雷达系统-连续波雷达

介绍

连续波雷达是一种最简单的雷达系统，它的工作原理是通过不间断地发射和接收电磁波信号来检测目标的位置和运动状态。与脉冲雷达不同，它不需要进行复杂的信号处理，因此具有实现简单、设备成本低等优点。

工作原理

连续波雷达系统将一定频率的电磁波信号通过天线发射出去，这些信号会被目标反射回来，然后被接收天线接收。由于电磁波的传播速度是已知的，因此可以通过测量信号的往返时间和相位差计算出目标与雷达之间的距离和速度信息。

实现流程

以下为连续波雷达的实现流程：

1. 设置发射天线和接收天线。
2. 选择一种频率的电磁波信号，通过发射天线向外发送信号。
3. 同时打开接收天线接收信号。
4. 接收到信号后进行信号处理，包括放大、滤波、解调等操作。
5. 通过对接收到的信号进行分析，得出目标与雷达之间的距离和速度信息。

代码实现

以下为通过Python语言实现的简单连续波雷达系统：

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# 设置信号参数
f0 = 1e9   # 频率1GHz
c = 3e8    # 光速3e8 m/s
T = 1/f0   # 周期

# 设置目标距离和速度
R = 1e3   # 距离1000m
V = 50    # 速度50 m/s

# 生成信号
t = np.linspace(0, T, 1000)
s = np.sin(2*np.pi*f0*t)

# 发射信号
Tx = s

# 接收信号
Rx = s + np.sin(2*np.pi*f0*(t-2*R/c))

# 信号处理
Tx_fft = np.fft.fft(Tx)
Rx_fft = np.fft.fft(Rx)
H = Rx_fft / Tx_fft

# 计算目标距离和速度
d = np.fft.fftfreq(len(H), t[1]-t[0]) * c / 2
v = np.fft.fftshift(np.fft.fft(np.fft.fftshift(H)))
v = d * np.angle(v)

print('目标距离:', R, 'm')
print('目标速度:', V, 'm/s')
print('测量距离:', d[np.argmax(np.abs(H))], 'm')
print('测量速度:', v[np.argmax(np.abs(H))], 'm/s')

# 画出结果
plt.figure(figsize=(10, 8))
plt.plot(t*1e9, Tx, label='Transmitted Signal')
plt.plot(t*1e9, Rx, label='Received Signal')
plt.legend()
plt.xlabel('Time (ns)')
plt.ylabel('Amplitude')
plt.title('Continuous Wave Radar')
plt.show()

参考资料

1. 《雷达原理与应用》（第三版），魏凤和，电子工业出版社，2017年。
2. https://en.wikipedia.org/wiki/Continuous-wave_radar