CN110857975A - 雷达范围精确度改进方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于确定目标的范围的方法,包括:接收基于第一时间的雷达返回信号,将基于第一时间的雷达返回信号转换为第一频域信号,检测第一频域信号的峰值,该峰值对应于粗略目标范围,接收基于第二时间的雷达返回信号,使用检测到的第一频域信号的峰值和基于第二时间的雷达返回信号,将基于第二时间的雷达返回信号转换为第二频域信号,以及检测第二频域信号的峰值,该峰值对应于精细目标范围。
Description
技术领域
本发明总体涉及用于改进雷达范围精确度的系统和方法,并且特别地涉及用于改进调频连续波(“FMCW”)雷达的范围精确度的系统和方法。
背景技术
在一些雷达系统中,通过以下步骤来确定雷达与目标之间的距离:发射频率调制信号,接收频率调制信号的反射,以及基于频率调制信号的发射与接收之间的时间延迟和/或频率差来确定距离。因此,一些雷达系统包括用于发射RF信号的发射天线、用于接收RF信号的接收天线、以及用于生成发射信号以及接收RF信号的相关联的RF电路。在一些情况下,可以使用相控阵技术使用多个天线来实现定向波束。
在工业应用中,准确地估计雷达范围(radar range)是雷达界感兴趣的。例如,在FMCW拉伸处理中,目标范围分辨率及其精确度受到雷达带宽的限制。范围分辨率是雷达系统区分在同一方位上但在不同范围处的两个或更多个目标的能力。范围分辨率的等级取决于雷达带宽的宽度、发射脉冲、目标的类型和尺寸、以及接收器和指示器的效率。
发明内容
用于确定目标的范围的方法包括:接收基于第一时间的雷达返回信号;将基于第一时间的雷达返回信号转换为第一频域信号;检测第一频域信号的峰值,该峰值对应于粗略目标范围;接收基于第二时间的雷达返回信号;使用检测到的第一频域信号的峰值和基于第二时间的雷达返回信号,将基于第二时间的雷达返回信号转换为第二频域信号;以及检测第二频域信号的峰值,该峰值对应于精细目标范围。
附图说明
为了更完整地理解本发明及其优点,现在参考结合附图进行的以下描述,在附图中:
图1A是根据现有技术的雷达系统的框图;
图1B是包括两个单独的线性调频脉冲的雷达发射信号的时序图;
图2是根据一个实施例的FMCW雷达系统的框图;
图3是一个实施例的方法的流程图;
图4是根据一个实施例的雷达输出信号,其示出了目标的幅度与范围的关系;
图5是根据一个实施例的针对一米处的目标的雷达输出显示,其中以第一分辨率处理雷达返回信号;
图6是根据一个实施例的针对如图5中的一米处的目标的雷达输出显示,其中以第二分辨率处理雷达返回信号;
图7是根据一个实施例的针对十米处的目标的雷达输出显示,其中以第一分辨率处理雷达返回信号;
图8是根据一个实施例的针对如图7中的十米处的目标的雷达输出显示,其中以第二分辨率处理雷达返回信号;
图9是比图3的流程图更详细的流程图,包括根据一个实施例的数据处理电路和方法的细节;
图10是根据一个实施例的用于显示各种分辨率目标范围的显示方法的流程图;以及
图11是适合于实现图9的数据处理电路的计算机系统的框图。
具体实施方式
用于改进雷达范围精确度的实施例系统和方法涉及各种类型的雷达,并且特别地涉及在下面描述的FMCW雷达。
在本发明的实施例中,通过执行一个或多个粗略测量以确定目标的大致范围,然后基于所确定的粗略测量的范围执行至少一个精细测量水平来实现精确测量。通过使用粗略和精细测量的组合,可以有效且快速地进行精确的范围测量。
图1A是雷达系统110的图,其中计算机/信号处理块118被配置为执行实施例雷达处理方法。雷达系统110未必限于FMCW雷达,而是可以包括其它类型的雷达。雷达系统110包括与发射器114通信的波形发生器112。发射器114与作为天线系统122的一部分的发射天线124通信,以及与定时和控制电路120通信。定时与控制电路与接收器116通信,接收器116接收来自接收天线126的雷达返回信号。接收器116的输出信号由包括信号处理电路的计算机118处理。可以包括目标的距离或范围的处理结果以及目标的尺寸显示在数据显示器128上以供操作者观察。
图1B是包括两个单独的线性调频脉冲102和104的雷达发射信号的时序图100。线性调频脉冲102发生在时间段T0期间并且线性调频脉冲104发生在时间段T1期间。如下面进一步详细解释的,可以使用第一分辨率和精确度水平将线性调频脉冲102与范围确定相关联,并且可以使用第二分辨率和精确度水平将线性调频脉冲104与范围确定相关联。在图1中所示的实施例中,每个线性调频脉冲在第一时间段TUP期间具有从第一频率f1到第二频率f2的线性增加的频率信号,并且在第二时间段TDOWN期间具有从第一频率f1到第二频率f2的线性减小的频率信号。线性调频脉冲率TChirpRate由第一时间段TUP、第二时间段TDOWN以及线性调频脉冲之间的时间间隔TChirpInterval之和给出。如本领域中已知的,使用发射信号来生成从一个或多个目标反射的信号,随后对其进行处理以确定目标的范围。
虽然针对图1中所示的发射信号的线性调频脉冲102和104示出了三角波形,但是可以使用其它类型的发射信号,并且可以使用线性调频脉冲的上升侧(与第一时间段TUP相关联的线性调频脉冲的部分)、下降侧(与第二时间段TDOWN相关联的线性调频脉冲的部分)、或者上升侧和下降侧两者来分析雷达返回信号。
图2是根据一个实施例的雷达系统(诸如FMCW雷达系统)的框图200。FMCW雷达系统的部分可以在一个或多个集成电路中实现,包括发射天线和接收天线的天线阵列。多个集成电路实现可以包括包含分立部件的模块。外部天线也可以与模块一起使用。
实施例FMCW雷达包括收发器和控制单元,控制单元具有微处理器或其它数字信号处理器。收发器可以被制造为包括一个或多个集成电路的紧凑模块,并且通常包括单独的发射(TX)和接收(RX)天线。高频发射信号通过由斜坡发生器控制的压控振荡器202生成,斜坡发生器直接馈送发射天线TX,或者其功率另外通过功率放大器204来放大。示代表性的发射信号206被示出为包括如前所述的多个频率线性调频脉冲。高频的一部分被耦合输出和馈送到混频器212,混频器212对基带中的(通过RX天线)接收的和(通过低噪声放大器210)放大(来自目标208)的回波信号进行下变频。来自IF放大器214的中频(“IF”)信号通过滤波器216滤波,以提供感兴趣的频率。滤波器216的输出由模数转换器(“ADC”)218转换为数字信号。代表性的组合数字信号220被示出为包括发射TX和接收RX分量两者,发射TX和接收RX分量在FFT(“快速傅里叶变换”)和算数平均块222中进一步处理,在下面进一步详细描述FFT和算数平均块222,特别是关于图9的流程图。
在图2中还示出了范围检测阈值224,包括多个频率点(frequencybin)232、最小距离范围226、最大距离范围228和振幅阈值230。根据如下面进一步详细解释的实施例,最小距离范围226、最大距离范围228和振幅阈值230在粗略距离范围处理步骤与至少一个精细距离范围处理步骤之间动态地和自动地更新。
图3是一个实施例的方法的流程图300。在步骤302处,从如上所述的接收信号获得雷达数据(诸如,基于时间的雷达返回信号)。在步骤304处,以第一(粗略)分辨率生成FFT,包括使用第一采样频率(fs)生成的多个频率点。FFT用于将基于时间的接收信号转换为频域。在步骤306处,通过连续调整振幅阈值并且记录频域信号的高于振幅阈值的部分来找到一个或多个峰值。可以显示或进一步分析以粗略分辨率设置找到的一个或多个峰值。在步骤308处,确定并存储与最大峰值的范围相关联的拍频(fb)。
对于FMCW雷达,范围如下被计算为:
其中fb是拍频,B是带宽,T是斜坡周期,C是光速。
返回图3,在步骤310处,使用先前描述的相同类型的线性调频脉冲信号再次获得雷达数据。在步骤312处,执行新雷达数据的频率转换,并且将在下面进一步详细描述。在步骤314处,使用存储的拍频(fb)执行频移。在步骤316处,以第二采样频率(fs/2)执行下采样操作,以在数字信号处理期间增加频率分辨率。
在数字信号处理中,输出点(output bin)间距(fres)是采样率(fs)的函数:
fres=fs/N (2)
因此,由于在频谱计算中需要较小的频率分辨率以获得更高的分辨率,所以降低数据的采样率用于实现这个目标。虽然已知其它数字信号处理方法,但是这些方法中的一些方法可能需要附加的带宽,这在FCC规则下是不允许的,因此不再描述。
在步骤318处,以第二(精细)分辨率找到最大峰值。可以显示或进一步分析以精细分辨率设置找到的最大峰值。下面还将进一步详细描述步骤314、316和318的所有步骤。
第二(精细)分辨率提供“缩放”特征,其中最大峰值的距离范围可以使用第一(粗略)分辨率相对于距离范围以至少一个更高精确度水平来确定。在不使所使用的雷达系统“盲”的情况下,可以使用这个缩放特征的频率的上限将由所分析的信号的频率分量确定,典型的上限大约是每秒一次。但是,根据具体实现,此限制可能会有所不同。
图4是代表性雷达系统输出信号的曲线图400,其示出了在施加FFT的点窗口(binwindow)和自适应幅度阈值之后检测到的峰值402、404和406的幅度与一个或多个目标的范围的关系。图4-8是系统行为和性能的代表性示例,并非旨在进行限制。可以使用如本文所述的不同精确度水平为处于不同距离的目标构建许多其它这样的示例。
返回图4,以粗略分辨率设置处理代表性雷达系统输出信号。在2.0807米的范围处检测到峰值402,并且在20.308米的范围处检测到峰值406。在低幅度水平处检测到伪峰值404。如果需要,可以使用适当的幅度阈值滤除低幅度水平峰值(杂波)。
图5和图6示出了针对一米处的目标以第一(粗略)和第二(精细)分辨率处理和显示的雷达系统输出信号。图7和图8示出了针对十米处的目标以第一(粗略)和第二(精细)分辨率处理和显示的雷达系统输出信号。在图5至图8中示出的显示器表示具有代表性且非限制性的。可以根据需要使用其它显示接口。在实施例中,图5至图8的显示器可以是使用由雷达系统提供的数据的计算机显示器。
图5是根据一个实施例的针对一米处的目标的雷达输出显示,其中以第一(粗略)分辨率处理雷达返回信号。雷达返回信号504显示在显示器502上。在262cm的距离处检测到第一目标,相对FFT振幅为17。在382cm的距离处检测到第二目标,相对FFT振幅为10。在501cm的距离处检测到第三目标,相对FFT振幅为9。
图6是根据一个实施例的针对如图5中的一米处的目标的雷达输出显示,其中以第二(精细)分辨率处理雷达返回信号。雷达返回信号604显示在显示器602上。在109cm的距离处检测到目标,相对FFT振幅为252。应该注意的是,使用精细分辨率使目标检测更精确(针对100cm目标,109cm与262cm相比)。可以显示粗略目标检测的结果,并且一旦完成精细分辨率数字信号处理,就可以替换精细目标检测的结果。备选地,可以在显示器的第一部分上显示粗略目标检测的结果,并且一旦完成精细分辨率数字信号处理,就可以在显示器的第二部分上显示精细目标检测的结果。
图7是根据一个实施例的针对十米处的目标的雷达输出显示,其中以第一(粗略)分辨率处理雷达返回信号。雷达返回信号704显示在显示器702上。在193cm的距离处检测到第一目标,相对FFT振幅为10。在261cm的距离处检测到第二目标,相对FFT振幅为9。在1132cm的距离处检测到第三目标,相对FFT振幅为5。
图8是根据一个实施例的针对如图7中的十米处的目标的雷达输出显示,其中以第二(精细)分辨率处理雷达返回信号。雷达返回信号804显示在显示器802上。在995cm的距离处检测到目标,相对FFT振幅为4。应该注意的是,使用精细分辨率使目标检测更精确(针对100cm目标,995cm与1132cm相比)。可以显示粗略目标检测的结果,并且一旦完成精细分辨率数字信号处理,就可以替换精细目标检测的结果。备选地,可以在显示器的第一部分上显示粗略目标检测的结果,并且一旦完成精细分辨率数字信号处理,就可以在显示器的第二部分上显示精细目标检测的结果。
图9是比图3的流程图更详细的流程图,包括根据一个实施例的数据处理方法的细节。流程图900包括ADC 902和使用第一发射线性调频脉冲信号904以fs的采样频率对模拟接收信号进行采样的步骤。步骤906、908、910、912和914与第一粗略分辨率(精确度1)相关联。在步骤906处,收集并且存储基于时间的数字样本。在步骤908处,窗口化基于时间的数字样本以消除反射信号,并且以采样频率fs执行FFT。在步骤910处,逐步调整幅度阈值直到找到至少一个峰值。在实施例中,使用0与30米之间的宽范围限制。在步骤912处,执行粗略扫描。一旦找到至少一个峰值,则在步骤912处存储与该峰值相关联的拍频。在步骤914处,以粗略分辨率(精确度1)找到目标范围并且可以显示目标范围。
如果需要,可以使用第二发射线性调频脉冲信号938以及可以与第二精细分辨率(精确度2)相关联的处理步骤940、942、944、946和952来改进所存储的拍频的精确度。在步骤940处,收集并且存储基于时间的数字样本。在步骤942处,窗口化基于时间的数字样本以消除反射信号,并且以采样频率fs执行FFT。在步骤944处,基于粗略拍频调整FFT的上范围限制和下范围限制。例如,可以使用正负一米的范围,并且将这些限制之外的所有点(bin)都归零。在步骤946处,可以执行精细扫描以再次扫描峰值并且利用新的和更准确的拍频更新存储的拍频。在步骤952处,以精细分辨率(精确度2)找到目标范围并且可以显示目标范围。
然后ADC 902和步骤用于使用第三发射线性调频脉冲信号916以fs的采样频率对模拟接收信号进行采样。步骤918、920、922、934、926、928、936和930与第三(更精细)和第四(最精细)分辨率(精确度3和精确度4)相关联。在步骤918处,收集并存储基于时间的数字样本。
在步骤920处,使用存储的拍频(fb)执行频率转换,以通过将时间样本乘以德尔塔函数(delta function)来接近DC频率。德尔塔函数例如如下:
cos(wt)-j*sin(wt) (3)
其中“w”等于2*pi*fb*t,并且其中fb是在步骤912中确定的拍频。众所周知,在时域中的乘法等效于在频域中的卷积。因此,对于“k”个连续时间样本,移位频谱Yk给出如下:
Yk=Xk(real)*cos(wt)k–j*Xk(real)*sin(wt)k (4)
在步骤922处,利用抗混叠低通滤波器对移位的频谱进行滤波以消除较高频率分量。设置截止频率使得满足奈奎斯特准则。
下采样(丢弃样本,例如针对因子为2的改进,每隔一个样本)步骤924用于改善范围精确度。因子为2(fs/2)的下采样会导致因子为2的FFT分辨率。虽然在FFT中使用了相同数目的点(bin),但它们各自覆盖因子为2的更窄频率范围。虽然频率和范围分辨率增加了两倍,但处理时间增加了两倍。重要的是要注意应该观察奈奎斯特准则,这要求所使用的采样频率应至少是所分析的雷达信号中存在的最大频率的两倍。在步骤934处,窗口化下采样信号并且执行FFT。在步骤926处,由于fs/2下采样导致的范围精确度改进了两倍并且可以显示(范围精确度3)。
相应地,下采样步骤928将频率分辨率改进四倍,因此在步骤930处将范围精确度改进四倍(范围精确度4)。在步骤936处,窗口化下采样信号并且执行FFT。在步骤930处,由于fs/4下采样导致的范围精确度改进了四倍并且可以显示(范围精确度4)。
虽然使用类似于上述关于范围精确度3和范围精确度4的步骤可以实现越来越精确的范围精确度,但是奈奎斯特准则和数字信号处理延迟对可能的更精细的频率分辨率水平的数目施加了上限。
步骤914、952、926和930的结果可以通过在单个显示器上更新先前的结果来显示,或者在显示屏的不同部分同时显示。步骤926处的精细分辨率结果相对于步骤914处的至少粗略分辨率结果被延迟,因为必须在确定更精细的分辨率结果之前首先确定拍频fb。由于较长的处理时间,所以步骤930处的最精细频率分辨率结果相对于步骤926处的精细频率分辨率结果略微延迟。
在图9中示出了频率分辨率和范围精确度的顺序,其中最低分辨率和范围精确度(精确度1)显示在箭头932的顶部,而最高分辨率和范围精确度(精确度4)显示在箭头932的底部。
因此,如本文已经描述的,流程图900的部分948总体上与具有基准线精确度水平和范围分辨率的“正常”操作模式相关联,而流程图900的部分950总体上与具有增加的精确度水平和范围分辨率的“缩放”操作模式相关联。
图10是根据一个实施例的用于显示各种分辨率目标范围的显示方法的流程图。如果未更新拍频,则步骤1002、1004和1006总体上与图9中示出的步骤906、908、910、912和914相关联。步骤1008、1010和1012总体上与图9中示出的步骤918、920、922、924、934和926相关联。步骤1014总体上与图10中示出的步骤928、936和930相关联。
返回图10,在步骤1002处,确定针对第一精确度水平的目标范围。在步骤1004处,显示确定的目标范围。询问步骤1006询问是否需要比第一精确度水平提供的精确度更高的精确度。如果不是,则可以继续利用第一精确度水平确定目标范围。如果是,则确定针对第二个更准确的精确度水平的目标范围。在步骤1010处,显示确定的目标范围。询问步骤1012询问是否需要甚至比第二精确度水平提供的精确度更高的精确度。如果否,则可以继续利用第二精确度水平确定目标范围,或者可以继续利用第一精确度水平确定目标范围。如果是,则在步骤1014处确定并且显示针对第三个甚至更准确的精确度水平的目标范围。如上所述,甚至可以实现进一步的精确度水平。
图10中所示的精确度水平可以对应于图9中示出的增加的精确度水平的任何组合。
在实施例中,所有上述显示结果可以代替先前结果或者显示在显示设备的部分中。询问步骤1006和1012的答案可以由查看(使用预定准则自动确定的,或者由事件的发生自动确定的)显示的结果的操作者提供。
图11是适合于实现图9中示出的数据处理电路的计算机系统1100的框图。计算机系统1100包括与包括易失性和/或非易失性存储器的存储器块1102通信的一个或多个处理器1104。处理器1104还与一个或多个显示设备1106通信。处理器1004可以与网络接口部件1108通信,以提供对因特网或内部网络、或云存储或其它云应用的访问。最后,处理器1104还与用于输入和输出数据的多个输入和/或输出设备通信。可以使用串行数据总线或并行数据总线来实现图11中示出的通信路径。
图11的计算机系统1100可以实现为专用于实现图9中所示的雷达信号处理电路的特定硬件设备。备选地,计算机系统可以是包括被编程用于执行存储在非瞬态计算机可读介质上的指令的处理器的通用计算机。计算机系统1100可以实现为硬件、软件和固件的组合。计算机系统1100还可以使用有效的计算机部件(诸如,服务器计算机、存储器模块和包括具有可配置显示区域或多个屏幕的显示设备)来实现。
在实施例中,可以仅通过处理资源的名义增加来实现如本文所述的范围精确度改进。例如,在实施例中,仅需要修改总体上与FMCW雷达系统相关联的数字信号处理块,并且不需要修改现有的发射、接收和其它雷达信号处理硬件。
虽然已经参考说明性实施例描述了本发明,但是该描述并不旨在以限制意义来解释。参考说明书,本领域技术人员将清楚说明性实施例的各种修改和组合以及本发明的其它实施例。因此,所附权利要求旨在涵盖任何这样的修改或实施例。
Claims (20)
1.一种用于确定目标的范围的方法,包括:
a)接收基于第一时间的雷达返回信号;
b)将所述基于第一时间的雷达返回信号转换为第一频域信号;
c)检测所述第一频域信号的峰值,该峰值对应于粗略目标范围;
d)接收基于第二时间的雷达返回信号;
e)使用所述第一频域信号的所检测到的峰值和所述基于第二时间的雷达返回信号,将所述基于第二时间的雷达返回信号转换为第二频域信号;以及
f)检测所述第二频域信号的峰值,该峰值对应于精细目标范围。
2.根据权利要求1所述的方法,其中将所述基于第二时间的雷达返回信号转换为第二频域信号包括:将所述基于第二时间的雷达返回信号转换为相对于所述第一频域信号被低频移位的频域信号,其中频移量由所述第一频域信号的所述峰值确定。
3.根据权利要求1所述的方法,其中将所述基于第二时间的雷达返回信号转换为第二频域信号包括:将所述基于第二时间的雷达返回信号乘以德尔塔函数。
4.根据权利要求1所述的方法,其中将所述基于第二时间的雷达返回信号转换为第二频域信号包括:使用与所述第一频域信号的所检测到的峰值相关联的拍频。
5.根据权利要求1所述的方法,其中步骤a)、b)和c)形成被重复执行的第一步骤序列,并且步骤d)、e)和f)形成第二步骤序列,所述第二步骤序列由操作者输入、预定准则或事件的发生来触发。
6.根据权利要求5所述的方法,其中所述第二步骤序列每秒被执行少于一次。
7.根据权利要求1所述的方法,进一步包括:对所述第二频域信号进行低通滤波。
8.一种用于确定目标的范围的方法,所述方法包括:
获得第一雷达返回频率信号;
使用第一频率分辨率找到第一目标范围,用于分析所述第一雷达返回频率信号;
存储与所述第一目标范围相关联的拍频;
接收触发信号;
此后,获得第二雷达返回频率信号;以及
使用所述拍频和第二频率分辨率找到第二目标范围,用于分析所述第二雷达返回频率信号。
9.根据权利要求8所述的方法,其中获得所述第一雷达返回频率信号包括:
获得基于第一雷达返回时间的信号;
采样所述基于第一雷达返回时间的信号;以及
将所述基于第一雷达返回时间的信号转换为所述第一雷达返回频率信号。
10.根据权利要求8所述的方法,其中接收触发信号包括:接收操作者输入、预定准则的满足或事件的发生。
11.根据权利要求8所述的方法,其中获得所述第二雷达返回频率信号包括:
获得基于第二雷达返回时间的信号;
将所述基于第二雷达返回时间的信号与德尔塔函数相乘,以生成中频信号;
滤波所述中频信号;以及
下采样所述中频信号。
12.根据权利要求8所述的方法,进一步包括:对所述第二雷达返回频率信号进行频移。
13.根据权利要求8所述的方法,进一步包括:
获得第三雷达返回频率信号;以及
使用所述拍频和第三频率分辨率找到第三目标范围,用于分析所述第三雷达返回频率信号。
14.一种雷达系统,包括:
接收器,用于接收基于第一时间的雷达返回信号和基于第二时间的雷达返回信号;以及
耦合到所述接收器的处理电路,被配置用于将所述基于第一时间的雷达返回信号转换为第一频域信号;检测所述第一频域信号的峰值,该峰值对应于粗略目标范围;使用所述第一频域信号的所检测到的峰值和所述基于第二时间的雷达返回信号,将所述基于第二时间的雷达返回信号转换为第二频域信号;以及检测所述第二频域信号的峰值,该峰值对应于精细目标范围。
15.根据权利要求14所述的雷达系统,其中所述处理电路被配置用于将所述基于第二时间的雷达返回信号转换为相对于所述第一频域信号被低频移位的频域信号,其中频移量由所述第一频域信号的所述峰值确定。
16.根据权利要求14所述的雷达系统,其中所述处理电路被配置用于将所述基于第二时间的雷达返回信号乘以德尔塔函数。
17.根据权利要求14所述的方法,其中所述处理电路被配置用于使用与所述第一频域信号的所检测到的峰值相关联的拍频将所述基于第二时间的雷达返回信号转换为第二频域信号。
18.根据权利要求14所述的方法,其中所述处理电路被配置用于重复检测所述第一频域信号的所述峰值,并且被配置用于当由操作者输入、预定准则或事件的发生触发时,检测所述第二频域信号的所述峰值。
19.根据权利要求18所述的方法,其中所述处理电路被配置为小于每秒一次地检测所述第二频域信号的所述峰值。
20.根据权利要求14所述的方法,其中所述处理电路进一步包括用于滤波所述第二频域信号的低通滤波器。
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---|---|
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113433515A (zh) * | 2020-03-23 | 2021-09-24 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种线性调频连续波中频接收雷达 |
CN113835077A (zh) * | 2021-11-23 | 2021-12-24 | 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所 | 基于变脉冲重复频率的搜索雷达目标检测方法及系统 |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11567171B1 (en) * | 2017-10-09 | 2023-01-31 | Ansys, Inc. | Systems and methods for radar signature modeling using a rotating range profile reduced-order model |
FR3090892B1 (fr) * | 2018-12-20 | 2021-06-25 | Thales Sa | Procédé de mesure de distance par transformée de Fourier adaptée et système radar pour la mise en œuvre du procédé |
TWI760808B (zh) * | 2020-08-04 | 2022-04-11 | 何忠誠 | 雷達距離探測裝置與方法 |
US12228650B2 (en) * | 2020-08-10 | 2025-02-18 | Luminar Technologies, Inc. | Master-oscillator power-amplifier (MOPA) light source with optical isolator |
JP7161230B2 (ja) * | 2020-11-09 | 2022-10-26 | 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 | 距離計測装置、距離計測方法、及びプログラム |
CN115061095B (zh) * | 2022-06-10 | 2025-06-17 | 山东高速建设管理集团有限公司 | 一种基于精确chirp延时的毫米波高精度测距方法 |
CN115372954A (zh) * | 2022-07-27 | 2022-11-22 | 浙江大华技术股份有限公司 | 基于雷达的目标距离识别方法、装置、计算机设备和存储介质 |
Citations (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6373427B1 (en) * | 1997-08-11 | 2002-04-16 | Mikrowellen-Technologie Und Sensoren Gmbh | Radar distance measuring device |
CN1620751A (zh) * | 2000-08-14 | 2005-05-25 | 清晰音频有限公司 | 声音增强系统 |
US7023376B1 (en) * | 2000-08-30 | 2006-04-04 | Hitachi, Ltd. | Radar apparatus |
US20060181448A1 (en) * | 2005-02-14 | 2006-08-17 | Denso Corporation | FMCW radar device and method for detecting interference |
US20070285302A1 (en) * | 2004-08-23 | 2007-12-13 | Craig Aarseth | Step frequency high resolution radar |
CN102565780A (zh) * | 2010-11-05 | 2012-07-11 | 株式会社电装 | 确定峰值检测阈值的方法和对象信息产生装置 |
CN103083011A (zh) * | 2013-01-22 | 2013-05-08 | 西安交通大学 | 利用胸阻抗二阶差分图辅助实时定位心电r波峰的方法 |
CN103690156A (zh) * | 2013-11-22 | 2014-04-02 | 东软熙康健康科技有限公司 | 一种心率获取方法及心电信号的处理方法 |
CN104569961A (zh) * | 2015-01-22 | 2015-04-29 | 中国科学院电子学研究所 | 基于频谱细化的雷达测距方法 |
CN104680369A (zh) * | 2009-10-13 | 2015-06-03 | 平方股份有限公司 | 通过小型化读卡器进行金融交易的系统和方法 |
CN104921702A (zh) * | 2013-03-15 | 2015-09-23 | 飞比特公司 | 用于操作多模式传感器装置及相关联设备的方法 |
US20150338514A1 (en) * | 2013-01-07 | 2015-11-26 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Radar Device |
CN106199631A (zh) * | 2016-09-28 | 2016-12-07 | 成都凯天电子股份有限公司 | 相干测风雷达风速测量方法 |
US9568601B1 (en) * | 2013-05-25 | 2017-02-14 | Innophase Inc. | Successive-MFCW modulation for ultra-fast narrowband radar |
CN107450064A (zh) * | 2016-05-30 | 2017-12-08 | 英飞凌科技股份有限公司 | 雷达系统和用于操作雷达系统的方法 |
CN107765241A (zh) * | 2016-08-23 | 2018-03-06 | 通用汽车环球科技运作有限责任公司 | 使用雷达进行计算上有效目标获取和跟踪的方法和设备 |
CN108107414A (zh) * | 2016-11-24 | 2018-06-01 | 比亚迪股份有限公司 | 测距的方法、装置及车辆 |
CN108303717A (zh) * | 2018-01-08 | 2018-07-20 | 中国科学院光电研究院 | 一种复合载波导航信号高动态精捕获方法 |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3728025A (en) * | 1971-03-08 | 1973-04-17 | Cubic Corp | Optical distance measuring equipment |
US4829305A (en) * | 1985-03-29 | 1989-05-09 | Lubudde Engineering Corporation | Medium distance measurement system and method |
US5148175A (en) * | 1991-07-05 | 1992-09-15 | Sperry Marine Inc. | High resolution variable range gate generator with programmable timing |
DE19521771A1 (de) * | 1995-06-20 | 1997-01-02 | Jan Michael Mrosik | FMCW-Abstandsmeßverfahren |
SE9600897D0 (sv) * | 1996-03-07 | 1996-03-07 | Geotronics Ab | Avståndmätare |
JP4857466B2 (ja) * | 2001-01-18 | 2012-01-18 | 株式会社デンソー | 時間測定装置及び距離測定装置 |
US9791556B2 (en) * | 2014-06-09 | 2017-10-17 | Raytheon Company | Range generation using multiple analog ramps |
US10613208B2 (en) * | 2015-05-15 | 2020-04-07 | Texas Instruments Incorporated | Low complexity super-resolution technique for object detection in frequency modulation continuous wave radar |
US10145948B2 (en) * | 2016-07-13 | 2018-12-04 | Texas Instruments Incorporated | Methods and apparatus for narrowband ranging systems using coarse and fine delay estimation |
-
2018
- 2018-08-22 US US16/108,759 patent/US10859691B2/en active Active
-
2019
- 2019-08-21 CN CN201910772500.XA patent/CN110857975B/zh active Active
Patent Citations (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6373427B1 (en) * | 1997-08-11 | 2002-04-16 | Mikrowellen-Technologie Und Sensoren Gmbh | Radar distance measuring device |
CN1620751A (zh) * | 2000-08-14 | 2005-05-25 | 清晰音频有限公司 | 声音增强系统 |
US7023376B1 (en) * | 2000-08-30 | 2006-04-04 | Hitachi, Ltd. | Radar apparatus |
US20070285302A1 (en) * | 2004-08-23 | 2007-12-13 | Craig Aarseth | Step frequency high resolution radar |
US20060181448A1 (en) * | 2005-02-14 | 2006-08-17 | Denso Corporation | FMCW radar device and method for detecting interference |
CN104680369A (zh) * | 2009-10-13 | 2015-06-03 | 平方股份有限公司 | 通过小型化读卡器进行金融交易的系统和方法 |
CN102565780A (zh) * | 2010-11-05 | 2012-07-11 | 株式会社电装 | 确定峰值检测阈值的方法和对象信息产生装置 |
US20150338514A1 (en) * | 2013-01-07 | 2015-11-26 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Radar Device |
CN103083011A (zh) * | 2013-01-22 | 2013-05-08 | 西安交通大学 | 利用胸阻抗二阶差分图辅助实时定位心电r波峰的方法 |
CN104921702A (zh) * | 2013-03-15 | 2015-09-23 | 飞比特公司 | 用于操作多模式传感器装置及相关联设备的方法 |
US9568601B1 (en) * | 2013-05-25 | 2017-02-14 | Innophase Inc. | Successive-MFCW modulation for ultra-fast narrowband radar |
CN103690156A (zh) * | 2013-11-22 | 2014-04-02 | 东软熙康健康科技有限公司 | 一种心率获取方法及心电信号的处理方法 |
CN104569961A (zh) * | 2015-01-22 | 2015-04-29 | 中国科学院电子学研究所 | 基于频谱细化的雷达测距方法 |
CN107450064A (zh) * | 2016-05-30 | 2017-12-08 | 英飞凌科技股份有限公司 | 雷达系统和用于操作雷达系统的方法 |
CN107765241A (zh) * | 2016-08-23 | 2018-03-06 | 通用汽车环球科技运作有限责任公司 | 使用雷达进行计算上有效目标获取和跟踪的方法和设备 |
CN106199631A (zh) * | 2016-09-28 | 2016-12-07 | 成都凯天电子股份有限公司 | 相干测风雷达风速测量方法 |
CN108107414A (zh) * | 2016-11-24 | 2018-06-01 | 比亚迪股份有限公司 | 测距的方法、装置及车辆 |
CN108303717A (zh) * | 2018-01-08 | 2018-07-20 | 中国科学院光电研究院 | 一种复合载波导航信号高动态精捕获方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
刘珍 等: "提高LFMCW 雷达测距精度的改进型ZFFT 算法", 《微波学报》, pages 250 - 253 * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113433515A (zh) * | 2020-03-23 | 2021-09-24 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种线性调频连续波中频接收雷达 |
CN113433515B (zh) * | 2020-03-23 | 2024-04-19 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种线性调频连续波中频接收雷达 |
CN113835077A (zh) * | 2021-11-23 | 2021-12-24 | 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所 | 基于变脉冲重复频率的搜索雷达目标检测方法及系统 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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US10859691B2 (en) | 2020-12-08 |
US20200064457A1 (en) | 2020-02-27 |
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