[發明專利]用于運動物體高精度測距的雷達裝置及其測量方法

在審

• 申請號: 202110031570.7
• 申請日: 2021-01-11
• 公開（公告）號: CN112882048A
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 陳侃;梁衛祖;劉培育;植寶輝;王磊
• 申請（專利權）人: 廣州合智瑞達科技有限公司
• 主分類號: G01S17/08
• 分類號: G01S17/08
• 代理公司: 成都頂峰專利事務所(普通合伙) 51224
• 代理人: 李通

本發明用于運動物體高精度測距的雷達裝置及其測量方法，毫米波雷達安裝在運動物體上,通過測量反射體與運動物體之間相對運動的距離和速度,從而測量出運動物體移動的距離和速度；反射體固定靜止并設置兩層間距為Δd_real、半徑r₁和r₂的反射板，使用圓極化透鏡天線，毫米波雷達發射電磁波到反射體，并接收反射回來電磁波，分別計算出第一層反射板和第二層反射板的距離d₁和d₂，以及兩層反射板之間的距離差通過ZoomFFT算法、跟蹤算法和數據處理，確保測量目標可靠和準確性，消除多徑和其它反射物回波影響，測量距離精度達到毫米級；能夠解決復雜環境使用場景中的多徑干擾和其它反射物反射干擾問題，測量出運動物體移動距離和速度，成本低廉，結構簡單，操作方便。

技術領域

本發明屬于無線電行業的雷達近程高精度測距技術領域，具體涉及一種用于運動物體高精度測距的雷達裝置及其測量方法。

背景技術

雷達近程高精度測距領域中通常由雷達發射FMCW波，而發射出去的電磁波和接收到的反射物反射回波之間存在時間差Δτ，造成頻率和此刻本振頻率不一致；利用這一差異，通過接收下變頻器形成差拍頻率Δf，ADC采樣后，經過ZoomFFT細化放大，計算出反射物距離，從而通過二維FFT計算出相對反射物的速度，實現測距目的；但是在使用環境復雜的場景，例如電梯井道位置定位、物流碼頭倉庫吊裝定位和傳送帶車輛定位等應用場所中，由于復雜環境存在眾多干擾信號，造成雷達接收到的電磁波包含有周圍環境的多徑頻率分量和其它反射物反射頻率分量，降低了有用反射體信號信噪比，影響了測距精度，需要分辨出多徑頻率分量和其它反射物干擾頻率分量；現有技術中一般采用收窄波束(空間可分辨)或者提高距離分辨率(頻率可分辨)的方式，達到分辨出多徑頻率分量和其它反射物干擾頻率分量的目的，但是波束的收窄要提高天線的口徑，天線口徑的提高又受到工程施工、空間布置和制造成本的限制，很難提高；而距離分辨率受到雷達的掃頻帶寬限制，以及器件能力和無線電頻譜監管的限制，也不易提高。

并且傳統方法中通常在單反射體情況下依靠物體反射能量強度來跟蹤反射體，移動過程容易受到其他物體干擾，甚至造成反射體丟失，影響測距效果；受到機械振動或其他環境因素干擾，最終獲得的測距結果會存在擾動現象。

發明內容

為了解決現有技術存在的上述問題，本發明目的在于提供一種能夠解決復雜環境使用場景中的多徑干擾和其它反射物反射干擾問題，測量出反射體與毫米波雷達之間的相對移動距離和速度，成本低廉，結構簡單，操作方便，用于運動物體高精度測距的雷達裝置及其測量方法。

本發明所采用的技術方案為：

包括有依次并排設置的毫米波雷達、反射體，毫米波雷達固定于運動物體上，反射體通過固定背景墻固定安裝；反射體設置有多層沿豎直方向延伸的反射板，多層反射板的反射面積按照遠離毫米波雷達的方向逐漸增加；每層反射板中心位置與毫米波雷達的中心位置位于同一水平面內，距離毫米波雷達最遠的最后一層反射板與固定背景墻之間距離大于等于距離分辨率d_res的6倍，每層反射板與其后一層反射板之間的距離也大于等于距離分辨率d_res的6倍；所述距離分辨率d_res由公式求出，其中c是光速，B是FMCW波掃頻帶寬。

所述毫米波雷達的天線單元采用收發共用天線單元，其收發波束對稱設置，波束指向方向為0°。

所述毫米波雷達的天線采用圓極化透鏡天線，其3dB波束寬度小于等于±1.25°。

所述毫米波雷達設置有Langer耦合器，Langer耦合器能夠給天線單元正交饋電，發天線的極化方式與收天線的極化方式方向互相相反。

所述反射體設置有第一層反射板和第二層反射板兩層反射板，第一層反射板的半徑為5mm，第二層反射板的半徑為30mm；每層反射板都為鋁板。