陈泽宇
兴安盟微波管理站 内蒙古乌兰浩特 137400
摘要：微波雷达在民用领域是一种重要的距离测量技术，微波雷达可分为干涉雷达、脉冲超宽带雷达、调频连续波雷达等。本文阐述了它们各自的距离/位移测量原理，总结了微波雷达测距技术的研究发展状况，讨论了其在未来位移测量领域的应用前景。
关键词：微波雷达；位移测量；测距；干涉；脉冲；频率
微波雷达传感技术作为一种特殊的距离/位移测量手段，能够解决近程目标的测量问题，因而也被称为近程雷达，并已从军用领域扩展到民用领域，并在物位测量、目标识别、速度测量、振动监测、位移监测等方面逐步得到应用。雷达具体上分为单频雷达和宽带雷达两种类。基于雷达发射信号的不同，各个雷达系统的测量原理和结构组成也存在不同，所应用的领域也各不相同。针对不同类型雷达研究侧重领域的不同，需要相关人员结合实际做到具体问题具体分析。
1CW干涉雷达
1.1位移/距离测量原理
CW干涉雷达一般是通过发射天线来向被测量目标发射单频微波信号，之后根据目标回波信号和发射信号的相位差进行目标位移的测量。雷达主机发出的发射信号与由目标反射回波信号相位差如图一所示：
1.3研究进展
随着社会经济和科技的发展，CW雷达研究一般集中在高精确度的探测领域，具体表现在以下几个方面：
1.3.1目标位移测量
CW雷达在硬件解调、系统结构、测量模糊距离等方面都有目标位移测量研究。有学者应用中频子系统和毫米波子系统开发了具备位移和速度测量等多种功能的毫米波传感器，并在数字正交混频器的应用下有效克服了原有模拟混频器相位的非线性问题。
1.3.2人体心肺信号探测
CW雷达的位移测量精确度高，在人体心肺信号测量探测方面得到了广泛的应用。有学者基于CW雷达技术形式在心肺血管信号监测领域进行了更深入的算法研究，总结出这种雷达在人体心肺信号探测方面发挥的重要作用，即在应用的过程中能够有效缓解正交混频器的非平衡问题，降低了直流偏置校准的复杂。
2IR-UWB雷达
2.1位移/距离测量原理
这种雷达系统能够向需要检测的目标发射微博脉冲信号，并根据发射信号和回波信号之间的时间差来计算实际目标距离。这种雷达目标距离测量原理比较简单，一般通过时间差就能够完成对目标距离的测量，测量公式如（3）所示。和其他雷达测量相比，这种雷达测量方式测量的是绝对距离，是通过时间测量来完成对一定距离的测量，测量原理比较简单。
2.2研究进展
2.2.1位移测量目标定位
在IR-UWB雷达的距离测量和算法定位方面，有学者提出了一种综合匹配的滤波器和峰值搜索精密算法，在应用这种雷达仪器设备的情况下实现了对8ｍ范围内、精确度在2cm距离的测量。在此之后，有学者进一步研究出多种精确度和距离的测量方式。
2.2.2人体心肺信号探测
IR-UWB雷达系统在人体心肺信号探测方面也有着十分广泛的应用，比如应用多峰值检测技术对人体呼吸参数的监测，这种监测效果良好，精确度很高。另外，IR-UWB雷达系统在人体呼吸特征监测领域也有着十分广泛的应用，通过马尔科夫模型能够对人体面对的方向和胸腔运动方式进行有效的监测。
3FMCW雷达测量方法
3.1位移/距离测量原理
FMCW雷达测量能够向被测量目标发射随时间连续变化的微波信号，并根据微波回波信号和发射信号之间的差值得到信号，实现对目标距离的解调。线性调频连续波的发射信号具体如图三所示。根据图三发现，微波信号按照时间的循环周期来进行重复发射操作，发射微波信号的瞬时频率如公式（4）表示。发射微波信号的瞬时相位如公式（5）所示。在只有一个目标的时候，在经过目标的反复发射，回波信号会被天线接收，回波信号在和发射信号混频操作之后得到差拍信号，如图四所示：
3.2研究进展
结合FMCW雷达测量原理可以发现，这种雷达测试方式不仅具备测量距离的功能，而且还具备测量速度、多目标测量和分辨的特点，在车辆速度测量、角度测量、高山雪层测量、雷达成像操作等方面都有着十分广泛的应用。现阶段，FMCW雷达测量的研究进展具体表现在以下几个方面：
3.2.1基于回波频率和相位高度的精确测量
有学者基于多段同频正弦信号频率算法以间断采样的方式来对FMCW
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雷达差拍回波信号进行收集，并通过多段差拍信号频谱的叠加来计算出适合的频谱，实现对FMCW雷达距离的测量。另外，还有学者利用回波信号离散倒数提出了回波信号精确梯度搜索算法，在多方对比分析之后充分显示出这种算法的应用优越性。
3.2.2目标定位和监测领域的应用
随着社会经济和科技的快速发展，FMCW雷达测量被人们广泛的应用在目标定位和监测领域。有学者在FMCW雷达测量的基础上提出了FMCW雷达测量传感器。FMCW雷达测量传感器采取三维定位的方法，通过应用多基准站和参考雷达收发机，在位置校准算法之后实现对被测收发机的精准测量，并在500ｍ范围左右的跑道上开展了实验操作测量。
4结束语
综上所述，文章对常见的微波雷达类型进行了分析，其中，干涉雷达是在相位测量基础上开展的目标位移测量，精确度较高，但是应用范围受限，一般适用于单目标、近距离的测量操作中。其他几种宽带雷达具有多目标识别的能力，在目标定位、人体信号探测等方面能够发挥重要的作用。通过对多种雷达系统操作总结发现，雷达测距传感技术的应用范围是十分广泛，适用于工业、农业、科技等多个领域，拥有广阔的研究和应用发展前景。
参考文献：
[1]陈伟民，李存龙.基于微波雷达的位移/距离测量技术[J].电子测量与仪器学报，2015，29（09）：1251-1265.
[2]陈先中，柳瑾.微波雷达液位测量仪的研究[J].工业仪表与自动化装置，2005，（06）：11-15+27
论文作者:陈泽宇
论文发表刊物:《防护工程》2018年第14期
论文发表时间:2018/9/30
标签：测量论文; 信号论文; 位移论文; 目标论文; 回波论文; 距离论文; 微波论文; 《防护工程》2018年第14期论文;