一种FMCW雷达测距方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种FMCW雷达测距方法及系统，包括：对离散差拍信号进行傅里叶变换，将傅里叶变换频谱峰值处的频率作为粗估计频率f

【技术实现步骤摘要】
一种FMCW雷达测距方法及系统


[0001]本专利技术属于雷达信号处理
，更具体地，涉及一种FMCW雷达测距方法及系统。

技术介绍

[0002]调频连续波(Frequency Modulation Continuous Wave，FMCW)雷达具有探测距离远、距离分辨率高、不易受雨雾云等外界天气条件的影响等优点，因此在军事、交通管制、汽车防撞、液位测量等领域都有广泛的应用，尤其是在液位高度的测量、精密零件的形变以及呼吸心率检测等非接触式测量应用场景中能够发挥较大作用，这些应用场景对测量精度的要求很高，因此，研究一种高精度的FMCW雷达测距方法存在重要的意义。
[0003]现有的FMCW雷达测距方法主要包括：幅度比值法、领域频谱细化法和相位法。其中，幅度比值法利用频谱峰值及峰值两侧的两根谱线进行插值来修正峰值位置，从而估计出差拍信号的频率以进行测距，该方法计算简单，但是其在修正峰值位置时由于参考点的数量有限，往往误差较大，导致测距精度较低，且测距精度还容易受目标距离的影响。领域频谱细化法主要是对FFT或CZT频谱进行插值，使得频谱间距变小以达到细化频谱的目的，从而能够更加准确的获取峰值位置，相对于幅度比值法，测距精度有所提高，但是其利用的是差拍信号的频率信息，而频率信息对于目标距离的变化不够敏感，因此，测量精度仍然较低。相位法则是通过估计差拍信号的相位信息进行测距，相比于频率信息，相位信息对于距离的变化较为敏感，因此，相比于领域频谱细化法，相位法的理论测量精度更高；但是，差拍信号的相位估计结果可能并不是真实的相位，其还可能是真实相位对2π取余的结果，存在相位模糊问题，因此，测距结果可能存在误差，精度仍然较低。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种FMCW雷达测距方法及系统，用以解决现有技术中FMCW雷达测距精度较低的技术问题。
[0005]为了实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种FMCW雷达测距方法，包括以下步骤：
[0006]S1、对FMCW雷达接收的目标反射的回波信号与其发射信号混频后的差拍信号进行采样，得到离散差拍信号；
[0007]S2、对离散差拍信号进行傅里叶变换，得到离散差拍信号的傅里叶变换频谱；将傅里叶变换频谱峰值处的频率作为粗估计频率f
FFT
；
[0008]S3、在粗估计频率f
FFT
两侧的第一预设范围内，对傅里叶变换频谱进行CZT细化得到CZT频谱；将CZT频谱峰值处的频率作为细估计频率f
CZT
；
[0009]S4、在细估计频率f
CZT
两侧的第二预设范围内，对CZT频谱进行进一步CZT细化后，与用频率表示的相位表达式相乘，将相乘后的结果取实部，得到相干CZT频谱；将相干CZT频谱峰值处的频率作为最终的频率估计结果f
CCZT
；
[0010]S5、基于最终的频率估计结果f
CCZT
计算FMCW雷达与目标之间的距离。
[0011]进一步优选地，上述步骤S3包括：在粗估计频率f
FFT
两侧的
±
B
CZT
/2范围内，对傅里叶变换频谱进行CZT细化得到CZT频谱；
[0012]其中，B
CZT
＝f
s
/N；f
s
为步骤S1中对差拍信号进行采样的采样率，N为对应的采样点数。
[0013]进一步优选地，上述步骤S4包括：在细估计频率f
CZT
两侧的
±
B
CCZT
/2范围内，对CZT频谱进行进一步CZT细化；
[0014]其中，B
CCZT
＝Mf
s
/NK1；M的值基于置信原理和频率估计的克拉美罗界确定；f
s
为步骤S1中对差拍信号进行采样的采样率，N为对应的采样点数；K1为步骤S3中进行CZT细化的细化点数。
[0015]进一步优选地，表示f
CCZT
落入[f
CZT
‑
βσ，f
CZT
+βσ]范围内时的置信度值为
[0016]其中，表示向上取整；β为预设常数；σ表示频率估计的克拉美罗界，其表达式为：
[0017][0018]SNR为回波信号的信噪比。
[0019]进一步优选地，上述用频率表示的相位表达式为：
[0020][0021]其中，f0为发射信号的起始频率；B为发射信号的调制带宽；f
s
为步骤S1中对差拍信号进行采样的采样率，N为对应的采样点数；f1′
为步骤S4中对CZT频谱进行进一步CZT细化的起始细化频率；k＝0,1,
…
,K2；K2为步骤S4中对CZT频谱进行进一步CZT细化的细化点数。
[0022]进一步优选地，上述步骤S2中，对离散差拍信号进行FFT变换，得到离散差拍信号的傅里叶变换频谱。
[0023]进一步优选地，FMCW雷达与目标之间的距离为：
[0024][0025]其中，c为光速；T为发射信号的扫频重复周期；B为发射信号的调制带宽。
[0026]第二方面，本专利技术提供了一种FMCW雷达测距系统，包括：存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时执行本专利技术第一方面所提供的一种FMCW雷达测距方法。
[0027]第三方面，本专利技术提供了一种FMCW雷达测距系统，包括：
[0028]采样模块，用于对FMCW雷达接收的目标反射的回波信号与其发射信号混频后的差
拍信号进行采样，得到离散差拍信号；
[0029]频率粗估计模块，用于对离散差拍信号进行傅里叶变换，得到离散差拍信号的傅里叶变换频谱；将傅里叶变换频谱峰值处的频率作为粗估计频率f
FFT
；
[0030]第一频率细估计模块，用于在粗估计频率f
FFT
两侧的第一预设范围内，对傅里叶变换频谱进行CZT细化得到CZT频谱；将CZT频谱峰值处的频率作为细估计频率f
CZT
；
[0031]第二频率细估计模块，用于在细估计频率f
CZT
两侧的第二预设范围内，对CZT频谱进行进一步CZT细化后，与用频率表示的相位表达式相乘，将相乘后的结果取实部，得到相干CZT频谱；将相干CZT频谱峰值处的频率作为最终的频率估计结果f
CCZT
；
[0032]距离计算模块，用于基于最终的频率估计结果f
CCZT
计算FMCW雷达与目标之间的距离。
[0033]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
[0034]1、本专利技术提供了一种FMCW雷达测距方法，基于线性调频连续波雷达差拍信号相位与频率不独立变化的特性，在差拍信号的CZT频谱上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种FMCW雷达测距方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、对FMCW雷达接收的目标反射的回波信号与其发射信号混频后的差拍信号进行采样，得到离散差拍信号；S2、对所述离散差拍信号进行傅里叶变换，得到所述离散差拍信号的傅里叶变换频谱；将所述傅里叶变换频谱峰值处的频率作为粗估计频率f
FFT
；S3、在所述粗估计频率f
FFT
两侧的第一预设范围内，对所述傅里叶变换频谱进行CZT细化得到CZT频谱；将所述CZT频谱峰值处的频率作为细估计频率f
CZT
；S4、在所述细估计频率f
CZT
两侧的第二预设范围内，对所述CZT频谱进行进一步CZT细化后，与用频率表示的相位表达式相乘，将相乘后的结果取实部，得到相干CZT频谱；将所述相干CZT频谱峰值处的频率作为最终的频率估计结果f
CCZT
；S5、基于所述最终的频率估计结果f
CCZT
计算FMCW雷达与目标之间的距离。2.根据权利要求1所述的FMCW雷达测距方法，其特征在于，所述步骤S3包括：在所述粗估计频率f
FFT
两侧的
±
B
CZT
/2范围内，对所述傅里叶变换频谱进行CZT细化得到CZT频谱；其中，B
CZT
＝f
s
/N；f
s
为所述步骤S1中对差拍信号进行采样的采样率，N为对应的采样点数。3.根据权利要求1所述的FMCW雷达测距方法，其特征在于，所述步骤S4包括：在所述细估计频率f
CZT
两侧的
±
B
CCZT
/2范围内，对所述CZT频谱进行进一步CZT细化；其中，B
CCZT
＝Mf
s
/NK1；M的值基于置信原理和频率估计的克拉美罗界确定；f
s
为所述步骤S1中对差拍信号进行采样的采样率，N为对应的采样点数；K1为步骤S3中进行CZT细化的细化点数。4.根据权利要求3所述的FMCW雷达测距方法，其特征在于，表示f
CCZT
落入[f
CZT
‑
βσ，f
CZT
+βσ]范围内时的置信度值为其中，表示向上取整；β为预设常数...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐争光，齐思航，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：