一、背景:
首先给出一个功能需求:雷达测距范围为0.6~120m,速度测量范围为-145~145km/h,距离分辨率小于等于1m,速度分辨率小于等于0.16m/s。
最后咱们一起来看看针对这些波形参数是怎么计算的。
二、波形参数的计算
1、波形周期的计算:目标的相对径向速度(或多普勒频率)是通过多个回波周期数据在多普勒慢时间维(也就是速度维)进行信号处理得到的。多普勒维采样率(波形重复频率)需要满足至少两倍于最大多普勒频率:而最大多普勒频率的计算公式为
,因此本设计可以取fr=41.667KHz;然后根据fr可以计算回波的重复周期Tr,Tr=1/fr=24us;
锯齿波一帧的数据图(一个CPI)
可以看出速度分辨率与帧时间成反比。因此我们计算出一帧中有多少个chirp:fr/N*λ/20.16,可以得到N=512;
3、速度分辨率:多普勒维取了512个回波周期作为一个CPI(帧),那么相应的频率分辨率为41667/512=81.4Hz,那么速度分辨率可达到81.4*3e8/2/76.5e9=0.16m/s。
4、然后我们通过射频带宽,波形周期及测距范围计算中频信号带宽B_mid,
2BRmin/c/tr-fdmax=187.8kHz≤B_mid≤2BRmax/c/tr+fdmax=10.2MHz
5、AD采样率的设计:根据奈奎斯特采样定理,AD采样率应该至少是信号带宽(这里指的一般是中频带宽,射频的话太大了)的两倍,才能对信号及逆行恢复,如果AD采样率太低,会导致信号在采样之后存在混叠现象,也就是说的高频信号被重构到了低频区域,从而扭曲原始信号的形状和谐波内容。所以AD采样率设计为25MHz,满足采样定律fs≥2B_mid
7、知道每个周期的采样点数后我们要计算距离分辨率:
然后计算距离分辨率为:
8、FFT栅栏效应导致的理论最大测距测速误差分别为±0.3m及±0.08m/s(这部分后面再了解一下)。
三、主要参数变化对指标的影响
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射频带宽B
增加B可提高距离分辨力,但同时导致中频带宽变大,为系统采样率带来压力。
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波形周期Tr
提高Tr能带来更多的信号处理时间,有助于算法实现,但降低了重复频率,导致可检测的最大相对速度减小,距离分辨力也将降低;降低Tr将对信号处理带来压力,一般需在一个Tr时间内完成所有信号处理流程,同时也提高了中频带宽及减少了距离维采样点数。
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采样率
提高采样率可增加采样点数,但导致距离分辨力恶化,亦导致AD芯片成本提高。
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重复周期数N
增大N可提高速度分辨力及测速精度,但大的CPI易出现快速目标跨距离单元的现象。
四、两个问题
1. 系统采样率较高,ADC芯片成本增加;
2. 要在一个tr时间内完成所有信号处理流程,包括两个维度共1024次512点FFT运算,二维CFAR检测甚至点迹凝聚等,需重点评估算法运行时间并对软件实现的效率提出高要求。