FMCW雷达距离计算与测量不符的原因

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  很多初学者在使用我们的雷达平台时,会出现这样的问题,从频谱中读出目标的中频频率,然后使用𝜏=fIFTc/2BW计算出延时,计算出目标的距离,然而经常和实际的目标距离对不上,举例:如图1所示,雷达距离被测目标(墙体)1m,图2为其中频频谱,第一个峰值为天线的耦合,第二个峰值为目标,其频率是33.71kHz,这样计算出来的结果是距离目标为5.06m,与实际距离1m差别特别大。这是什么原因呢?这是因为如此计算出的延时包含了从信号源到机箱的电路板的走线、电子元器件、机箱接头到天线的同轴线、以及我们需要的从天线到目标的路程,而且电磁波在电路板上的微带线、射频同轴线内的传输速度只有光速的一半或者三分之二左右,因此距离算出来会远很多。

图1:天线摆放与实验环境

图2:天线与墙面相距1m时的中频频谱
 

   为了解决这一问题,可以采用中频频率差的办法,即:目标的频率(第二个高峰)减去天线耦合的频率(第一个高峰),以这个频率差带入公式𝜏=fIFTc/2BW计算,所得的延时和距离就是真实的距离了。如此操作的原因是:第一个峰值代表天线耦合,因此以该峰对应的中频频率计算出的延迟就是信号从信号源发出后经过电路板上的各个器件、微带线、同轴线到发射天线、再回到接收机这段的延迟,当我们把这段延迟剪掉后,刚好就是电磁波从发射天线到墙又返回到接收天线的延迟,对应的就是天线到墙的距离,经计算为1.05m,符合实际距离。

  本实验采用下图的L波段FMCW雷达主机作为实验主题设备,连接方式如下图所示:

图3:雷达实验机外观

  实验设计可参考博文:《FMCW雷达测距实验》

 

作者:潇洒的电磁波(专业:射频芯片设计、雷达系统、嵌入式。欢迎大家项目合作交流。)
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