一种雷达测距方法技术

本发明专利技术涉及一种雷达测距方法。包括：基于调频连续波测距原理进行第一次测量，对测量数据进行傅里叶变换后获取回波信号中得到的粗精度距离，并获取对应的第一次相位值；基于调频连续波测距原理进行第二次测量，对测量数据进行傅里叶变换后获取对应的第二次相位值；将第一次相位值和第二次相位值做差得到相位差，获取精确绝对距离＝粗精度距离数据+相位差*精度系数。其中，需要满足两次测量的频率差的波长等于FFT阱分辨率的两倍。只需要巧妙设计两次测量的雷达频率，就可以在两次测量之后，将目标绝对距离的精度提高约两个数量级以上，即由原来的厘米级到米级的精度提高到亚毫米，不仅可以满足远距离建模的需求，还可以进行目标的变形监测。标的变形监测。标的变形监测。

【技术实现步骤摘要】
一种雷达测距方法


[0001]本专利技术涉及一种测距方法，尤其是涉及一种雷达测距方法。

技术介绍

[0002]微波雷达的作用距离远，穿透性好，作用十分广泛。对于调频连续波雷达，其绝对距离的获取，一般是通过对一组中频数据的原始采样傅里叶变换得到，表面来看，这个绝对距离的精度取决于最大不模糊距离和傅里叶变换之后结果的长度，实际上，最终落实在所使用的电磁波的扫频带宽上，即距离分辨率R＝C/2B,C为光速，B为扫频带宽。目前的微波雷达带宽一般在几十兆赫兹到几千兆赫兹，因此绝对距离的测距精度在厘米级到米级。虽然可以通过提高扫描带宽来提高测距精度，但是受到电磁波资源的限制，器件的限制，天线的限制等等技术制约，这个效果是极为有限的。
[0003]虽然微波雷达的绝对测距精度受到制约，一般只能达到厘米级，但是通过干涉技术，微波雷达可以实现亚毫米级甚至更高精度的相对位移测量。这得益于回波信号中包含的相位信息。
[0004]假设雷达所使用的波长为10厘米，而现代数字处理技术很容易可以获取精度优于0.2度(大约0.0035弧度)的相位信息，于是相对位移精度优于10*0.2/360＝0.0056厘米。而目前的技术，这个测量精度仅限于测量相对位移，并未用于测量绝对距离。因为回波信号中的相位信息存在缠绕现象(或称为相位模糊)，因此不能直接用于测量目标的绝对距离。

技术实现思路

[0005]本专利技术主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种实施容易，可以有效提高微波雷达的绝对距离测量精度，改变了微波雷达难以精确测量绝对距离的状况，配合成像雷达，能够生成精密点云。可以广泛应用于目标位移监测、目标精密模型建立等方面的雷达测距方法。
[0006]本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
[0007]一种雷达测距方法，其特征在于，包括：
[0008]基于调频连续波测距原理进行第一次测量，对测量数据进行傅里叶变换(FFT)后获取回波信号中得到的粗精度距离，并获取对应的第一次相位值；
[0009]基于调频连续波测距原理进行第二次测量，对测量数据进行傅里叶变换后获取对应的第二次相位值；
[0010]将第一次相位值和第二次相位值做差得到相位差，获取精确绝对距离＝粗精度距离数据+相位差*精度系数。
[0011]其中，需要满足两次测量的频率差的波长等于FFT阱分辨率的两倍。在上述的一种雷达测距方法，第一次测量所使用的电磁波波长为L1，频率为F1，扫频带宽为B，频率的相位为W1，粗测距分辨率Rc＝C/2B，C为光速，目标距离为D；
[0012]将该次测量的数据进行第一次FFT，则目标落入的FFT阱序号为INT(D/Rc)，目标落
入距离是D
coarse
＝INT(D/Rc)*Rc的FFT阱中，在INT(D/Rc)的FFT变换阱处的第一次相位值W1。
[0013]在上述的一种雷达测距方法，第二次测量，此时使用的电磁波波长为L2，将该次测量的数据进行第二次FFT，获得第二次测量结果的FFT数据的INT(D/Rc)FFT阱处的第二次相位W2。
[0014]在上述的一种雷达测距方法，满足两次测量的频率差的波长等于FFT阱分辨率的两倍，即L1
‑
L2＝(L1*L2*B)/C，或L2
‑
L1＝(L1*L2*B)/C。
[0015]在上述的一种雷达测距方法，满足两次测量的频率差的波长等于FFT阱分辨率的两倍，即C/(F1
‑
F2)＝C/B,或者C/(F2
‑
F1)＝C/B。在上述的一种雷达测距方法，所述精度系数包括圆周率Pi、光速C以及扫频带宽B，精确绝对距离基于波长为C/B测量D的时候的整周数N为判据，其中，C/B两次测量的波长之差：
[0016]当N为偶数，D＝D
coarse
+(W1
‑
W2)*(C/2B)/Pi
[0017]当N为奇数，D＝D
coarse
+(2*(W1
‑
W2)
‑
1)*(C/2B)/Pi
[0018]其中，D
coarse
通过第一次测量数据的FFT得到，W1
‑
W2通过两次测量的相位差得到，C为光速常量，B为带宽。
[0019]因此，本专利技术具有如下优点：只需要巧妙设计两次测量的雷达频率，就可以在两次测量之后，将目标绝对距离的精度提高约两个数量级以上，即由原来的厘米级到米级的精度提高到亚毫米，不仅可以满足远距离建模的需求，还可以进行目标的变形监测。
附图说明
[0020]附图1是本专利技术的一种方法原理图；
具体实施方式
[0021]下面通过实施例，并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步具体的说明。
[0022]实施例：
[0023]本专利技术采用异频多次测量的方法，基于调频连续波技术，通过单次测量回波信号中得到的粗精度距离信息，再通过提取异频信号的相位得到目标的精确绝对距离。使用本方法，可以一次测得视角内所有可观测目标的距离，精度由雷达的相位分辨率决定，一般来说可以轻易做到优于0.1mm。
[0024]一、首先以非成像实孔径雷达为例说明原理。
[0025]假设第一次测量所使用的电磁波波长为L1，频率为F1，目标距离为D，扫频带宽为B，则粗测距分辨率Rc＝C/2B，C为光速。将该次测量的数据做FFT，则目标落入的FFT阱序号为INT(D/Rc)，即，目标落入距离是D
coarse
＝INT(D/Rc)*Rc的FFT阱中，D
coarse
即为绝对距离的粗精度值。而我们要求的是D，其与D
coarse
之间的差为：
[0026]Ds＝D
‑
D
coarse
＝D
‑
INT(D/Rc)*Rc，求得Ds即可知道目标的精确距离D。
[0027]此时在INT(D/Rc)的FFT阱处，可以得到该处的相位值W1。
[0028]为了求得Ds，进行第二次测量，此时使用的电磁波波长为L2，频率为F2要求满足
[0029]L1
‑
L2＝(L1*L2*B)/C，或者L2
‑
L1＝(L1*L2*B)/C，这两者没有区别，只不过是L1和L2的顺序不同而已，其根本是使得两次测量的频率差的波长等于FFT阱分辨率的两倍,在工
程实践中，可以使用等价的公式，即：
[0030]C/(F1
‑
F2)＝C/B,或者C/(F2
‑
F1)＝C/B
[0031]化简后即可换算到频率，实际上就是F2＝F1+B或者F1＝F2+B。
[0032]需要注意的是，按照常规的测距思路，应该使得两次测量的频率差的波长和FFT阱的分辨率一致才行。但是这个实施中有一定的技术障碍，对雷达频率合成范本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种雷达测距方法，其特征在于，包括：基于调频连续波测距原理进行第一次测量，对测量数据进行傅里叶变换(FFT)后获取回波信号中得到的粗精度距离，并获取对应的第一次相位值；基于调频连续波测距原理进行第二次测量，对测量数据进行傅里叶变换后获取对应的第二次相位值；将第一次相位值和第二次相位值做差得到相位差，获取精确绝对距离＝粗精度距离数据+相位差*精度系数，其中，需要满足两次测量的频率差的波长等于FFT阱分辨率的两倍。2.根据权利要求1所述的一种雷达测距方法，其特征在于，第一次测量所使用的电磁波波长为L1，频率为F1，扫频带宽为B，频率的相位为W1，粗测距分辨率Rc＝C/2B，C为光速，目标距离为D；将该次测量的数据进行第一次FFT，则目标落入的FFT阱序号为INT(D/Rc)，目标落入距离是D
coarse
＝INT(D/Rc)*Rc的FFT阱中，在INT(D/Rc)的FFT变换阱处的第一次相位值W1。3.根据权利要求2所述的一种雷达测距方法，其特征在于，第二次测量，此时使用的电磁波波长为L2，将该次测量的数据进行第二次FFT，获得第二次测量结果的FFT数据的INT(D/Rc)FFT阱处的第二次相位W2。4.根据权利要求3所述的一种雷达测距方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张涛，邹进贵，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：