一种小景深线性调频连续波雷达的线性度校准方法技术

本发明专利技术公开一种小景深线性调频连续波雷达的线性度校准方法，包括以下步骤：一、获取一个金属板目标的中频回波信号S'b(n)；二、基于雷达系统中各器件的非线性效应，对S'b(n)进行傅里叶变换和去基准处理，得到由于非均匀线性度所引起的相位抖动误差c(n,τ)，对相位抖动误差c(n,τ)进行积累从而完成对非线性误差项ξ(n,τ)的估计；三、利用非线性误差项ξ(n,τ)，对待校准的被测目标中频回波信号Sb(n)进行修正，得到修正后的中频回波信号Sb2(n)；四、对修正后的中频回波信号Sb2(n)进行校准处理，得到中频回波信号Sb4(n)，完成线性度校准，本发明专利技术能够精确有效地完成距离向上所有目标中频回波的非线性校准，提升雷达距离向的探测分辨率和探测能力。

【技术实现步骤摘要】
一种小景深线性调频连续波雷达的线性度校准方法
本专利技术涉及测试
，具体涉及一种小景深线性调频连续波雷达的线性度校准方法。
技术介绍
线性调频连续波雷达是一种采用线性频率调制技术(LFM)的连续波雷达，其具有峰值发射功率低、时间带宽积大、距离测试无模糊、测距分辨率高等特点。而采用准光聚焦等波束聚焦形式的小景深线性调频连续波雷达系统，因其横向分辨率高的特点而被广泛地用于人体安检、无损检测等领域。线性度是线性调频连续波雷达的一个重要指标，它描述了有效频带内频率调制的线性程度。当线性调频连续波雷达的线性度较差的时候，对于某一个固定目标而言，其回波将不再是一个单频信号，它的回波频谱将被展宽、主瓣幅值降低、副瓣幅值提升、波形不对称度增加，这将严重地影响雷达距离向的探测能力和探测分辨率。而在人体安检和无损检测等领域，恰恰需要完成距离向上多个邻近目标的探测与有效区分，从而保障对人体随身携带的违禁品或被测材料缺陷的有效检测。因而线性度问题成为小景深线性调频连续波雷达在上述领域应用的严重障碍，所以迫切地需要一种简单、精确、有效的技术来完成小景深线性调频连续波雷达的线性度校准，提升雷达距离向的探测能力和探测分辨率。目前，相关的学术论文中关于小景深线性调频连续波雷达的线性度校准方法包括：相位梯度自聚焦法、残余视频相位滤波法、同态反卷积法、直接数字频率合成法、预失真压控振荡器信号控制法等。相位梯度自聚焦方法可以实现对系统非线性的有效估计，从而完成系统的线性度校准，但其需要提前获取距离向被测目标的个数及大概位置，这阻碍了此方法在实际中的应用。残余视频相位滤波法无需预知被测目标的信息，其可以一次性完成所有目标中频回波的线性度校准，但未考虑收发天线、混频器、放大器等器件对雷达系统非线性的影响，因而制约了此方法的校准精度；同时此方法需要使用一段标准延时线来完成非线性误差估计，因而增加了测试系统的复杂度。同态反卷积法将时间域回波信号变换到同态域进行滤波，进而完成线性度校准，但其同样没有考虑器件的非线性对系统的影响，因此也同样难以达到较高的校准精度。直接数字频率合成法和预失真压控振荡器信号控制法都是基于硬件的校准方法。直接数字频率合成的方法可以借助于数字器件实现较高的线性度，但其发射带宽和频率转换速度受到数字器件的限制，这就制约了雷达距离向探测的分辨率。而预失真压控振荡器信号控制法则通过反馈补偿电压的方式来改善压控振荡器的频率线性度，从而改善整个雷达的线性度，但此方法增加了系统的复杂度。并且基于硬件的线性度校准方法容易受到外界因素如温度等的影响，从而恶化了雷达的工作稳定性。因此，获取目标中频回波之后采用软件的信号处理方法来完成线性度的校准则显得十分必要。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种小景深线性调频连续波雷达的线性度校准方法，能够精确有效地完成距离向上所有目标中频回波的非线性校准，提升雷达距离向的探测分辨率和探测能力。实现本专利技术的技术方案如下：一种小景深线性调频连续波雷达的线性度校准方法，包括以下步骤：步骤一、获取一个金属板目标的中频回波信号Sb'(n)；步骤二、基于雷达系统中各器件的非线性效应，对Sb'(n)进行傅里叶变换和去基准处理，得到由于非均匀线性度所引起的相位抖动误差c(n,τ)，对相位抖动误差c(n,τ)进行积累从而完成对非线性误差项ξ(n,τ)的估计；步骤三、利用非线性误差项ξ(n,τ)，对待校准的被测目标中频回波信号Sb(n)进行修正，得到修正后的中频回波信号Sb2(n)；步骤四、对修正后的中频回波信号Sb2(n)进行校准处理，得到中频回波信号Sb4(n)，完成线性度校准。进一步地，非线性误差项ξ(n,τ)为：其中，phase()为取复信号相位的操作，n为离散的时间，m＝1,2,...,n，τ为目标的延时时间，f0为调制信号的起始频率，K为调制信号的调频斜率，fs为采样频率，ωmax为金属板目标主瓣峰值所对应的角频率，ε(m)表示调制信号的非线性误差，ε'(m-τfs)表示调制信号和非线性器件共同引入的非线性误差并经过了τ的传输时间延时。进一步地，步骤四中的校准处理为残余视频相位滤波处理。有益效果：本专利技术方法考虑了雷达系统中各器件的非线性效应，可以更有效的提升校准精度，同时在非线性误差估计步骤中，只需使用一个金属板目标而避免了标准延时线的使用，降低了对标准目标的要求，简化了校准步骤。附图说明图1是一种小景深线性调频连续波雷达线性度校准方法的流程图。图2是一种典型的金属板目标的一维距离向回波图。图3是一种典型的金属板目标校准前后的一维距离像回波图。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。本专利技术首先基于一个金属板目标的回波信号而进行非线性误差估计，进而根据此估计结果实时、精确、有效的完成距离向上所有目标中频回波的非线性校准。如图1所示，具体包括以下步骤：步骤一、获取一个金属板目标的中频回波信号Sb'(n)；在小景深线性调频连续波雷达的景深范围内放置一个具有强反射率的金属板目标，并记录此目标的中频回波信号Sb'(n)，其可以表示为其中n为离散的时间，rect(n)表示时间窗，T为调制信号的调频周期，fs为采样频率，即中频信号只在一个完整的调频周期内有效，而在此调频周期外置零。f0为调制信号的起始频率，τ为目标的延时时间，K为调制信号的调频斜率，ε(n)为接收端混频器中参考信号的非线性误差项，ε'(n-τfs)为考虑了雷达系统中器件的非线性效应后接收端混频器中接收信号的非线性误差项。因为宽带雷达系统中收发天线、混频器、放大器等器件均存在抖动的群时延，因而也都会恶化雷达系统的线性度。所以将接收端混频器中参考信号的非线性误差项ε(n)与接收端混频器中接收信号的非线性误差项ε'(n-τfs)在函数形式上加以区别，ε(n)表示调制信号的非线性误差，ε'(n)表示调制信号和上述器件共同引入的非线性误差，ε'(n-τfs)表示接收端混频器接收信号经过了τ的传输时间延时。因此如式(1)所示的中频信号模型可以更加完整、精确地表述雷达系统中各部分所引入的非线性误差项，进而提升整个线性度校准方法的精度。步骤二、综合考虑调制信号所引入的非线性误差和收发天线、混频器、放大器等宽带器件的群延时抖动所引入的非线性误差，基于提出的中频信号回波模型，对步骤1中获取的金属板目标中频回波信号Sb'(n)进行傅里叶变换和去基准处理，得到由于非均匀线性度所引起的相位抖动误差c(n,τ)，最终对相位抖动误差c(n,τ)进行积累从而完成非线性误差项ξ(n,τ)的精确估计。对金属板目标的中频回波信号进行快速傅里叶变换，得到金属板目标的一维距离向回波(中频信号频谱)，并获取金属板目标主瓣峰值所对应的角频率ωmax。一个典型的金属板目标的一维距离向回波如图2所示。对金属板目标的中频回波信号进行去基准处理取去基准信号Sb'1(n)的相位项c(n,τ)，表示由于非均匀的线性度所引起的相位抖动误差c(n,τ)＝θ(n,τ)+ε(n)-ε'(n-τfs)(3)其中令得到估计的非线性误差项步骤三、利用非线性误差项ξ(n,τ)，对待校准的被测目标中频回波信号Sb(n)进行修正，得到修正后的中频回波信号Sb2(n)；在使用小景深线性调频连续波雷达对目标本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种小景深线性调频连续波雷达的线性度校准方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、获取一个金属板目标的中频回波信号S′b(n)；步骤二、基于雷达系统中各器件的非线性效应，对S′b(n)进行傅里叶变换和去基准处理，得到由于非均匀线性度所引起的相位抖动误差c(n,τ)，对相位抖动误差c(n,τ)进行积累从而完成对非线性误差项ξ(n,τ)的估计；步骤三、利用非线性误差项ξ(n,τ)，对待校准的被测目标中频回波信号Sb(n)进行修正，得到修正后的中频回波信号Sb2(n)；步骤四、对修正后的中频回波信号Sb2(n)进行校准处理，得到中频回波信号Sb4(n)，完成线性度校准。

【技术特征摘要】
1.一种小景深线性调频连续波雷达的线性度校准方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、获取一个金属板目标的中频回波信号S′b(n)；步骤二、基于雷达系统中各器件的非线性效应，对S′b(n)进行傅里叶变换和去基准处理，得到由于非均匀线性度所引起的相位抖动误差c(n,τ)，对相位抖动误差c(n,τ)进行积累从而完成对非线性误差项ξ(n,τ)的估计；步骤三、利用非线性误差项ξ(n,τ)，对待校准的被测目标中频回波信号Sb(n)进行修正，得到修正后的中频回波信号Sb2(n)；步骤四、对修正后的中频回波信号Sb2(n)进行校准处理，得到中频回波信号Sb4(n)，完成线性度校...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡伟东，李雅德，司炜康，刘芫喽，吕昕，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11