[發明專利]一種FMCW雷達靜態雜波干擾消除的信號處理方法

有效

• 申請號: 201710720502.5
• 申請日: 2017-08-21
• 公開（公告）號: CN107607924B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 彭志科;熊玉勇
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

本發明提供了一種FMCW雷達靜態雜波干擾消除的信號處理方法，包括以下步驟：步驟1，估計每個掃頻周期時間內的基帶復差拍信號的幅值；步驟2，由估計的幅值時間序列和已知的初始相位時間序列，得到復數平面上的離散點(R[i],I[i])序列；步驟3，在復數平面對離散點(R[i],I[i])序列進行圓心估計擬合；步驟4，對圓心偏移進行修正補償，得到校正后的R_u[i]和I_u[i]；步驟5，取復數離散點(R_u[i],I_u[i])序列的相位角，得到對應的相位時間序列。本發明基于信號后處理對估計的相位時間序列進行校正補償，能夠有效消除靜態雜波對目標物體振動監測的干擾，提高了振動位移幅值的提取精度。

技術領域

本發明涉及雷達監測技術領域，尤其涉及一種FMCW雷達靜態雜波干擾消除的信號處理方法。

背景技術

一般地，雷達通過發射一定形式的電磁波，并接收由目標物體散射的電磁回波信號，經過混頻、濾波得到基帶信號。通過分析基帶信號的頻率與相位信息可提取監測目標的距離、速度等信息。典型的，線性調頻連續波(Linear Frequency Modulation ContinuousWave,簡稱LFMCW)雷達通過發射線性調頻的連續波，得到中頻基帶差拍信號。通過估計差拍信號的頻率得到對應的距離信息，然而受雷達發射帶寬的限制，距離分辨力有限，無法基于此提取如振動運動等引起的微小距離變化。近些年，基于相位信息的雷達干涉測量技術成功應用在橋梁振動測量、生命體征監測等領域，通過估計差拍信號的初始相位隨時間的演變序列提取振動位移時域信息。

基于FMCW雷達的振動監測，在雷達輻射空間內的所有目標均會散射雷達回波，雖然FMCW雷達具有距離探測能力，但是無法區分同一距離單元的不同物體。當所監測振動目標附近存在靜止物體或者靜態的散射點時，基帶差拍信號包含由多點散射作用的各個子分量信號，此時基于相位估計提取的振動位移時間序列，其幅值往往會比真實值偏小，且靜態雜波干擾越大，偏差值越大。由于很難從基帶差拍信號中分離不同散射點引起的信號分量，目前往往從硬件的角度去消除靜態雜波的干擾，如在目標物體上安置強反射點或者附加頻移、倍頻器件等，但增加了系統硬件復雜度，限制了該技術的應用。

發明內容

針對現有技術的局限性，本發明的目的是提供一種FMCW(即調頻連續波，Frequency Modulation Continuous Wave)雷達靜態雜波干擾消除的信號處理方法，從信號處理的角度消除靜態雜波的干擾，獲得準確的相位時間序列估計結果，實現利用雷達干涉測量技術提取高精度的振動位移時域信息。

本發明的技術方案是根據以下方案實現的：

一種FMCW雷達靜態雜波干擾消除的信號處理方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，估計每個掃頻周期時間內的基帶復差拍信號的幅值

步驟2，由估計的幅值時間序列和已知的初始相位時間序列，得到復數平面上的離散點(R[i],I[i])序列；

步驟3，在復數平面對離散點(R[i],I[i])序列進行圓心估計擬合；

步驟4，對圓心偏移進行修正補償，得到校正后的R_u[i]和I_u[i]；

步驟5，取復數離散點(R_u[i],I_u[i])序列的相位角，得到對應的相位時間序列。

上述技術方案中，步驟1所述的每個掃頻周期時間內復差拍信號幅值的估計方法為近似的極大似然估計算法，計算公式如下：