毫米波雷达基本原理

毫米波 (mmWave) 是一类使用短波长电磁波的特殊雷达技术。雷达系统发射的电磁波信号被其发射路径上的物体阻挡继而会发生反射。通过捕捉反射的信号，雷达系统可以确定物体的距离、速度和角度。

毫米波雷达可发射波长为毫米量级的信号。在电磁频谱中，这种波长被视为短波长，也是该技术的优势之一。诚然，处理毫米波信号所需的系统组件（如天线）的尺寸确实很小。短波长的另一项优势是高准确度。工作频率为 76–81GHz（对应波长约为 4mm）的毫米波系统将能够检测小至零点几毫米的移动。

完整的毫米波雷达系统包括发送 (TX)和接收 (RX)射频 (RF)组件，以及时钟等模拟组件，还有模数转换器 (ADC)、微控制器 (MCU) 和数字信号处理器 (DSP) 等数字组件。过去，这些系统都是通过分立式组件实现的，这增加了功耗和总体系统成本。其复杂性和高频率要求使得系统设计颇具挑战性。 

德州仪器 (TI) 已经克服了这些挑战，并且设计出了基于互补金属氧化物半导体 (CMOS) 的毫米波雷达器件，该器件集成了时钟等 TX-RF 和 RX-RF 组件，以及ADC、MCU 和硬件加速器等数字组件。TI的毫米波传感器产品组合中的某些系列集成了 DSP，用于提供额外的信号处理功能。

TI 器件可实现一种称为调频连续波 (FMCW) 的特殊毫米波技术。顾名思义，FMCW 雷达连续发射调频信号，以测量距离以及角度和速度。这与周期性发射短脉冲的传统脉冲雷达系统不同。

距离测量

在雷达系统中，其基本概念是指电磁信号发射过程中被其发射路径上的物体阻挡进行的反射。FMCW 雷达系统所用信号的频率随时间变化呈线性升高。这种类型的信号也称为线性调频脉冲。图 1 以幅度（振幅）相对时间的函数，显示了线性调频脉冲信号表示。

图 2为同一个线性调频脉冲信号（频率作为时间的函数）。该线性调频脉冲具有起始频率 (fc)、带宽(B)和持续时间 (Tc)。该线性调频脉冲的斜率 (S)捕捉频率的变化率。在例子中图 2 提供的示例中，fc = 77 GHz，B = 4 GHz，Tc = 40 µs，S = 100 MHz/µs.

FMCW 雷达系统发射线性调频脉冲信号，并捕捉其发射路径中的物体反射的信号。图 3 所示为 FMCW 雷达主射频组件的简化框图。该雷达的工作原理如下：

·      合成器生成一个线性调频脉冲。

·      该线性调频脉冲由发射天线（TX 天线）发射。

·     物体对该线性调频脉冲的反射生成一个由接收天线（RX天线）捕捉的反射线性调频脉冲。

·     RX和TX(IF)信号。

混频器是一个电子组件，将两个信号合并到一起生成一个具有新频率的新信号。

对于两个正弦输入 x1 和 x2（方程式1 和 2）

距离分辨率