VCO曲线自适应预矫正方法

摘要：在调频连续波（FMCW）测距雷达的研制过程中，VCO曲线的非线性给雷达测距精度带来了巨大的影响。本文首先介绍了FMCW测距原理，VCO曲线非线性原理。然后提出了一种VCO自适应预矫正方案，在K波段FMCW测距雷达平台系统上进行了实测验证。验证结果表明，本文提出的VCO曲线自适应预矫正方法具有良好的效果。

关键词：压控振荡器；自适应预矫正；调频连续波

中图分类号：TN958.6 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）11-0071-02

FMCW雷达的距离分辨率正比于VCO调频线性度[1]。VCO内部的变容二极管等存在的一些特性以及外部环境的影响，导致其线性度很难满足测距要求[2]，因此必须对其进行线性度校正。目前国内外对于VCO的非线性矫正已经做了很多研究，近年来更是提出了频偏函数重构和思维进化校正等新型校正技术[3-4]。但是这些技术存在校正精度低和调试困难等缺点[5]。因此，本文提出了VCO曲线自适应预矫正方案，并给出了仿真与实测结果。

1 FMCW测距原理

FMCW测距雷达是把回波信号的差频部分经放大滤波等处理，提取出目标的距离和速度信息。

下面以三角波作为调频波为例来分析FMCW测距原理。

2 VCO非线性和调频线性度问题

对于理想的VCO，其控制电压和输出频率应该呈线性关系，如图2（a）所示。而实际上，由于变容二极管固有的非线性，使得VCO本身的调频线性度不可能做得很高。同时环境温度也会极大的降低VCO的线性度。图2（b）表示一种典型的实际工作的VCO调频曲线。

调频线性度是用来反映VCO的实际输出频率曲线偏离理想线性调频曲线的程度。

3 VCO自适应预矫正原理

由此，我们提出VCO预矫正方案：在雷达系统运行之前，我们通过自适应寻找各种可能的VCO曲线，根据其所对应的评价函数来找出能使得频谱宽度最窄的VCO矫正曲线。

4 试验结果与分析

通过对某款K波段FMCW雷达前端VCO的电压-频率曲线的测量，得到如图3所示的结果。频谱仪测出的该款雷达实际VCO特性曲线，如图3（a）所示。经过自适应预矫正的VCO实际输出特性曲线如图3（b）所示。我们可以认为经过自适应预矫正的VCO曲线基本可以使得雷达前端VCO的实际频率输出呈线性变化。

以某款测距雷达作为平台，对VCO矫正前和矫正后的雷达分别进行测量试验，将得到的频谱进行对比。由图看出，矫正前VCO的非线性导致测量固定目标（角反射器）时得到的差频频谱展宽，产生较大旁瓣干扰。通过对VCO自适应预矫正之后，得到测量固定目标时得到的差频频谱如图所示，可以看出此时频谱主瓣较窄，并且旁瓣比主瓣降低超过30dB。

5 结语

本文主要研究了在FMCW雷达中存在的VCO非线性问题，从FMCW测距雷达的原理、VCO非线性原理出发，提出了VCO自适应预矫正方案。最后，根据系统实测，得出经过矫正的VCO曲线基本能使得雷达前端VCO的频率输出呈线性，对VCO非线性起到矫正作用，并且在雷达整机系统测试中，经过矫正的雷达前端的频谱比未经过矫正的频谱得到了极大的改善。

参考文献

[1]沈涛，孙忠良.毫米波VCO电调特性的线性校正方案研究[J].现代雷达，1997，19（1）：91-100.

[2]冷建伟，齐晓辉.VCO电调特性的线性校正技术综述[J].微电子学，2012，03：440-444.

[3]肖玮，涂亚庆，李先利.VCO扫频非线性校正技术综述[J].电测与仪表，2009，12：33-38.

[4]阎高伟，谢刚，谢克明.采用IMEA算法优化LFMCW雷达的调频特性[J].计算机工程与应用，2008，07：223-226.

[5]王旭刚，夏伟杰.一种FMCW雷达中的VCO非线性矫正方法[J].重庆科技学院学报（自然科学版），2013，01：182-183+191.

[6]Jing Y，He G， Xu D.A new realizable technique to improve the VCO linearity.2003，28（1）：396-399.

[7]汪学刚，向敬成，冯建雄，袁湘辉.用迭代方法精确实现FMCW信号的线性调频[J].系统工程与电子技术，1997，07：23-26.