AWR1642毫米波雷达实测行人、自行车和汽车等目标

news2024/11/14 15:24:57

本文编辑 | 调皮哥的小助理

AWR1642因为最大中频带宽固定只有5MHz，最大中频带宽是发射信号与回波信号混频之后得到的最大中频频率，即代表着最大的回波延迟时间。

因此根据雷达方程和目标最大探测距离公式，如下所示：

复采样（IQ）：

$R_{\max }=\min \left[\sqrt[4]{\frac{P_t G_t G_r \lambda^2 \sigma}{(4 \pi)^3 \cdot S N R_{\min } \cdot N F \cdot k T_0 \beta_n} \cdot \frac{G_{S P}}{L_{S P}}} \frac{f_s T_{\mathrm{c}} \mathrm{C}}{2 B}\right]$

实采样：

$R_{\max }=\min \left[\sqrt[4]{\frac{P_t G_i G_r \lambda^2 \sigma}{(4 \pi)^3 \cdot S N R_{\min } \cdot N F \cdot k T_0 \beta_n} \cdot \frac{G_{S P}}{L_{S P}}}, \frac{f_s T_{\mathrm{c}} \mathrm{C}}{4 B}\right]$

其中，min{.}前面部分是FMCW体制的雷达方程，后面部分是FMCW中频信号采样频率与探测距离的公式。公式中，Pt是发射功率，Gr是接收机增益，Gt是发射机增益，λ是发射信号波长，σ是目标雷达横截面积，SNRmin是雷达目标的最小可检测信噪比，NF是接收机噪声系数，k是玻尔兹曼常数，T0是开氏温度，βn近似于发射信号有效带宽B。

Gsp是信号处理增益，Lsp是信号处理损耗，对于 FMCW 雷达，主要来自“快时间”和“慢时间”的 DFT，通过距离-多普勒处理，总信号处理增益Gsp =10*log( M x N) ，其中 N 是“快时间”上的 DFT 大小，M 是“慢时间”上的 DFT 大小，它们也分别称为距离和多普勒单元的个数。

当然，雷达方程的形式很多，不一定只采用上面这种表达方法。

为了实现更大的探测距离，我们一般选择复采样，也就是正交采样，得到IQ两路信号。但是根据TI的ADC参数，AWR1642的最高实采样率为12.5Msps。

而且在Complex 1x采样模式下，最高采样率为6.25Msps，采样率设置超过这个值mmWave studio会报错，因此最高中频带宽为0.96.25MHz。在Complex 2x采样模式，最高采样率为12.5Msps，因此最高中频带宽为0.912.5/2MHz。见原文如下：

Complex 2x模式，IF频谱的虚部和实部均被滤波并传输到ADC，因此如果采样率为X，则ADC数据将包括从**-X/2到X/2的频谱**。在Complex 1x模式下，仅实部的IF频谱被滤波并发送到ADC，因此如果采样率为X，ADC数据将包括从0到X的频谱。

实际上，在Complex 2x模式下，即使采样率上去了，但是得到的频谱也会简单，相对于Complex 1x模式，最远探测距离还是不变的。也就是说，无论是实采样的12.5Msps，Complex 1x模式或Complex 2x模式，最远探测距离推到极致，最高中频带宽都是5MHz。

因此，雷达的最远探测距离除了由雷达方程决定之外，还由最高中频带宽决定，可以用下列公式表示：

Range $_{\max }=\frac{\mathrm{IF}_{\max } \times \mathrm{C}}{2 \times \mathrm{S}}$

因此，最高中频带宽上不去，想要增加雷达探测距离就只能降低调频斜率S，这是我们大家都知晓的一个方法。假设想要探测最远距离Rmax = 50m，那么需要设置的S=15MHz/us；Rmax =100m，则S=7.5MHz/us。但是问题是，S不可能无限小，因为太小了反而发射信号的有效带宽低，目标的距离分辨力就很弱了。值得注意的是，最开始的雷达最远探测距离不应该带入采样率fs，因为采样率决定不了最远探测距离。

另外，AWR1642其实不适合远距离的目标检测，行人不过50m，汽车不超过80m，不然效果就会大打折扣。AWR1843具备25MHz的最大中频带宽，因此在相同参数下探测距离是AWR1642的5倍。

下面是一些实测效果。