从FMCW毫米波雷达系统的性能参数理解4D成像毫米波雷达的设计思路

news2024/10/5 14:28:47

本文编辑:调皮哥的小助理

站在设计雷达的角度看,其实无论是传统的3D毫米波雷达,还是如今的4D毫米波成像雷达,其雷达系统性能参数都遵循一个原则,即:

d res  ⋅ v res  ⋅ θ res  d max ⁡ ⋅ v max ⁡ ⋅ θ max ⁡ → min ⁡ \frac{d_{\text {res }} \cdot v_{\text {res }} \cdot \theta_{\text {res }}}{d_{\max } \cdot v_{\max } \cdot \theta_{\max }} \rightarrow \min dmaxvmaxθmaxdres vres θres min

其中,上述公式的参数具体表达如下:

图片
因此,可以将上述的具体公式带入,并化简之后,可以得到如下公式:

d res  ⋅ v res  ⋅ θ res  d max ⁡ ⋅ v max ⁡ ⋅ θ max ⁡ = 2 λ T f ⋅ N d R X cos ⁡ ( θ ) ⋅ f I F − max ⁡ ⋅ arcsin ⁡ ( λ 2 d R X ) \frac{d_{\text {res }} \cdot v_{\text {res }} \cdot \theta_{\text {res }}}{d_{\max } \cdot v_{\max } \cdot \theta_{\max }}=\frac{2 \lambda}{T_f \cdot N d_{R X} \cos (\theta) \cdot f_{I F_{-} \max } \cdot \arcsin \left(\frac{\lambda}{2 d_{R X}}\right)} dmaxvmaxθmaxdres vres θres =TfNdRXcos(θ)fIFmaxarcsin(2dRXλ)2λ

为了使得左侧公式达到最小,即满足分辨率最小的同时,实现最大探测性能 ,故右侧公式需要让分母变大,分子变小,具体分析如下。

1、分子变小,即让波长变小,即提高雷达频段,因此从24G、35G、60G到77G,甚至80G、94G、120G、240、330G。

2、分母变大有几个参数变量,其中三角函数和反三角函数的最大值为1,因此还剩下 T f ⋅ N d R X f I F − max ⁡ T_f \cdot N d_{R X} f_{I F-\max } TfNdRXfIFmax ,现在来研究一下这几个参数。

(1)Tf是Chirp的积累时间,这个积累时间越长对提高速度分辨率、提高目标的检测信噪比有好处,但也不是越大越好,需要受到处理器内存资源和运算速度限制,折衷舍取。

(2)N是天线通道数,这里可以是实际的通道,也可以是虚拟的通道,包含波形分离形成的分离通道。所以说这里提高N的思路是多芯片级联、虚拟阵列、波形分集。

(3) d R X d_{R X} dRX 是阵元间距,一般是半波长,但是这是不够的.为了提高角度分辨率,可以采用稀疏布阵,加上超分辨DOA。

(4) f I F max ⁡ f_{I F \max } fIFmax 是最高中频带宽,提高这个能够提高雷达的最大探测距离。其中,需要注意的是发射信号的有效带宽最大其实等于发射信号带宽,因此我直接约掉了。

除了上述这些,还有的就要看纯硬件提供的信号质量了。所以观察市场上这些4D成像雷达方案,无一不是在针对上述参数进行优化,你细品。

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