一種帶有頻率細(xì)化插值的高精度液位測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于液位計雷達(dá)領(lǐng)域，涉及一種基于頻率細(xì)化插值的線性調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)高精度液位距離測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]線性調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)是一種通過對連續(xù)波進(jìn)行頻率調(diào)制來獲得目標(biāo)的距離與速度信息的雷達(dá)體制，其發(fā)射信號的頻率在一個調(diào)頻周期內(nèi)線性變化，調(diào)頻周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于雷達(dá)最大作用距離所對應(yīng)的回波延時。由于接收到的回波信號相對發(fā)射信號存在時間延遲，當(dāng)雷達(dá)與目標(biāo)相對靜止時，回波信號與發(fā)射信號對應(yīng)的本振頻率之間的頻率差即為因距離延遲產(chǎn)生的頻率差。線性調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)即是通過對回波信號與發(fā)射信號之間的頻率差進(jìn)行測量，然后利用回波信號與發(fā)射信號之間的頻率差與目標(biāo)距離之間的關(guān)系實現(xiàn)對目標(biāo)距離的測量。
[0003]因此，線性調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)的測距精度取決于雷達(dá)對回波信號與發(fā)射信號之間的頻率差的測頻精度。當(dāng)雷達(dá)參數(shù)一定的情況下，測頻精度由發(fā)射信號的調(diào)頻帶寬決定，發(fā)射信號的調(diào)頻帶寬越大，測頻精度越高。但是，由于受到計算能力和硬件條件等的限制，液位計雷達(dá)并不能無限地提高發(fā)射信號的調(diào)頻帶寬。因此現(xiàn)有的方法提高液位計雷達(dá)測距精度的能力十分有限，遠(yuǎn)不能達(dá)到1_的水平。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]提供一種基于頻率插值的線性調(diào)頻連續(xù)波液位計雷達(dá)高精度液位距離測量方法，通過使用頻率插值方法對回波信號與發(fā)射信號之間的頻率差進(jìn)行高精度估計，達(dá)到提高液位計雷達(dá)測距精度的目的。
[0005]本發(fā)明提供了一種帶有頻率細(xì)化插值的高精度液位測量方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0006]對由回波信號和發(fā)射信號相減得到的差頻信號進(jìn)行快速傅里葉變換，得到差頻信號的功率譜；
[0007]找到所述差頻信號功率譜的峰值點，再在峰值點的相鄰兩點中找到幅度較大的點記為次大值點；
[0008]以差頻信號功率譜的峰值點和次大值點所對應(yīng)的頻率為起始邊界點，確定一個初始搜索范圍，在確定的初始搜索范圍的中點位置進(jìn)行頻率插值，將邊界點和中點作為一組頻率插值點，計算每組頻率插值點所對應(yīng)的離散傅里葉變換結(jié)果，找出每組離散傅里葉變換結(jié)果中幅度值最大的兩個點所對應(yīng)的頻率作為新的邊界點，構(gòu)成新的搜索范圍，在新的搜索范圍中繼續(xù)進(jìn)行頻率插值；
[0009]當(dāng)新的搜索范圍的頻率插值點中的邊界點所對應(yīng)的離散傅里葉變換結(jié)果相等時，所找到的新的搜索范圍的頻率插值點中的中點所對應(yīng)的頻率即為差頻信號中心頻率所對應(yīng)的最優(yōu)頻譜分量；
[0010]最后使用所述的最優(yōu)頻譜分量計算出對應(yīng)的高精度液位距離。
[0011]提供了一種高精度液位測量方法，通過頻率插值對回波信號與發(fā)射信號之間的頻率差進(jìn)行高精度估計，可以將液位計雷達(dá)的液位距離測量精度提高到1_。
【具體實施方式】
[0012]下面通過具體的實施方式對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
[0013]對某型液位計雷達(dá)進(jìn)行高精度液位距離測量時，根據(jù)技術(shù)指標(biāo)設(shè)定液位計雷達(dá)發(fā)射信號的調(diào)頻帶寬為2GHz，頻率調(diào)制時間為10.24ms，采樣率為100kHz，信噪比為26dB。
[0014]預(yù)設(shè)一個液面目標(biāo),該目標(biāo)的液位距離為20.0Olm,構(gòu)造一組差頻信號。由液面目標(biāo)的液位距離、液位計雷達(dá)發(fā)射信號的調(diào)頻帶寬和頻率調(diào)制時間可以計算得到差頻信號的中心頻率為26060.9979Hz ;由液位計雷達(dá)頻率調(diào)制時間和采樣率可以計算得到差頻信號的采樣點個數(shù)為1024。
[0015]首先對差頻信號進(jìn)行快速傅里葉變換，找到差頻信號功率譜的峰值點和次大值點的位置分別為267和266，結(jié)合液位計雷達(dá)的采樣率和差頻信號的采樣點個數(shù)可以計算得到差頻信號功率譜的峰值點和次大值點所對應(yīng)的頻率分別為26074.21875Hz和25976.5625Hz。按照現(xiàn)有的線性調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)液位距離測量方法，由液位計雷達(dá)的采樣率、發(fā)射信號的調(diào)頻帶寬、頻率調(diào)制時間，以及差頻信號的采樣點個數(shù)、差頻信號功率譜的峰值點位置，可以計算得到該液面目標(biāo)的液位距離為20.01115m，測距誤差為10.15mm。使用本發(fā)明提供的方法，在差頻信號功率譜的峰值點和次大值點所對應(yīng)的頻率之間進(jìn)行頻率插值，進(jìn)行8次頻率插值即找到差頻信號中心頻率所對應(yīng)的最優(yōu)頻譜分量的位置為266.8671875，結(jié)合液位計雷達(dá)的采樣率和差頻信號的采樣點個數(shù)可以計算得到最優(yōu)頻譜分量所對應(yīng)的頻率值為26061.24878Hz，再使用液位計雷達(dá)發(fā)射信號的調(diào)頻帶寬和頻率調(diào)制時間可以計算得到液面目標(biāo)的液位距離為20.00119m，測距誤差為0.19mm，遠(yuǎn)小于1mm。因此，可判定該方法成功實現(xiàn)了液位計雷達(dá)的高精度液位距離測量，并且能夠?qū)⒁何痪嚯x測量誤差控制在Imm以內(nèi)，極大地提高了液位計雷達(dá)的液位距離測量精度。
【主權(quán)項】
1.一種帶有頻率細(xì)化插值的高精度液位測量方法，其特征在于，包括以下步驟: 對由回波信號和發(fā)射信號相減得到的差頻信號進(jìn)行快速傅里葉變換，得到差頻信號的功率譜； 找到所述差頻信號功率譜的峰值點，再在峰值點的相鄰兩點中找到幅度較大的點記為次大值點； 以差頻信號功率譜的峰值點和次大值點所對應(yīng)的頻率為起始邊界點，確定一個初始搜索范圍，在確定的初始搜索范圍的中點位置進(jìn)行頻率插值，將邊界點和中點作為一組頻率插值點，計算每組頻率插值點所對應(yīng)的離散傅里葉變換結(jié)果，找出每組離散傅里葉變換結(jié)果中幅度值最大的兩個點所對應(yīng)的頻率作為新的邊界點，構(gòu)成新的搜索范圍，在新的搜索范圍中繼續(xù)進(jìn)行頻率插值； 當(dāng)新的搜索范圍的頻率插值點中的邊界點所對應(yīng)的離散傅里葉變換結(jié)果相等時，所找到的新的搜索范圍的頻率插值點中的中點所對應(yīng)的頻率即為差頻信號中心頻率所對應(yīng)的最優(yōu)頻譜分量； 最后使用所述的最優(yōu)頻譜分量計算出對應(yīng)的高精度液位距離。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種帶有頻率細(xì)化插值的高精度液位測量方法，包括以下步驟：對由回波信號和發(fā)射信號相減得到的差頻信號進(jìn)行快速傅里葉變換，得到差頻信號的功率譜；找到所述差頻信號功率譜的峰值點，再在峰值點的相鄰兩點中找到幅度較大的點記為次大值點；以差頻信號功率譜的峰值點和次大值點所對應(yīng)的頻率為起始邊界點，確定一個初始搜索范圍，在確定的初始搜索范圍的中點位置進(jìn)行頻率插值，將邊界點和中點作為一組頻率插值點，計算每組頻率插值點所對應(yīng)的離散傅里葉變換結(jié)果，找出每組離散傅里葉變換結(jié)果中幅度值最大的兩個點所對應(yīng)的頻率作為新的邊界點，構(gòu)成新的搜索范圍，在新的搜索范圍中繼續(xù)進(jìn)行頻率插值。
【IPC分類】G01F23/284, G01S13/34
【公開號】CN105675083
【申請?zhí)枴?br>【發(fā)明人】郭明明, 彭向軍, 謝金華, 王福友, 孫菲, 聶巖峰
【申請人】中國航空工業(yè)集團(tuán)公司雷華電子技術(shù)研究所
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2014年11月20日