【摘 要】
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毫米波雷达因其分辨率高、能够全天候工作等特点而受到广泛关注。相控阵以及数字波束形成技术的引入使毫米波雷达具备了电子波束扫描能力从而使空间角度分辨率得到进一步的提升。目前,毫米波雷达已经应用到如车载防撞雷达、生命体征监测、室内定位、静态3D高分辨率成像等多个方面。本文设计了完整的FMCW毫米波雷达系统并针对毫米波雷达的分辨能力进行研究。主要内容如下:基于77GHz单片集成雷达芯片研制了一款三发四收F
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毫米波雷达因其分辨率高、能够全天候工作等特点而受到广泛关注。相控阵以及数字波束形成技术的引入使毫米波雷达具备了电子波束扫描能力从而使空间角度分辨率得到进一步的提升。目前,毫米波雷达已经应用到如车载防撞雷达、生命体征监测、室内定位、静态3D高分辨率成像等多个方面。本文设计了完整的FMCW毫米波雷达系统并针对毫米波雷达的分辨能力进行研究。主要内容如下:基于77GHz单片集成雷达芯片研制了一款三发四收FMCW MIMO雷达系统。该系统的设计重点是锁相环电路以及射频天线,同时为了完成雷达目标检测功能,设计了中频链路,FPGA数据采集以及MATLAB处理算法。在该雷达系统的基础上,对基于BPSK调制器的频分MIMO体制和MIMO SAR雷达体制进行了研究与验证。测试得到的射频指标有,锁相环锁定的本振信号相位噪声在77GHz附近低于-95d Bc/Hz@1MHz,发射锯齿波频率均方根误差（RMS）为0.025%,收发链路一致性高。在针对角反射器的目标检测中验证了该系统在MIMO体制下具备9°的方位角分辨能力。为了实现静态的三维成像雷达系统,对基于两片毫米波雷达芯片级联的六发八收FMCW雷达系统进行研究,并对天线阵列排布进行了优化设计。在方位向采用5个接收天线单元的MIMO测角体制,俯仰向采用4个接收天线单元的稀疏阵列。仿真得到的方位向角度分辨率为3.8°,俯仰向为16°。所设计的雷达系统板分为射频板和数据采集板两部分。同时通过上一部分的单芯片系统板对两芯片级联后的主从芯片的工作状态进行了测试。在针对角反射器的目标测试中验证的该系统具备水平和俯仰的角度分辨能力,且分辨能力与仿真情况基本相同。为了提高雷达接收通道的信噪比,设计了一款基于Ga As工艺的毫米波低噪声放大器,采用四级级联的源级负反馈共源结构实现,测试得到的带内增益在20dB以上。
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