雷达基础(一):测距

article/2025/11/5 19:09:39

一、测距原理

测量发射信号经雷达到目标并由目标反射回雷达经历的时间,距离为:

R=\frac{c}{2}T

对于FMCW雷达,发射的信号频率不是固定频率,而是线性增加,固可通过发射信号频率与接收信号的频率差进行计算。

①单目标测距

 S_{\tau }为发射信号与接收信号的频率差,设信号调频斜率为S,则经过\tau时间后的中频信号的频率为:

f_{0}=S*\tau

若雷达与目标之间的距离为d,则\tau =\frac{2d}{c},结合上式可得,距离与频率即信号斜率之间的关系为:

d=\frac{f_{0}c}{2S}

Tips:为什么不直接用时间和光速计算距离,而是要用中频信号计算?因为光速太快,在测量距离几百米所需时间也是微秒级,而中频信号,会随着调频斜率的改变而改变,达到可识别的目的。

②多目标测距

多目标测距与单目标测距类似,会得到多个中频信号,一般是将中频信号进行傅里叶变换,不同的频谱就是不同的目标距离。

二、距离分辨率

距离分辨率的意思是雷达能够分辨多近的目标,按照之前论述的频谱分辨率理论,其实距离分辨率最终就是映射到频谱分辨率上的。

雷达获得多目标的中频信号后,以双目标为例,两个中频信号频率差为:

\Delta f=\frac{S*2*\Delta d}{c}

其中\Delta d为两个目标距离差(相对到雷达的距离),根据傅里叶变换性质,观察窗为T_{C} 的信号,能够分辨的频率为 \frac{1}{T_{C}}Hz,所以为了能够识别两个目标,必须满足 \Delta f>\frac{1}{T_{C}},结合上式,进一 步可得到:

\frac{S*2*\Delta d}{c}>\frac{1}{T_{C}}--->\Delta d>\frac{c}{S*2*T_{C}}

其中,S*T_{C}为信号带宽B,因此,雷达的距离分辨率取决于发射信号的带宽,即:

\Delta R=\frac{c}{2B}

三、测距精度

测距精度为距离分辨率的一半,即R'=\Delta R*0.5

tips:距离分辨率和测距精度差异

距离分辨率指的是雷达区分两个相邻目标的最小距离的能力;

测距精度指的是针对一个质点,测量距离的误差大小。

四、最大探测距离

IF信号通常经过数字化处理(LPF + ADC),才在DSP上进行进一步处理,因此,中频信号的大小取决于ADC采样频率(FS)

d_{max}=\frac{F_{s}*c}{2*S}


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