和天线放大信号并将信号辐射到太空中。
#信号传播到目标,被目标反射,然后传播回雷达。
#接收天线收集信号。
#将接收到的信号进行去去噪并保存在缓冲区中。
#一旦一定数量的扫描填充缓冲区,就在范围和多普勒中执行傅立叶变换,以提取拍频和多普勒频移。然后,可以使用这些结果来估计目标的范围和速度。距离和多普勒也可以显示为图像,并直观指示目标在范围和速度域中的位置。
⛄ 部分代码
clear;
clc;
close all;
%% FMCW Waveform
% 考虑用于自动巡航控制(ACC)的汽车远程雷达(LRR)。 如[1]所示,这种雷达通常占用77 GHz附近的频带。
% 雷达系统会不断估算其所安装的车辆与前方车辆之间的距离,并在两者之间的距离过近时向驾驶员发出警报。
%
% <<FMCWExample_acc.png>>
%上图显示了ACC的示意图,还说明了使用FMCW技术进行距离测量的原理。 接收到的信号是发射信号的时延copy,
% 其中延迟 ,\Delta t,与距离有关。 因为信号总是在整个频带中扫描,所以在扫描期间的任何时刻,频率差$ f_b $是发射信号和接收信号之间的常数。
% f_b通常称为拍频(频差)。 由于the sweep是线性的,因此可以从拍频中得出时间延迟,然后将延迟转换为距离。
% 在ACC设置中,雷达需要监视的最大范围约为200 m,并且系统需要能够区分相距1米的两个目标。 根据这些要求,可以计算波形参数。
fc = 77e9;
c = 3e8;
lambda = c/fc;%波长
%%
%可以根据信号传播明确的最大范围所需的时间来计算扫描时间。
%通常,对于FMCW雷达系统,扫描时间至少应为往返时间的5至6倍。 本示例使用的系数为5.5。
range_max = 200;
tm = 5.5*range2time(range_max,c);%range2time:将传播距离转换为传播时间
%%
%可以根据距离分辨率确定扫描带宽,并使用扫描带宽和扫描时间来计算扫描斜率。
range_res = 1;
bw = range2bw(range_res,c);
sweep_slope = bw/tm; %斜率=带宽/扫描时间
%%
%由于FMCW信号通常会占用很大的带宽,因此将采样率盲目设置为带宽的两倍通常会增加A / D转换器硬件的压力。
%为了解决这个问题,通常可以选择较低的采样率。 这里可以考虑两件事:
% #对于复杂的采样信号,可以将采样率设置为与带宽相同。
% #FMCW雷达使用嵌入在去噪信号中的拍频(频差)估算目标距离。
%雷达需要检测的最大拍频是对应于最大距离和最大多普勒频率的拍频之和。 因此,采样率仅需为最大拍频(差频)的两倍。
% 在此示例中,对应于最大距离的拍频由下式给出:
⛄ 运行结果
⛄ 参考文献
[1] Karnfelt, C. et al.. _77 GHz ACC Radar Simulation Platform_, IEEE International Conferences on Intelligent Transport SystemsTelecommunications (ITST), 2009.
[2] Rohling, H. and M. Meinecke. _Waveform Design Principle for Automotive Radar Systems_, Proceedings of CIE International Conference on Radar, 2001.