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FMCW雷达的几种快速高精度测距方法
发布日期:2019/11/11 15:47:56
利用调频连续波(FMCW)雷达测量目标距离等参数有很多优点:它是非接触测量,不对目标产生任何损伤;可用于高腐蚀性或高温等特殊环境下;能实现走召高精度测量。FMCW雷达测量的基本原理是:向目标发射频率变化(可以连续或步进、线性或非线性变化)的微波,目标的某些信息便包含在反射波中。接收反射波,并对发射波和反射波进行处理,提取所需的测量信息在线性FMCW雷达测距中,ZUI简单的方法是将反射波与发射波差频,得到频率正比于距离的单频信号,再利用FFT方法找出该频率并计算出目标距离。这种方法的分辨率与发射波扫频带宽B成正比,为c/B(c为真空中光速。当B=1GHz时精度只能达到150mm,不能满足高精度测量的要求。于是产生了各种“矫正”的方法:
(1)FMCW/CW法:该方法的原理类似于光学的干涉法。发射波频率固定,测量其与反射波的相位差。因为相位测量具有模糊性,所以需配合FMCW的计算结果求得距离。这种方法能实现高精度测量,但要求FMCW系统具有至少14波长的精度才能消除CW系统的模糊影响。
(2)相位冲击响应法:该方法把信号(线性调频波)经过的路径看成一个线性系统,系统函数为H(jwk),回波经混频后等于IH(jwk)Icos(arg(H(jwk)),wk是FMCW波的频率,而arg(H(jwk)就是回波信号延退T(单目标)。将其做 Fourier反变换,T变换为在时间轴上的平移。为了消除镜像干扰,文中提出加 Hanning或 Hanmin窗。该方法的好处是FMCW信号不需要很大的扫频带宽就能实现高精度。
(3)改进FFT方法:文献把混频信号的采样值分为两段,分别做FFT处理,找到各自ZUI大值点对应的相位。利用回波相位谱提高測量精度,通过两个ZUI大值点的相位差克服相位测量模糊性。但是,这种方法需要相位差的测量精度至少达到相位计算距离的分辨率的一半,否则仍存在模糊问题,而且,很小的相位差测量误差就会导致较大的距离计算误差。以上的各种方法都建立在相位测量基础上。众所周知,精确的相位测量难度大,对硬件的要
求也较高。本文提出一种提高FMCW雷达测量精度的新算法,不仅避免了相位测量,而且可显著提高计算效率和测量精度
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