多车道测速雷达原理简述 - 图文

基于FSK的多车道测速雷达原理简述

1. FSK特点：

FSK 调制只能探测移动目标

FSK 可以探测不同速度的多个目标

FSK 调制测距精度取决于后端信号处理，与雷达传感器本身的调制带宽无关 FSK 调制具有调制简单、不受线性/非线性问题影响等特点 VCO 信号产生过程较为简单，但采样和相位测量过程比较复杂

2. 原理说明：

FSK频移键控工作原理框图和调制方式：

fa载波a 的频率 fb 载波b 的频率 txa载波a 的采样点 txb载波b 的采样点

采样开关的采样率必须足够高，以满足奈奎斯特(Nyquist)准则，进行多普勒信号采集。

3. 测速：

对于运动物体，雷达回波信号会有一个多普勒频移。回波信号与发射信号经混频器混频输出该多普勒信号。多普勒信号的频率取决于移动速度1，幅度取决于距离、目标材料、目标RCS。多普勒信号的频率fd和物体与雷达天线的相对运动速度v有如下关系：

fd多普勒频率

fTx发射频率(24.125GHz) C0 光速(3×108m/s) V 目标速度(m/s)

α 雷达波束和目标运动方向的夹角

注：测量的速度值跟cosα 相关，角度α 会随着目标距离变化而变化。如需精确测速，可以先用FSK 模式测量运动目标的实时距离，然后算出实时cosα。或者用K-MC4直接测出实时角度（单脉冲测角方法）。

FSK体制雷达交替发出两种频率的电磁波，应接收到两个具有不同多普勒频率的回波。

实际应用中，FSK两个频率的差值△f，相对于速度v都很小，因而△fd很小，可以忽略不计认为只有一个多普勒频率。例如FSK体制的交通多车道测速雷达应用中，速度v小于100m/s（即360km/h），频差△f小于1MHZ，因此算出△fd小于0.66HZ，而fd一般都在100HZ以上，可以认为两个频率具有相同的多普勒频移。

4. 测距：

两个具有近似多普勒频移的回波信号具有不同的相位，混频输出的波形如图所示，调制时序和采样引起的相移也需要考虑在内。

IF(txa) 载波频率fa上的输出信号 IF(txb) 载波频率fb 上的输出信号

对于同一个运动目标，两个多普勒信号具有近似相同的频率，相位差为Δφ 两个IF 信号的相位可根据目标的谱峰得到

距离R的计算公式如下：

Δφ IF(txa)和IF(txb)的相移，是弧度 φ取值范围0~180° φ的符号表示运动方向

fa和fb 差别越小，可探测的距离越大。

假设fa和fb 差别为1MHz，则对应的最大探测距离为75m。

5. 测角：

角度测量是探测“目标——天线中心线的连线”与法线的夹角，多用于目标定位。以一发双收的K-MC4雷达传感器为例。K-MC4设计有一根发射天线TX，两根接收天线RX1/RX2，并有I1、I2、Q1、Q2四个工作通道，采用比相法来实现此功能。这里双通道的意义与方向辨别中的双通道意义不同，方向辨别中分析的是I、Q两路通道；角度探测中分析的是I1、I2或者Q1、Q2两路信号。

以下图为运用K-MC4测角时接收天线的工作原理模拟图。假设此时传感器为垂直水平面放置，此图即为俯视图。由下图可以看出，两根接收天线之间相隔距离为d=13.7mm，这便造成了回波信号会一前一后的到达接收天线。也可以说，两根天线同时接收到的信号在相位上相差一个Φ。θ即为待测角度，则可得出：

同时分析I1和I2两路信号，通过外接一个相位比较电路，得到ΔΦ。相位比较器工作原理可参考以下原理框图：

由上图可知，接收到两路信号I1和I2先经滤波放大处理以后，再经A/D转换为数字信号送入相位比较器进行比较。相位比较器的工作原理即用相位角度做单位，比较两个同频率的信号中，第一个信号的过零点，与第二个信号的过零点之间的距离，即为下图所示。

6. 多目标识别：

根据做完FFT后的频谱上出现的多个谱锋，从而识别出不同的目标。

7. 建议时间周期T1=T2=5us，一个周期T=10us=0.01ms，FFT做1024个点，多普勒频率分辨率是25HZ（1km/h=44HZ）

以下是产品通信协议和实物图片：

K-MC4信号处理板（多车道测速雷达）通信协议:

注意事项：请勿直接对着灯光，以避免荧光灯干扰 供电电源: DC 9-18V 500mA 整体功耗: 3.5W

通信接口: RS232 115200,8,n,1

指令表: S,0,1\\r\\n 设置雷达为连续回数模式 雷达回复:R,0,1\\r\\n S,0,2\\r\\n 设置雷达为触发回数模式 雷达回复:R,0,2\\r\\n S,3,?\\r\\n 设置雷达灵敏度为? ?的范围是0-9,0最不灵敏,9最灵敏 雷达回复:R,3,?\\r\\n [新] S,9,?\\r\\n 设置雷达安装高度为? ?的范围是0-100,单位0.1米 雷达回复:R,9,?\\r\\n S,22,?\\r\\n 设置触发位置为? 此参数仅当雷达工作在触发模式时有效 ?范围1-50 单位米 当目标越过触发位置时 雷达发送目标信息 雷达回复:R,22,?\\r\\n

?,0\\r\\n 查询雷达回数模式 雷达回复:R,0,?\\r\\n ?,3\\r\\n 查询雷达灵敏度 雷达回复:R,3,?\\r\\n ?,21\\r\\n 查询雷达发射信号中心频点 雷达回复:R,21,?\\r\\n ?,22\\r\\n 查询雷达触发位置 雷达回复:R,22,?\\r\\n \\r\\n表示回车换行[0x0d][0x0a] 雷达回送目标数据格式: ID=5587 V=-009.1 A=-14.4 R=00.5\\r\\n ID=5587 V=-011.5 A=-10.6 R=00.7\\r\\n ID=5587 V=-012.8 A=-04.3 R=00.8\\r\\n ID=5587 V=-013.3 A=-04.7 R=00.9\\r\\n ID=5587 V=-013.2 A=-05.6 R=01.0\\r\\n ID=5587 V=-013.4 A=-09.3 R=01.3\\r\\n ID=5587 V=-013.5 A=-08.0 R=01.1\\r\\n ID=5587 V=-012.3 A=-11.5 R=01.3\\r\\n ID=5587 V=-011.5 A=-15.2 R=01.3\\r\\n ID=5587 V=-011.5 A=-15.9 R=01.4\\r\\n ID=5587 V=-013.1 A=-13.7 R=01.4\\r\\n ID=5587 V=-011.9 A=-18.5 R=01.7\\r\\n ID=5587 V=-010.5 A=-16.5 R=01.7\\r\\n ID=5587 V=-009.2 A=-18.8 R=01.6\\r\\n ID=5587 V=-007.7 A=-21.3 R=01.9\\r\\n ID=5588 V=+010.6 A=-18.6 R=02.3\\r\\n ID=5588 V=+007.7 A=-20.5 R=01.8\\r\\n ID=5588 V=+008.3 A=-12.9 R=01.8\\r\\n ID=5588 V=+008.5 A=-15.4 R=01.5\\r\\n ID=5588 V=+009.1 A=-10.6 R=01.6\\r\\n ID=5588 V=+009.9 A=-07.2 R=01.7\\r\\n ID=5588 V=+009.9 A=-05.0 R=01.7\\r\\n ID=5588 V=+009.8 A=-05.6 R=01.6\\r\\n ID=5588 V=+010.1 A=-04.1 R=01.6\\r\\n ID=5588 V=+010.9 A=-04.0 R=01.5\\r\\n ID=5588 V=+010.8 A=-04.2 R=01.3\\r\\n ID=5588 V=+011.1 A=-06.1 R=01.2\\r\\n ID=5588 V=+010.2 A=-09.5 R=01.2\\r\\n ID = 目标编号 V = 目标速度值 单位:km/h +表示目标接近 -表示目标远离 A = 目标角度值 单位:度 R = 目标距离值 单位:米 上面的示例数据,是在雷达正面距雷达1-2米远挥手时产生的目标信息序列 雷达工作在连续模式

雷达回送多目标序列 Boot UP! ANTPID:L1412n00002 ID=5586 V=-018.1 A=+19.6 R=00.7

ID=5587 V=-018.7 A=+17.1 R=00.9 ID=5586 V=-018.0 A=+19.3 R=00.8 ID=5591 V=-011.2 A=+13.7 R=00.7 ID=5589 V=+021.4 A=+20.5 R=01.4 ID=5588 V=-016.8 A=+26.5 R=00.9 ID=5591 V=-011.3 A=+14.9 R=00.9 ID=5589 V=+021.1 A=+20.3 R=01.1 ID=5588 V=-016.8 A=+25.5 R=01.1 ID=5591 V=-011.3 A=+15.6 R=01.0 ID=5589 V=+020.7 A=+20.6 R=01.2 ID=5590 V=+017.8 A=+26.1 R=00.9 ID=5591 V=-011.3 A=+15.1 R=01.0 ID=5592 V=-011.1 A=+11.6 R=01.0 ID=5591 V=-011.5 A=+16.6 R=01.1 ID=5593 V=-011.9 A=+21.4 R=01.3 ID=5591 V=-011.5 A=+16.7 R=01.4 ID=5593 V=-012.3 A=+21.2 R=01.3 ID=5591 V=-012.5 A=+17.8 R=01.4 ID=5593 V=-012.6 A=+20.3 R=01.4 ID=5594 V=-013.1 A=+24.6 R=01.6 ID=5595 V=+013.8 A=+21.2 R=02.0 ID=5594 V=-012.1 A=+26.0 R=01.5 ID=5595 V=+014.0 A=+19.4 R=01.9 ID=5594 V=-011.0 A=+24.9 R=01.7

雷达模式更改 1 串口发送 S,444\\r\\n 2 串口发送 S,555\\r\\n 3 串口发送 S,666\\r\\n 4 雷达回复 Key unlocked.\\r\\n 5 串口发送 S,23,?\\r\\n ?=要更改的模式 6 雷达回复 R,23,?\\r\\n 更改成功 更改模式后 会自动恢复各参数至出厂默认值 模式0 ?=0 G3雷达模式 模式1 ?=1 ZK测试模式 模式2 ?=2 川速4字节模式 模式3 ?=3 G1雷达模式

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