Hilfe zur FMCW-Radar-Arbeitslogik

Beim FMCW-Radar wird kein Signal mit konstanter Frequenz gesendet. wir senden einen Chirp, der zB von 6 GHz auf 6,1 GHz in 5 ms geht.

Was mir nicht einfällt, ist Folgendes: (Zahlen sind nur Beispiele)

Das HF-Signal bewegt sich mit Lichtgeschwindigkeit, während wir also die Chipfrequenz ändern. linear z. B. beginnen wir bei 6 GHz und haben etwa 500 us gewartet, dann auf 6,01 erhöht (dies geht bis zu 6,1 GHz mit irgendwann zwischen jeder Frequenzänderung) und wir haben bereits das 6-GHz-Signal vom Empfänger empfangen, ohne die 5-ms-Chirp-Periode abzuschließen. Bis zu diesem Punkt haben wir also nichts mit anderen Chirp-Frequenzen (6.02, 6.03 ... 6.1) zu tun. Wie erzeugt dies IF wie 5-10 kHz basierend auf der Entfernung? Wenn ja, dann können wir durch Anwenden der Formel im Bild die Entfernung finden, warum wir die Frequenz der gesendeten Signale ändern, da wir bereits eine ZF für einen konstanten 6-GHz-Teil des Signal-Chirp-Signals hatten.

In Kürze sollte ich einfach gleichzeitig Chirp von 6 auf 6.1 und 6.1 auf 6.0 hin und her ändern und gleichzeitig das ankommende Signal a / d konvertieren und irgendwo speichern, bis es 5 ms macht, und dann die fft des gesamten 5 ms-Blocks plotten.

Ich hoffe, ich bin klar. Bitte zeigt mir, was ich hier vermisse :)

SPÄTERES UPDATE: Alle haben versucht, mir den theoretischen Hintergrund verständlich zu machen, den ich bereits kenne, aber ich danke euch für eure Zeit. Ich hatte einen Moment der Erleuchtung und jetzt verstehe ich :)

Ich erzähle dies mit Beispielen, damit Leute, die in Zukunft das gleiche Problem haben, es verstehen können. Während wir einen Chirp senden, beginnen wir mit einer festen Frequenz zu senden. als Ausgangspunkt wie 6ghz. Während es zum Ziel reist und zurückkommt, verging ein wenig Zeit und während dieser Zeit signalisiert unser TX-Chirp freq. etwas linear geändert wie 6+X GHz, also beträgt die Multiplexerdifferenz X Hz. Daher hängt diese Änderung von der Entfernung des Ziels ab, da das Ziel beispielsweise so weit entfernt ist, dass wir möglicherweise das erste Signal empfangen, das bei 6 GHz lag, während sich unser Chirp auf der Hälfte des 6- bis 6,1-GHz-Zyklus befindet. Der Unterschied beträgt also 6,05-6 = 0,5 GHz.

Anders gesagt, bei einem stationären Objekt passiert nichts auf dem gesendeten Signal (Dopplereffekt besagt, dass reflektierte Daten mit der gleichen Struktur ausgestrahlt werden, wenn das Objekt stationär ist), aber bis das gesendete Signal kommt, haben wir das gesendete Signal geändert, sodass das ankommende Signal mit einem anderen gemultiplext wird Frequenz Signal und basierend auf dieser Änderung sagen wir, dass dies ein Objekt in dieser Entfernung ist. Danke

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Wenn Sie keinen Chirp verwenden, sondern nur eine feste Frequenz verwenden, ist die Differenzfrequenz Null (DC). Sie können dies auf diese Weise tun, wenn Sie In-Phase- und Quadratur-Mischer verwenden und die TX-Frequenzen diskret durchlaufen. Der Unterschied ist immer noch DC, aber wenn Sie untersuchen, wie sich die DC-Werte sowohl in Phase als auch in Quadratur ändern, können Sie die gleichen Bilddaten erhalten, die Sie vom Chirp erhalten würden.
Ich nehme an, Sie könnten mehrere Festfrequenz- und I / Q-Erkennungen verwenden (ich müsste dies sorgfältig prüfen, um sicher zu sein), aber ich denke, die erforderliche Genauigkeit und Stabilität wäre schwer zu erreichen. Das Schöne an der kontinuierlich gewobbelten Frequenz ist, dass wir im Vergleich zum Pulsradar eine niedrige Spitzenleistung verwenden können, da das Echo während der gesamten Dauer des Chirps erkannt wird. Wir erhalten eine gute Entfernungsauflösung, ohne lächerlich schmale Pulse bei sehr hoher Spitzenleistung zu benötigen. Je schmaler der Impuls, desto mehr Spitzenleistung benötigen wir, um genügend Rückleistung für die Verarbeitung zu erhalten. FMCW ist jedoch nicht ohne Nachteile.
@PaulElliott, stimme 100% zu. Es ist viel einfacher, mit CW Leistung auf das Ziel zu bringen. Genau genommen wird die Entfernungsauflösung nur durch die Chirp-Bandbreite bestimmt. Das Gating von Impulsen (und auch das Gating von CW-Radar) kann erforderlich sein, um Clutter von der Messung auszuschließen oder eine durch Aliasing verursachte Entfernungsmehrdeutigkeit aufzulösen. So habe ich es zumindest in Erinnerung. Es ist eine Weile her.
Wenn Sie erwarten, dass die Differenzfrequenz 0,5 MHz beträgt, müssen Sie sie mit über 1 GHz abtasten. Wenn Sie es mit einer niedrigeren Frequenz abtasten, wird das Ziel in einen anderen scheinbaren Bereich einfliegen.
Ich habe 6,05 als extremes Beispiel angegeben. Der Nyquist-Kurs ist mir bekannt. Auch die Lichtgeschwindigkeit ist so schnell, dass sie für einige Kilometer oder weniger definitiv um den kHz-Bandunterschied herum liegt.

Antworten (2)

Ich bin mir nicht sicher, ob Sie die grundlegende Funktionsweise des FMCW-Radars verstehen.

Sobald der Sender sein Signal aussendet, verschiebt dieses Signal seine Frequenz mit einer bestimmten Rate in Hz pro Sekunde. Der Radarempfänger sieht keine Echos, bis das Sendersignal von einem Ziel abprallt und zur Antenne zurückkehrt. Es wird eine Zeitverzögerung mit Lichtgeschwindigkeit geben, sodass das empfangene Signal eine andere Frequenz hat als das Signal, das gerade gesendet wird (der Unterschied ist Hz pro Sekunde multipliziert mit der Umlaufverzögerung). Der Empfänger mischt dieses Rücksignal mit dem aktuell übertragenen Signal, um das Differenzsignal zu erhalten. Das reflektierte Signal wird für die Dauer der Übertragung kontinuierlich empfangen, und für ein stationäres Ziel ist die Differenz zwischen den TX- und RX-Frequenzen konstant. Sie können Ihre FFT dieser Differenz über die gesamte Dauer des Sendesignals durchführen.

Diese Übertragungen sind nicht gerade kontinuierlich, aber sie sind viel länger als herkömmliche gepulste Radargeräte. Wenn sich die Antenne dreht, werden mehrere Chirps gesendet, sodass Sie sowohl Winkel- als auch Entfernungsinformationen haben. Die Amplitude der Rückkehr zeigt den "Radarquerschnitt" (Größe) des Ziels an.

Danke für den Kommentar. Sie sagen, dass wir ein Signal senden, das vom Zielobjekt reflektiert wird und eine Frequenzverschiebung auftritt, also setzen wir es nach dem Empfänger auf Mult. mit dem ursprünglichen Signal, das wir senden, und der Unterschied gibt die ZF an. Wenn es so funktioniert, warum müssen wir dann die Frequenz modulieren und einen Zwitschern statt einer konstanten Frequenz senden? Signal.
Siehe mkeiths und meine Kommentare oben. Wenn sich die Sendefrequenz nicht ändert, hat das Empfangssignal dieselbe Frequenz wie das Sendesignal, und es ist kein Frequenzunterschied zu messen. Die einzige Frequenzverschiebung findet am Sender statt – das ist das Zwitschern. Das Ziel reflektiert genau das, was darauf trifft. Ein sich bewegendes Ziel oder ein sich bewegender Sender verursacht eine Doppler-Verschiebung im zurückgesendeten Signal, aber darum geht es hier nicht.

X = C | δ F | 2 D F / D T

Es ist einfacher, dies für eine niedrige Auflösung mit hohem Träger f und X > c/f für mehrere Wellenlängen oder sehr schnelle Echozeiten zu messen.

Optionen sind Rampenrate, f-Bereich, Träger f, Leistung, Pfaddämpfung und Modulation.

Für die Modulation können Sie wählen; Sägezahn, Dreieck, Treppe, Rechteckwelle, Schmetterlings-Rechteckwelle mit abnehmender Abweichung. Jeder hat Vor- und Nachteile für Auflösung, Reichweite, Verringerung der Mehrdeutigkeit und ADC-Abtastrate und BW.

250 MHz Abweichung mit 50 MHz/ms könnte ein vernünftiger Ausgangspunkt mit Dreiecksmodulation für mobile Dopplerverschiebung (Geschwindigkeit) und Entfernungstrennung sein.

Um sicher zu sein: Schlagen Sie vor, dass ich fft von jeder Frequenz nehmen sollte. Teil des Chirps und Vergleich der fb-Änderung zwischen aufeinanderfolgenden Frequenzen, z. B. nimm fft von 6 gzh. Teil des Chirps, dann nimm fft von 6,05 (50 MHz pro ms), und es gibt 2 fb-Werte, dann führe die Entfernungsberechnung durch. Und mach weiter so
Ich bin mir bei den FFT-Kompromissen für Auflösung, Datengröße und SNR nicht sicher, aber ich würde mit 1 oder mehr vollen Zyklen beginnen und dann FFT durchführen. Dies sind Kompromisse.
Parabolspiegel und CNR sind entscheidend für die Reichweite.
Vielen Dank für Antworten. Außer fft etc. erzählst du mir kurz, wie die ZF-Änderung in Abhängigkeit von der Entfernung erfolgt. Das ist der Teil, der meiner Meinung nach nicht passt. Tritt die ZF-Verschiebung für jede lineare Freq. Änderung bei Chirp oder als Ergebnis des gesamten Chirp-Pakets.
IF = RF-LO, wenn LO festgelegt ist, dann stimmt die IF-Verschiebung mit RF überein.
Bei nur einer Antenne benötigen Sie einen Ferrit-Zirkulator, oder besser bei 2 Antennen für Dauerbetrieb.
Sir (ich möchte nicht unhöflich sein) Ich weiß das, ich meine: Warum brauchen wir Modulation, wenn wir bereits eine Frequenz haben? Verschiebung bei konstanter Freq. Warum senden wir ein Zwitschern. Während wir einen Chirp senden, empfangen wir ihn nicht als Paket, sondern als einzelne konstante Frequenzteile (6 GHz für einige Zeit 6,01 für einige Zeit .... bis zu 6,1 GHz). Was nützt das. Wenn das reflektierte Signal sowieso verschoben wird, sollte ich einfach eine konstante Frequenz senden. Signal und es wird von einem Ziel abprallen und ich werde die Frequenz sehen. Änderung in der Ausgabe des Multiplexers. Dann interpretiere es als bla bla Meter
Die Modulation bewegt die δ F     weg vom Träger, um SNR und 1/f-Rauschfehler zu verbessern.
Herr vielen Dank. Das Problem in meinem Kopf trat auf, weil Leute sagten, dieses System funktioniert nur wegen Chirp usw. Technisch konstante Freq. funktioniert. Wenn wir die Frequenz ändern, ist die ZF immer für ein Ziel an einem konstanten Punkt fixiert, sodass selbst wir die Frequenz modulieren, das Ziel an einem festen Punkt uns immer die gleiche Verschiebung gibt. Dann ist der Grund für die fm, dass wir eine bessere Leistung wie SNR usw. haben werden. Jetzt bin ich klar und danke Ihnen.
Konstante Frequenz funktioniert nicht . FMCW erfordert eine sich ändernde Sendefrequenz. Das ist das „Zwitschern“. Die Änderung kann sinusförmig, dreieckig oder andere Wellenformen sein, aber das typische Zwitschern ist eine lineare Rampe. Es gibt andere Gründe für die Modulation der Sendefrequenz, die mit der Verbesserung von SNR und Auflösung zu tun haben, aber das ist ein anderes Thema. FMCW benötigt den Chirp, um überhaupt zu funktionieren.
Festes CW-Radar verwendet einen Impuls, um die Entfernung von der Echozeit zu messen. Dies ist / wurde auf Flughäfen verwendet. Das funktioniert, ist aber kein FMCW und erfordert viel teurere Geräte, mehr Leistung und schnellere Unterscheidung. Daher wird FM benötigt, um die Notwendigkeit einer schnellen Pulssteuerungsamplitude des Trägers zu eliminieren, nur FM und ist kontinuierliches CW-Vollduplex. Daher der Name FMCW. Das einzige Problem sind Gleichkanalstörungen von anderen FMCWs.
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