LFMCW雷达中频接收机的设计与实现

摘要：针对一种线性调频连续波(LFMCW)雷达系统结构，提出一种中频接收机硬件平台的设计方案。该方案采用AD8347正交解调器做I／O下变频，AD9248模数转换器做采样，EF3C80 FPGA做数字信号处理，PCI9054做PCI接口，并给出了系统软件的设计方法。实现了对线性调频连续波雷达中频信号的接收、处理和存储。通过测试，该接收机能够准确测量出目标信号的频率信息，可为雷达成像提供原始数据。
关键词：线性调频连续波雷达；中频信号接收机；FPGA；PCI

线性调频连续波(LFMCW)雷达具有体积小、重量轻、结构简单、分辨力高和无距离盲区等优点，受相关技术进步和需求的促进，近十多年来线性调频连续波雷达逐渐应用于近距离高分辨率多目标探测与成像。本文通过对一种线性调频连续波雷达系统结构，设计了一套中频信号接收机，能够有效实现中频信号的接收和处理，能准确测量出目标信号的频率信息。

1 线性调频连续波雷达系统方案
传统线性调频连续波雷达的原理结构和时间频率关系如图1所示，用发射信号与接收信号进行混频，得到零差拍信号，该信号的频率反映了目标的距离信息。对每一周期有效时间内的零差拍信号进行频谱分析，便可提取出目标的距离信息。

本文中中频信号接收机所针对的一种线性调频连续波雷达的结构与图1中结构有所不同，如图2所示。

设信号源1，信号源2以及VCO的信号形式分别为：

假设目标距离为R，回波延时为τ，压控振荡器VCO的调频斜率为μVCO，则易得到中频接收机的输入本振，中频信号以及混频得到基带信号的形式分别为：


显然NμVCOτ就是对应的基带信号频率fB，N和μVCO是定值，所以提取出基带信号频率就可求出回波延时τ，也就得到了目标的距离。设μ=NμVCO为雷达发射载波的调频斜率，则易得目标距离与基带信号频率之间的关系式：

在该线性调频连续波雷达系统中，中频接收机收到的本振信号是两个固定频率源的差频的N倍频，也是一个固定频率的信号，fLO=1．2 GHz，雷达发射载波的调频斜率是VCO调频斜率μVCO的N倍，μ=240GHz／s，线性调频周期T=10ms。由于该雷达用于近距离高分辨率成像及隐蔽物体的检查，作用距离较小，Rmax=100 m，将μ、Rmax以及光速c带入式(7)中可得fBmax=160kHz，所以基带信号的实际有用带宽为160kHz。