干货 | 利用MATLAB实现FMCW雷达的距离多普勒估计

下面的图中给出了大致的流程，首先我们会生成接收得到的差频信号，然后采用了二维FFT进行了Range-Doppler，也就是距离多普勒处理，最后给出了经过二维FFT处理后的 RDM (Range Doppler Map)。

在接收得到的差频信号的第一个周期的信号，将其表示为复指数形式为

其中， B 为扫频带宽， f0 为起始频率， N 表示一个周期的采样点数， R 和 v 为目标的距离和速度信息。

上面的式子已经给出了该FMCW雷达在快时间维度的接收差频信号的表示，在此基础上，可以进一步推出快时间维度和慢时间维度上接收差频信号的表示

利用上面这两个式子，即可得到含有目标距离和速度信息的接收差频信号。

到这里，我们已经得到了含有目标状态信息的接收信号。

在进行距离维的FFT之前，为了减小泄露加了window,后面的多普勒维在做FFT之前同样加了window,了解了这些后，对前面构造的接收信号做距离维的FFT,就可以得到目标的距离信息，我们会看到距离维的FFT结果中会存在一些峰值，这些峰值所在的位置就是目标的位置，当然，目标的峰值位置与目标的实际位置之间存在一个转换关系。

利用距离分辨率就可以将距离FFT得到的峰值位置与目标的实际位置联系起来，将峰值位置转换为目标的实际距离值。

同样的在多普勒维度进行FFT可以得到目标的速度信息，和距离维的FFT结果一样，在多普勒维度内的峰值位置与目标的实际速度之间也存在着一个转换关系。

这个程序中，我们设置了两个目标，它们的距离和速度分别为

最后简单运行一下，可以得到一个RDM图

可以看到，对生成的接收信号的距离-多普勒处理得到两个峰值，利用距离分辨率和速度分辨率可以得到这两个目标的实际距离和速度信息。

题图：Snapshot_Factory,from the Pixabay

B210不知道带宽是多少，我在用N210配合labview做FMCW雷达，带宽只有40MHz，理论精度大概是6~7米。如果你想要GNU Radio的框图，倒是可以在网上找到。比如“Real Time Implementation of FMCW Radar for Target Detection using GNU Radio and USRP”就提供了收发的框图。不过接收端不是很清晰。

雷达（radio detection and ranging），是一种利用电磁波探测目标的电子设备。

雷达由发射机、发射天线、接收机、显示器等部件组成，通过发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率（径向速度）、方位、高度等信息。

各种雷达的具体用途和结构不尽相同，但基本形式是一致的，包括:天线、发射机、接收机、信号处理机和终端设备。还有电源设备、数据录取设备、抗干扰设备等辅助设备。

4工作原理

FMCW测速测距原理雷达所起的作用和眼睛和耳朵相似，当然，它不再是大自然的杰作，同时，它的信息载体是无线电波。 事实上，不论是可见光或是无线电波，在本质上是同一种东西，都是电磁波，在真空中传播的速度都是光速C，差别在于它们各自的频率和波长不同。其原理是雷达设备的发射机通过天线把电磁波能量辐射向空间某一方向，位于在此方向上的物体会将电磁波反射，并由雷达天线接收此反射波，送至信号处理机进行处理，提取有关该物体的某些信息（目标至雷达的距离、距离变化率或径向速度、方位、高度等）。

雷达测距的原理是利用发射脉冲与接收脉冲之间的时间差，乘以电磁波的传播速度（光速），从而得到雷达与目标之间的精确距离。

目标角位置的测量原理是利用天线的方向性，雷达天线将电磁能量汇集在窄波束内，当天线波束对准目标时，回波信号最强，根据接收回波最强时的天线波束指向，就可确定目标的方向。

测量速度原理是雷达根据自身和目标之间有相对运动产生的频率多普勒效应。雷达接收到的目标回波频率与雷达发射频率不同，两者的差值称为多普勒频率。从多普勒频率中可提取的主要信息之一是雷达与目标之间的距离变化率。当目标与干扰杂波同时存在于雷达的同一空间分辨单元内时，雷达利用它们之间多普勒频率的不同能从干扰杂波中检测和跟踪目标。

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