[发明专利]一种FMCW激光测距差拍信号频率估计方法及系统

说明书

一种FMCW激光测距差拍信号频率估计方法及系统，涉及调频连续波激光测距及压缩采样技术领域。本发明是为了解决目前的差拍信号频率估计方法还存在采样率高、频率解算速度慢、数据处理计算量大、频率分辨率低的问题。一种FMCW激光测距差拍信号频率估计系统包括：压缩采样模块和频率估计模块；压缩采样模块包括：模拟电路模块、模数转换模块、数字控制模块、通信模块、触发电路；频率估计模块执行步骤为：首先对差拍信号进行粗测获得粗测信号频率，然后再对压缩后的差拍信号进行细化获得细化后的差拍信号频率，最后将粗测信号频率结合细化信号频率即获得最终的激光测距差拍信号精确频率。本发明用于获取差拍信号的频率。

技术领域

本发明涉及调频连续波激光测距及压缩采样技术领域，具体为一种FMCW激光测距差拍信号频率估计方法及系统。

背景技术

近几年来，由于线性调频连续波(FMCW)激光测距技术具有高度自动化、强抗干扰性等优势，使其在航空航天、工业、军事等领域广泛应用。在该技术中，由测量光和参考光干涉后，进行光电转换得到的差拍信号的频率与测量距离具有线性关系，因此能否准确获取差拍信号的频率信息是激光测距的关键。但随着测距范围的逐渐扩大，差拍信号的频率越来越高，给差拍信号的采集和频率估计带来了一定的难度。

目前差拍信号的频率估计方法主要采用奈奎斯特采样原理对差拍信号进行采集，然后利用快速傅里叶变换(FFT)提取差拍信号频率信息。但是奈奎斯特采样定理要求的采样率往往低于实际应用中的采样率，因此，目前的差拍信号频率估计方法还存在由于硬件采集的高要求、高成本和后续需要处理大量数据等而导致的采样率高、频率解算速度慢、数据处理计算量大、频率分辨力低的问题。

发明内容

本发明目的是为了解决目前的差拍信号频率估计方法还存在采样率高、频率解算速度慢、数据处理计算量大、频率分辨力低的问题，而提出了一种FMCW激光测距差拍信号频率估计方法及系统。

一种FMCW激光测距差拍信号频率估计方法，具体过程包括以下步骤：

步骤一、对差拍信号进行压缩采样获得压缩采样后的采样值矩阵；

步骤二、将压缩采样后的采样值矩阵输入到上位机进行数据处理获得估计的差拍信号频率，包括以下步骤：

步骤二一、对压缩采样后的采样值矩阵进行粗测获得原始差拍信号的频谱上的粗测位置的粗测频率；

步骤二二、利用CZT算法对压缩采样后的采样值矩阵进行细化获得差拍信号细化后的频率；

步骤二三、将粗测的差拍信号频率结合细化后得到的差拍信号频率得到最终的激光测距差拍信号精确频率。

一种FMCW激光测距差拍信号频率估计系统包括：压缩采样模块和频率估计模块；

所述频率估计模块用于实现一种FMCW激光测距差拍信号频率估计方法；

所述压缩采样模块，用于对原始差拍信号进行压缩采样；包括：模拟电路模块、模数转换模块、数字控制模块、通信模块、触发电路；

所述模拟电路模块，由x’路四象限模拟乘法器与八阶有源低通滤波器组成，用于将差拍信号与伪随机序列混频与截取；

所述模数转换模块，用于采集模拟电路模块处理后压缩的差拍信号并转换成数字信号；

数字控制模块由FPGA与ARM组成，用于产生伪随机序列、控制采样和暂存数据；

所述通信模块，由ARM与网口组成，用于将模数转换模块转换成的数字信号与上位机进行通信；

所述触发电路，用于将触发信号提供给FPGA数字控制模块；

所述触发信号是原始信号整形形成的方波，用于提供FPGA数字控制模块的的控制逻辑。

本发明的有益效果为：