[發明專利]基于頻譜細化的雷達測距方法

有效

• 申請號: 201510031621.0
• 申請日: 2015-01-22
• 公開（公告）號: CN104569961B
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 陳秀偉;劉小軍;張文鑫;柳青;張鋒;趙博;唐傳軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: G01S13/08
• 分類號: G01S13/08
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 曹玲柱

技術領域

本發明涉及雷達領域，尤其涉及一種基于頻譜細化的雷達測距方法。

背景技術

雷達測距技術現已應用于軍事和民用領域的各個方面。隨著電子科學技術的飛速進步，特別是微波集成電路以及數字信號處理技術的發展更是為精密測距雷達的快速發展提供了有力的技術保障。

線性調頻連續波(Linear Frequency Modulation Continuous Wave，簡稱LFMCW)雷達具有許多其他雷達不具備的優點：無距離盲區、距離分辨力高、輻射功率小，線性調頻連續波雷達正因為具備上述優點，所以通常被裝備成為工業物位現場測試儀表，用來測量罐體、倉庫等區域中的物料高度，從而獲取相關的工業測量參數。隨著我國工業發展水平的提高，對工業自動化控制和管理水平的要求越來越高，在工業自動化控制和管理中，物料的料位是一個很重要的參數，準確地測量物料的料位，是計算物料儲量和運行管理的主要依據。

線性調頻連續波雷達物位計通過測量回波信號的頻率間接獲取料位距離信息，所以精確計算出雷達回波信號的頻率，就能精確測出距離信息。由于物位測距要求的精度較高，但是離散傅里葉變換具有柵欄效應，選取的峰值點只在測量距離為測量精度整數倍時才是準確的，其他距離時都會出現固有的系統誤差。

為了減小柵欄效應帶來的誤差，研究人員提出頻譜細化方法：ZFFT、CZT或者通過補零來細化頻譜，從而找到頻譜最大值所對應的精確頻率值。然而，這些頻譜細化技術需要進行自適應性預處理和抗噪聲處理才能滿足LFMCW雷達測距精度的要求。

發明內容

(一)要解決的技術問題

鑒于上述技術問題，本發明提供了一種基于頻譜細化的雷達測距方法，以對雷達目標距離的變化具有自適應性，同時滿足了LFMCW雷達系統的實時性要求。

(二)技術方案

本發明基于頻譜細化的雷達測距方法包括：步驟A：接收目標的雷達回波中頻信號x(n)，并將其分為兩路；步驟B：對兩路雷達中頻回波信號分別進行加窗處理，得到加窗處理后的信號數據f₁(n)和f₂(n)；步驟C：對信號數據f₂(n)進行FFT處理得到回波數據F(k)，進而得到該回波數據F(k)的頻率估計值F(N_max)；步驟D：基于頻率估計值F(N_max)確定頻譜細化的初始化參數，其中，該初始化參數包括頻譜細化的起始頻點值、結束頻點值和頻譜細化倍數；步驟E：基于頻譜細化的初始化參數，對信號數據f₁(n)進行頻譜細化處理，得到頻譜細化后的序列X(z_k)；步驟F：尋找序列X(z_k)中的最大值對應的序號i，由該序號i得到雷達中頻回波信號的頻率估計值f_IF；以及步驟G：由雷達中頻回波信號x(n)的頻率估計值f_IF，計算目標的精確距離r。

(三)有益效果

從上述技術方案可以看出，本發明基于頻譜細化的雷達測距方法具有以下有益效果：

(1)本發明雷達測距方法具有自適應性的特點，能夠根據LFMCW雷達回波信號的特性調整頻譜細化的初始化參數；

(2)本發明雷達測距方法具有很好的抗噪聲性能，通過實驗證明LFMCW雷達能夠滿足實際場合的應用條件；

(3)基于FPGA的測距方法具有實時性的特點，通過在FPGA中采用并行結構實現測距方法，提高了方法的運算時間，滿足了LFMCW雷達現場測距實時性的要求。

附圖說明

圖1為根據本發明實施例LFMCW雷達測距系統的結構示意圖；

圖2為根據本發明實施例基于頻譜細化的雷達測距方法的流程圖；

圖3為采用基于FPGA實現CZT方法的結構示意圖。

【主要元件符號說明】

1-收發喇叭天線； 2-射頻信號源單元；

3-模數轉換器； 4-參考信號源產生單元；

5-顯示單元； 6-FPGA單元；

7-系統時鐘； 8-電源管理單元；

具體實施方式