毫米波雷达学习和教学利器

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2022-09-15 10:26:59 1

毫米波雷达因其波长很小，具有较高的距离分辨率和测距精度，便于通过MIMO天线阵列增加系统虚拟孔径、相干性较强，多径效应对其影响较小等显著优势，在辅助驾驶、智能避障系统、手势识别、生命特征识别以及工业测量等方面获得广泛应用，近几年关注度颇高，是当前工程领域研究和开发的热点。

雷海科技近期发布面向毫米波雷达教学套件，该教学套件融合了雷达科技在硬件、嵌入式系统、应用软件和算法方面的最新成果，采用60GHz真实毫米波雷达，以用户参与感较强的体征检测等案例开展实验，提高学生兴趣，强化专业基础，设计了操作、在线编程、离线编程等实验科目，室内工作，能够为用户提供基于真实雷达回波的原理验证环境，获得直观感性认识，为学生掌握毫米波雷达的开发应用提供了有力手段。

完整的毫米波雷达教学套件包括：

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关键特性

1、支持验证实验和编程实验；

2、实验科目C++、matlab代码开源，提供QT环境示例框架；

3、支持同雷海LHRBox1综合雷达实验箱无缝铰链，完成结果显示、配置、通信、编程等，图形化的GUI界面使得用户对实验过程结果更直观；

4、采用TI IWR6843芯片，中心频率62GHz，支持TI官方代码示例加载；

5、采用3发4收微带天线，配置万向支架，方便室内目标探测；

6、毫米波雷达实验盒尺寸小巧，便于携带，随时随地均可进行实验操作；

7、采用亚克力透明外壳，便于用户观察内部结构和配置；

8、完善的教学课件，减轻教师负担；

9、支持雷达中频回波数据文件导出，文件格式开放，方便离线分析；

10、支持拓展实验设计。

整个教学套件的核心为LHmmWBox1型毫米波雷达实验盒，如图1所示。毫米波雷达实验盒采用 TI IWR6843毫米波传感器，该器件采用TI的低功耗 45nm RFCMOS 工艺进行构建，并且在极小的封装中实现了前所未有的集成度，采用FMCW体制，内部集成Cortex-R4F ARM处理器及C674x DSP处理器，集成式 PLL、发射器、接收器、基带和AD。

图1 毫米波雷达实验盒

其主要参数有：

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其主要接口见图2所示。采用全透明亚克力外壳，集成发射和接收天线，其中发射天线2和其他发射天线错开放置，可用于测高，考虑到散热，在IWR6843上放置了散热片。实验盒还内置一片单片机，可通过调试接口连接。切换开关用于切换烧写固件模式或者数据输出模式。

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图2 毫米波雷达实验盒主要接口

毫米波雷达实验盒典型工作示意见图3。毫米波雷达实验盒通过USB同通用计算机或者综合雷达实验箱连接，USB端口虚拟两个串口，供配置、加载固件和数据导出，操作系统支持windows及linux，提供通用计算机和综合雷达实验箱应用软件，毫米波雷达实验盒采用外部直流供电。

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图3 毫米波雷达实验盒工作示意

按照雷海雷达综合实验系统实验指导书的框架安排，包括三类实验类型，分别为：

1、交互性实验：侧重于验证性，不需要学生动手编程，学生根据实验要求、方法、步骤，在教师的指导下进行操作，通过现象衍变观察，数据记录、计算、分析等，撰写出实验报告的实验过程，如呼吸心跳监测、人员统计、区域扫描等，图4为呼吸心跳显控GUI界面；

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图4 呼吸心跳显控GUI界面

2、专项实验：针对特定的技术点，如测距、测角、测速，需要学生动手编程，可以选择matlab或者C++实现方式，加深学生对所学知识的理解，掌握实验方法与技能为目的，验证课堂所讲某一原理、理论或结论的实验过程，图5为相关运行在实验箱或者PC机的显示界面。

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图5 测距、测角、测速显示界面

3、设计性实验：支持用户自行设计实验方案并加以实现的实验。实验着重培养学生独立解决实际问题的能力、创新能力以及组织管理能力，可通过教师拟定实验题目和要求，学生自行设计方案加以实现。

除毫米波雷达外，雷海科技还有面向相参、非相参雷达的半实物仿真雷达教学套件，并且同毫米波雷达教学套件可无缝铰链，提供更加全面、多样化的雷达教学综合解决方案。

相关产品

LHRBox1综合雷达实验箱

该实验箱针对教学、科研、训练等场景，设计了不同模式、科目类型的实验科目，能够为用户提供基于真实雷达回波及模拟回波的半实物仿真环境，通过听、看、用、做等多种手段，获得直观感性认识，进而深入理解相关知识点，同时，集成了ARM处理器、ADC/DAC和FPGA。支持无缝铰链数据模拟器，可由相参雷达、杂波、干扰、噪声、运动平台、海空目标等信号级数据驱动，无论是偏向操作使用的训练，还是偏向雷达系统知识点掌握的教学和面向核心技术算法的突破，都提供了一个理想化的仿真验证平台。

图6 LHRBox1综合雷达实验箱

1、采用四核ARMCortex-A9处理器+嵌入式linux操作环境；

2、集成Xilinx高性能FPGA和AD/DA模块,便于开展硬件模块实验；

3、提供数百G真实环境采集的多种剧情雷达原始视频数据；

4、可基于记录数据完成恒虚警、增益控制、等信号处理功能；

5、具备目标跟踪和录取功能；

6、独立显示屏，源于实装的专业雷达综合显控；

7、提供真实雷达视频接入显示；

8、支持外部传感器（如GPS/北斗等）引接；

9、内置雷达专用键盘以及通用键盘；

10、支持二次开发；

11、独立开展相参、非相参雷达数十个实验科目，涵盖等不同场景；

12、提供全套文档资料和C++源代码/matlab源代码参考；

13、可根据用户规模灵活部署不同数量的雷达综合实验箱。

“发鸠”通用雷达数据模拟器

雷海科技拥有代号“发鸠”的通用雷达数据模拟器——LHRSim2，模拟器通过分析各种类型噪声、目标、杂波、干扰信号的回波特征，构建相应的数学模型，较逼真的仿真出真实雷达视频信号，可设计出复杂、多样的雷达环境，可用于教学，也可用于信号处理、数据处理等领域进行功能和性能验证，所模拟的一次、二次数据均可通过网络包形式对外输出。软件兼容实装视频上对所需剧情的叠加，能使用户在最“真实”的环境中进行训练和操作，软件界面见图7。

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图7 叠加了真实回波、干扰、噪声、目标的模拟器

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