[發(fā)明專利]一種FMCW雷達(dá)測(cè)距精確校正的測(cè)量裝置與補(bǔ)償校正方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910092240.8
• 申請(qǐng)日: 2009-09-07
• 公開（公告）號(hào): CN101666874A
• 公開（公告）日: 2010-03-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳先中;侯慶文
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S7/40
• 分類號(hào): G01S7/40;G01S13/08
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于FMCW雷達(dá)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種FMCW雷達(dá)測(cè) 距精確校正的測(cè)量裝置與補(bǔ)償校正方法。

背景技術(shù)

根據(jù)FMCW雷達(dá)測(cè)距原理，微波裝置發(fā)射調(diào)頻連續(xù)波，發(fā)射信號(hào)與回 波信號(hào)混頻輸出的差拍信號(hào)，在理想情況下為一正弦信號(hào)，其頻率f與被 測(cè)距離R成正比，可表示為f＝2RB/cT，即距離測(cè)量的相對(duì)誤差與頻率測(cè) 量的相對(duì)誤差相同。

信號(hào)處理的主要目的就是精確獲取此差拍信號(hào)的頻率，從而求出被測(cè)距 離。通常相位法獲取信號(hào)頻率方法：如S.A.Tretter提出了單頻信號(hào)的頻 率可以通過(guò)采樣序列的相位信息評(píng)估。

中國(guó)專利CN200610129444.0《全相位時(shí)移相位差頻譜校正法》采用了 全相位FFT頻譜分析方法，分析了兩個(gè)存在延時(shí)關(guān)系的序列頻譜，再用時(shí) 域相位差法對(duì)兩次相位譜分析的結(jié)果進(jìn)行校正。

中國(guó)專利CN200420028959.8《全相位FFT頻譜分析裝置》提出一種 防止頻譜泄漏的全相位FFT頻譜分析法。該方法具有良好的相位特性，能 夠根據(jù)主譜線的相位譜分析結(jié)果，無(wú)需校正獲得相位估計(jì)。但全相位FFT 頻譜分析法校正精度較低，無(wú)噪聲時(shí)全相位法頻率校正誤差小于10^-7Δf， 低噪聲時(shí)頻率校正誤差為10^-4～10^-5Δf。高噪聲時(shí)頻率校正誤差達(dá)到10^-4Δf。

美國(guó)專利US6040898《FMCW?Distance?Measurement?Process》通過(guò) 發(fā)射波與接收波信號(hào)之間相位差與時(shí)間的關(guān)系函數(shù)，單獨(dú)評(píng)估與原始頻率 相對(duì)應(yīng)的分?jǐn)?shù)(fraction)部分，評(píng)估與調(diào)制時(shí)間函數(shù)相應(yīng)的交互分?jǐn)?shù) (fraction)部分，最后得出與距離成比例關(guān)系的發(fā)射波與接收波之間的時(shí) 間延時(shí)量，通過(guò)該延時(shí)量得到最后的頻率值。這種方法使用了脈沖壓縮、 編碼脈沖技術(shù)，最合適的測(cè)量距離為1500米。相似的專利US7317659 《Measurement?of?air?characteristics?in?the?lower?atmosphere》，也涉及到相位 差處理的FFT算法。

美國(guó)專利US7481106《Non-invasive?method?for?detecting?and measuring?filling?material?in?vessels》使用近距離液位測(cè)量技術(shù)(CRMP)， 遠(yuǎn)距離液位測(cè)量技術(shù)(LRMP)聯(lián)合的方法評(píng)估被測(cè)液位。

美國(guó)專利US7271761B2《Distance?calculating?Method?and?System》 首先預(yù)定一個(gè)最大距離值，然后使用被測(cè)頻率與預(yù)定好的時(shí)間常量做比 值。該系統(tǒng)分為三個(gè)單元：混頻單元，掃頻單元，求值單元。混頻單元作 用是獲得差頻信號(hào)；掃頻單元作用是掃描底部和被測(cè)頻率之間的差頻信 號(hào)；求值單元是使用被測(cè)頻率與預(yù)定好的時(shí)間常量之間的比值求取最后的 距離。

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)加權(quán)補(bǔ)償校正 相位差法的高精度回波距離測(cè)量裝置，該裝置能高精度的測(cè)量信號(hào)頻率， 并獲得距離信息。

本發(fā)明提出一種使用頻譜最大值和頻譜次大值的改進(jìn)加權(quán)補(bǔ)償校正 相位差法的高精度距離測(cè)量裝置，它包括5個(gè)部分：回波信號(hào)處理模塊， 提取峰值模塊，高精度相位差補(bǔ)償模塊，頻率距離轉(zhuǎn)換模塊，顯示模塊。 回波信號(hào)處理模塊接收高頻回波信號(hào)，對(duì)如5.6GHz，10GHz，26GHz， 96GHz的高頻發(fā)射信號(hào)，經(jīng)過(guò)混頻處理，得到0KHz-200KHz的中頻信號(hào)， 并通過(guò)閾值曲線設(shè)立，去除干擾和濾除其他信號(hào)，鎖定出頻域峰值信號(hào)， 由DSP的信號(hào)處理單元，記錄所有數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元內(nèi)，由DSP 提取記錄信號(hào)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行改進(jìn)的高精度相位差補(bǔ)償計(jì)算，將頻率轉(zhuǎn)換成 距離并在頻率距離轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊上顯示。

其中核心高精度相位差補(bǔ)償模塊是利用頻譜幅值次大值的相位差，修 正普通的相位差計(jì)算結(jié)果，并對(duì)校正精度不理想的頻率段進(jìn)行了窗函數(shù)的 校準(zhǔn)。

采用的技術(shù)方案是：

(1)回波信號(hào)處理模塊接收高頻回波信號(hào)，并通過(guò)閾值曲線設(shè)立提取回 波的頻域的峰值，在DSP的信號(hào)處理單元中，設(shè)計(jì)了一種改進(jìn)的高 精度相位差補(bǔ)償模塊，將頻率轉(zhuǎn)換成距離并顯示。