毫米波雷达的工作原理

毫米波雷达是指工作在波长为1-10mm的毫米波段，频率为30～300GHz，基于其工作模式可以分为 “脉冲” 和 “连续波” 两种。其中，脉冲类型的毫米波雷达采用TOF(Time of Flight)的方法，而连续波类型可以分为 CW恒频连续波、FSK频移键控连续波和FMCW调频连续波。FMCW雷达采用了连续波的原理，通过发送一段连续的线性调频信号，接收反射回来的信号，并将其与原信号做比较得到目标距离和速度信息。其工作原理如下：

1. 发送线性调频信号：发射机发送一个由低到高的连续信号，称为线性调频信号，又称为chirp信号。Chirp信号是通过一段时间内频率不断变化的信号，其频率变化叫做调制，通过调制后可以使雷达在接收信号时同时获得距离和速度信息。

2. 接收反射信号：当chirp信号遇到障碍物时，会产生反射信号。这些反射信号经过一定的时间后被接收机接收到。此时，接收机也会发送一个相同的chirp信号。

3. 比较信号：接收机接收到的信号和发送的信号做差，得到一个信号的频率，也就是多普勒频移。通过多普勒频移的信息可以计算出目标的速度。然后，接收到的信号的时间差就是目标与雷达的时间差。而由线性调频信号的频率变化可以计算出目标到雷达的距离。

4. 处理反射信号：处理多个反射信号，我们可以得到不同的目标距离和速度信息。通过处理算法，可以将多个距离和速度信息分离，从而得到每一个目标的距离和速度。 [^1]

相关问题

fmcw毫米波雷达测速原理

FMCW毫米波雷达是一种基于频率调制连续波的雷达系统。其测速原理是利用物体反射回来的毫米波信号与发射时的信号频率差来计算目标物体距离和速度。

在工作时，雷达系统会以一定的频率范围内周期性发射连续波。当这些连续波遇到目标物体后，会被反射回来，形成回波信号。由于物体的运动会导致反射回来的信号频率发生变化，因此接收机接收到的信号会包含一个频率差，即多普勒频移。

通过分析这个多普勒频移，就可以计算出目标物体的速度。同时，根据发射时的起始频率和接收到的回波信号的频率差，可以计算出目标物体与雷达的距离。这样，就可以实现对目标物体的准确测速了。

FMCW毫米波雷达具有测距范围广、分辨率高、抗干扰能力强等优点，在交通、安防等领域得到广泛应用。

毫米波雷达测距原理调皮连续波

### 毫米波雷达连续波测距原理

毫米波雷达通过发射和接收电磁波来测量目标的距离。对于连续波(CW)类型的毫米波雷达，其工作模式不同于脉冲雷达，而是持续不断地发射射频信号[^1]。

#### 频率调制连续波(FMCW)

一种常见的连续波形式是频率调制连续波(Frequency Modulated Continuous Wave, FMCW)，这种技术利用线性调频的正弦波作为载波，在一定时间内逐渐改变发射信号的频率形成斜坡状的频率变化曲线。当遇到目标时，回波会携带有关目标位置的信息返回到接收端。由于传输时间极短，直接计算飞行时间变得困难；因此FMCW方法基于多普勒效应以及发射与接收到的信号之间的频率差来进行距离测定。

具体来说：

- 发射机发出具有特定带宽（例如76 GHz 到 81 GHz之间）的线性调频信号；
- 接收器同时记录下当前时刻t处的实际接收频率f_r(t)=f_t(t−τ)+Δf_doppler ，其中f_t表示瞬时发射频率而 Δf_doppler代表由相对运动引起的多普勒频移；
- 对于固定不动的对象而言，可以通过比较两个不同时间段内的上下扫频周期所对应的拍频差异δf 来求解出该对象离天线的真实物理间距R= c * τ / 2 = (c/2)*(δf/B)

这里B指的是整个扫描过程中总的频率跨度大小(c为光速常量约等于3×10^8 m/s )。

def calculate_distance(delta_f, bandwidth):
    """
    计算基于FMCW原理下的目标距离
    
    参数:
        delta_f : float 
            上升沿和下降沿两次观测所得的频偏之差(单位Hz)
        bandwidth : float  
            所使用的总带宽宽度(单位Hz)
            
    返回值:
         distance : float 
             目标实际距离(单位meters)
    """
    speed_of_light = 3e8  # 光速(m/s)
    
    return (speed_of_light / 2) * (delta_f / bandwidth)


# 示例参数设置
example_delta_f = 500_000  # 假设得到的频偏差值(Hz)
example_bandwidth = 4e9     # 使用4GHz宽带进行探测

print(f"Distance to object is {calculate_distance(example_delta_f, example_bandwidth):.2f} meters.")