一種調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)系統(tǒng)測(cè)距方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)系統(tǒng)測(cè)距方法，該方法包括步驟：步驟S1對(duì)調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)系統(tǒng)采集的離散中頻信號(hào)進(jìn)行離散傅里葉變換，找到離散頻譜最大值譜線號(hào)km和離散頻譜次大值譜線號(hào)kc；步驟S2若號(hào)kc=km-1進(jìn)入步驟S4；若kc≠km-1進(jìn)入步驟S3；步驟S3對(duì)離散中頻信號(hào)的頻域向右進(jìn)行Δf/2的移位，使移位后的譜線號(hào)km和kc滿足kc=km-1，其中Δf為N點(diǎn)離散傅里葉變換的頻率分辨率；步驟S4對(duì)離散中頻信號(hào)減少一個(gè)采樣點(diǎn)數(shù)的離散傅里葉變換，找到離散頻譜最大值譜線號(hào)k′m；步驟S5對(duì)離散頻譜最大值譜線號(hào)k′m進(jìn)行判斷，若k′m=km重復(fù)步驟S4，若k′m≠km，k′m=km-1，進(jìn)入步驟S6；步驟S6根據(jù)離散傅里葉變換的采樣點(diǎn)數(shù)，再結(jié)合距離關(guān)系式計(jì)算出所測(cè)雷達(dá)與目標(biāo)的距離區(qū)間(R1，R2)，則所測(cè)雷達(dá)與目標(biāo)的測(cè)距離值為R′=(R1+R2)/2。
【專利說(shuō)明】一種調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)系統(tǒng)測(cè)距方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)雷達(dá)系統(tǒng)測(cè)距【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是用于由于環(huán)境因素等影響進(jìn)行的非接觸式測(cè)距。該方法可以用于液位計(jì)測(cè)距計(jì)算，也可以用于物位測(cè)距計(jì)算，具有計(jì)算精度高、計(jì)算量小、抗噪聲性能好等優(yōu)點(diǎn)。
【背景技術(shù)】
[0002]線性調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)具有許多其他雷達(dá)不具備的優(yōu)點(diǎn):無(wú)距離盲區(qū)、距離分辨力高、輻射功率小。用雷達(dá)測(cè)量距離是非接觸測(cè)量，因此不會(huì)對(duì)目標(biāo)物體產(chǎn)生損傷，可用于很多特殊環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)很高的精度測(cè)量。其原理是:向目標(biāo)發(fā)送線性變換的調(diào)頻連續(xù)波，電磁波到達(dá)目標(biāo)后返回，接收其回波，將回波與本振信號(hào)混頻得到中頻信號(hào)，距離信息就包含在這個(gè)中頻信號(hào)中，對(duì)中頻信號(hào)進(jìn)行處理就可以提取出距離信息。
[0003]由于液位和物位測(cè)距要求的精度較高，但是離散傅里葉變換具有柵欄效應(yīng)，選取的峰值點(diǎn)只在測(cè)量距離為測(cè)量精度整數(shù)倍時(shí)才是準(zhǔn)確的，其他距離時(shí)都會(huì)出現(xiàn)固有的系統(tǒng)誤差。為了減小柵欄效應(yīng)帶來(lái)的誤差，研究人員提出頻譜細(xì)化算法:Z域的快速傅里葉變換(ZFFT)、線性調(diào)頻Z變換(CZT)或者通過(guò)補(bǔ)零來(lái)細(xì)化頻譜，從而找到頻譜最大值所對(duì)應(yīng)的頻率。頻譜細(xì)化法實(shí)則是通過(guò)中頻回波的時(shí)域信號(hào)對(duì)信號(hào)的頻域進(jìn)行插值，在沒(méi)有噪聲的情況下，可以人為調(diào)節(jié)插值的精度，進(jìn)而控制算法的精度。在這幾種頻譜細(xì)化的方法中，ZFFT需要移位后進(jìn)行低通濾波，濾掉高頻部分干擾，然后再通過(guò)重采樣得到所需要的細(xì)化頻譜。補(bǔ)零頻譜細(xì)化是根據(jù)系統(tǒng)要求的細(xì)化倍數(shù)補(bǔ)充相應(yīng)倍數(shù)的零，然后進(jìn)行離散傅里葉變換，可以減小頻譜間隔，在所計(jì)算的頻譜范圍內(nèi)增加更多的譜線，進(jìn)而提高計(jì)算精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](一 )要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0005]現(xiàn)有技術(shù)最主要的技術(shù)缺陷:由于ZFFT、CZT和補(bǔ)零頻譜細(xì)化需要進(jìn)行離散傅里葉變換，通過(guò)插值計(jì)算出非整數(shù)倍出的頻譜幅度，但是在最大值附近的譜線幅度相差較小，由于頻譜泄露和噪聲對(duì)頻譜的影響，容易出現(xiàn)對(duì)最大值的誤判，影響算法的精度，為此本發(fā)明提供一種調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)系統(tǒng)測(cè)距方法。
[0006]( 二 )技術(shù)方案
[0007]本發(fā)明提供一種調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)系統(tǒng)測(cè)距方法，包括步驟如下:
[0008]步驟S1:確定頻譜主瓣內(nèi)的最大值譜線號(hào)和次大值譜線號(hào)，對(duì)調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)系統(tǒng)采集的離散中頻信號(hào)進(jìn)行離散傅里葉變換(DFT)，找到離散頻譜最大值譜線號(hào)km和離散頻譜次大值譜線號(hào)k。；
[0009]步驟S2:對(duì)譜線號(hào)km和k。進(jìn)行判斷，若譜線號(hào)k。Φ km_l，則進(jìn)入步驟S3 ;若譜線號(hào)ke=km-l,則進(jìn)入步驟S4 ；
[0010]步驟S3:對(duì)離散中頻信號(hào)的頻域向右進(jìn)行Af/2的移位，使移位后的離散頻譜最大值譜線號(hào)km和離散頻譜次大值譜線號(hào)k。滿足Icc=Icm-1,其中Af為N點(diǎn)離散傅里葉變換的頻率分辨率；
[0011]步驟S4:對(duì)離散中頻信號(hào)減少一個(gè)采樣點(diǎn)數(shù)的離散傅里葉變換，找到離散頻譜最大值譜線號(hào)k' m ；
[0012]步驟S5:對(duì)離散頻譜最大值譜線號(hào)k' ?>進(jìn)行判斷，若譜線號(hào)k' m=km，則重復(fù)步驟S4,若譜線號(hào)k' m#km,則譜線號(hào)k' m=km-l,進(jìn)入步驟S6 ;
[0013]步驟S6:根據(jù)步驟S4中進(jìn)行離散傅里葉變換的采樣點(diǎn)數(shù)，再結(jié)合距離關(guān)系式計(jì)算出所測(cè)雷達(dá)與目標(biāo)的距離區(qū)間(Rl，R2)，則所測(cè)雷達(dá)與目標(biāo)的測(cè)距離值為
【權(quán)利要求】
1.一種調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)系統(tǒng)測(cè)距方法，該方法包括步驟如下: 步驟S1:確定頻譜主瓣內(nèi)的最大值譜線號(hào)和次大值譜線號(hào)，對(duì)調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)系統(tǒng)采集的離散中頻信號(hào)進(jìn)行離散傅里葉變換，找到離散頻譜最大值譜線號(hào)km和離散頻譜次大值譜線號(hào)k。; 步驟S2:對(duì)譜線號(hào)km和k。進(jìn)行判斷，若譜線號(hào)kc Φ km-l，則進(jìn)入步驟S3 ;若譜線號(hào)kc=km-l,則進(jìn)入步驟S4 ； 步驟S3:對(duì)離散中頻信號(hào)的頻域向右進(jìn)行Af/2的移位，使移位后的離散頻譜最大值譜線號(hào)km和離散頻譜次大值譜線號(hào)k。滿足k^km-Ι，其中Af為N點(diǎn)離散傅里葉變換的頻率分辨率； 步驟S4:對(duì)離散中頻信號(hào)減少一個(gè)采樣點(diǎn)數(shù)的離散傅里葉變換，找到離散頻譜最大值譜線號(hào)k, ffl； 步驟S5:對(duì)離散頻譜最大值譜線號(hào)k, 111進(jìn)行判斷，若譜線號(hào)k, m=km，則重復(fù)步驟S4，若譜線號(hào)k' m#km,則譜線號(hào)k' m=km-l,進(jìn)入步驟S6 ; 步驟S6:根據(jù)步驟S4中進(jìn)行離散傅里葉變換的采樣點(diǎn)數(shù)，再結(jié)合距離關(guān)系式計(jì)算出所測(cè)雷達(dá)與目標(biāo)的距離區(qū)間(R1，R2)，則所測(cè)雷達(dá)與目標(biāo)的測(cè)距離值為Λ
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)系統(tǒng)測(cè)距方法，其特征在于，步驟SI中所述


0.R R`釆集離散中頻信號(hào)是對(duì)中頻信號(hào)x(/)______+ 進(jìn)行離散釆樣，從而得到離散

C I中頻信號(hào).....cx.)s[2,t^(—//+ /；)]，其中:t為連續(xù)信號(hào)時(shí)間，Ji為圓周率，R為雷達(dá)與
c N目標(biāo)的實(shí)際距離，C為光速，B為發(fā)射信號(hào)帶寬，T為發(fā)射信號(hào)掃描周期，為起始頻率，N為采樣點(diǎn)數(shù)為離散中頻信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)且η=0，2...Ν-1 ;采樣率為= 中頻信號(hào)x(t)的頻率f與距離R的關(guān)系式為=ο


z.η
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)系統(tǒng)測(cè)距方法，其特征在于，所述找到離散頻譜最大值譜線號(hào)km和離散頻譜次大值譜線號(hào)k。的步驟如下: 步驟SlOl:對(duì)離散中頻信號(hào)X (η)進(jìn)行離散傅里葉變換，并取模值得到離散中頻信號(hào)離


N-1散頻譜X(k)如下表示:Z(幻=Σ咖X淇中:k為離散頻譜譜線號(hào)，η為離散中頻信號(hào)


η=O的離散時(shí)間點(diǎn)，《=0,1,2,..N I A C[O,/V-1]，N為采樣點(diǎn)數(shù)，旋轉(zhuǎn)因子Wn滿足歐拉公式:w、.= e J N =.c0S(^i) _ /，e為自然對(duì)數(shù)的底數(shù)，j為虛數(shù)單位，I.I表示取復(fù)數(shù)*NN的模值； 步驟S102:根據(jù)得到的離散頻譜X(k)，找到離散頻譜X(k)中最大值所對(duì)應(yīng)的譜線號(hào)km和次大值所對(duì)應(yīng)的譜線號(hào)k。。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)系統(tǒng)測(cè)距方法，其特征在于，根據(jù)離散余弦函數(shù)的頻譜近似為sine函數(shù)，sine函數(shù)關(guān)于最大值所在的軸對(duì)稱，得知匕=<±1，因此當(dāng)kc=kffl+l時(shí)，則根據(jù)離散傅里葉變換的移位公式性質(zhì)，對(duì)離散中頻信號(hào)頻譜X(n)向右進(jìn)行Δ f/2的移位表示如下:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)系統(tǒng)測(cè)距方法，其特征在于，對(duì)離散中頻信號(hào)x(n)減少采樣點(diǎn)數(shù)的離散傅里葉變換并取模值，根據(jù)離散中頻信號(hào)離散頻譜
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)系統(tǒng)測(cè)距方法，其特征在于，所述距離區(qū)間(Rl，R2)的計(jì)算步驟包括: 步驟S51:在減少采樣點(diǎn)數(shù)的傅里葉變換中，當(dāng)減少的采樣點(diǎn)數(shù)為M時(shí)，離散傅里葉變換運(yùn)算點(diǎn)數(shù)為N-M，最大值的譜線號(hào)k, m=km，次大值的譜線號(hào)為:k' m-l=km-l，則最大 值的譜線號(hào)k, m對(duì)應(yīng)的頻率為二，次大值的譜線號(hào)k, m-1對(duì)應(yīng)的頻率

為
【文檔編號(hào)】G01S13/32GK103823216SQ201410084559
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年3月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月10日
【發(fā)明者】劉小軍, 張文鑫, 陳秀偉, 柳青, 唐傳軍, 張鋒, 方廣有 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所