一个失败的FMCW雷达经历

发表于 2021-12-29 15:51

本帖最后由 kanta 于 2021-12-29 18:32 编辑

说说我的经历吧，有感而发，不吐不快，在此总结工程项目的坑，总结FMCW的学习过程。
我把此次经历和大伙分享到论坛，方便后来者参考。（本人的经历相当丰富，高峰低谷都经历过，这个只是一个小小插曲）。

今年接到一个FMCW探冰雷达的项目，北方某理工大学的某极探冰雷达的探冰雷达前端，据说是一个博士项目组的论文（这个项目组没有射频的经验）。后来合同取消，项目终止。本人也有较大的损失（时间+金钱）。
先来说下过程，某大学的博士在网上找到我，说他们有个项目，某极的探冰雷达（本人未接触雷达，但是本人有多年的射频工程经验，对MCU系统和射频部分比较擅长。）据博士的说法，这个探冰项目很简单，参考美国堪萨斯大学的论文，对照论文照做就好，雷达挺容易的，买什么元件他们都支持，报销。先做出实物，能不能用，暂时不管。然后根据需求改进。本人听了后，觉得有点棘手，后来看了探冰雷达的相关论文（国内的和国外），发现原理比较简单，觉得能做（本人也有点私心，也想挑战下自己）。于是签合同，准备开工。约定预付定金50%。拟好合同，把合同寄给博士，由于我司的增值税票有点小问题，未能及时开出票，寄合同的时候未能将票一并寄出。和博士商议此事，未来将票开出后再付定金。（这为项目的失败埋了伏笔）。合同寄出后，我们开始研读各个大学的FMCW雷达论文。首先研究的是堪萨斯的论文，从雷达的原理开始，基本原理如下，发射一个锯齿波，然后接收到返回的锯齿波，两者波形进行比较，测出发射和接收波形的时间差，根据时间差即可测算出冰层的厚度（对此可能描述不准确，但基本理论是这样，我们不做算法，算法是博士做的）。

堪萨斯的实物框图也不难，搞不懂可以查查符号，就能明白。

然后我们按照此框图开始设计原理图。按照框图，首先得设计一个锁相环电路，于是参考国内论文（论文是博士支持的），查到某大学的类似论文，用到的锁相环电路是ADI的HMC-C030，这个锁相环的VCO价格4W多，定金还买不到歌个VCO，后与博士商议，博士觉得这个贵，老板不同意，而且认为电路简单了。要求我们把电路做复杂点，这个与项目之初的描述又有差异（项目开始是让简单做，如果项目太复杂我们也不会做）。然后打算自制锁相环电路。顺便说下，感觉国内的这几个论文水准也一般。（虽然我不是985、211出身，但这几篇论文在我现在看来，确实一般（仅限论文水平）。）然后我们开始找合适的VCO，VCO的波段为2-4G，在网上找了好久，没找到合适的，要么买不到。
几天后，突然有灵感，认为mouser或者digi上可能有卖，赶紧去这两个网站查询，果然找到了合适的VCO，CRYSTEK公司的VCO，1-2GHz，用无源倍频器直接倍频，就可以产生2-4GHz的频率。直接在网上购买了VCO，发现购买还需要提交各种资料，还需要经过老美的政府审查了才能出口，顺道说下，国内的厂家该加油了。买了5个，花了1500rmb，自费。
如下图所示：

然后用4159，检测VCO输出频率的线性度，4159输出一个类锯齿波，经过放大是放大电压，放大产生变化的电压来调节VCO产生频率的线性度。
我们认为这个是探冰雷达的三个核心之一，另外两个核心会在下文中讲到。根据老外的论文，线性度越好，产生的波形就越完美，用滤波算法就容易得到比较准确的冰层厚度（或者说地形信息），也可以说雷达的分比率比较高。
中途听博士说，南方某大学博士项目组也做了类似的雷达，拿到某极去使用，探测的数据拿回校内做分析，结果完全用不了。

写了好久，接着上面的故事。
接着研读老外的论文，设计PA，PA也是此雷达的重点之一，PA也需要很好的线性度和隔离度，线性度用自动增益控制系统还能解决，但是隔离度就不好决定，查询市面上普通的低噪LNA，隔离度较高的是20个db左右，而老外用的PA是ARS2036，查询了下ARS2036的datasheet，发现这个PA的隔离度是45db，但是这个PA的频率较低，不能用，但是，用搜索引擎查了下这个PA的用途，发现是用在大黄蜂上的，当时就有点心凉凉的感觉，这种产品不是我们这种公司能碰的。又去生产这个PA的公司找了一个合适的符合2-4GHz频率的PA，隔离度55db，问下价格，4000多美刀一个，到国内价格4W多，一看，用不起。只得去常用的几家生产PA,LNA的厂家去找PA。比较了很久，ADI的HMC609觉得勉强够用，但是如果用在高精度探冰雷达，参考老外的大学论文使用的型号，我们认为这个型号肯定是不行的，没办法，硬着头皮也要上。先用了再说。

然后用了2级放大，将PA的输出控制在20dbm左右。
主要思路就是利用功分器，把PA放大的信号用功分器分离，然后用一款IC检测功分器输出的功率，根据输出的功率，调节PA的电压，进而调整PA的输出功率，形成一个自动增益系统，自动增益系统控制PA输出功率的线性度，设想是将PA在2-4G的输出功率控制在20dbm（+/- 1dbm）。
用来检测输出功率的IC。

最终将PA输出到天线的功率用功分器分离，一部分直接到LNA部分，一部分直接到天线。
我们直接将功分器的比例设置为1:1(主要原因是觉得输出功率不大，没什么影响，如果有朋友知道这个比例设置为多大合适，麻烦告知一声，在此谢过，我们看老外设置的好像是6:1)。
讲到接收部分，接收部分老外也是使用的ARS2036，我们思考了很久，结合老外的论文，参考他们的波形，得出来的结论是LNA的隔离度也非常重要。
自此得出来的结论是：VCO的线性度，PA的线性度，PA和LNA的隔离度，这三个核心是决定探冰雷达项目的成败。南方某大学的雷达失败我怀疑就是隔离度不够。

买不到合适的低噪放大器，我们原理图设计也只能选用HMC609，我们购买了4个HMC609，600多RMB一个。
PA和LNA都选用HMC609的原因是这个IC是低噪放大。由于PA输出功率不搞，也可以选用低噪作为PA。

接收部分和发射部分通过混频器，滤波器，输出一个锯齿波混合波形，通过ADC采样，利用算法，把波形提取出来。

最终计算出冰层的厚度。

看到别人做的探冰雷达，电源采用的是村田的低噪隔离电源。
我们直接选用了TI的低噪电源，

测试电源是没有问题。

等我们将图全部搞完，然后电路图，PCB图，仿真图发给博士，准备测试第二版的时候，（改过版，第一版根本就不能运行），博士说几天内老板和一个教授要对这个进行审核，审核了几天，博士没反应，心想可能会有问题，又过了几天打电话给博士，博士不接。用q给博士发了信息，博士说项目取消，延毕。心里一惊，这是博士毕业论文的项目吗？他以前说的是硕士的论文用的。如果是硕士论文用，我觉得绰绰有余，如果是博士论文用的，不知深浅，博士论文我肯定不会碰。

至此，项目取消，一分钱都没拿到，白白耗费了时间精力和金钱。
希望博士能换个课题或者重先搞个雷达顺利毕业。

总结下这次项目的失败经历：
1、对于不是熟悉的东西不要碰，和找妹子一样，家庭环境复杂的妹子不要碰。
2、一定要收到定金后再开始项目，不管什么原因。

学到的东西：
1、深入学习了FMCW雷达的设计和制作（尽管没做完）。
2、接项目要慎重。

今天就写到这里，有点像记流水帐

，哪天有空我在修改补充。

发表于 2021-12-29 18:32

自己顶一下。

发表于 2021-12-29 19:21

哎，又一个不收预付款就干活的二傻子……
我也曾经当过这样的二傻子，后来预付款不到的话，无论对方说得天花乱坠千钧一发，我都无动于衷。然后钱包就慢慢鼓起来了……想想也是，肯花钱的项目，肯定是真实项目，既然是真实的项目，完工后就会有后续真实项目。以前埋头做无用功的时候，或许已经错过来不少能挣钱的真实项目。

发表于 2021-12-29 19:28

Diyer123 发表于 2021-12-29 19:21
哎，又一个不收预付款就干活的二傻子……
我也曾经当过这样的二傻子，后来预付款不到的话，无论对方说得天 ...

你说的太对了。

发表于 2021-12-29 21:21

大学的博士穷鬼，他不取消你也拿不到钱。

发表于 2021-12-30 09:41

酸甜苦辣，煎铐烹炸，均是财富，惟有用心者方能驾驭。

发表于 2021-12-30 12:20

这种项目，在花钱买4万块的模块被否决的时候，你就得及时止损。三个月的项目好是一年的收入才合适。

发表于 2021-12-30 13:53

agui099 发表于 2021-12-30 12:20
这种项目，在花钱买4万块的模块被否决的时候，你就得及时止损。三个月的项目好是一年的收入才合适。 ...

懂了，三个月的项目要一年的收入。多谢。

发表于 2021-12-30 15:17

有点意思，你们都都签合同了，一分钱都没拿回来，有挺奇怪的？

发表于 2022-2-27 10:25

如果测到冰层距离还好，测厚度就需要合适的频率，处理2次反射吧

发表于 2022-3-31 09:50

安普盛科技，24Ghz雷达传感器，已有成功应用案例，欢迎咨询：vx:honmax2022

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