[发明专利]高精度获取FMCW雷达距离测量值的方法

说明书

本发明公开的一种高精度获取FMCW雷达距离测量值的方法，旨在提出一种测距精度高，能够减少频谱误差距离测量值方法。本发明通过下述技术方案予以实现：将已经完成模数转换的目标差拍信号送入四个并行的时间域抽取模块，将分别获得的数字差拍信号和采样率数据，分别送入数据补零模块中进行时域补零填充，四路时间域抽取模块得到长度为Ns的时域信号，通过各自对应的DFT模块进行离散傅立叶变换，得到长度为Ns的离散频域信号，四个DFT模块将离散频域信号共端送入数据截取与拼接模块进行频域数据的拼接运算，将基于数学插值运算结果通过距离测量值获取模块，获得FMCW雷达距离测量值。

技术领域

本发明涉及一种适用于FMCW雷达系统，在目标由远及近的运动过程中获取精度逐渐提高的距离测量值的方法。

背景技术

雷达系统根据波形可以分为连续波雷达和脉冲雷达，FMCW雷达因其具有较高的优良的距离分辨率和测距精度，低功率以及无测量距离盲区等特点被大量用于各种测距系统中。FMCW雷达测距系统中的测距精度问题是所有采用FMCW体制的测距系统所共有的。在FMCW雷达测距中,最简单的方法是直接测量发射波和回波信号的差频、获得距离,但测距精度不高。目前，FMCW雷达测距一般采用FFT法来获得回波在距离轴上的功率谱曲线(距离谱)，通过对信号进行采样和FFT算法分析进而提取距离测量值，达到获取高距离分辨率和高测量精度的目的。但是由于FFT本身的“栅栏效应”，使得直接采用FFT所获得的距离谱具有固定的采样间隔，从而产生较大的测距误差，并且在近距测量场合相对误差会更大。在FMCW雷达信号中，测频误差决定测距误差。假设在连续测量(对差频信号的测量值连续变化，实际中不可能做到)的情况下，对差频信号做傅里叶变换后，差频信号的频谱幅度峰值可以精确找到，所以测量精度主要由信噪比决定。但是实际中，一般对差频信号进行离散采样，然后对采样信号进行FFT变换，这样导致了频谱离散化，找不准频谱幅度峰值，引起频率量化误差。调频连续波测距系统组成分为非线性调频和线性调频，前者优点是容易实现，缺点是每个目标产生的差频信号与信息处理频率不是单一的，因此不能区分不同距离的目标，一般适用于单目标的场合；而后者每个目标所产生的差频信号是单一频率的(不考虑多普勒频移)，因此很容易区分不同距离的目标。根据傅里叶变换理论，对于单一频率的正弦信号，其傅里叶变换(FT)后的幅度最大值对应的频率即为信号的频率，找到傅里叶变换后的幅度最大值便可观测出信号的频率。只要有足够高的信噪比，利用傅里叶变换后的幅度来估计信号频率就可以达到足够高的精度。而调频连续波雷达的距离分辨率将取决于频率测量分辨率，一般频率测量是通过对差频信号进行FFT处理实现的。利用FFT技术对信号进行频谱分析时，分析精度主要受制于混叠效应、量化误差、泄漏效应和栅栏效应。量化误差和混叠效应是模拟信号数字化过程引起的，泄漏效应和栅栏效应是离散傅里叶变换所固有的。由于FFT的“栅栏效应”，使得直接采用FFT所获得的距离谱具有固定的采样间隔ΔR，从而产生的测距误差，这使得测距雷达在近距离下测量的相对误差较大。分析表明，增加FFT谱线数量、提高频谱分辨率可削弱泄漏效应和栅栏效应的影响，但由于增加了采样长度，将增加时间开销。要想提高频率分辨率，如用常规的FFT方法分析，就只有增加变换点数。如此，计算机的运算量和存储容量都将大大增加，这给硬件结构带来很大的困难。因此，在内存和采样长度有限的情况下，既要不损失上限频率，又要增加分辨率是矛盾的。由于FMCW雷达的距离固定误差受扫频带宽的限定,FFT(DFT)频谱估计精度受FFT谱线之间的间隔频率量化的限制.在测量精度要求较高的场合,直接利用FFT频谱估计显然无法达到精度要求。