[发明专利]一种主动变频式LFMCW雷达测距装置

说明书

技术领域

本发明涉及线性调频连续波(LFMCW)雷达测距装置，特别是一种主动变频式LFMCW雷达测距装置，更具体地说，涉及将LFMCW体制的雷达发射波发射到被测目标处，形成雷达反射波，接收雷达反射波与雷达发射波混频得到差拍信号，对该差拍信号进行数字信号处理以获取差拍信号中包含的距离信息的雷达测距装置。

背景技术

LFMCW雷达测距装置一般工作过程如下。首先由压控振荡器(VCO)在调频电压的控制下产生线性扫频振荡信号。经过上变频器提升载波频率后，该振荡信号由传输电缆送达T组件处，由天线将其发射到被测目标上。被测目标处反射回来的振荡波被R组件接收，然后进入混频器，从而得到携带距离信息的差拍信号。经信号采集后，差拍信号在数字信号处理模块中被进一步处理，可得到被测目标距离信息，其数学原理如下。

设发射信号、反射信号和差拍信号分别为S_发、S_反和S_差，则

式中，A_发为雷达发射波的幅度，f_中为雷达发射波的中心频率，B为扫频带宽，T为扫频周期，为雷达发射波的初相位，k_空为空间衰减系数，t_d为雷达波在天线与被测目标之间往返所耗费的时间，k_混为混频增益。则差拍信号S_差的频率

t_d≤t＜T

设被测目标与天线之间的距离为L，雷达波的传播速度为c，则可以根据差拍信号的频率

上述内容为LFMCW雷达测距的基本原理。在实际测量时，因为测量过程中存在多种噪声源，如雷达射频电路中的热噪声、雷达波中掺杂的环境杂波等，所以当差拍信号的频率落在此类较强干扰信号的频带内时，差拍信号将会被干扰信号淹没，导致信噪比(SNR)偏低，难以满足高精度频率测量的需要。而只有实现差拍信号的高精度频率估计，才能获得高精度的测距结果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种主动变频式LFMCW雷达测距装置，即一种能根据频率差或频率比要求改变差拍信号频率的LFMCW雷达测距装置。相比于普通LFMCW雷达测距装置，本发明增加了传输电缆长度控制器和扫频斜率控制器，其功能分别为按照频率差和频率比的方式改变差拍信号的频率，从而实现避开强干扰频带等效果，可提高测距精度。

基于以上分析，本发明采用以下技术方案：

一种主动变频式LFMCW雷达测距装置，用以产生LFMCW体制的雷达发射波到被测目标处形成雷达反射波，接收雷达反射波与雷达发射波混频得到差拍信号，对差拍信号进行数字信号处理以获取差拍信号中包含的距离信息，其特征在于：该装置还包括传输电缆长度控制器和扫频斜率控制器，可实现按频率差或频率比的方式改变差拍信号频率的功能；

传输电缆长度控制器，以改变雷达射频电路输出端口到天线输入端口之间的连接电缆长度的方式，达到主动改变差拍信号频率的目的；并且改变前后差拍信号的频率差关系可根据连接电缆的长度计算得到；

扫频斜率控制器，以改变雷达射频电路中压控振荡器输入电压的变化斜率的方式，达到主动改变差拍信号频率的目的；并且改变前后差拍信号的频率比关系可由变化斜率计算得到。

(1)频率差构造原理

详细分析差拍信号频率f_差的形成原因可以看出，除了雷达波在空气中往返传播耗时t_d之外，f_差还受到发射信号在传输电缆中的传播耗时t_缆的影响。

由上式可知，若增加传播电缆的物理长度，则t_缆将增大，导致f_差增加。设和分别表示改变传输电缆长度前后的不同f_差，则前后差拍信号之间的频率加性变化(即频率差)

由于Δt_缆可以在测距之前标定得到，所以在和都未知的情况下，仍然可以根据Δt_缆计算得到Δf_差。

(2)频率比构造原理

详细分析差拍信号频率f_差的形成原因可以看出，除了雷达波在空气中往返传播耗时t_d之外，f_差还受到扫频斜率k_斜的影响，即