DIY简易5.8G FMCW雷达

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54517

DIY简易5.8G FMCW雷达

zx-165332019/02/11无线电 IP:广东

原理：雷达发射带宽为Bw，长度为T的线性调频信号，则

$s (t) = \exp (k π j t^{2}) r e c t (\frac{t}{T})$

其中

$k = \frac{B w}{T}$

为信号调频率

若为正扫频，将发射信号与从距离为r的目标反射回来的延迟了

$τ$

的回波信号

$s_{r e t u r n} (t) = \exp (k π j (t - τ)^{2}) r e c t (\frac{t - τ}{T})$

混频，则会得到

$s_{m i x e d} (t) = \exp (k π j (t^{2} - (t - τ)^{2})) = \exp (k π j (2 τ t - τ^{2}))$

$w h e r e (\frac{T}{2} > t > - \frac{T}{2} + τ)$

将混频后的信号进行FFT，则可以得到在

$f = k τ = \frac{2 k r}{c}$

处的目标尖峰，通过与距离成正比的频率f则可求出目标距离r。

设计：

结构框图：

部分设计参考了 http://hforsten.com/homemade-synthetic-aperture-radar.html，更换了射频放大和基带部分的设计以期实现更高的射频和动态性能。

感谢@虎哥提供有关射频性能指标要求的指导。

此设计通过PLL+VCO产生高线性度的LFMCW信号，混频后使用一个二阶的有源高通滤波器去除馈通，二阶巴特沃兹滤波器提供40dB/dec的滚降，正好能补偿雷达回波随距离的四次方衰减，降低后级信号处理电路的动态范围需求。

滤波器响应仿真：

PCB:

焊接完：

使用一个带FX2 USB接口的FPGA开发板驱动并与PC连接。

DEBUG完成的样子：

使用衰减器+同轴线直接连接收发端测试：

VCO输入：

混频器输出(经过第一级放大):

经过高通滤波:

末级射频功放看起来很烫的样子。。

实际测试：

测试场地：某马路边

可以明显看出移动的车辆(斜线)，但场景中也有大量的静止反射体干扰，不容易看清。同时也可以看出车辆经过时对后方景物的遮掩效果。通过将多普勒频率接近零的回波成分过滤掉可以去除静止物体：

去除后：

测试参数：中心频率5.8G，扫频带宽640MHz，有效带宽384MHz(去除扫频开始时PLL未锁定的一段)，脉冲重复频率1kHz。基带采样率10Msps。

-----------------------------------------

设计资料与代码:https://github.com/gym487/FMCW_Radar/

-----------------------------------------

PS:DEBUG时曾使用过这种淘宝山寨天线

距离超过5m就看不见。。

上网一搜：https://www.maartenbaert.be/quadcopters/antennas/measurements/aomway-patch-ant005/

表面上这是个平板天线，其实是个全向的GP天线，真正的辐射体是馈线同轴电缆外皮。。。

[修改于 6年1个月前 - 2019/03/12 17:53:00]

+25 科创币

虎哥 2019/06/08 赞扬。

来自：电子信息 / 无线电

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~~空空如也

zx-16533

作者

6年2个月前 IP:广东

854459

3楼

引用ddomax发表于1楼的内容

效果不错，真是很亲民的DIY方案。通过将多普勒频率接近零的回波成分过滤掉可以去除静止物体：参考作品（...

作差的方法其实效果不是特别好，特别是背景有被遮挡的情况下，这点那篇文章作者也有提到。用多普勒的话可以消除一定速度范围内的目标，个人感觉更好一些。

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zx-16533

作者

6年2个月前修改于 6年2个月前 IP:广东

854460

4楼

引用20！Dopaminor发表于2楼的内容

现在用的什么天线

目前用的这种，据说性能不错。随盒附带方向图和参数，看起来靠谱不少

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zx-16533

作者

6年2个月前修改于 6年2个月前 IP:广东

854514

10楼

引用虎哥发表于7楼的内容

去年底还在探讨框图，过了个春节就做出来了，简直可怕。话说调频是用数字方式不停的刷PLL实现的吗，示波...

那个其实是200us/div，总的扫频周期是1ms..在目前设置的带宽下从扫频开始大概需要0.3-0.4ms才能锁定。换成三角波扫频会好一些，但是太快的扫频速度其实没有太大必要，也会增加基带处理和数据储存的难度。这款PLL自带扫频功能，只需要上电配置一次寄存器就可以自动扫。

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zx-16533

作者

6年2个月前修改于 6年2个月前 IP:广东

854515

11楼

引用量子隧道发表于8楼的内容

看PLL的资料，大概2us能刷一个寄存器。总扫描时间几百us，够刷很多次寄存器了。“通过将多普勒频率...

这个多普勒其实要观察多次回波（之间的相位变化）才能看出来（因为对于测试中的条件而言，多普勒频率大概在一两百Hz的范围，在不足1ms的单次回波数据中即使有也没法分辨出来），参考SAR中的处理方法。

简单来说，就是将单次(fft后）的回波数据看作一横行，多行排成一个二维数组，然后在纵向上做滤波。

1kHz的脉冲重复频率（相当于对多普勒的采样率）在5.8G下最高可以分辨+-12m/s的径向速度（过高就会混叠），对于搭载在四轴之类的低速飞行器上做SAR成像足够了。。

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zx-16533

作者

4年10个月前 IP:广东

881716

14楼

引用baifanshuishou发表于13楼的内容

请教一下那个显示时频分析结果的瀑布图使用什么软件做的？

matlab

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zx-16533

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