2.2　LFMCW体制

FMCW体制将三角波或锯齿波等高频信号作为调制信号，对发射信号进行调频，形成调频连续波。对于静止目标，其将回波信号和发射信号混频并得到差频信号，处理后得到目标的距离信息；对于运动目标，其根据同时存在的多普勒频移得到目标的速度信息。

在FMCW体制下，雷达的发射波是等幅波，频率随时间的推移而发生周期变化。在每周期内，频率与时间呈线性关系，通过检测回波信号的频率来得到目标的距离和速度。而在LFMCW体制下，载频信号的频率与时间具有线性关系。在一定区间内，载频信号的频率和调制信号的电压具有线性关系，两者随时间变化的曲线具有相似形状。下面以三角波为例，说明LFMCW体制的测速和测距原理。三角波调制电压、频率与时间的关系如图2-2所示。

图2-2　三角波调制电压、频率与时间的关系

电压表达式为

频率表达式为

静止目标和运动目标的中频频率分别如图2-3和图2-4所示。

图2-3　静止目标的中频频率

图2-4　运动目标的中频频率

由图2-3和图2-4可知，在时间为[T+td, 2T]时，fm(t)为负数，相对于正频率来说，负频率仅表示相位角绕圆周反方向变化的快慢。实际上，我们只能从仪器中读出频率的绝对值，其代表相位变换的快慢。在时间段td内，中频频率线性变化，在其余时间段内，中频频率不变。三角波调制中频频率为

由式（2-12）可得

式中，t1和t2分别表示两个时间段，fi1(t1)和fi2(t2)分别表示与时间段t1和t2对应的中频频率。

电磁波在空气中的传播速度c、周期2T、扫频带宽∆f、中心频率f0已知，只要我们求得对应时间段的中频频率fi1(t)和fi2(t)，就可得到目标的距离和速度。静止目标的速度为零，没有多普勒频移。LFMCW体制的缺点是好的线性调频度不易获得，导致距离分辨率变坏，需要与其他体制结合，以正确分辨多个运动目标。如果式（2-12）中的两个方程相同，则有

当在雷达照射区内发现多个距离不同的静止目标时，因为不存在多普勒频移，信号的每个频率对应一个距离，所以雷达可以分辨不同的目标。当前方有多个距离不同的运动目标时，中频信号的频谱中会产生一组数量为目标数量的两倍的频率，因此对于一个目标来说，无法确定与之关联的唯一频率，无法区分目标，甚至会得到不存在的虚假目标。在这种情况下，需要结合其他调制方式来正确识别目标，如幅值相同、周期不同的三角波调制及周期相同、幅值不同的三角波调制等。