1 合肥工业大学 微电子设计研究所, 合肥 230601
2 教育部IC设计网上合作研发中心, 合肥 230601
调频连续波(FMCW)雷达常用于测量多个目标的距离和速度,被广泛用于自动驾驶场景中。FMCW雷达产生的线性调频波称为啁啾(Chirp),通常由锁相环(PLL)电路产生。由于带宽有限,传统锯齿啁啾下降时间过长,降低了雷达性能。文章提出了一种基于分段电流电荷泵的快速啁啾发生器设计方案。调频阶段采用最佳电荷泵电流,即最优环路带宽,可保证啁啾的线性度。啁啾下降阶段使用更大的电流,可缩短下降时间。仿真结果表明,啁啾发生器频率输出范围为19.25~20.25 GHz,1.2 V电压下整体功耗为31.8 mW。PLL带宽为1.5 MHz时,锯齿形啁啾下降的最大调制速率为454 MHz/μs。与恒定电荷泵电流方式相比,下降时间缩短了80%。
调频连续波 锁相环 测速 带宽 FMCW PLL velocity measurement bandwidth
1 天津大学 微电子学院,天津 300072
2 天津市成像与感知微电子技术重点实验室,天津 300072
FMCW激光雷达以其高精度、抗干扰能力强、同时测距测速等特点得到了广泛研究。针对FFT固有栅栏效应引入测距、测速误差的问题,通过分析频谱幅值和相角的规律,并结合正弦函数原理提出了一种易于硬件实现的修正Rife算法,有效地降低了传统Rife算法在估计频率接近FFT量化频率点时的误差。通过仿真和FPGA验证,修正Rife算法在信噪比为−10 dB时相较于传统Rife算法平均误差降低了69.6%,均方根误差降低了50.7%,而计算量仅增加了两个乘法和加法,与N点FFT计算量相比可忽略不计。最后,通过搭建光学测试平台,模拟激光雷达中频回波信号验证了该算法的有效性。测试结果显示,该算法可在112 m范围内实现同时测距测速,测距误差不大于5 cm,测速误差不大于0.16 km/h,满足实时性要求。
FMCW激光雷达 频率估计 修正Rife算法 FPGA FMCW LiDAR frequency estimation modified Rife algorithm FPGA 红外与激光工程
2022, 51(12): 20220222
华东师范大学 微电子电路与系统研究所, 上海 200241
基于55 nm CMOS工艺, 设计了一种应用于24 GHz Doppler/ FMCW双模式雷达系统的模拟基带电路(ABB)。低通滤波器由两个改进型Tow-Thomas二阶节级联而成, 实现了增益和带宽独立调节。采用一种基于7 bit可编程电流型数模转换器(IDAC)的两步逐次逼近型直流失调消除电路(SAR DCOC), 可在Doppler模式10~600 Hz极低中频条件下, 对混频器输出和基带自身直流失调进行消除。在IDAC和两级运放中混合使用BJT管, 减小闪烁噪声, 获得良好的低频噪声性能。后仿真结果表明, 在25 V电源电压、模拟基带消耗电流49 mA下, 两种模式增益范围均为6~62 dB, 最大线性输入幅度(IP 1 dB)为10 dBm; 62 dB增益时, Doppler模式、FMCW模式下的噪声系数分别小于42 dB、27 dB。蒙特卡罗仿真结果表明, 当输入存在400 mV、200 mV直流失调时, 基带输出直流失调仅为213 mV和164 mV。
模拟基带 调频连续波 多普勒 可编程IDAC 逐次逼近型直流失调消除电路 ABB FMCW doppler current-programmable IDAC SAR DCOC
1 中国科学院空间光电精密测量技术重点实验室, 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所, 成都 610209
3 中国科学院大学, 北京 100049
4 中国民用航空飞行学院, 四川 德阳 618300
为了消除激光跳模对调频连续波激光测距的影响, 提出了一种基于重采样信号相位拼接的跳模影响消除方法。该方法利用重采样信号相位展开求导的结果来定位激光跳模发生的时间, 并对重采样信号跳模处两端的峰值进行相位拼接来去除跳模段的重采样信号。通过对相位拼接后的重采样信号进行Chirp-Z变换可以得到不受激光跳模影响的目标距离谱。系统对光程约为21.16m的延时光纤进行多次测量, 实验效果证明此方法可以消除调频激光跳模对距离测量的影响, 并实现了12μm的测距标准差。
调频连续波激光雷达 激光跳模 相位拼接 测距 FMCW lidar laser mode hopping phase splicing ranging
1 南瑞集团有限公司,江苏南京 211106
2 武汉南瑞电力工程技术装备有限公司,湖北武汉 430415
3 华中科技大学武汉光电国家研究中心,湖北武汉 430074
目前电气领域绝大部分材料为高分子复合材料,用常规的机械与物理检测方法经常无法达到对其内部缺陷检验要求,从实际考虑也不能使用破坏性实验方法进行检测,必须对其进行非接触的无损检测。广泛应用于复合材料内部结构缺陷的无损检测技术很多,包括射线检测、超声检测、红外热波成像检测、光全息照相技术等,其中前三种应用最为广泛,但是在电气材料领域也有很大限制。利用一种新的基于调频连续太赫兹波的方法,对电气材料多种缺陷进行检测,结果对一部分缺陷成功进行了无损检测。考虑到太赫兹波能量低同时还对非极性材料具有强穿透力,这种检测方法弥补了目前一些无损检测技术衰减快或能量高的不足,对于该领域具有积极的意义。
复合材料 太赫兹波 无损检测 调频连续波 compositematerial terahertzwave non-destructivetesting FMCW
红外与激光工程
2020, 49(6): 20190399
北京理工大学 机电动态控制重点实验室, 北京 100081
调频连续波(FMCW)激光引信相比于脉冲激光引信具有较强的抗干扰能力, 但仍会受到云雾的干扰。为研究FMCW激光引信系统参数对云雾回波特性的影响, 利用FMCW激光引信探测模型, 对激光引信在不同收发间距、激光波长以及相对云雾位置条件下的云雾回波特性进行仿真。仿真结果表明: FMCW激光引信的收发间距和激光波长会对云雾回波特性产生明显影响, 收发间距越大, 在可见光波段和近红外波段的激光波长越短, 云雾后向散射越弱。所得的仿真结果可为FMCW激光引信抗云雾干扰方面的优化设计提供参考。
调频连续波激光引信 云雾回波 收发间距 激光波长 FMCW laser fuze cloud and fog echo transmitting-receiving distance laser wavelength 红外与激光工程
2019, 48(4): 0406007