FMCW雷达近距离反射性能研究

发布时间：2017-07-17 00:04

  本文关键词：FMCW雷达近距离反射性能研究

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【摘要】：FMCW(调频连续波)雷达具有非接触、功率小、测距精度高的特点,广泛应用于船舱、储油罐等液位测量,未来还有可能应用于其它近距离、高精度测量领域。在近距离应用场合,其测距精度会受到天线波束宽度、天线法线方向和反射面的夹角等因素的影响。关于近场电波反射特性的精确理论分析较困难,目前没有成熟的通用理论可以利用。本文通过实验的方法对FMCW雷达电波的近距离反射特性进行了研究,主要工作如下：(1)完善了基于扫频范围9.25GHz-10.75GHz的FMCW射频模块和DSP的FMCW雷达测距系统,根据近距离反射特性进究,对原有系统的信号滤波放大模块、A/D模块以及CPLD模块和控制算法进行了改进,完成了电路设计、电路板焊接和调试。(2)由于FMCW雷达测距系统中同轴电缆接口处反射直流分量和低频分量影响,在近距离实验时,差频信号频率较低,滤波器对直流和低频干扰分量的抑制效果有限,为此本文针对FMCW雷达近距离反射特性进究的特点对现有的系统软件进行了改进,通过缩短扫频周期以提高回波信号频率,进而提高带通滤波器下限截止频率。为了尽可能缩短扫频周期,对现有的系统软件进行了如下的改进：1)通过查表发送频率控制序列；2)提高DSP McBSP采样率发生器时钟频率以缩短位发送时间；3)中断服务程序采用效率更高的汇编语言编写。(3)实验中通过对回波差频信号的观测发现其幅度在一个扫频周期内有较大的起伏,通过模拟带宽12GHz的示波器直接测量FMCW射频模块发射波形,证实了雷达模块自身发射调频信号中有寄生调幅的存在。针对线性FMCW系统输出差频信号存在寄生调幅的现象,通过仿真实验分别分析了寄生调幅对两种常用的基于DFT的FMCW雷达距离估计方法的距离估计精度的影响,并与实测信号作对比,验证了寄生调幅的存在会给距离测量带来较大误差,并提出了修正方法。(4)设计并完成了两个FMCW雷达近距离反射特性实验。第一个是将圆形白钢反射面板切割成等宽度的同心圆环,分析在近场天线波束照射下,不同环面反射回波信号的幅度和相位特性；第二个是以整个圆形白钢板为反射面,通过调整反射面与天线法线方向夹角,研究反射面偏转不同角度时回波信号特性。通过实测发现当反射面旋转一定角度时回波中出现较强的二次反射,并对产生二次反射的原理进行了分析。
【关键词】：FMCW雷达系统 近距离 反射 寄生调幅
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN958.94
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 国内外发展现状12-16
• 1.2.1 FMCW雷达发展与应用12-14
• 1.2.2 近距离雷达反射性能研究现状14-16
• 1.3 课题主要研究内容及论文结构安排16-19
• 第2章 线性FMCW测距基本原理19-25
• 2.1 三角波线性调频测距原理19-23
• 2.2 离散差频信号与距离测量23-24
• 2.3 本章小结24-25
• 第3章 FMCW雷达测距实验系统25-53
• 3.1 RS3400X/00雷达模块25-27
• 3.1.1 线性调频信号的生成25-26
• 3.1.2 SPI接口26-27
• 3.1.3 RS3400X/00调频数据格式27
• 3.2 滤波和放大模块27-35
• 3.2.1 带通滤波器27-34
• 3.2.2 放大电路34-35
• 3.3 模数转换模块35-39
• 3.4 数字信号处理模块39-44
• 3.4.1 片内存储器40-41
• 3.4.2 可编程定时器41-42
• 3.4.3 多通道缓冲串行口42-44
• 3.5 外部存储器扩展模块44-46
• 3.6 可编程逻辑控制模块46-47
• 3.7 软件算法模块47-51
• 3.8 本章小结51-53
• 第4章 寄生调幅对FMCW雷达测距影响分析53-65
• 4.1 寄生调幅对基于幅度测距的影响55-61
• 4.2 寄生调幅对基于相位测距的影响61-64
• 4.3 本章小结64-65
• 第5章 FMCW雷达近距离实验测量及分析65-83
• 5.1 天线场区划分及天线方向性65-68
• 5.1.1 天线场区划分原理65-66
• 5.1.2 天线方向性66-68
• 5.2 单环反射面实验测量68-74
• 5.2.1 反射面结构68-69
• 5.2.2 天线与反射面校准69-71
• 5.2.3 减少杂波反射措施71
• 5.2.4 实验结果及分析71-74
• 5.3 反射面旋转实验测量74-82
• 5.4 本章小结82-83
• 总结与展望83-85
• 参考文献85-89
• 致谢89-90
• 作者简介90

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本文编号：551089