一种高精度高分辨率雷达传感器及雷达回波信号处理方法技术

本发明专利技术公开了一种高精度高分辨率雷达传感器及雷达回波信号处理方法，属于雷达测距技术领域，发射芯片通过发射天线发射超宽带毫米级电磁波至目标；目标反射电磁波，形成回波信号；接收芯片通过接收天线接收所述回波信号，产生中频信号；信号处理芯片对中频信号进行频谱粗略计算和频谱细化处理，得到目标距离；本发明专利技术在增加天线带宽的同时，通过信号处理芯片和信号处理方法，改进信号的信噪比，提高雷达传感器测距的精度和分辨率，测距精度达到0.1mm，测距分辨率达到1mm。

A high precision and high resolution radar sensor and radar echo signal processing method

【技术实现步骤摘要】
一种高精度高分辨率雷达传感器及雷达回波信号处理方法
本专利技术涉及雷达测距
，具体涉及一种高精度高分辨率雷达传感器及雷达回波信号处理方法。
技术介绍
雷达测距一般原理是用调频连续波信号FMCW测距，一般采用一发一收天线，发射FMCW信号到目标，目标反射，接收天线接收回波信号，信号处理单元分析回波信号测得雷达到目标的距离。现有测距技术方案一般很难做到高精度和高分辨率，主要原因是工作带宽有限，优化信号处理算法比较困难，同时考虑传感器的小型化和功耗，显得更加困难。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：为了解决上述问题，本专利技术提供了一种高精度高分辨率雷达传感器及雷达回波信号处理方法。本专利技术采用的技术方案如下：一种高精度高分辨率雷达传感器，包括毫米波超宽带天线、毫米波收发芯片和信号处理芯片；所述毫米波超宽带天线包括发射天线和接收天线，所述毫米波收发芯片包括发射芯片和接收芯片；所述发射芯片通过发射天线发射超宽带毫米级电磁波至目标；所述目标反射所述电磁波，形成回波信号；所述接收芯片通过接收天线接收所述回波信号，产生中频信号；所述信号处理芯片对所述中频信号进行频谱粗略计算和频谱细化处理，得到目标距离。进一步，所述毫米波超宽带天线的工作频段为75-81GHz，带宽大于4GHz。进一步，所述接收芯片包括接收电路和模数转换器；所述接收电路用于接收所述回波信号，产生中频信号；所述模数转换器用于对中频信号进行模数转换。进一步，所述信号处理芯片包括频谱粗略计算模块、频谱细化处理模块和目标距离计算模块；所述频谱粗略计算模块用于对所述中频信号进行滤波、快速傅里叶变换和频谱估计，得到粗略频谱位置的频谱；所述频谱细化处理模块用于对所述粗略频谱位置的频谱进行重采样、滤波、快速傅里叶变换和频谱估计，得到细化谱峰的频率值；所述目标距离计算模块用于利用所述细化谱峰的频率值得到目标距离。进一步，包括以下步骤：步骤1.1对中频信号进行频谱粗略计算得到粗略谱峰的频率值，利用所述粗略谱峰的频率值得到粗略频谱位置的频谱；步骤1.2对所述粗略频谱位置的频谱进行细化处理，得到细化谱峰的频率值；步骤1.3利用所述细化谱峰的频率值得到目标距离。进一步，所述步骤1.1具体为：步骤1.1.1对所述中频信号进行加窗滤波，得到滤波输出信号，采用的公式为：（1），其中，表示输入信号，表示窗函数，表示离散时间序号，表示FFT点数；步骤1.1.2对所述滤波输出信号进行快速傅里叶变换，得到频谱，采用的公式为：（2），（3），其中，表示频谱序号；步骤1.1.3对频谱进行频谱估计，得到粗略谱峰的频率值；步骤1.1.4选取段频谱，作为粗略频谱位置的频谱。进一步的，所述步骤1.2具体为：步骤1.2.1对粗略频谱位置的频谱进行低通滤波和重采样，得到滤波信号，采用的公式如下：低通滤波器的截止频率为，其中，表示低通滤波器工作频率，表示采样速率，表示细化倍数；（4），其中表示低通滤波函数；步骤1.2.2对滤波后信号进行快速傅里叶变换，得到频谱，采用的公式如下：（5），步骤1.2.3对频谱进行频谱估计，得到细化谱峰的频率值。进一步的，所述目标距离的计算公式为：（6），其中，表示细化谱峰的频率值，表示调制信号周期（小于100us），表示光速，表示调频带宽。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：本专利技术采用毫米波进行测距，毫米波具有不受恶劣天气影响、环境适应能力强、抗干扰性能强，能够“全天候时”工作特点，使得传感器可工作在多种复杂环境下。本专利技术采用高性能的超宽带天线小型化设计，使得整个传感器更小巧，传感器体积约5*4*2立方厘米()，重量约40克(g)。本专利技术采用毫米波高度集成的收发芯片，降低了传感器的功耗，降低了传感器成本，有利规模使用。本专利技术在增加天线带宽的同时，通过信号处理芯片和信号处理方法，不仅改进了信号的信噪比，还提高了雷达传感器测距的精度和分辨率，测距精度达到0.1mm，测距分辨率达到1mm，传感器高性能使得应用于对测距性能要求较高的领域成为可能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术的整体架构图；图2为本专利技术的雷达测距结构示意图；图3为长时间段内测试距离值的分布情况图；图4为传感器实际测得距离值随时间变化图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术，即所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。以下结合实施例对本专利技术的特征和性能作进一步的详细描述。实施例1本实施例提供一种高精度高分辨率雷达传感器，包括毫米波超宽带天线、毫米波收发芯片和信号处理芯片。所述毫米波超宽带天线具有小型化集成和超宽带的特性，改善信噪比，提高测距精度和分辨率；所述毫米波收发芯片高度集成，工作在超宽带状态下，使得整个传感器具有小型化，低功耗特性。所述信号处理芯片高度集成高效能计算芯片，快速完成计算且消耗功耗少。所述毫米波超宽带天线包括发射天线和接收天线，采用的是MIMO毫米波微带阵列天线，所述毫米波超宽带天线的工作频段为74.5-81GHz，传感器选取工作带宽为6GHz；所述毫米波收发芯片包括发射芯片和接收芯片；所述发射芯片通过发射天线发射超宽带毫米级电磁波至目标，电磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高精度高分辨率雷达传感器，其特征在于：包括毫米波超宽带天线、毫米波收发芯片和信号处理芯片；/n所述毫米波超宽带天线包括发射天线和接收天线，所述毫米波收发芯片包括发射芯片和接收芯片；所述发射芯片通过发射天线发射超宽带毫米级电磁波至目标；所述目标反射所述电磁波，形成回波信号；所述接收芯片通过接收天线接收所述回波信号，产生中频信号；所述信号处理芯片对所述中频信号进行频谱粗略计算和频谱细化处理，得到目标距离；/n所述信号处理芯片包括频谱粗略计算模块、频谱细化处理模块和目标距离计算模块；/n所述频谱粗略计算模块用于对所述中频信号进行滤波、快速傅里叶变换和频谱估计，得到粗略频谱位置的频谱；/n所述频谱细化处理模块用于对所述粗略频谱位置的频谱进行重采样、滤波、快速傅里叶变换和频谱估计，得到细化谱峰的频率值；/n所述目标距离计算模块用于利用所述细化谱峰的频率值得到目标距离。/n

【技术特征摘要】
1.一种高精度高分辨率雷达传感器，其特征在于：包括毫米波超宽带天线、毫米波收发芯片和信号处理芯片；
所述毫米波超宽带天线包括发射天线和接收天线，所述毫米波收发芯片包括发射芯片和接收芯片；所述发射芯片通过发射天线发射超宽带毫米级电磁波至目标；所述目标反射所述电磁波，形成回波信号；所述接收芯片通过接收天线接收所述回波信号，产生中频信号；所述信号处理芯片对所述中频信号进行频谱粗略计算和频谱细化处理，得到目标距离；
所述信号处理芯片包括频谱粗略计算模块、频谱细化处理模块和目标距离计算模块；
所述频谱粗略计算模块用于对所述中频信号进行滤波、快速傅里叶变换和频谱估计，得到粗略频谱位置的频谱；
所述频谱细化处理模块用于对所述粗略频谱位置的频谱进行重采样、滤波、快速傅里叶变换和频谱估计，得到细化谱峰的频率值；
所述目标距离计算模块用于利用所述细化谱峰的频率值得到目标距离。


2.根据权利要求1所述的一种高精度高分辨率雷达传感器，其特征在于：所述毫米波超宽带天线的工作频段为75-81GHz，带宽大于4GHz。


3.根据权利要求1所述的一种高精度高分辨率雷达传感器，其特征在于：所述接收芯片包括接收电路和模数转换器；
所述接收电路用于接收所述回波信号，产生中频信号；
所述模数转换器用于对中频信号进行模数转换。


4.一种用于权利要求1雷达传感器的雷达回波信号处理方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1.1对中频信号进行频谱粗略计算得到粗略谱峰的频率值，利用所述粗略谱峰的频率值得到粗略频谱位置的频谱；
步骤1.2对...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚亚军，
申请(专利权)人：长沙瑞感电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43