24GHz调频连续波雷达信号处理技术应用

王明刚

摘要

随着我国经济社会的不断发展，雷达在居民领域中的应用已经越来越广泛。其中24GHz调频连续波（FMCW）雷达在汽车防撞、自适应巡航控制以及交通监管等方面均有着广泛的应用随着毫米波器件及电路等技术的提升，为毫米波的推广和应用也提供了重要的技术支持。下面本文针对24GHz调频连续波（FMCW）雷达应用进行阐述，分析信号处理技术在设备运行中的应用效果及功效，研究设计了CA-CFAR电路，促进24GHz调频连续波（FMCW）雷达信号处理水平的提升。

【关键词】24GHz调频 连续波 信号处理技术技术应用

调频连续波（FMCW）雷达技术主要是对连续进行的频率进行控制，根据发射信号及回波信号的频率差值，根据计算得出的最终相位差对某一特定的目标信息进行获取。调频连续波（FMCW）雷达技术在实践中的应用具有其自身显著优势，如，高距离分辨率，能保证雷达发生和接收机同时工作，避免信号接收的遗漏，信号接受更加具有持续性和目标性。在一定的噪音下，该技术还能对大范围内的信号带宽和脉冲雷达进行捕捉，信号发射的功率低，并且安全度高，不容易被截获，避免轻易泄露问题。因此，调频连续波（FMCW）雷达信号处理具有重要的意义，全面进行信号处理技术的研发，是实现该技术推广和应用的关键。

1 24GHz调频连续波（FMCW）雷达系统构成

FMCW雷达系统主要是由三个部分构成，信号发射和信号接收以及信号出力三个部分构成，而三者之间的加强衔接和联系主要是后端处理，主要是对三角波发生器、AD采集以及信号出力等部分进行作业处理。一般将系统按照功能模块进行划分，将系统分为几个功能模块，即天线部分、T/R组件以及信号处理功能模块。这几部分是系統主要构成，每一个部分都具有其独立的功能，且各个功能构成一个完整、可靠的安全系统，结构图详见图1。

2 24GHz调频连续波（FMCW）雷达信号处理技术应用

2.1 差拍信号分析

FMCW雷达中载波的频率是由三角波幅度大小决定的，工作中，当时间和频率信号对应时，此时的三角形变化发射信号会辐射到整个空间，当遇到目标后，会反射，接收信号和发射信号相比，有一个是相对延迟的;然后经过混频后，比较频率之差，从而得出最终的差拍信号，即可以通过信号处理得出最终目标的举例和速度。根据FMCW雷达工作原理，接收和发射之间的延迟公式，当目标处于静止时，将错拍信号的频率f_i在上升沿和下降沿处于一致状态，最终得出：

式（1）中，B表示调制带宽，T为信号周期，c为光速，r为目标距离。在t时刻，目标与雷达站距离r（t）则表示为r（t）=r-vt。最终可以得出r为：

通过公式计算最终可以得出，差拍信号的多普勒位移频率，计算得出最终的目标距离速度信息。

2.2 回波信号处理

在FMCW雷达系统中，除了有差拍信号处理，回波信号的处理也是一个重要方面。在回拨信号分析方面，主要是对信号的瞬时频率进行计算，当确定信号的位置时，通过对多个的目标情况进行分析，建立最终详细的信号分析模型，在模型中，设定系统处于信号接收状态，随着上升沿阶段的变化，发出的信号瞬时频率也会随之发生改变，最终可以计算得出瞬时赋值。在一个固定时间，设定a信号的振幅，初始相位为0，当目标信号反射回来时，可以得出瞬时信号的赋值。可见，在FMCW雷达系统中，按照三角波调制的基本原则，对回波信号和差拍信号进行回拨信号分析，差拍信号在单个频率信号下，能通过计算对频率进行变换，从而得到目标距离和速度，实现系统的线性控制。回波信号和差拍信号联合，构成一个完整的24GHz调频的FMCW系统，对波形的具体设计具有指导意义。

3 24GHz调频连续波（FMCW）CFAR的电路设计

在整个系统构成中，不同的CFAR检测方法，能最终确定不同的检测门限，从而根据最终的恒虚警检测，将被处理的干预的已知分布的未知参数进行评估，通过评估结果，并且结合最终的参数变化的自适应数据，完成一个简单电路的信息采集结构设计，获得最终的恒定调控信号处理数值。如图2所示，根据CA-CFAR算法设定原理图，对单元区间内的最终回拨信号处理集成过程进行仿真模拟。

根据图2，采用自适应的领近单元的平均虚景，其中的T=K.μ，k表示虚警情况下，在领近单元区间内产生的信号干扰，从而统计能计算得出特性确定的常数，μ则是被处理干扰的平均电平，通过检测单元实时的干扰平均值评估，最终可以得出不同的检测点数，并且获得最终的回波信号的实施距离谱线。通过实时数据处理和检测，得出时间段回波信号波长折线图，详见图3。

通过检测时间段内的谱线，采用固定长度的滑窗，对波长的谱线进行采集，并且实现单元区间保护，分别计算得出平均值，作为杂波均值进行估计。在处理边缘谱线时，应该根据前后的8根谱线决定最终的距离们限数，从而得出最终的门限系数K和阀值T，最终在分布波下，能对回波信号进行处理，并得出最终的结果。从图3中可以看出，三根目标周围的噪声及杂波处理分辨出来后，能进行准确的恒虚警处理，从而达到理想的FMCW雷达目标检测的结果，提升信号处理的整体精准度。基于24GHz调频连续波雷达信号处理技术是一种线性调控，通过天线采用收发分置，能对实际的距离们的波长和波形等进行距离检测，发射功率也随之增强，整体的发射天线泄露到文件接收天线的功率也会随之增加，从而对整体工作进行调控，使得整个作用距离拉近，减少了信号在传递过程中的干扰，从而实现目标与雷达相对运动，产生一种距离一速度耦合现象，最终能降低距离测量的误差，提升参数估计整体的准确性。

4 结束语

综上，调频连续波（FMCW）雷达的技术的应用已经越来越普遍，该技术在实践中的应用也越来越广泛。而24GHz自适应巡航控制系统，系统信号和数据处理具有重要的意义，加强信号处理，能获取更多的信号，并且确保信号传递的安全性和时效性。我国在24GHzRMCW雷达技术方面的应用已经逐渐起步，且经过多年研究，已经逐渐成熟。在当前大数据、互联网、信息共享时代到来之际，加强系统信号处理，提升信号传递安全性，是一项重要的研究课题和内容。相关技术人员一定要注重迎合时代需求，在推动该技术不断推广和应用时，还应该不断加强信号处理技术的研发，全面提升采样和信号处理整体的作业水平。

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