隨著新型射頻雷達傳感器應用的出現
，許多希望快速完成雷達傳感器解決方案評估、設計和製造的公司麵臨一係列新的開發挑戰。ADI的24 GHz雷達係統級原型解決方案（稱為DemoRAD）（圖1）
，可以在整個係統參考設計中實現硬件和軟件應用開發。

 

圖1. 24 GHz DemoRAD平台解決方案

 

24 GHz DemoRAD係統是一款新穎的微波雷達評估平台，提供開箱即用的軟件示例，可在數分鍾內輕鬆啟動雷達傳感器。DemoRAD可對雷達傳感器產品進行快速原型製作，從而測量目標/對象存在、運動、角位置
、速度以及傳感器範圍等實時信息。

 

該係統硬件解決方案包括射頻天線和一條完整的射頻到基帶信號鏈（ADF5904（接收）
、ADF5901（發射），ADF4159 (PLL)

，ADAR7251 (AFE)），其中還包括ADI的ADSP-BF707 DSP（數字信號處理器），可通過易用的圖形用戶界麵和雷達算法軟件快速連接筆記本電腦/PC（圖2）。

 

圖2. DemoRAD射頻到基帶信號鏈和簡化框圖

 

Blackfin® DSP庫中提供雷達FFT和控製固件。用戶隻需幾分鍾就可將該平台係統插入加載了軟件的計算機。使用軟件圖形用戶界麵 (GUI) 提供全麵的24 GHz雷達IC軟件支持

，在DSP雷達支持功能庫中，通過一些額外功能可利用原始數據
，並使用為雷達傳感器設計的專用MATLAB® 工具（比如2D/3D 雷達FFT、CFAR和分類算法）在PC上進行後處理。

 

 

 

圖3所示為雷達發射時產生的調頻連續波 (FMCW) 雷達波斜坡
，以及用於定義雷達傳感器設計信息的一組重要雷達公式。

 

圖3. FMCW雷達概念

 

 

圖4描述了對ADSP-BF707中捕獲的數據的後處理。

 

圖4. FMCW數字後處理信號鏈

 

DemoRAD係統信號鏈包括DSP中的一些基本算法，實施用於DSP FFT、波束成形和CFAR。基本目標檢測和目標分類在主機PC上運行。DemoRAD主要用於采集時域和頻域中的雷達信號。DemoRAD不(bu)包(bao)括(kuo)高(gao)級(ji)目(mu)標(biao)檢(jian)測(ce)或(huo)對(dui)象(xiang)分(fen)類(lei)算(suan)法(fa)。這(zhe)是(shi)應(ying)用(yong)級(ji)開(kai)發(fa)工(gong)作(zuo)的(de)一(yi)個(ge)例(li)子(zi)
，通(tong)常(chang)由(you)終(zhong)端(duan)係(xi)統(tong)開(kai)發(fa)人(ren)員(yuan)執(zhi)行(xing)
，他(ta)們(men)非(fei)常(chang)了(le)解(jie)雷(lei)達(da)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)工(gong)作(zuo)環(huan)境(jing)以(yi)及(ji)所(suo)需(xu)的(de)對(dui)象(xiang)檢(jian)測(ce)類(lei)型(xing)。

 

圖5所示為Blackfin ADSP-BF70x的部分優化2D FFT
，具有集成窗口功能，有助於避免飽和，實現更高的SNR，並優化內存布局，從而實現更高的帶寬和更高效的數據處理。DemoRAD提供不同的操作模式。

 

圖5. 使用二維傅裏葉變換的距離和多普勒頻率

 

 

在FMCW模式下
，可以測量到靜止目標的距離。目標的下變頻接收信號的頻率與到該目標的距離成比例。在GUI中，可以進行FFT處理以確定頻率。使用距離-時間顯示選項可以查看移動目標，同時顯示屏存儲多個FMCW掃描。

 

 

在zai距ju離li多duo普pu勒le模mo式shi下xia，可ke以yi分fen析xi到dao目mu標biao的de距ju離li以yi及ji速su度du。距ju離li多duo普pu勒le模mo式shi是shi最zui強qiang大da的de操cao作zuo模mo式shi之zhi一yi，因yin為wei它ta能neng夠gou通tong過guo評ping估gu二er維wei傅fu裏li葉ye變bian換huan同tong時shi處chu理li多duo個ge發fa射she斜xie坡po。距ju離li多duo普pu勒le處chu理li數shu據ju顯xian示shi在zai距ju離li多duo普pu勒le圖tu中zhong。距ju離li多duo普pu勒le非fei常chang強qiang大da，因yin為wei它ta允yun許xu分fen離li具ju有you不bu同tong速su度du的de目mu標biao，即ji使shi這zhe些xie目mu標biao的de距ju離li都dou相xiang同tong亦yi是shi如ru此ci。這zhe對dui於yu不bu同tong方fang向xiang上shang多duo個ge快kuai速su移yi動dong的de目mu標biao非fei常chang有you用yong——例如，解決汽車朝相反方向移動或超車期間的複雜交通情況。

 

 

在DBF模式下，顯示到目標的距離以及與該目標所成的角度。來自四個接收通道的接收信號用於估計目標的角度。顯示屏顯示xy平麵中各目標的空間分布。在DBF模式下，係統配置與FMCW模式下的相同，但對IF下變頻信號的處理不同。在計算距離之後，通過評估四個接收通道之間的相位差來計算目標的角度信息。

 

在DBF模式下
，需要進行雷達前端係統校準
，以消除接收通道之間不必要的確定性相位差。每個DemoRAD係統都具備工廠校準數據，在運行GUI時加載。隨後會先校正采樣的IF信號，再評估傳感器的測量數據。

 

DemoRAD平台的MIMO操作原理是：使用ADF5901上兩個可用的發射輸出並放置相應的天線。這樣會產生七個接收通道來提高傳感器的角分辨率——例如四個實際接收通道和四個虛擬接收通道，在一個通道上重疊。DemoRAD中使用的波形利用ADF4159 PLL的快速斜坡特性，其中上升線性調頻脈衝為280μs，下降線性調頻脈衝為4，總共為284μs。ADAR7251 AFE ADC以1 MSPS運行的情況下，采集256個采樣或在上升沿中進行數據采樣。

 

DemoRAD使用FMCW雷達監測最遠至200 米且分辨率約為75 cm的對象範圍和速度。根據天線陣列設計
，水平 (FOV) 方位角約為120°

，俯仰角約為15°。通過組合數字波束成形 (DBF) 中的天線
，DemoRAD使用DBF來計算FOV中的角度信息。

 

本文轉載自亞德諾半導體。