Introducción al principio del radar de onda continua modulada en frecuencia (FMCW)

El radar de pulsos y el radar de onda continua modulada en frecuencia (FMCW) son dos clasificaciones de radar. A continuación se presenta un análisis técnico del principio de funcionamiento del radar de onda continua modulada en frecuencia (FMCW). 1. Clasificación del radar El radar se divide en radar de pulsos y radar de onda continua según el tipo de señal transmitida. El radar de pulsos convencional transmite pulsos periódicos de alta frecuencia, y el radar de onda continua transmite señales de onda continua. El principio de funcionamiento del radar Doppler de pulsos se puede describir de la siguiente manera: Cuando el radar transmite una onda de pulso de frecuencia fija para escanear el aire, si encuentra un objetivo en movimiento, la frecuencia del eco y la frecuencia de la onda transmitida presentan una diferencia de frecuencia, que se denomina frecuencia Doppler. Según la magnitud de la frecuencia Doppler, se puede medir la velocidad de movimiento radial relativa del objetivo con respecto al radar; según la diferencia de tiempo entre el pulso transmitido y el recibido, se puede medir la distancia del objetivo. Al mismo tiempo, la línea del espectro de frecuencia Doppler del objetivo es detectada por el método de filtrado de frecuencia, y la línea del espectro del eco de interferencia es filtrada, de modo que el radar puede distinguir la señal del objetivo del eco fuerte. Por lo tanto, el radar Doppler de pulso tiene una capacidad anti-eco más fuerte que el radar ordinario, y puede detectar objetivos en movimiento ocultos en el fondo. La señal transmitida por el radar de onda continua puede ser de onda continua de frecuencia única (CW) o de onda continua modulada en frecuencia (FMCW). Entre ellos, el radar de onda continua de frecuencia única solo puede usarse para medir la velocidad, pero no puede medir la distancia, mientras que el radar FMCW puede medir tanto la distancia como la velocidad, y sus ventajas en la medición de corto alcance son cada vez más evidentes. 2. Radar de onda continua modulada en frecuencia La señal transmitida puede ser de onda continua de frecuencia única (CW) o de onda continua modulada en frecuencia (FMCW), y hay muchos tipos de métodos de modulación de frecuencia, como onda triangular, onda de diente de sierra, modulación de código o modulación de frecuencia de ruido. Entre ellos, el radar de onda continua de frecuencia única solo puede usarse para medir la velocidad, pero no puede medir la distancia, mientras que el radar FMCW puede medir tanto la distancia como la velocidad, y sus ventajas en la medición de corto alcance se están volviendo cada vez más evidentes. 3. Principio de funcionamiento El radar FMCW transmite una onda continua cuya frecuencia cambia durante el período de barrido de frecuencia. El eco reflejado por el objeto tiene una cierta diferencia de frecuencia con la señal transmitida. La información de distancia entre el objetivo y el radar se puede obtener midiendo la diferencia de frecuencia. La frecuencia de la señal de frecuencia es relativamente baja, generalmente KHz, por lo que el procesamiento de hardware es relativamente simple, adecuado para la adquisición de datos y el procesamiento de señales digitales. 4. Ventajas y desventajas del FMCW Al mismo tiempo que transmite y recibe el radar FMCW, en teoría, no hay punto ciego de alcance que existe en el radar de pulsos, y la potencia promedio de la señal transmitida es igual a la potencia pico, por lo que solo se necesitan dispositivos de baja potencia, reduciendo así la probabilidad de interceptación e interferencia. El radar FMCW tiene las ventajas de fácil implementación, estructura relativamente simple, tamaño pequeño, peso ligero y bajo costo, y se ha utilizado ampliamente en campos civiles/militares. La desventaja es que el alcance de alcance es corto, el acoplamiento Doppler de distancia y el aislamiento del transceptor son difíciles. 5. Diagrama de bloques del radar FMCW Si el radar de onda continua FM está compuesto por un transceptor y una unidad de control con un microprocesador, si el transceptor usa una sola antena para transmisión y recepción simultáneas, el radar FMCW necesita un circulador de ferrita para separar las señales de transmisión y recepción, lo que requiere un mayor aislamiento. Por supuesto, si se usa una antena de parche con transceptores separados, el costo será relativamente menor. La señal de alta frecuencia es generada por un oscilador controlado por voltaje (VCO), parte de la cual es amplificada adicionalmente por el divisor de potencia y alimentada a la antena transmisora, y la otra parte se acopla al mezclador, se mezcla con el eco recibido y se filtra paso bajo para obtener la banda base. La señal de frecuencia diferencial se envía al microprocesador para su procesamiento después de la conversión analógica a digital. 6. El principio de medición de alcance/velocidad del radar FMCW El principio de medición de alcance/velocidad del radar se introduce brevemente tomando como ejemplo la onda continua modulada en frecuencia de onda triangular. Como se muestra en la figura siguiente, el rojo es la frecuencia de la señal transmitida, el verde es la frecuencia de la señal recibida, el período de barrido de frecuencia es T y el ancho de banda de barrido de frecuencia es B. La señal transmitida se transmite a través del objetivo, y la señal de eco tendrá un retardo. En el cambio de frecuencia del triángulo, se pueden realizar mediciones de distancia tanto en los flancos ascendentes como descendentes. Si no hay frecuencia Doppler, la diferencia de frecuencia durante el flanco ascendente es igual a la medición durante el flanco descendente. Para un objetivo en movimiento, la diferencia de frecuencia durante el flanco ascendente/descendente es diferente, y podemos medir la distancia y la velocidad a través de estas dos diferencias de frecuencia. La señal de batido se envía al procesador de señal digital tras un filtrado de paso bajo y una amplificación para completar la transformada rápida de Fourier (FFT) y la detección de la señal de batido. Los datos del objetivo se calculan y se envían al terminal de visualización y control. El radar de onda continua modulada en frecuencia de onda triangular utiliza pendientes moduladas en frecuencia positivas y negativas para eliminar el acoplamiento entre distancia y velocidad, y así estimar la velocidad del objetivo.