本文關鍵詞：FMCW雷達近距離反射性能研究

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【摘要】：FMCW(調頻連續(xù)波)雷達具有非接觸、功率小、測距精度高的特點,廣泛應用于船艙、儲油罐等液位測量,未來還有可能應用于其它近距離、高精度測量領域。在近距離應用場合,其測距精度會受到天線波束寬度、天線法線方向和反射面的夾角等因素的影響。關于近場電波反射特性的精確理論分析較困難,目前沒有成熟的通用理論可以利用。本文通過實驗的方法對FMCW雷達電波的近距離反射特性進行了研究,主要工作如下：(1)完善了基于掃頻范圍9.25GHz-10.75GHz的FMCW射頻模塊和DSP的FMCW雷達測距系統(tǒng),根據(jù)近距離反射特性進究,對原有系統(tǒng)的信號濾波放大模塊、A/D模塊以及CPLD模塊和控制算法進行了改進,完成了電路設計、電路板焊接和調試。(2)由于FMCW雷達測距系統(tǒng)中同軸電纜接口處反射直流分量和低頻分量影響,在近距離實驗時,差頻信號頻率較低,濾波器對直流和低頻干擾分量的抑制效果有限,為此本文針對FMCW雷達近距離反射特性進究的特點對現(xiàn)有的系統(tǒng)軟件進行了改進,通過縮短掃頻周期以提高回波信號頻率,進而提高帶通濾波器下限截止頻率。為了盡可能縮短掃頻周期,對現(xiàn)有的系統(tǒng)軟件進行了如下的改進：1)通過查表發(fā)送頻率控制序列；2)提高DSP McBSP采樣率發(fā)生器時鐘頻率以縮短位發(fā)送時間；3)中斷服務程序采用效率更高的匯編語言編寫。(3)實驗中通過對回波差頻信號的觀測發(fā)現(xiàn)其幅度在一個掃頻周期內有較大的起伏,通過模擬帶寬12GHz的示波器直接測量FMCW射頻模塊發(fā)射波形,證實了雷達模塊自身發(fā)射調頻信號中有寄生調幅的存在。針對線性FMCW系統(tǒng)輸出差頻信號存在寄生調幅的現(xiàn)象,通過仿真實驗分別分析了寄生調幅對兩種常用的基于DFT的FMCW雷達距離估計方法的距離估計精度的影響,并與實測信號作對比,驗證了寄生調幅的存在會給距離測量帶來較大誤差,并提出了修正方法。(4)設計并完成了兩個FMCW雷達近距離反射特性實驗。第一個是將圓形白鋼反射面板切割成等寬度的同心圓環(huán),分析在近場天線波束照射下,不同環(huán)面反射回波信號的幅度和相位特性；第二個是以整個圓形白鋼板為反射面,通過調整反射面與天線法線方向夾角,研究反射面偏轉不同角度時回波信號特性。通過實測發(fā)現(xiàn)當反射面旋轉一定角度時回波中出現(xiàn)較強的二次反射,并對產生二次反射的原理進行了分析。
【關鍵詞】：FMCW雷達系統(tǒng) 近距離 反射 寄生調幅
【學位授予單位】：大連海事大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN958.94
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 緒論11-19
• 1.1 研究背景及意義11-12
• 1.2 國內外發(fā)展現(xiàn)狀12-16
• 1.2.1 FMCW雷達發(fā)展與應用12-14
• 1.2.2 近距離雷達反射性能研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3 課題主要研究內容及論文結構安排16-19
• 第2章 線性FMCW測距基本原理19-25
• 2.1 三角波線性調頻測距原理19-23
• 2.2 離散差頻信號與距離測量23-24
• 2.3 本章小結24-25
• 第3章 FMCW雷達測距實驗系統(tǒng)25-53
• 3.1 RS3400X/00雷達模塊25-27
• 3.1.1 線性調頻信號的生成25-26
• 3.1.2 SPI接口26-27
• 3.1.3 RS3400X/00調頻數(shù)據(jù)格式27
• 3.2 濾波和放大模塊27-35
• 3.2.1 帶通濾波器27-34
• 3.2.2 放大電路34-35
• 3.3 模數(shù)轉換模塊35-39
• 3.4 數(shù)字信號處理模塊39-44
• 3.4.1 片內存儲器40-41
• 3.4.2 可編程定時器41-42
• 3.4.3 多通道緩沖串行口42-44
• 3.5 外部存儲器擴展模塊44-46
• 3.6 可編程邏輯控制模塊46-47
• 3.7 軟件算法模塊47-51
• 3.8 本章小結51-53
• 第4章 寄生調幅對FMCW雷達測距影響分析53-65
• 4.1 寄生調幅對基于幅度測距的影響55-61
• 4.2 寄生調幅對基于相位測距的影響61-64
• 4.3 本章小結64-65
• 第5章 FMCW雷達近距離實驗測量及分析65-83
• 5.1 天線場區(qū)劃分及天線方向性65-68
• 5.1.1 天線場區(qū)劃分原理65-66
• 5.1.2 天線方向性66-68
• 5.2 單環(huán)反射面實驗測量68-74
• 5.2.1 反射面結構68-69
• 5.2.2 天線與反射面校準69-71
• 5.2.3 減少雜波反射措施71
• 5.2.4 實驗結果及分析71-74
• 5.3 反射面旋轉實驗測量74-82
• 5.4 本章小結82-83
• 總結與展望83-85
• 參考文獻85-89
• 致謝89-90
• 作者簡介90

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本文編號：551089