調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)高精度測(cè)距方法
【專利說(shuō)明】調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)高精度測(cè)距方法 K技術(shù)領(lǐng)域3
[0001] 本發(fā)明屬于雷達(dá)通信和汽車電子技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種汽車主動(dòng)防撞雷達(dá)高精度 測(cè)距方法。 K【背景技術(shù)】3
[0002] 由于調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)探測(cè)技術(shù)體制是基于在頻域內(nèi)對(duì)回波中頻信號(hào)的頻率測(cè)量 實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)距離和速度信息的提取。若直接采用N點(diǎn)離散傅里葉變換，由于離散傅里葉變換 的"柵欄效應(yīng)"，使得中頻信號(hào)的頻率分辨率低，所得的LFMCW探測(cè)系統(tǒng)的測(cè)距精度較低，為 此為了提高LFMCW雷達(dá)系統(tǒng)的測(cè)量精度，需要首先細(xì)化中頻信號(hào)的頻譜，提高頻率分辨力。
[0003] 目前常用的頻譜細(xì)化方法主要由直接抽取法、級(jí)聯(lián)FFT法、頻域增采樣法、時(shí)域補(bǔ) 零法、化i巧_2變換法和ZFFT變換法。
[0004] 直接抽取法通過(guò)多級(jí)帶通濾波來(lái)壓縮數(shù)據(jù)率，計(jì)算FFT獲得較高的頻率分辨力。但 是當(dāng)抽取的頻率范圍變化時(shí)，抽取比必須調(diào)整，從而帶通濾波器也必須重新設(shè)計(jì)，因而不利 于硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
[0005] 級(jí)聯(lián)FFT法通過(guò)對(duì)輸入信號(hào)首先進(jìn)行重疊抽樣，每段抽樣數(shù)據(jù)為N點(diǎn)，段與段之間 的重疊率為α，即重疊 αΝ點(diǎn)。對(duì)每一段數(shù)據(jù)進(jìn)行N點(diǎn)FFT運(yùn)算，然后將Μ段的頻譜轉(zhuǎn)角重排，將 對(duì)應(yīng)于每一段上相同的譜分量值取出來(lái)，完成Μ點(diǎn)的FFT運(yùn)算，最后得到頻率細(xì)化的FFT輸 出。該方法可W通過(guò)第一級(jí)FFT得到頻譜的全貌，選定需要精確譜分析的頻段后，再進(jìn)行第 二級(jí)FFT運(yùn)算，可W提供多個(gè)分散頻率段的細(xì)化頻譜結(jié)構(gòu)，適用于同時(shí)計(jì)算數(shù)個(gè)窄帶范圍內(nèi) 的頻譜細(xì)化的FFT情況。
[0006] 頻域增采樣法，采用頻域增采樣法對(duì)中頻信號(hào)離散譜進(jìn)行細(xì)化，W降低整個(gè)頻域 內(nèi)的采樣間隔，從而實(shí)現(xiàn)W較小的運(yùn)算量實(shí)現(xiàn)對(duì)中頻信號(hào)的全稱細(xì)化，提供測(cè)距精度。頻率 插值法雖然簡(jiǎn)單容易實(shí)現(xiàn)，但要求各個(gè)散射點(diǎn)相距很遠(yuǎn)時(shí)才能有效，否則由于各個(gè)散射點(diǎn) 的頻譜泄露將造成測(cè)距誤差增大，因此適用于各散射點(diǎn)相距較遠(yuǎn)的目標(biāo)。
[0007] 時(shí)域補(bǔ)零法通過(guò)直接在時(shí)域上對(duì)信號(hào)補(bǔ)零的方法增加采樣點(diǎn)數(shù)，即增加 FFT變換 的點(diǎn)數(shù)Ν來(lái)減小譜線間隔，是一種最直接的方法，但該方法運(yùn)算量大，適用于對(duì)實(shí)時(shí)性要求 不高的頻譜細(xì)化。
[000引ZFFT頻譜細(xì)化方法是一種可W對(duì)頻譜中的任意頻帶W指定采樣率進(jìn)行細(xì)化分析 的算法，在數(shù)據(jù)處理點(diǎn)數(shù)相同額情況下，使用ZFFT對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理可W獲得比FFT更高的頻 率分辨力，但該方法僅分析了信號(hào)中的正頻率部分，雖然減少了運(yùn)算量，但細(xì)化后的頻譜與 實(shí)際頻譜存在不一致的現(xiàn)象，導(dǎo)致了頻譜位置偏移，必然影響距離測(cè)量準(zhǔn)確度。
[0009]化irp_Z頻域細(xì)化方法通過(guò)對(duì)單位圓上的任意一段曲線W指定間隔進(jìn)行的傅里葉 變換，使輸出點(diǎn)數(shù)大于輸入點(diǎn)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)頻譜細(xì)化，提高系統(tǒng)的測(cè)距精度，但該方法需要 事先設(shè)定觀測(cè)頻帶，需要與FFT變換級(jí)聯(lián)使用。 K
【發(fā)明內(nèi)容】
3
[0010] 本發(fā)明的目的是提供一種具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)高精度測(cè)頻方法， 從而實(shí)現(xiàn)調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)的高精度測(cè)距，推動(dòng)高精度測(cè)距雷達(dá)的工程化應(yīng)用。本發(fā)明的目 的由W下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0011] -種調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)高精度測(cè)頻方法，包括如下步驟：
[0012] (1)根據(jù)預(yù)估的探測(cè)距離，對(duì)離散化的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行低通濾波和再采樣處理；
[0013] (2)通過(guò)對(duì)回波數(shù)據(jù)的頻譜分析，選定CZT待處理的頻帶范圍；
[0014] (3)根據(jù)選定的頻帶范圍及所需的測(cè)頻精度要求，設(shè)置CZT算法初始參數(shù)，并得到 細(xì)化后的頻譜；
[0015] (4)利用能量重屯、法對(duì)細(xì)化的頻譜進(jìn)行頻譜凝聚。
[0016] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明具有運(yùn)算量小，頻譜細(xì)化精度高，抗噪性能優(yōu)等優(yōu)點(diǎn)，特別 是針對(duì)弱小目標(biāo)，仍然具有良好的探測(cè)效果。 即付圖說(shuō)明3
[0017] 圖1為本發(fā)明提供的高精度測(cè)頻方法的流程框圖。
[001引圖2為基2FFT測(cè)頻精度的示意圖。
[0019] 圖3為基于CZT算法的測(cè)頻精度。
[0020] 圖4為本發(fā)明提供的高精度測(cè)頻方法的測(cè)頻精度的示意圖。 K【具體實(shí)施方式】3
[0021] 結(jié)合圖1及圖4所示，本發(fā)明，一種調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)高精度測(cè)頻方法，主要包括如下 步驟：
[0022] (1)根據(jù)預(yù)估的探測(cè)距離，對(duì)離散化的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行低通濾波和再采樣處理，W便 使用相同的N點(diǎn)傅里葉變換獲取相對(duì)較高的頻譜分辨率。
[0023] (2)通過(guò)對(duì)回波數(shù)據(jù)的頻譜分析，選定CZT待處理的頻帶范圍。具體是對(duì)再采樣后 的數(shù)據(jù)進(jìn)行基2FFT處理，不足的部分進(jìn)行補(bǔ)零操作。此外，為了降低漏警概率，選定的頻帶 可W預(yù)留保護(hù)邊帶。
[0024] (3)根據(jù)選定的頻帶范圍及所需的測(cè)頻精度要求，設(shè)置CZT算法初始參數(shù)，并得到 細(xì)化后的頻譜。具體包括：
[00巧]觀測(cè)帶寬:假設(shè)目標(biāo)距離為R，則其在中頻頻譜中的位置可W表示為
其包含在基2FFT的第k號(hào)頻率單元，貝化ZT算法的頻率范圍初始值設(shè)置為fi = k-l號(hào)頻率單 元，頻率范圍的終止值為f2 = k+l，上式中，B是雷達(dá)系射頻工作帶寬;T是銀齒波調(diào)頻周期;C 是光速3X108m/s;
[00%] 頻譜細(xì)化的跨度：
式中Af = f2-fi;fs是抽樣后的數(shù)據(jù)采 樣頻率;Μ是細(xì)化精度。
[0027] 得到的細(xì)化后的頻譜
式中A = e邱 (1 j0〇)，r = exp(-li稱），其牛
是細(xì)化的采樣間隔；
[0028] (4)利用能量重屯、法(Power Centerd Tracking)對(duì)細(xì)化的頻譜進(jìn)行頻譜凝聚，進(jìn) 一步提高測(cè)頻精度，降低虛警。具體包括：
[0029] a.在細(xì)化的頻譜中捜索最大峰值對(duì)應(yīng)的位置L，則實(shí)際目標(biāo)頻譜預(yù)估中屯、位置
[0030] b.針對(duì)目標(biāo)擴(kuò)展的Q條譜線，其真實(shí)譜線桌
ζ中將io乘即可得到 目標(biāo)的真實(shí)頻譜，其距長(zhǎng)
[0031] 上述實(shí)施例提供的調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)高精度測(cè)距方法，其中針對(duì)目標(biāo)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行 再采樣操作，在不改變計(jì)算量的前提下，提高目標(biāo)的測(cè)距精度;針對(duì)再采樣后的目標(biāo)數(shù)據(jù)， 進(jìn)行CZT變換處理，在適當(dāng)增加運(yùn)算量的前提下，雷達(dá)測(cè)距精度顯著提高;針對(duì)細(xì)化的頻率 譜線，利用PCT算法擬合真實(shí)目標(biāo)頻率，從而得到目標(biāo)的真實(shí)距離。
[0032] W上實(shí)施例僅為充分公開(kāi)而非限制本發(fā)明，基于本發(fā)明創(chuàng)新主旨的、未經(jīng)創(chuàng)造性 勞動(dòng)的等效技術(shù)特征的替換，應(yīng)當(dāng)屬于本申請(qǐng)掲露的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)高精度測(cè)距方法，其特征在于，包括如下步驟： (1) 根據(jù)預(yù)估的探測(cè)距離，對(duì)離散化的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行低通濾波和再采樣處理； (2) 通過(guò)對(duì)回波數(shù)據(jù)的頻譜分析，選定CZT待處理的頻帶范圍； (3) 根據(jù)選定的頻帶范圍及所需的測(cè)頻精度要求，設(shè)置CZT算法初始參數(shù)，并得到細(xì)化 后的頻譜； (4) 利用能量重心法對(duì)細(xì)化的頻譜進(jìn)行頻譜凝聚。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)高精度測(cè)距方法，其特征在于，步驟(2)具體 是對(duì)再采樣后的數(shù)據(jù)進(jìn)行基2FFT處理，不足的部分進(jìn)行補(bǔ)零操作。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)高精度測(cè)距方法，其特征在于，步驟(2)中 選定的頻帶預(yù)留保護(hù)邊帶。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)高精度測(cè)距方法，其特征在于，步驟(3)中設(shè) 置CZT算法初始參數(shù)，具體包括： 觀測(cè)帶寬：假設(shè)目標(biāo)距離為R，則其在中頻頻譜中的位置可以表示戈其包含在基2FFT的第k號(hào)頻率單元，則CZT算法的頻率范圍初始值設(shè)置Sf i = k-Ι號(hào)頻率單元，頻 率范圍的終止值為f2 = k+l，上式中，B是雷達(dá)系射頻工作帶寬;T是鋸齒波調(diào)頻周期；c是光 速3X108m/s; /· 頻譜細(xì)化的跨擇 b式中= 抽樣后的數(shù)據(jù)采樣頻 厶- , 率;Μ是細(xì)化精度。 得到的細(xì)化后的頻譜^文中A = exp (1 j n=Q ? '^rr Θ 〇)，f = exp(-1./外）其中灼=?是細(xì)化的采樣間隔。 ΜΝ5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)高精度測(cè)距方法，其特征在于，步驟(4)中利 用能量重心法對(duì)細(xì)化的頻譜進(jìn)行頻譜凝聚，具體包括： a. 在細(xì)化的頻譜中搜索最大峰值對(duì)應(yīng)的位置L，則實(shí)際目標(biāo)頻譜預(yù)估中心位置 ,dk-\)M +2L)N 1 =-：---- JM .b. 針對(duì)目標(biāo)擴(kuò)展的Q條譜線，其真實(shí)譜線j 式中將io乘以4即可得到目標(biāo) 9 的真實(shí)頻譜，其距I
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)高精度測(cè)距方法，包括如下步驟：(1)根據(jù)預(yù)估的探測(cè)距離，對(duì)離散化的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行低通濾波和再采樣處理；(2)通過(guò)對(duì)回波數(shù)據(jù)的頻譜分析，選定CZT待處理的頻帶范圍；(3)根據(jù)選定的頻帶范圍及所需的測(cè)頻精度要求，設(shè)置CZT算法初始參數(shù)，并得到細(xì)化后的頻譜；(4)利用能量重心法對(duì)細(xì)化的頻譜進(jìn)行頻譜凝聚。本發(fā)明具有運(yùn)算量小，頻譜細(xì)化精度高，抗噪性能優(yōu)等優(yōu)點(diǎn)，特別是針對(duì)弱小目標(biāo)，仍然具有良好的探測(cè)效果。
【IPC分類】G01S13/93, G01S13/34
【公開(kāi)號(hào)】CN105629224
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610113520
【發(fā)明人】董貴濱
【申請(qǐng)人】珠海上富電技股份有限公司
【公開(kāi)日】2016年6月1日
【申請(qǐng)日】2016年2月29日