专利名称：一种fmcw雷达测距的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明属于雷达技术领域，具体涉及一种FMCW雷达测距的方法和装置。
背景技术：
FMCff (Frequency Modulated Continuous Wave，频率调制连续波)雷达通过发射 天线向外发射一列连续调频毫米波，利用接收天线接收来自目标的反射信号，根据接收信 号与发射信号的时间差来测量目标物体的距离。FMCW雷达已经提出很多年了，但这种雷达 由于受泄漏调制波的影响，作用距离比较小。当调制波形为锯齿波时，设锯齿波周期为T，由此产生的调频信号扫频带宽为 Δ F。发射机发射信号ft，频率也用ft表示；回波信号f；，频率也用f；表示；相对于ft，fr延 迟了、时间，、=2R/c。发射信号与回波信号经混频器混频输出中频信号IF，且fIF =
ft-frU FMCW雷达测距距离分辨率公式为..R =恶其中R为距离，C为光速，T为周期，
fIF为中频频率，AF为调频信号扫频带宽。可以看出，可见，R与fIF成正比，如果能够测出中 频频率fIF，也就可以得出R，距离分辨率仅受调制带宽影响，在带宽不变的情况下，为了提 高测距精度，可以采用对快速傅里叶变换(FFT)得到的频谱校正的方法来提高频率精度， 进而提高测距精度。目前频谱校正的方法有多种，相位差法是其中一种比较好的方法。但是相位差法 对频谱干涉现象很敏感，对相位差法的测量结果会产生不利影响。因此目前FMCW雷达使用 相位差法进行频谱校正进行测距误差很大，有必作进一步的改进。
发明内容
本发明要解决的主要技术问题是，提供一种FMCW雷达测距的方法和装置，提高了 测距的精度。为解决上述技术问题，本发明提供一种FMCW雷达信号测距的方法，包括步骤对经过A/D采样后的FMCW雷达中频信号进行频谱分析；判断FMCW雷达中频信号的频谱是否满足相位差法校正条件；如果满足则应用相位差法进行频谱校正，获得校正的中频频率，并根据校正后的 中频频率计算距离；如果不满足，则利用频谱分析后获得的中频频率计算距离。一实施例中，在FMCW雷达中频信号进行频谱分析之前还包括过滤FMCW雷达中频 信号中的泄漏调制波的步骤。一实施例中，在FMCW雷达中频信号进行频谱分析之前还进一步包括去噪步骤，具 体为将FMCW雷达中频信号分为两路，一路延时At送往自适应滤波器，将自适应滤波器输 出信号与另一路的原始信号相减，得到的结果再反馈给自适应滤波器，自适应滤波器输出 的信号即为去噪信号。一实施例中，经过滤波和去噪后，进行频谱分析之前还包括去掉雷达中频信号中的不良频率时间段的步骤。一实施例中，通过对雷达中频信号进行时域截断来去掉雷达中频信号中的不良频 率时间段。一实施例中，对FMCW雷达中频信号进行时域截断具体为将频谱相邻两个抽样 点相减再取绝对值，判断绝对值是否大于预设阈值，如果是，则检测到不良频率时间段的起 点，去除起点之后预设时间长度的一小段信号。一实施例中，在对中频信号进行频谱分析步骤中通过快速傅里叶变换算法对FMCW 雷达中频信号进行频谱分析。一实施例中，判断FMCW雷达中频信号是否满足相位差法校正条件为搜索快速傅 里叶变换得到的最大峰值谱线和次最大谱线，测量最大峰值谱线和次最大谱线的相位，判 断最大谱线和次最大谱线的相位差的绝对值与180°相减的绝对值是否在预设范围之内， 如果是则满足相位差法校正条件。一实施例中，所述根据校正后的中频频率计算得到距离具体为将两段经过快速 傅里叶变换后的频谱谱线幅度最大值处的相位相减，得到相位差，从相位差中提取出谐波 的中频频率，并根据校正后的中频频率计算距离；所述利用频谱分析后获得的中频频率计 算距离具体为将经过快速傅里叶变换后频谱谱线幅度最大值处的频率作为中频频率，根 据所述中频频率计算距离。一种FMCW雷达测距装置，包括频谱分析模块、相位检测模块和距离计算模块，其 中频谱分析模块，用于对FMCW雷达中频信号进行频谱分析；相位检测模块，用于判断经过频谱分析后的雷达中频信号的频谱是否满足相位差 检测条件；距离计算模块，用于根据相位检测模块的判断结果计算距离，如果满足则应用相 位差法进行频谱校正，获得校正的中频频率，并根据校正后的中频频率计算距离；如果不满 足，则利用频谱分析后获得的中频频率计算距离。一实施例中，所述的装置还包括滤波模块，用于对经过A/D采样后的FMCW雷达中 频信号进行滤波，滤掉中频信号中的泄漏调制波，滤波后的信号发送给频谱分析模块。一实施例中，所述的装置还包括去噪模块，用于对经过A/D采样后的FMCW雷达中 频信号进行去噪。一实施例中，所述的装置还包括时域截断模块，用于将经过滤波和去噪后的FMCW 雷达中频信号的不良频率时间段去掉。一实施例中，所述时域截断模块将经过滤波和去噪后的FMCW雷达中频信号的不 良频率时间段去掉具体为将频谱相邻两个抽样点相减再取绝对值，判断绝对值是否大于 预设阈值，如果是，则检测到不良频率时间段的起点，去除起点之后预设时间长度的一小段信号。一实施例中，所述频谱分析模块通过快速傅里叶变换算法对FMCW雷达中频信号 进行频谱分析。—实施例中，所述相位检测模块通过搜索快速傅里叶变换得到的最大峰值谱线和 次最大谱线，测量最大峰值谱线和次最大谱线的相位，判断最大谱线和次最大谱线的相位差的绝对值与180°相减的绝对值是否在预设范围之内，如果是则满足相位差法校正条件。一实施例中，所述距离计算模块根据校正后的中频频率计算距离具体为将两段经 过快速傅里叶变换后的频谱谱线幅度最大值处的相位相减得到相位差，从相位差中提取出 频谱的中频频率，根据该中频频率计算距离；所述距离计算模块利用频谱分析后获得的中 频频率计算距离具体为将经过快速傅里叶变换后频谱谱线幅度最大值处的频率作为中频 频率，根据该中频频率计算距离。与现有技术相比，本发明在使用相位差法对FMCW雷达中频信号进行频谱校正之 前先判断FMCW雷达中频信号是否满足相位差法校正条件，如果满足则应用相位差法进行 频谱校正，获得校正的中频频率，并根据校正后的中频频率计算距离；如果不满足，则利用 频谱分析后获得的中频频率计算距离。可以看出，本发明在通过相位差法进行频谱分析时， 判断相位差法校正的合理性，充分考虑频谱干涉对相位差法的影响，如果合理，则进行频谱 校正，并根据校正后的中频频率计算距离；如果不满足，则利用频谱分析后获得的中频频率 计算距离，保证在使用相位差法时能够得到很好的测量结果。因此本发明提高了 FMCW雷达 测距的精度。
图1为本发明实施例一提供的一种FMCW雷达测距的方法流程图；图2为本发明实施例二提供的一种FMCW雷达测距的方法流程图；图3为本发明实施例三提供的一种FMCW雷达测距装置框图；图4为本发明实施例四提供的一种FMCW雷达测距装置框图。
具体实施例方式下面通过具体实施方式
结合附图对本发明作进一步详细说明。FMCff雷达中频信号经过A/D采样变成数字信号之后可进行灵活的数字信号处理， 下面所提到的中频信号都是指数字化之后的信号。为了提高FMCW雷达测距精度，本发明在 通过相位差法进行频谱分析时，判断相位差法校正的合理性，充分考虑频谱干涉对相位差 法的影响，如果合理，则进行频谱校正，并根据校正后的中频频率计算距离；如果不满足，则 利用频谱分析后获得的中频频率计算距离。实施例一请参阅图1所示，一种FMCW雷达测距的方法，包括步骤SlOl 对经过A/D采样后的FMCW雷达中频信号进行频谱分析。在本发明一实施例中，使用快速傅里叶变换算法(FFT)进行频谱分析，将FMCW雷 达中频信号分两段进行FFT变换。为了使得频谱变化的效果更好，还可以考虑采用对快速 傅里叶变换算法进行加窗，进行频谱分析，加窗函数可选用Harming、Blackman-Harris和 Kaiser-Bessel等函数。当然，在本发明其它实施例中，采用别的傅里叶变换算法或者其他 算法进行频谱分析也在本发明保护范围之内。S102 判断FMCW雷达中频信号是否满足相位差法校正条件，如果满足则进入步骤 S103，如果不满足则进入步骤108。在本发明一实施例中，分别搜索FFT变换得到的最大峰值谱线和次最大谱线，测出这两个谱线处的相位Q1* θ 2，判断最大谱线和次最大谱线的相位差的绝对值与180° 相减的绝对值是否在预设范围之内即判断下式是否成立I I θ r θ 2|-180° I < σσ根据具体精度要求取值，精度越高，σ取值越小。当上时不成立时，即可判断相 位差校正结果不可靠。S103 用相位差法进行频谱校正，获得校正的中频频率，转入步骤S104。当满足相位差检测条件时，设离散中频信号χ (η)，且T = NTs, t0 = kTs，Ts为A/D 采样周期。分别对第一段数据Y1 (η)和第二段数据y2 (η)进行FFT，可得
权利要求
一种FMCW雷达测距的方法，其特征在于，包括步骤对经过A/D采样后的FMCW雷达中频信号进行频谱分析；判断FMCW雷达中频信号的频谱是否满足相位差法校正条件；如果满足则应用相位差法进行频谱校正，获得校正的中频频率，并根据校正后的中频频率计算距离；如果不满足，则利用频谱分析后获得的中频频率计算距离。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在FMCW雷达中频信号进行频谱分析之前还 包括过滤FMCW雷达中频信号中的泄漏调制波的步骤。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在FMCW雷达中频信号进行频谱分析之前还 进一步包括去噪步骤，具体为将FMCW雷达中频信号分为两路，一路延时At送往自适应滤 波器，将自适应滤波器输出信号与另一路的原始信号相减，得到的结果再反馈给自适应滤 波器，自适应滤波器输出的信号即为去噪信号。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，经过滤波和去噪后，进行频谱分析之前还包 括去掉雷达中频信号中的不良频率时间段的步骤。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，通过对雷达中频信号进行时域截断来去掉 雷达中频信号中的不良频率时间段。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，对FMCW雷达中频信号进行时域截断具体为 将频谱相邻两个抽样点相减再取绝对值，判断绝对值是否大于预设阈值，如果是，则检测到 不良频率时间段的起点，去除起点之后预设时间长度的一小段信号。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在对中频信号进行频谱分析步骤中通过快 速傅里叶变换算法对FMCW雷达中频信号进行频谱分析。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，判断FMCW雷达中频信号是否满足相位差法 校正条件为搜索快速傅里叶变换得到的最大峰值谱线和次最大谱线，测量最大峰值谱线 和次最大谱线的相位，判断最大谱线和次最大谱线的相位差的绝对值与180°相减的绝对 值是否在预设范围之内，如果是则满足相位差法校正条件。
9.如权利要求7的方法，其特征在于，所述根据校正后的中频频率计算得到距离具体 为将两段经过快速傅里叶变换后的频谱谱线幅度最大值处的相位相减，得到相位差，从相 位差中提取出谐波的中频频率，并根据校正后的中频频率计算距离；所述利用频谱分析后 获得的中频频率计算距离具体为将经过快速傅里叶变换后频谱谱线幅度最大值处的频率 作为中频频率，根据所述中频频率计算距离。
10.一种FMCW雷达测距装置，其特征在于，包括频谱分析模块、相位检测模块和距离计 算模块，其中频谱分析模块，用于对FMCW雷达中频信号进行频谱分析；相位检测模块，用于判断经过频谱分析后的雷达中频信号的频谱是否满足相位差检测 条件；距离计算模块，用于根据相位检测模块的判断结果计算距离，如果满足则应用相位差 法进行频谱校正，获得校正的中频频率，并根据校正后的中频频率计算距离；如果不满足， 则利用频谱分析后获得的中频频率计算距离。
全文摘要
本发明公开了一种FMCW雷达测距的方法和装置，方法包括步骤对经过A/D采样后的FMCW雷达中频信号进行频谱分析；判断FMCW雷达中频信号的频谱是否满足相位差法校正条件；如果满足则应用相位差法进行频谱校正，获得校正的中频频率，并根据校正后的中频频率计算距离；如果不满足，则利用频谱分析后获得的中频频率计算距离。在使用相位差法对FMCW雷达中频信号进行频谱校正之前先判断FMCW雷达中频信号是否满足相位差法校正条件，保证在使用相位差法时能够得到很好的测量结果。因此本发明提高了FMCW雷达测距的精度。
文档编号G01S13/08GK101957446SQ20101029211
公开日2011年1月26日 申请日期2010年9月26日 优先权日2010年9月26日
发明者吴泽俊, 周建波, 姚欣, 徐峰, 戴勇, 王新安, 陈伟, 黄利君 申请人:深圳市汉华安道科技有限责任公司