基于微波雷达的距离测量技术研究

田道坤 李斌

摘要：微波雷达在位移与距离测量领域占据重要地位，对提升位移、距离测量精准性、实效性具有重要作用。基于此，本文从微波雷达距离测量原理出发，以具有现阶段常用的调频连续波雷达、脉冲超宽带雷达以及步进频率连续波雷达的距离测量技术进行了简要分析，以供参考。

关键词：微波雷达；距离测量；测量技术

引言：

在位移与距离测量中，微波雷达传感技术具有广泛应用性，可有效提升位移与距离测量进准确性，实现远程与进程距离测量，降低外界环境（雨雾、粉尘等）对距离测量的影响。目前，基于微波雷达的距离测量技术已经在建筑、军事等民用领域得到有效应用与推广。为进一步认知基于微波雷达的距离测量技术，促进距离测量技术的创新与优化发展，本文从距离测量原理、特点，就基于微波雷达的距离测量技术进行了如下分析。

1微波雷达传感技术

微波雷达是雷达系统中的重要组成部分，是一种独特的电学器具。微波作为无线电波具有较强的方向性与速度传播性，在遇到阻碍物后可进行放射，而雷达通过接受电波反射信号，可实现对目标物距离的有效测量。随着微波雷达传感技术的不断研究，微波雷达传感技术呈现出多样化发展趋势，根据雷达发射信号可将其分为单频雷达与宽带雷达另种类型，其中单频雷达主要以单频微波连续波信号（continuous wave，简称CW）为发射信号，在高精度位移与速度测量中具有广泛应用型；而宽带雷达主要以IRUWB（Impulse Radio Ultra-wideband，脉冲超宽带）、SFCW（Stepped Frequency Continuous Wave，步进频率连续波）、LFMCW（linear Frequency Modulation Continuous Wave，线性调频连续波）等具有一定带宽的信号为发射信号，可实现多目标测距，并进行目标的空间定位[1]。

2基于微波雷达的距离测量技术

在基于微波雷达的距离测量中，微波雷达发射信号的不同，其测量原理、位移与距离测量系统组成结构、测量效果也不同。基于此，主要就CW雷达、IRUWB雷达、SFCW雷达的距离测量技术进行简要分析。

2.1单频连续波（CW）雷达距离测量技术

距离测量原理：基于单频连续波（CW）雷达的距离测量技术主要是通过雷达向被测量目标发射单频微波信号，通过计量目标回波信号与发射信号之间存在的相位差，达成距离测量目的。

距离测量特点：基于单频连续波（CW）雷达的距离测量技术，其系统结构相对简单，主要以单频微波源为载体，进行发射信号与目标反射信号的解调，获取相位移动信号实现距离的准确测量。其测量结构的精准性相对较高，例如，Kim-S等人（2004）基于单频连续波（CW）雷达距离测量技术原理，采用系统结合法将中频子系统与毫米波子系统相融合，构建了多功能毫米波传感器，在有效改善模拟混频器相位非线性问题的基础上，进一步提升了系统距离测量的静准确性。并在试验研究中发现，位移测量的分辨率超过10m，距离测量误差控制在了27m以内。

2.2脉冲超宽带（IRUWB）雷达距离测量技术

距离测量原理：基于脉冲超宽带（IRUWB）雷達的距离测量技术，主要是IRUWB雷达系统通过向被测目标发射脉冲超宽带信号，通过计量发射信号与目标回波信号的时间差，达成距离测量目标。

距离测量特点：基于脉冲超宽带（IRUWB）雷达的距离测量技术，其所发射的微波脉冲信号，脉冲宽度较窄。IRUWB雷达系统结构相对简单，在距离测量过程中可依靠单个计时器进行实践。但是在距离测量过程中，要想提升测量结果的精确度，需加强系统硬件性能，实现计时器、雷达脉冲发射装置以及微波接收解调的强化。同时在时间差测量过程中，可依托软件进行阈值判断或脉冲互相关运算。通常情况下，基于脉冲超宽带（IRUWB）雷达的距离测量技术，根据时间差进行计量可同一时间内多个目标距离测量需求的有效满足，其测量静准确相对较高。

2.3步进频率连续波（SFCW）雷达距离测量技术

距离测量原理：基于步进频率连续波（SFCW）雷达的距离测量技术，其工作原理在一定程度上与LFMCW雷达系统（系统向被测目标发射频率可以根据时间变化的连续变化微波信号，依据信号之间混频得到的差拍信号，实现距离测量）存在相似性，不同之处在于：SFCW雷达所发神的信号为随实践步进变化的正弦信号，利用信号之间的干涉相位，实现距离测量。SFCW雷达适用于高精度结构位移与变形测量，在结构监测、目标距离测量等领域具有广泛应用型。

结论：

微波雷达传感技术是位移与距离测量系统中的关键技术之一，对满足不同领域位移与距离测量需求，提升距离测量质量与效率具有积极影响作用。随着微波雷达测距传感技术理论与实践研究的不断深入，在未来发展过程中，基于微波雷达的距离测量技术将在众多领域中得到广泛应用，而距离测量产品的稳定性与可靠性、精准性需进一步提升，在无源、有源探测、多目标监测、全过程动态监测等方面有待进一步研究。

参考文献：

[1]郑大青，胡顺仁，李双，刘伟.大型建筑的有源微波相位雷达位移测量方法[J].仪器仪表学报，2018，39（04）：44-52.

作者简介：田道坤（1978--），男，河南省濮阳市人，民族：汉，职称：工程师，学历：本科，研究方向：雷达测控技术。