基于微波雷達的距離測量技術研究

田道坤 李斌

摘要：微波雷達在位移與距離測量領域占據重要地位，對提升位移、距離測量精準性、實效性具有重要作用。基于此，本文從微波雷達距離測量原理出發，以具有現階段常用的調頻連續波雷達、脈沖超寬帶雷達以及步進頻率連續波雷達的距離測量技術進行了簡要分析，以供參考。

關鍵詞：微波雷達；距離測量；測量技術

引言：

在位移與距離測量中，微波雷達傳感技術具有廣泛應用性，可有效提升位移與距離測量進準確性，實現遠程與進程距離測量，降低外界環境（雨霧、粉塵等）對距離測量的影響。目前，基于微波雷達的距離測量技術已經在建筑、軍事等民用領域得到有效應用與推廣。為進一步認知基于微波雷達的距離測量技術，促進距離測量技術的創新與優化發展，本文從距離測量原理、特點，就基于微波雷達的距離測量技術進行了如下分析。

1微波雷達傳感技術

微波雷達是雷達系統中的重要組成部分，是一種獨特的電學器具。微波作為無線電波具有較強的方向性與速度傳播性，在遇到阻礙物后可進行放射，而雷達通過接受電波反射信號，可實現對目標物距離的有效測量。隨著微波雷達傳感技術的不斷研究，微波雷達傳感技術呈現出多樣化發展趨勢，根據雷達發射信號可將其分為單頻雷達與寬帶雷達另種類型，其中單頻雷達主要以單頻微波連續波信號（continuous wave，簡稱CW）為發射信號，在高精度位移與速度測量中具有廣泛應用型；而寬帶雷達主要以IRUWB（Impulse Radio Ultra-wideband，脈沖超寬帶）、SFCW（Stepped Frequency Continuous Wave，步進頻率連續波）、LFMCW（linear Frequency Modulation Continuous Wave，線性調頻連續波）等具有一定帶寬的信號為發射信號，可實現多目標測距，并進行目標的空間定位[1]。

2基于微波雷達的距離測量技術

在基于微波雷達的距離測量中，微波雷達發射信號的不同，其測量原理、位移與距離測量系統組成結構、測量效果也不同。基于此，主要就CW雷達、IRUWB雷達、SFCW雷達的距離測量技術進行簡要分析。

2.1單頻連續波（CW）雷達距離測量技術

距離測量原理：基于單頻連續波（CW）雷達的距離測量技術主要是通過雷達向被測量目標發射單頻微波信號，通過計量目標回波信號與發射信號之間存在的相位差，達成距離測量目的。

距離測量特點：基于單頻連續波（CW）雷達的距離測量技術，其系統結構相對簡單，主要以單頻微波源為載體，進行發射信號與目標反射信號的解調，獲取相位移動信號實現距離的準確測量。其測量結構的精準性相對較高，例如，Kim-S等人（2004）基于單頻連續波（CW）雷達距離測量技術原理，采用系統結合法將中頻子系統與毫米波子系統相融合，構建了多功能毫米波傳感器，在有效改善模擬混頻器相位非線性問題的基礎上，進一步提升了系統距離測量的靜準確性。并在試驗研究中發現，位移測量的分辨率超過10m，距離測量誤差控制在了27m以內。

2.2脈沖超寬帶（IRUWB）雷達距離測量技術

距離測量原理：基于脈沖超寬帶（IRUWB）雷達的距離測量技術，主要是IRUWB雷達系統通過向被測目標發射脈沖超寬帶信號，通過計量發射信號與目標回波信號的時間差，達成距離測量目標。

距離測量特點：基于脈沖超寬帶（IRUWB）雷達的距離測量技術，其所發射的微波脈沖信號，脈沖寬度較窄。IRUWB雷達系統結構相對簡單，在距離測量過程中可依靠單個計時器進行實踐。但是在距離測量過程中，要想提升測量結果的精確度，需加強系統硬件性能，實現計時器、雷達脈沖發射裝置以及微波接收解調的強化。同時在時間差測量過程中，可依托軟件進行閾值判斷或脈沖互相關運算。通常情況下，基于脈沖超寬帶（IRUWB）雷達的距離測量技術，根據時間差進行計量可同一時間內多個目標距離測量需求的有效滿足，其測量靜準確相對較高。

2.3步進頻率連續波（SFCW）雷達距離測量技術

距離測量原理：基于步進頻率連續波（SFCW）雷達的距離測量技術，其工作原理在一定程度上與LFMCW雷達系統（系統向被測目標發射頻率可以根據時間變化的連續變化微波信號，依據信號之間混頻得到的差拍信號，實現距離測量）存在相似性，不同之處在于：SFCW雷達所發神的信號為隨實踐步進變化的正弦信號，利用信號之間的干涉相位，實現距離測量。SFCW雷達適用于高精度結構位移與變形測量，在結構監測、目標距離測量等領域具有廣泛應用型。

結論：

微波雷達傳感技術是位移與距離測量系統中的關鍵技術之一，對滿足不同領域位移與距離測量需求，提升距離測量質量與效率具有積極影響作用。隨著微波雷達測距傳感技術理論與實踐研究的不斷深入，在未來發展過程中，基于微波雷達的距離測量技術將在眾多領域中得到廣泛應用，而距離測量產品的穩定性與可靠性、精準性需進一步提升，在無源、有源探測、多目標監測、全過程動態監測等方面有待進一步研究。

參考文獻：

[1]鄭大青，胡順仁，李雙，劉偉.大型建筑的有源微波相位雷達位移測量方法[J].儀器儀表學報，2018，39（04）：44-52.

作者簡介：田道坤（1978--），男，河南省濮陽市人，民族：漢，職稱：工程師，學歷：本科，研究方向：雷達測控技術。