[發(fā)明專利]機(jī)場場面異物檢測雷達(dá)的高精度測距方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810054228.7
• 申請日: 2018-01-19
• 公開（公告）號: CN108445477B
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周楊鵬;吳義華;羅旭;林洪鋼;姚宗誠
• 申請（專利權(quán)）人: 成都賽英科技有限公司
• 主分類號: G01S13/34
• 分類號: G01S13/34
• 代理公司: 成都虹橋?qū)＠聞?wù)所(普通合伙) 51124
• 代理人: 李凌峰

本發(fā)明涉及雷達(dá)技術(shù)。本發(fā)明解決了現(xiàn)有應(yīng)用于FOD的LFMCW雷達(dá)測量目標(biāo)距離精度不高或精度高則運(yùn)算量較大的問題，提供了一種機(jī)場場面異物檢測雷達(dá)的高精度測距方法，其技術(shù)方案可概括為：可應(yīng)用于現(xiàn)有LFMCW雷達(dá)中，首先根據(jù)頻率控制電壓產(chǎn)生模塊同時產(chǎn)生兩個調(diào)制周期的頻率控制鋸齒波電壓信號，其調(diào)制周期分別記為T_m1及T_m2，其產(chǎn)生周期與T_m1相同；再根據(jù)兩個調(diào)制周期的頻率控制鋸齒波電壓信號發(fā)射信號，經(jīng)過接收差拍模塊處理后再經(jīng)過傅里葉變換后得到頻譜分析結(jié)果；最后根據(jù)頻譜分析結(jié)果計(jì)算調(diào)整T_m2，直至得到精確的測量結(jié)果。本發(fā)明的有益效果是：對系統(tǒng)處理資源要求也不高，適用于LFMCW雷達(dá)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及雷達(dá)技術(shù)，特別涉及道面異物(FOD)雷達(dá)的測距技術(shù)。

背景技術(shù)

雷達(dá)按發(fā)射信號的形式可以分為脈沖雷達(dá)和連續(xù)波雷達(dá)，他們的測距基本原理都是通過測量回波信號相對發(fā)射信號的延時來計(jì)算所測距離。脈沖雷達(dá)的距離分辨率取決于脈沖寬度，脈沖寬度越窄，其距離分辨率越高，因此一般脈沖雷達(dá)的寬度很窄，同時為了探測較遠(yuǎn)處的目標(biāo)，脈沖雷達(dá)必須達(dá)到一定的平均功率，這就要求脈沖雷達(dá)有很大的峰值功率，這對安全性有嚴(yán)格要求的機(jī)場等使用環(huán)境而言是不利的。線性調(diào)頻連續(xù)波(LinearFrequency Modulation Continouse Wave，LFMCW)雷達(dá)是在連續(xù)波雷達(dá)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它的特點(diǎn)是既具有連續(xù)波雷達(dá)小功率的特點(diǎn)，又具有脈沖雷達(dá)測量目標(biāo)距離的能力，同時與脈沖雷達(dá)相比有很多優(yōu)點(diǎn)，因此在機(jī)場FOD雷達(dá)中適于采用LFMCW雷達(dá)。

對于LFMCW的FOD雷達(dá)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一般如圖1所示，包括發(fā)射天線、接收天線、壓控振蕩器、接收差拍模塊、數(shù)字信號處理模塊及頻率控制電壓產(chǎn)生模塊，所述發(fā)射天線與壓控振蕩器連接，壓控振蕩器分別與頻率控制電壓產(chǎn)生模塊及接收差拍模塊連接，數(shù)字信號處理模塊分別與接收差拍模塊及頻率控制電壓產(chǎn)生模塊連接，接收差拍模塊與接收天線連接，其發(fā)射信號頻率變化規(guī)律如圖5所示，發(fā)射信號與接收信號差拍后得到的差拍信號頻率為f_b，則有：

f_b＝Kt_r

其中，t_r是目標(biāo)所對應(yīng)的時延，K＝f_m/T是調(diào)頻斜率，f_m是指最大頻偏；若測出f_b，則可通過下式求解出目標(biāo)距離R：

其中，C為光速。

因此，在FOD雷達(dá)中，通常采用頻域測頻的方法來測量目標(biāo)距離。

從頻域角度來講，主要是應(yīng)用頻譜分析的方法獲得目標(biāo)的距離信息。這主要是由于隨著數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展，差拍信號可以通過傅里葉變換(FFT)獲得其頻譜信息，而幅度最大值對應(yīng)的頻率就是差拍信號頻率。

利用FFT變換對信號進(jìn)行頻譜分析時，分析精度主要受制于混疊效應(yīng)、量化誤差、泄漏效應(yīng)及柵欄效應(yīng)。混疊效應(yīng)和量化誤差是模擬信號數(shù)字化過程中引起的；泄漏效應(yīng)和柵欄效應(yīng)是離散傅里葉變換所固有的。由于傅里葉變換的柵欄效應(yīng)，直接采用傅里葉變換所獲得的距離譜具有固定的采樣間隔Δf，從而產(chǎn)生ΔR/2的測距誤差，這使得測距雷達(dá)在近距離下測量的相對誤差較大，分析表明，增加傅里葉變換的譜線數(shù)量提高頻譜分辨率可以削弱泄漏效應(yīng)和柵欄效應(yīng)，但是由于增加了采樣長度，將增加所耗時間，可在采樣序列之后補(bǔ)零，這種方法是在原頻譜的主瓣內(nèi)增加了若干條譜線，減小離散頻譜的間隔，提高頻率測量精度，從而提高LFMCW雷達(dá)的距離測量精度，但這種方法對頻率精度的提高存在一定的局限性，其測量精度增加一倍，傅里葉變換的點(diǎn)數(shù)(點(diǎn)數(shù)即是指頻域的采樣點(diǎn)的數(shù)量)相應(yīng)也增加一倍，因此，若要精度大幅度提高，運(yùn)算量將大大增加，還可以采用數(shù)據(jù)插值或擬合的方法，但這樣也會帶來額外的信號處理工作量。

發(fā)明內(nèi)容