LFMCW雷達中頻接收機的設計與實(shí)現

摘要：針對一種線(xiàn)性調頻連續波(LFMCW)雷達系統結構，提出一種中頻接收機硬件平臺的設計方案。該方案采用AD8347正交解調器做I／O下變頻，AD9248模數轉換器做采樣，EF3C80 FPGA做數字信號處理，PCI9054做PCI接口，并給出了系統軟件的設計方法。實(shí)現了對線(xiàn)性調頻連續波雷達中頻信號的接收、處理和存儲。通過(guò)測試，該接收機能夠準確測量出目標信號的頻率信息，可為雷達成像提供原始數據。
關(guān)鍵詞：線(xiàn)性調頻連續波雷達；中頻信號接收機；FPGA；PCI

線(xiàn)性調頻連續波(LFMCW)雷達具有體積小、重量輕、結構簡(jiǎn)單、分辨力高和無(wú)距離盲區等優(yōu)點(diǎn)，受相關(guān)技術(shù)進(jìn)步和需求的促進(jìn)，近十多年來(lái)線(xiàn)性調頻連續波雷達逐漸應用于近距離高分辨率多目標探測與成像。本文通過(guò)對一種線(xiàn)性調頻連續波雷達系統結構，設計了一套中頻信號接收機，能夠有效實(shí)現中頻信號的接收和處理，能準確測量出目標信號的頻率信息。

1 線(xiàn)性調頻連續波雷達系統方案
傳統線(xiàn)性調頻連續波雷達的原理結構和時(shí)間頻率關(guān)系如圖1所示，用發(fā)射信號與接收信號進(jìn)行混頻，得到零差拍信號，該信號的頻率反映了目標的距離信息。對每一周期有效時(shí)間內的零差拍信號進(jìn)行頻譜分析，便可提取出目標的距離信息。

本文中中頻信號接收機所針對的一種線(xiàn)性調頻連續波雷達的結構與圖1中結構有所不同，如圖2所示。

設信號源1，信號源2以及VCO的信號形式分別為：

假設目標距離為R，回波延時(shí)為τ，壓控振蕩器VCO的調頻斜率為μVCO，則易得到中頻接收機的輸入本振，中頻信號以及混頻得到基帶信號的形式分別為：


顯然NμVCOτ就是對應的基帶信號頻率fB，N和μVCO是定值，所以提取出基帶信號頻率就可求出回波延時(shí)τ，也就得到了目標的距離。設μ=NμVCO為雷達發(fā)射載波的調頻斜率，則易得目標距離與基帶信號頻率之間的關(guān)系式：

在該線(xiàn)性調頻連續波雷達系統中，中頻接收機收到的本振信號是兩個(gè)固定頻率源的差頻的N倍頻，也是一個(gè)固定頻率的信號，fLO=1．2 GHz，雷達發(fā)射載波的調頻斜率是VCO調頻斜率μVCO的N倍，μ=240GHz／s，線(xiàn)性調頻周期T=10ms。由于該雷達用于近距離高分辨率成像及隱蔽物體的檢查，作用距離較小，Rmax=100 m，將μ、Rmax以及光速c帶入式(7)中可得fBmax=160kHz，所以基帶信號的實(shí)際有用帶寬為160kHz。