[發明專利]一種FMCW異物檢測雷達泄漏信號的自適應消除方法

有效

• 申請號: 202011471516.6
• 申請日: 2020-12-15
• 公開（公告）號: CN112462336B
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 崔恒榮;劉濤;劉旭陽;劉釗;王煜偉;史振;趙丹陽;楊威;焦進華;荊玉香;翟夢琳
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: G01S7/35
• 分類號: G01S7/35;G01S13/88;G06F17/14
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 徐俊

本發明屬于調頻連續波(FMCW)雷達信號處理領域，公開了一種FMCW異物檢測雷達泄漏信號的自適應消除方法。步驟包括：(1)將連續的雷達中頻數字信號分割為多個完整調制周期內的信號片段；(2)對多周期內的信號片段做相參積累；(3)對相參后信號做數字濾波；(4)對濾波后信號做FFT運算，由譜峰頻率計算滑動窗口長度；(5)對濾波后信號求滑動均值得泄漏信號，并將其暫存；(6)由暫存的泄漏信號解算差拍信號，完成泄漏消除；(7)判斷差拍信號均值是否超出閾值門限以決定是否重啟解算泄漏信號的過程；(8)差拍信號通過窗函數即可用于FOD檢測。本發明無需附加硬件，能實時自適應消除泄漏信號，可支持雷達實現全天候精準的異物檢測工作。

技術領域

本發明涉及一種應用于異物檢測的調頻連續波(英文簡稱為：FMCW)雷達中泄漏信號的自適應消除方法，屬于FMCW雷達信號處理領域。

背景技術

在雷達探測領域中，異物(Foreign objects debris，FOD)檢測一般指的是機場對跑道上的碎石塊、螺絲釘等對飛行安全有威脅的物體進行檢測。上個世紀的FOD檢測主要靠人工在機場對異物進行排查，這極大地影響了機場通勤量，并且檢測效果不高。2000年的法航協和客機由于外界異物發生事故后，各研究機構開始重視對FOD檢測領域的相關技術開發。目前針對FOD檢測的解決方案主要依靠毫米波雷達，以下稱用于FOD檢測的毫米波雷達為FOD雷達。

典型的FOD檢測場景可簡化為圖2，FOD雷達分散在機場跑道兩邊對跑道進行檢測，FOD雷達的天線發射波束在垂直方向上往往具有較窄的波束寬度，雷達會以一定的水平角速度對前方一定范圍內的區域進行掃描，不同角度上可能存在著不同的FOD，因此必須實時地對雷達輸出信號進行處理以獲取FOD目標的方位信息。機場跑道寬度一般為60m，雷達與跑道邊緣距離可忽略。

FOD雷達廣泛采用FMCW調制方式，系統結構如圖3所示。其原理是：雷達發射鏈路的發射信號和接收鏈路回波信號的頻率差(差頻)反映了探測目標的遠近，目標越遠，差頻越大。發射信號和回波信號經過混頻器的下變頻后得到差拍信號，差拍信號的頻率即為差頻，經由上位機解算出差頻即可求得目標的距離信息。

以采用鋸齒波調制的雷達為例，圖4示出了其發射和接收信號的即時頻率。發射信號V_t(t)可表示為：

式中，t為時間變量，A_t表示發射信號幅度，f₀表示雷達調頻起始頻率,μ表示調頻斜率，φ_t0表示發射信號初始相位。

接收信號是發射信號的時延副本，假設接受信號幅值為A_r，目標與雷達距離為R，信號往返時延為τ，則接收信號V_r(t)可表示為：

式中，φ_r0為接收信號初相；c為光速。

接收信號與發射信號混頻得到差拍信號：

式中，A_B表示差拍信號幅度，φ_B0為差拍信號的初相。

根據頻率是相位的導數，可以得到差頻f_B：

通過對差拍信號進行傅里葉變換可以得到差頻，利用差頻可解算出目標距離R：