一种高精度边坡监测雷达目标检测及测距方法技术

本发明专利技术公开了一种高精度边坡监测雷达目标检测及测距方法，该方法将所述边坡反射的接收信号输入混频器，所述混频器的输出端连接低通滤波器的输入端，所述低通滤波器的输出端连接A/D采样模块的输入端，对于所述A/D采样模块的输出端的数字信号，先利用全相位FFT算法无泄漏地得到信号频谱，通过二级检测算法准确地检测出频谱峰点，并在频谱峰点附近运用CZT算法进行频谱细化，以测出波峰频点的高精确值，根据线性调频连续波差频信号频率与距离的关系，可由波峰频点的精确值求得目标距离。本发明专利技术的方法能避免镜频干扰，优化频率估计，降低目标检测的虚警概率，提高近距离边坡雷达的测量精度，并且降低系统复杂度和硬件成本。并且降低系统复杂度和硬件成本。并且降低系统复杂度和硬件成本。

【技术实现步骤摘要】
一种高精度边坡监测雷达目标检测及测距方法


[0001]本专利技术属于雷达监测
，特别是涉及一种高精度边坡监测雷达目标检测及测距方法。

技术介绍

[0002]我国是地质灾害多发区域，据不完全统计，我国有地质灾害隐患点中，50％以上为滑坡隐患点。而边坡滑坡作为地质灾害的一种，具有形成缓慢、发生突然、破坏性强等特点，因此，造成群众对地质灾害滑坡监测手段预测困难。于是，高精度边坡监测雷达对于监测滑坡具有重要意义，因此，在国内地质灾害监测预防领域，该产品具有广阔的应用前景。
[0003]一般的边坡监测雷达采用线性调频连续波雷达进行测量，其线性调频连续波雷达收发同时进行，不存在近距盲距，适合于近距监测应用。线性调频连续波雷达接收机测距流程如图1所示：接收机接收到目标回波信号及噪声和杂波，与发射信号经混频器下变频，得到差频信号。差频信号经前置放大器把差频中的高频部分滤除后，与可变频本振经混频器下变频，通过调节可变频本振的频率，设计恰当的雷达监测带距离范围。中频放大器起距离选通作用。经过中频放大器后，距离范围之外的信号被滤除，进行零中频IQ处理，将信号分为两路信号I路和Q路进行数字化IQ解调，之后进行A/D(模数转换)采样，采样后进行FFT(快速傅里叶变换)处理得到信号频谱，取信号振幅平方输出，进行目标检测，设定阈值，若信号功率高于阈值，则判断为目标，信号功率低于阈值，则判断为噪声。此外，当测量值确定为目标回波时，还可根据频率与距离的关系，测算出目标距离。
[0004]图1的边坡雷达中，需要第二次混频及中频放大器来完成中频信号的处理，其根据选通的距离段设置本振信号的频率和中频放大器的带宽。当回波信号经过中频放大器之后，需要监测的距离段的距离范围外的信号则被滤除。如此降低了采样率，进行IQ解调后可以分成两路信号进行低采样，得到复信号，对复信号作快速傅里叶变换FFT，得到信号频谱，在频谱峰值出现的处，即可求得目标距离R的值。
[0005]由此可知，一般的线性调频连续波雷达中还需要对中频信号进行处理，导致系统复杂且硬件较多，还使用了数字化IQ解调，可能造成IQ两通道幅相不一致性，从而产生镜频干扰；另外，有限FFT变换会产生频谱泄露，对于高精度的边坡测距，FFT算法提取出的频率值容易偏离真实的频率值，会存在较大误差，造成较大虚警；此外，常规的恒虚警检测方式中需要对信号功率设定阈值进行目标检测，阈值需要根据每次测量的信杂比的改变而修改，导致边坡监测工作比较繁琐。
[0006]因此，急需设计一种高精度边坡监测雷达目标检测及测距方法，以完成更低成本和更高精度的边坡雷达监测工作。

技术实现思路

[0007](一)要解决的技术问题
[0008]基于此，本专利技术公开了一种高精度边坡监测雷达目标检测及测距方法，该方法能
避免镜频干扰，优化频率估计，降低目标检测的虚警率，提高近距离边坡雷达的测量精度，并且降低系统复杂度和硬件成本，并且还可以通过目标二级检测算法来避免频繁设置阈值。
[0009](二)技术方案
[0010]本专利技术公开了一种高精度边坡监测雷达目标检测及测距方法，线性调频连续波雷达设置较大的脉冲宽度发射信号至边坡，并将所述边坡反射的接收信号输入混频器，所述混频器的输出端连接低通滤波器的输入端，所述低通滤波器的输出端连接A/D采样模块的输入端，对于所述A/D采样模块的输出端的数字信号，先利用全相位FFT算法无泄漏地得到信号频谱，通过二级检测算法准确地检测出频谱峰点，并在频谱峰点附近运用CZT算法进行频谱细化，以测出波峰频点的高精确值，根据差频信号频率与距离的关系，可由波峰频点的精确值求得目标距离。
[0011]进一步的，线性调频连续波雷达的发射信号表达式s(t)为：
[0012][0013]其中t为起点的时间变量，T
p
为脉冲重复周期，A1表示发射信号幅值，f0表示起始频率，B为信号带宽，表示初始相位，c为光速；
[0014]设相对静止的目标的距离为R，则回波信号r(t)为
[0015][0016]其中A2为接收信号幅值，混频后得到的差频信号为：
[0017][0018]经过所述低通滤波器后，滤除了高频部分，信号为：
[0019][0020]经A/D采样模块的模数转换A/D采样后得：
[0021][0022]其中k为采样点序号，Δt为采样点，ε(k)表示杂波和噪声信号的采样；
[0023]所述A/D采样模块输出的y
T
(k)依次经过全相位FFT算法、谱分析目标检测和CZT频谱细化算法的处理后，确定频谱峰值出现在处，由于即可求得目标距离R的值为：
[0024]进一步的，所述线性调频连续波雷达设置在距离边坡的5km范围以内。
[0025]进一步的，为准确地找出所述波峰频点，对目标进行检测时采用了目标二级检测算法，所述目标二级检测算法包括：
[0026]第一级检测方法：设定阈值Flag1为一固定值，Flag1＞Ama，Ama为噪声幅度在一定时间内的归一化平均值。找出大于阈值Flag 1的信号点，且该点的信号幅值是邻域中的最大值。并进入第二级检测方法。
[0027]第二级检测方法：设定阈值为变动值Flag2，设滑动数目为N，Flag2为当前检测信号点周围N个数的信号幅值的平均，当第i个信号点的幅值大于阈值Flag2时，判定信号点i为波峰，并取i对应的频率f(i)作为目标检测的输出结果。进一步的，所述
″
当第i个信号点的幅值大于阈值Flag1，且是邻域中的最大值
″
具体包括：依次对所有的信号点i进行检测，即i从1循环到L，L表示信号长度；找到满足Sig(i)＞Flag1且Sig(i)＞Sig(i
‑
1)且Sig(i)＞Sig(i+1)的i，则进入第二级检测，否则对i加1，以循环进行下一信号点i+1的判断，其中Sig表示信号幅值。
[0028]进一步的，第二级检测方法中具体包括：
[0029]Flag2＝sum(Sig(i
‑
N/2：i与N/2
‑
1))/N
[0030]sum表示相加，Sig(i
‑
N/2：i+N/2
‑
1)表示信号幅值从i
‑
N/2点到i+N/2
‑
1点，
[0031]若i＜N/2时，Flag2＝sum(Sig(i：i+N
‑
1))/N；若i＞L
‑
N/2时，Flag2＝sum(Sig(i
‑
N+1∶i))/N，
[0032]若Sig(i)＞Flag2，则判定信号点i为波峰并取频率f(i)值作为输出，否则对i加1，以回到第一级检测方法中循环进行下一信号点i+1的判断。
[0033]进一步的，输出频率f(i)值后，判断i＝L是否成立，若否，则表明还有信号点未检测完毕，并对i加1，以回到第一级检测方法中循环进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高精度边坡监测雷达目标检测及测距方法，其特征在于，线性调频连续波雷达发射较大的脉冲宽度信号至边坡，将所述边坡反射的接收信号输入混频器，所述混频器的输出端连接低通滤波器的输入端，所述低通滤波器的输出端连接A/D采样模块的输入端，对于所述A/D采样模块的输出端的数字信号，先利用全相位FFT算法无泄漏地得到信号频谱，通过二级检测算法准确地检测出频谱峰点，并在频谱峰点附近运用CZT算法进行频谱细化，以测出波峰频点的高精确值，根据线性调频连续波差频信号频率与距离的关系，可由波峰频点的精确值求得目标距离。2.根据权利要求1所述的高精度边坡监测雷达目标检测及测距方法，其特征在于，线性调频连续波雷达的发射信号表达式s(t)为：其中t为起点的时间变量，T
p
为脉冲重复周期，A1表示发射信号幅值，f0表示起始频率，B为信号带宽，表示初始相位，c为光速；设相对静止的目标的距离为R，则回波信号r(t)为其中A2为接收信号幅值，混频后得到的差频信号为：经过所述低通滤波器后，滤除了高频部分，信号为：经A/D采样模块的模数转换A/D采样后得：其中k为采样点序号，Δt为采样点，ε(k)表示杂波和噪声信号的采样；所述A/D采样模块输出的y
T
(k)依次经过全相位FFT算法、谱分析目标检测和CZT频谱细化算法的处理后，确定频谱峰值出现在处，由于即可求得目标距离R的值为：3.根据权利要求1所述的高精度边坡监测雷达目标检测及测距方法，其特征在于，所述
线性调频连续波雷达设置在距离边坡的5km范围以内。4.根据权利要求1～3任意一项所述的高精度边坡监测雷达目标检测及测距方法，其特征在于，为准确地找出所述波峰频点，对目标进行检测时采用了目标二级检测算法，所述目标二级检测算法包括：第一级检测方法：设定阈值Flag1为一固定值，Flag1＞Ama，Ama为噪声幅度在一定时间内的归一化平均值，找出大于阈值Flag1的信号点，且该点的信号幅值是邻域中的最大值，并进入第二级检测方法。第二级检测方法：设定阈值为变动值Flag...

【专利技术属性】
技术研发人员：李春苗，尹小波，罗治，郭棋武，湛永坚，曹毅强，孔德君，王峰，毕晓猛，雷彬，
申请(专利权)人：中大检测湖南股份有限公司，
类型：发明
国别省市：