FMCW雷达物位计的回波信号处理方法技术

FMCW雷达物位计的回波信号处理方法，针对如何解决在FMCW雷达物位计回波信号提取中频信号时产生测量误差的问题，本发明专利技术包括：步骤1、接收FMCW雷达物位计的回波信号，与本振信号混频，混频后进行低通滤波，得到中频信号，对中频信号进行放大、滤波和模数转换，获得频段x(n)；步骤2、将序列x(n)的中心频率移到零频处，再进行低通滤波获得y(n)，对y(n)进行重采样，利用Quinn算法对对重采样后的序列进行频率估计，得到估计频率，将估计频率的频带移频回原位置，获得频率f1；所述原位置为步骤1获得频段x(n)的中心频率；步骤3、将序列x(n)进行FFT变换，获得本振频率f2；步骤4、得到中频信号的频谱f3＝f1+f2。。。

【技术实现步骤摘要】
FMCW雷达物位计的回波信号处理方法


[0001]本专利技术涉及一种FMCW雷达物位计的回波信号处理方法，属于雷达监测


技术介绍

[0002]常将雷达物位计分为脉冲式系统或FMCW系统。FMCW雷达物位计具有测量快速稳定，精确度高的特点。调频连续波(FMCW)雷达物位计在一个调频周期内，连续发送频率线性变化的微波，同时接收反射的微波，雷达与目标之间的空间距离，导致当前发送的微波频率与反射的微波频率之间有一个频率差(中频信号，IF)，通过混频就可以得到此中频信号。再对中频信号进行滤波采样、快速傅里叶变换(fast Fourier transform，FFT)运算，得到其频率，换算得到对应的目标距离。
[0003]其中利用快速傅里叶变换获取信号的频谱时，离散傅里叶变换(discreet Fourier transform,DFT)运算后，实际的峰值谱线与频谱的峰值谱线不在同一位置，在雷达测量过程中会产生测量误差，因此影响目标测距精度。

技术实现思路

[0004]针对如何解决在FMCW雷达物位计回波信号提取中频信号时产生测量误差的问题，本专利技术还提供一种FMCW雷达物位计的回波信号处理方法。
[0005]本专利技术的一种FMCW雷达物位计的回波信号处理方法，包括：步骤1、接收FMCW雷达物位计的回波信号，与本振信号混频，混频后进行低通滤波，得到中频信号，对中频信号进行放大、滤波和模数转换，获得频段x(n)；
[0006]步骤2、将序列x(n)的中心频率移到零频处，再进行低通滤波获得y(n)，对y(n)进行重采样，利用Quinn算法对对重采样后的序列进行频率估计，得到估计频率，将估计频率的频带移频回原位置，获得频率f1；所述原位置为步骤1获得频段x(n)的中心频率；
[0007]步骤3、将序列x(n)进行FFT变换，获得本振频率f2；
[0008]步骤4、得到中频信号的频谱f3＝f1+f2。
[0009]作为优选，所述步骤1中，频段x(n)为：
[0010]x(n)＝Aexp(j2πf
s
nΔt+φ0)+ω(n)
[0011]n＝0,1,2,
…
,N
‑
1，A表示振幅，f
s
表示中心频率，φ0表示初始相位，ω(n)为方差为2σ2的高斯白噪声分量，N表示频段中序列的数量。
[0012]作为优选，所述步骤2中，f
c
表示感兴趣频带的中心频率，n表示频段中序列的标号；T
s
表示原始采样间隔。
[0013]作为优选，步骤2中，重采样的频率f
s
′
＝f
s
/D，且大于f
s
，D是细化倍数。
[0014]作为优选，利用Quinn算法对对重采样后的序列进行频率估计，得到估计频率f
a
：
[0015][0016]其中，x(n)的N点的DFT为x(k)，当k＝k0时，x(k)的幅值最大，δ为修正项，
δ1＝β1/(1
‑
β1)；δ2＝β2/(1
‑
β2)；β1＝Re{x(k0‑
1)/x(k0)}；β2＝Re{x(k0+1)/x(k0)}，Re表示实部。
[0017]作为优选，对频率f1进行细化，细化后的细化的频段范围为
[0018]作为优选，对本振频率f2进行细化，细化后的细化的频段范围为
[0019]本专利技术的有益效果，本专利技术对部分频段进行放大细化的特点,利用Quinn算法对大的频率偏移进行估计,并在Quinn算法的基础上，通过频移降低中频信号频率值的偏差，对误差进行补偿。
附图说明
[0020]图1为本专利技术的原理示意图。
具体实施方式
[0021]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
[0022]需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0023]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，但不作为本专利技术的限定。
[0024]本实施方式的FMCW雷达物位计的回波信号处理方法，包括：
[0025]步骤1、接收FMCW雷达物位计的回波信号，利用本振信号进行混频，混频后的进行低通滤波，得到中频信号，对其进行放大、滤波和模数转换，获得频段x(n)；
[0026]x(n)＝Aexp(j2πf
s
nΔt+φ0)+ω(n)
[0027]n＝0,1,2,
…
,N
‑1[0028]A表示振幅，f
s
表示中心频率，φ0表示初始相位，ω(n)为方差为2σ2的高斯白噪声分量，N表示频段中序列的数量；
[0029]步骤2、对频段x(n)的进行频谱搬移，把感兴趣频带的中心移到零；根据信号调制的理论，将信号进行频谱搬移，需要将信号与一个的复指数次方相乘；与频段x(n)相比，向左平移了f
c
个单位；对移频后的信号进行低通滤波，得到y(n)。为了避免产生频谱混叠，把信号通过加窗的FIR低通滤波器，只保留感兴趣的频率分量，低通滤波处理可以滤除频谱搬移后剩余的高频分量,防止频谱混叠：
[0030][0031]f
c
表示感兴趣频带的中心频率，n表示频段中序列的标号；T
s
表示原始采样间隔；
[0032]对滤波后的信号进行重采样。经过前两部处理后，带宽变为B＝f
s
/D，D是细化倍数，重新采样信号，重采样频率大于f
s
，具体为f
s
′
＝f
s
/D，输出信号点数为M＝N/D。重采样后，信号的频率分辨率为f
s
/N；
[0033]步骤2是对信号的频率进行局部细化放大，使感兴趣的频带获得较高的距离分辨率，然后再采样Quinn算法对局部细化放大部分进行频率估计：
[0034]离散序列x(n)的N点的DFT表达式为：
[0035][0036]k＝0,1,2,
…
,N
‑1[0037]当k＝k0时，x(k)的幅值最大，对应相邻位置谱线的值分别为x(k0+1)与x(k0‑
1)。当信号的实际频率不是FFT的量化频率值的整数倍时，实际频率位于幅值最大的两条相邻谱线之间，通过对次最大幅度谱线与最大幅度谱线的幅度信息和相位信息进行分析就可以估计出信号的实际频率大小，得到估计频率f
a
：
[0038][0039]其中，δ为修正项，
[0040]δ1＝β1/(1
‑
β1)；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.FMCW雷达物位计的回波信号处理方法，其特征在于，包括：步骤1、接收FMCW雷达物位计的回波信号，与本振信号混频，混频后进行低通滤波，得到中频信号，对中频信号进行放大、滤波和模数转换，获得频段x(n)；步骤2、将序列x(n)的中心频率移到零频处，再进行低通滤波获得y(n)，对y(n)进行重采样，利用Quinn算法对对重采样后的序列进行频率估计，得到估计频率，将估计频率的频带移频回原位置，获得频率f1；所述原位置为步骤1获得频段x(n)的中心频率；步骤3、将序列x(n)进行FFT变换，获得本振频率f2；步骤4、得到中频信号的频谱f3＝f1+f2。2.根据权利要求1所述的FMCW雷达物位计的回波信号处理方法，其特征在于，所述步骤1中，频段x(n)为：x(n)＝A exp(j2πf
s
nΔt+φ0)+ω(n)n＝0,1,2,
…
,N
‑
1，A表示振幅，f
s
表示中心频率，φ0表示初始相位，ω(n)为方差为2σ2的高斯白噪声分量，N表示频段中序列的数量。3.根据权利要求2所述的FMCW雷达物位计的回波信号处理方法，其特征在于，所述步骤2中，f
c
表示感兴趣频带的中心频率，n表示频段中序列的标号；T
s
表示原始采样间隔。4.根据权利要求3所述的FMCW雷达物位计的回波信号处理方法，其特征在于，步骤2中...

【专利技术属性】
技术研发人员：田中山，王现中，杨昌群，吴小川，牛道东，张俊，梁珈铭，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学中仪知联无锡工业自动化技术有限公司，
类型：发明
国别省市：