FPGA实现LFMCW雷达调制信号源设计与非线性校正

"本文介绍了基于FPGA的LFMCW测距雷达调制信号源设计，旨在提高LFMCW雷达系统的测距精度。文章讨论了LFMCW雷达系统的工作原理及其优势，着重强调了调制信号源在系统性能中的关键作用。作者提出了一种利用FPGA产生经过非线性校正的调制电压信号的方法，以补偿VCO的非线性影响，从而提升发射信号的线性度。" LFMCW（线性调频连续波）测距雷达系统以其高精度、低功耗、无盲区和安全性等特点，在汽车防撞、液位计量和精确制导等领域有着广泛的应用。然而，其测量精度受到中频信号频率估计方法和调频信号非线性度的影响。对于频率估计方法，已有研究已经取得了一定的成果，但调频信号的非线性度问题仍然需要解决。非线性度校正通常分为闭环和开环两种方式，由于闭环校正的实现难度大，目前主要依赖于开环校正。 本文提出的解决方案是设计一个基于FPGA（Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）的调制信号源。该设计利用FPGA生成经过非线性校正的电压数据，以生成调制波形，从而提高发射信号的线性调频性能。这一方法可以输出与VCO电调特性匹配的调制电压信号，以抵消VCO的非线性效应，进而提高测距的准确性。 LFMCW测距雷达系统的工作流程包括处理器控制调制电压产生模块生成模拟信号，驱动VCO产生线性调频连续波，发射出去并与回波信号混频得到中频信号。接着，数据采集模块对中频信号进行采样，并通过数字信号处理算法计算出距离。最后，计算结果由显示控制模块显示。 调制信号源是LFMCW雷达系统的核心组件，其设计如图2所示，采用FPGA作为核心处理单元，能够根据存储的校正波形数据产生调制电压信号。实验验证了这种设计的有效性，为LFMCW测距雷达系统提供了一种提高精度的方法，并为后续的高精度雷达系统研发奠定了基础。 通过这种基于FPGA的调制信号源设计，不仅可以实现调制电压信号的精确生成，还能为课题组提出的频率估计方法提供实验平台，进一步优化LFMCW雷达的测距性能。这一技术对于提升雷达系统在复杂环境下的工作性能和测量精度具有重要意义。