[发明专利]一种用于FMCW调制的相位差检测设备

说明书

本发明提供一种用于FMCW调制的相位差检测设备，该设备通过发射两路FMCW信号，一路经过放大器输出至被测物，一路直接输入到接收装置的混频器。混频器将接收的两路信号下变频混频，并通过低通滤波，得到差频信号，其中差频信号的频率与被测物距离成线性关系。通过时域‑频域转换，并进行一定的补偿，可以较为精准的测量被测物的距离。同时，通过相位分析模块测量差频信号在不同时刻的相位，可以换算得到不同时刻产生的微弱形变量。其中发射装置和接收装置的天线装置均为具备高方向性增益的微带天线，在实际测量中，能够较为有效地对抗电磁场在自由空间中的衰减。

技术领域

本发明涉及FMCW信号检测技术领域，更具体地，涉及一种用于FMCW调制的相位差检测设备。

背景技术

随着自动驾驶和人工智能的发展，FMCW雷达的使用受到行业内的广泛关注。FMCW雷达在低功耗，高分辨率的应用场合有着重要作用。FMCW雷达可以同时对目标进行测距和测速，并可应用于多检测目标的场合。FMCW具备较强的抗干扰能力，在提取目标微弱形变信息中，相较于传统测量手段，具备更高精度的优良特性。FMCW雷达发射一种连续波信号，功率要求低，工作频段范围广，制作易于集成化。但由于实际应用中的电磁场环境复杂，FMCW雷达信号在空间中衰减较大，使得回波信号的功率强度较小，在远距离目标的测量时受到影响较大。

根据目标物形变量与相位差之间的关系：相位检测的精度直接决定了微弱形变量的测量精度。而通过提高工作频段，能够在一定程度上提升形变量的检测分辨率。

自由空间电衰减：L＝92.45+20 lg f(GHz)+20 lg R(km)-G_TX(dB)-G_RX(dB)，G_TX,G_RX为信号发射端和接收端的天线增益，在高频段范围内，通过提升天线的有效方向性增益，可提高FMCW的测距范围。同时为了保证系统的便携性，天线通常采用微带阵列天线。

发明内容

本发明提供一种用于FMCW调制的相位差检测设备，该设备可以比较准确地检测FMCW差频信号产生的相位差。

为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：

一种用于FMCW调制的相位差检测设备，包括信号发射装置和信号接收装置；

所述信号发射装置包括射频信号发生器、FMCW调制器、功率放大器和微带发射天线；所述射频信号发生器、FMCW调制器、功率放大器和微带发射天线顺次连接；

所述信号接收装置包括微带接收天线、低噪声放大器、下变频混频器、中频放大器、高速模数转换器、频谱分析模块、相位分析模块；所述微带接收天线、低噪声放大器、下变频混频器、中频放大器、高速模数转换器顺次连接；高速模数转换器还分别与频谱分析模块、相位分析模块连接；

所述FMCW调制器还与下变频混频器连接。

进一步地，所述射频信号发生器和FMCW调制器生成频率步长可调的连续波调频信号，该连续波调频信号包括一段线性增频信号和一段线性降频信号，所述线性增频信号和降频信号持续时间均为T1，所述增频信号与降频信号的间隔时间为T2；所述增频信号和降频信号调频步长相同；所述调频步长df根据实际测量距离可更改；所述连续波调频信号经过所述功率放大器放大后，通过所述微带发射天线辐射到自由空间。

进一步地，所述微带接收天线接收微带发射天线辐射的回波信号，所述低噪声放大器对所述回波信号进行功率放大，所述下变频混频器将发射FMCW信号和接收FMCW信号进行混频并进行低通滤波处理，获得差频信号；所述差频信号经过所述中频放大器放大，获得满幅差频信号。

进一步地，所述高速模数转换器将所述满幅差频信号过采样，并输入到频谱分析模块和相位分析模块；所述频谱分析模块对满幅差频信号进行时域-频域转换，得到满幅差频信号的差频频率Δf；所述相位分析模块对满幅差频信号进行正交混频，得到所述满幅差频信号的相位信息。