CN108287335A - 一种利用lfmcw雷达的频率调制信号来对多目标进行测距测速的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用LFMCW雷达的频率调制信号来对多目标进行测距测速的方法，对现有的三角形调频LFMCW雷达调频信号，增加一个长度为Tm2的调制周期，该调制周期包括2个长度均为Tm2/2且频率分别为fs1和fs2的单频信号；对该两个单频信号回波FFT变换后求解出|fd|，再根据两个单频信号回波频谱主瓣峰值点的相位差求解目标距离R和fR,从而得到|fR±fd|的结果；将该结果与Tm1调制周期内回波FFT变换后的结果进行匹配，确定出运动目标的回波频谱分量；余下的Tm1调制周期内回波频谱分量主瓣对应的都是|fR|，在正斜率区间直接得到静止目标对应的fR，从而得到静止目标的距离R。本发明简化单通道下变频LFMCW雷达的多目标距离的求解过程，同时改善运动目标距离的测量精度。
Description
技术领域
本发明属于雷达系统技术领域，具体涉及一种利用LFMCW雷达的频率调制信号来对多目标进行测距测速的方法。
背景技术
LFMCW(线性调频连续波)雷达产生和处理宽带信号，可以获得很高的距离测量精度，且不会引入模糊距离，因而常被应用到目标距离测量中。LFMCW雷达发射信号的频率随着时间线性变化，一般按照三角形或锯齿形规律变化。接收到的目标回波信号与本振信号直接进行混频，由于频率调制规律为线性规律，接收信号与发射信号之间的时间差会带来频率差异，因而混频后所得的差拍信号将是频率与目标距离线性有关的信号，则可以利用差拍信号的频率对目标进行测距。
由于运动目标回波信号频率耦合了多普勒频移，使得仅用单斜率段信号无法准确测得目标的距离，此时常利用三角形调制负斜率段所得的差拍信号，与正斜率段所得差拍信号联合求解，来解出目标距离以及速度。而在采用单通道下变频的LFMCW雷达中，正负频率信息是模糊的，如果对多目标进行测量，仅靠正负斜率段进行距离速度的测量会引入复杂的频谱匹配和解耦合计算问题。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明目的在于提供一种利用LFMCW雷达的频率调制信号来对多目标进行测距测速的方法。
本发明所采用的技术方案为：
一种利用LFMCW雷达的频率调制信号来对多目标进行测距测速的方法，包括步骤：
S1、对频率调制周期均分为正斜率区间和负斜率区间，频率为fm1,调制周期为Tm1的单通道下变频结构的三角形调频LFMCW雷达调频信号，在每相邻的2个调制周期Tm1之间增加一个长度为Tm2的调制周期形成新的频率调制组合信号，该调制周期包括2个长度均为Tm2/2且频率分别为fs1和fs2的单频信号，这两个单频信号的频率间隔为Δf；
S2、对该两个单频信号回波FFT变换后求解出|fd|，再根据两个单频信号回波频谱主瓣峰值点的相位差求解目标距离R，然后得到运动目标的fR,从而得到|fR±fd|的结果；
S3、将S2得到的结果与Tm1调制周期内回波FFT变换后的结果进行匹配，然后确定运动目标的回波频谱分量；
S4、余下的Tm1调制周期内回波频谱分量主瓣对应的都是|fR|，在正斜率区间直接得到静止目标对应的fR，从而得到静止目标的距离R。
具体地，所述新的频率调制组合信号如式(2)：
其中fs1＝fs2+Δf，K＝2fm1/Tm1。
进一步地，所述步骤S2中，|fd|的求解过程为：
首先，FFT变化公式如式(3)：
其中X[k]为离散数字频谱，设频谱峰值在k点，则对应的则有
式中的fsample是系统采样频率，λ是系统载频f0对应波长。
更进一步地，所述步骤S2中，目标距离R和运动目标的fR求解过程为：
首先，根据两个单频信号回波频谱主瓣峰值点的相位差求出目标距离R,求解公式如式(5)：
式中的C为光速；
然后得到运动目标的fR＝KR/2C。
再进一步地，所述步骤S5中，静止目标的距离R＝fR2C/K。
本发明的有益效果为：
本发明能简化单通道下变频LFMCW雷达的多目标距离的求解过程，以降低原来调制波形在在频谱配对求解的复杂度，由于在Tm2调制周期内是通过相位差来测量目标运动的距离，也能够在不增加系统工作带宽的条件下，提高距离测量的精度。
附图说明
图1是现有的三角形调频LFMCW雷达的系统结构图。
图2是现有的三角形调频LFMCW雷达调频规律曲线图(时频曲线)。
图3是本发明的三角形调频LFMCW雷达调频规律曲线图(时频曲线)。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步阐释。
实施例1：
对于单通道下变频结构的三角形调频LFMCW雷达，频率调制周期均分为正斜率区间和负斜率区间，频率为fm1,调制周期为Tm1，其中，图1为三角形调频LFMCW雷达的系统结构图，图2为三角形调频LFMCW雷达调频规律曲线图。该三角形调频LFMCW雷达调频信号可表示为式(1)。
式中的K＝2fm1/Tm1。
雷达数字信号处理机在每个Tm1周期的正斜率区间和负斜率区间对差拍信号进行FFT变换，由于差拍信号是实信号，因此，变换后得到的频率是正负对称的，可以仅对正频率分量f+＝|fR±fd|进行分析，其中，fR和fd分别表示由于距离时延引起的频偏和运动引起的多普勒频偏，可以看到，由于FFT变换后得到的f+是绝对值，在求解多个目标的fR和fd时需要多次配对尝试，增加了求解难度。
本实施例提供一种利用LFMCW雷达的频率调制信号来对多目标进行测距测速的方法，包括如下步骤：
第一步：对频率调制周期均分为正斜率区间和负斜率区间，频率为fm1,调制周期为Tm1的单通道下变频结构的三角形调频LFMCW雷达调频信号，在每相邻的2个调制周期Tm1之间增加一个长度为Tm2的调制周期形成新的频率调制组合信号，如式(2)，该调制周期包括2个长度均为Tm2/2且频率分别为fs1和fs2的单频信号，这两个单频信号的频率间隔为Δf，如图3所示，图3为改进后的三角形调频LFMCW雷达调频规律曲线图。
新的频率调制组合信号如式(2)：
其中fs1＝fs2+Δf，K＝2fm1/Tm1
在该增加的调制周期内，由于是单频信号，静止目标回波后经过差拍处理后都在零频位置，无法求解多个静止目标的距离，但可以用于求解运动目标的距离和速度信息。具体的求解过程如下：
第二步：对该两个单频信号回波FFT变换后求解出|fd|，FFT变换公式如下。
其中X[k]为离散数字频谱，设频谱峰值在k点，则对应的
则有
式中的fsample是系统采样频率，λ是系统载频f0对应波长。
再根据两个单频信号回波频谱主瓣峰值点的相位差求出目标距离R,求解公式如式(5)。
式中的C为光速。
从而可以得到运动目标的fR＝KR/2C
进一步可得到|fR±fd|的结果。
第三步：将第二步得到的结果与Tm1调制周期内回波FFT变换后的结果进行匹配，可以确定出运动目标的回波频谱分量。
第四步：余下的Tm1调制周期内回波频谱分量主瓣对应的都是|fR|，在正斜率区间直接得到静止目标对应的fR，从而得到静止目标的R＝fR2C/K
本发明方法可以降低原来调制波形在在频谱配对求解的复杂度，并且由于在Tm2调制周期内是通过相位差来测量目标运动的距离，也能够在不增加系统工作带宽的条件下，提高距离测量的精度。
不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。
Claims (5)
1.一种利用LFMCW雷达的频率调制信号来对多目标进行测距测速的方法，其特征在于：包括步骤：
S1、对频率调制周期均分为正斜率区间和负斜率区间，频率为fm1,调制周期为Tm1的单通道下变频结构的三角形调频LFMCW雷达调频信号，在每相邻的2个调制周期Tm1之间增加一个长度为Tm2的调制周期形成新的频率调制组合信号，该调制周期包括2个长度均为Tm2/2且频率分别为fs1和fs2的单频信号，这两个单频信号的频率间隔为Δf；
S2、对该两个单频信号回波FFT变换后求解出|fd|，再根据两个单频信号回波频谱主瓣峰值点的相位差求解目标距离R，然后得到运动目标的fR,从而得到|fR±fd|的结果；
S3、将S2得到的结果与Tm1调制周期内回波FFT变换后的结果进行匹配，然后确定运动目标的回波频谱分量；
S4、余下的Tm1调制周期内回波频谱分量主瓣对应的都是|fR|，在正斜率区间直接得到静止目标对应的fR，从而得到静止目标的距离R。
2.根据权利要求1所述的一种利用LFMCW雷达的频率调制信号来对多目标进行测距测速的方法，其特征在于：所述新的频率调制组合信号如式(2)：
其中fs1＝fs2+Δf。
3.根据权利要求2所述的一种利用LFMCW雷达的频率调制信号来对多目标进行测距测速的方法，其特征在于：所述步骤S2中，|fd|的求解过程为：
首先，FFT变化公式如式(3)：
其中X[k]为离散数字频谱，设频谱峰值在k点，则对应的则有
式中的fsample是系统采样频率，λ是系统载频f0对应波长。
4.根据权利要求3所述的一种利用LFMCW雷达的频率调制信号来对多目标进行测距测速的方法，其特征在于：所述步骤S2中，目标距离R和运动目标的fR求解过程为：
首先，根据两个单频信号回波频谱主瓣峰值点的相位差求出目标距离R,求解公式如式(5)：
式中的C为光速；
然后得到运动目标的fR＝KR/2C。
5.根据权利要求4所述的一种利用LFMCW雷达的频率调制信号来对多目标进行测距测速的方法，其特征在于：所述步骤S5中，静止目标的距离R＝fR2C/K。
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