一种调频连续波雷达系统测距方法
【专利摘要】本发明提供一种调频连续波雷达系统测距方法，该方法包括步骤：步骤S1对调频连续波雷达系统采集的离散中频信号进行离散傅里叶变换，找到离散频谱最大值谱线号km和离散频谱次大值谱线号kc；步骤S2若号kc=km-1进入步骤S4；若kc≠km-1进入步骤S3；步骤S3对离散中频信号的频域向右进行Δf/2的移位，使移位后的谱线号km和kc满足kc=km-1，其中Δf为N点离散傅里叶变换的频率分辨率；步骤S4对离散中频信号减少一个采样点数的离散傅里叶变换，找到离散频谱最大值谱线号k′m；步骤S5对离散频谱最大值谱线号k′m进行判断，若k′m=km重复步骤S4，若k′m≠km，k′m=km-1，进入步骤S6；步骤S6根据离散傅里叶变换的采样点数，再结合距离关系式计算出所测雷达与目标的距离区间(R1，R2)，则所测雷达与目标的测距离值为R′=(R1+R2)/2。
【专利说明】一种调频连续波雷达系统测距方法
【技术领域】
[0001]本发明属于调频连续波(FMCW)雷达系统测距【技术领域】，特别是用于由于环境因素等影响进行的非接触式测距。该方法可以用于液位计测距计算，也可以用于物位测距计算，具有计算精度高、计算量小、抗噪声性能好等优点。
【背景技术】
[0002]线性调频连续波雷达具有许多其他雷达不具备的优点:无距离盲区、距离分辨力高、辐射功率小。用雷达测量距离是非接触测量，因此不会对目标物体产生损伤，可用于很多特殊环境下，实现很高的精度测量。其原理是:向目标发送线性变换的调频连续波，电磁波到达目标后返回，接收其回波，将回波与本振信号混频得到中频信号，距离信息就包含在这个中频信号中，对中频信号进行处理就可以提取出距离信息。
[0003]由于液位和物位测距要求的精度较高，但是离散傅里叶变换具有栅栏效应，选取的峰值点只在测量距离为测量精度整数倍时才是准确的，其他距离时都会出现固有的系统误差。为了减小栅栏效应带来的误差，研究人员提出频谱细化算法:Z域的快速傅里叶变换(ZFFT)、线性调频Z变换(CZT)或者通过补零来细化频谱，从而找到频谱最大值所对应的频率。频谱细化法实则是通过中频回波的时域信号对信号的频域进行插值，在没有噪声的情况下，可以人为调节插值的精度，进而控制算法的精度。在这几种频谱细化的方法中，ZFFT需要移位后进行低通滤波，滤掉高频部分干扰，然后再通过重采样得到所需要的细化频谱。补零频谱细化是根据系统要求的细化倍数补充相应倍数的零，然后进行离散傅里叶变换，可以减小频谱间隔，在所计算的频谱范围内增加更多的谱线，进而提高计算精度。

【发明内容】

[0004](一 )要解决的技术问题
[0005]现有技术最主要的技术缺陷:由于ZFFT、CZT和补零频谱细化需要进行离散傅里叶变换，通过插值计算出非整数倍出的频谱幅度，但是在最大值附近的谱线幅度相差较小，由于频谱泄露和噪声对频谱的影响，容易出现对最大值的误判，影响算法的精度，为此本发明提供一种调频连续波雷达系统测距方法。
[0006]( 二 )技术方案
[0007]本发明提供一种调频连续波雷达系统测距方法，包括步骤如下:
[0008]步骤S1:确定频谱主瓣内的最大值谱线号和次大值谱线号，对调频连续波雷达系统采集的离散中频信号进行离散傅里叶变换(DFT)，找到离散频谱最大值谱线号km和离散频谱次大值谱线号k。；
[0009]步骤S2:对谱线号km和k。进行判断，若谱线号k。Φ km_l，则进入步骤S3 ;若谱线号ke=km-l,则进入步骤S4 ；
[0010]步骤S3:对离散中频信号的频域向右进行Af/2的移位，使移位后的离散频谱最大值谱线号km和离散频谱次大值谱线号k。满足Icc=Icm-1,其中Af为N点离散傅里叶变换的频率分辨率；
[0011]步骤S4:对离散中频信号减少一个采样点数的离散傅里叶变换，找到离散频谱最大值谱线号k' m ；
[0012]步骤S5:对离散频谱最大值谱线号k' ?>进行判断，若谱线号k' m=km，则重复步骤S4,若谱线号k' m#km,则谱线号k' m=km-l,进入步骤S6 ;
[0013]步骤S6:根据步骤S4中进行离散傅里叶变换的采样点数，再结合距离关系式计算出所测雷达与目标的距离区间(Rl，R2)，则所测雷达与目标的测距离值为
【权利要求】
1.一种调频连续波雷达系统测距方法，该方法包括步骤如下: 步骤S1:确定频谱主瓣内的最大值谱线号和次大值谱线号，对调频连续波雷达系统采集的离散中频信号进行离散傅里叶变换，找到离散频谱最大值谱线号km和离散频谱次大值谱线号k。; 步骤S2:对谱线号km和k。进行判断，若谱线号kc Φ km-l，则进入步骤S3 ;若谱线号kc=km-l,则进入步骤S4 ； 步骤S3:对离散中频信号的频域向右进行Af/2的移位，使移位后的离散频谱最大值谱线号km和离散频谱次大值谱线号k。满足k^km-Ι，其中Af为N点离散傅里叶变换的频率分辨率； 步骤S4:对离散中频信号减少一个采样点数的离散傅里叶变换，找到离散频谱最大值谱线号k, ffl； 步骤S5:对离散频谱最大值谱线号k, 111进行判断，若谱线号k, m=km，则重复步骤S4，若谱线号k' m#km,则谱线号k' m=km-l,进入步骤S6 ; 步骤S6:根据步骤S4中进行离散傅里叶变换的采样点数，再结合距离关系式计算出所测雷达与目标的距离区间(R1，R2)，则所测雷达与目标的测距离值为Λ
2.根据权利要求1所述的调频连续波雷达系统测距方法，其特征在于，步骤SI中所述


0.R R`釆集离散中频信号是对中频信号x(/)______+ 进行离散釆样，从而得到离散

C I中频信号.....cx.)s[2,t^(—//+ /；)]，其中:t为连续信号时间，Ji为圆周率，R为雷达与
c N目标的实际距离，C为光速，B为发射信号带宽，T为发射信号扫描周期，为起始频率，N为采样点数为离散中频信号的时间点且η=0，2...Ν-1 ;采样率为= 中频信号x(t)的频率f与距离R的关系式为=ο


z.η
3.根据权利要求1所述的调频连续波雷达系统测距方法，其特征在于，所述找到离散频谱最大值谱线号km和离散频谱次大值谱线号k。的步骤如下: 步骤SlOl:对离散中频信号X (η)进行离散傅里叶变换，并取模值得到离散中频信号离


N-1散频谱X(k)如下表示:Z(幻=Σ咖X淇中:k为离散频谱谱线号，η为离散中频信号


η=O的离散时间点，《=0,1,2,..N I A C[O,/V-1]，N为采样点数，旋转因子Wn满足欧拉公式:w、.= e J N =.c0S(^i) _ /，e为自然对数的底数，j为虚数单位，I.I表示取复数*NN的模值； 步骤S102:根据得到的离散频谱X(k)，找到离散频谱X(k)中最大值所对应的谱线号km和次大值所对应的谱线号k。。
4.根据权利要求1所述的调频连续波雷达系统测距方法，其特征在于，根据离散余弦函数的频谱近似为sine函数，sine函数关于最大值所在的轴对称，得知匕=<±1，因此当kc=kffl+l时，则根据离散傅里叶变换的移位公式性质，对离散中频信号频谱X(n)向右进行Δ f/2的移位表示如下:
5.根据权利要求1所述的调频连续波雷达系统测距方法，其特征在于，对离散中频信号x(n)减少采样点数的离散傅里叶变换并取模值，根据离散中频信号离散频谱
6.根据权利要求1所述的调频连续波雷达系统测距方法，其特征在于，所述距离区间(Rl，R2)的计算步骤包括: 步骤S51:在减少采样点数的傅里叶变换中，当减少的采样点数为M时，离散傅里叶变换运算点数为N-M，最大值的谱线号k, m=km，次大值的谱线号为:k' m-l=km-l，则最大 值的谱线号k, m对应的频率为二，次大值的谱线号k, m-1对应的频率

为
【文档编号】G01S13/32GK103823216SQ201410084559
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年3月10日 优先权日:2014年3月10日
【发明者】刘小军, 张文鑫, 陈秀伟, 柳青, 唐传军, 张锋, 方广有 申请人:中国科学院电子学研究所