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1、DOI:10.13382/j.jemi.2001.03.009第15卷第3期电子测量与仪器学报Vol.15No.3JOURNALOFELECTRONIC2001年9月MEASUREMENTANDINSTRUMENT·41·FMCW雷达快速高精度测距算法刘宝刘军民(大连理工大学电子系,大连116024)【摘要】在FMCW雷达测距系统中,单纯采用FFT方法通过峰值点确定单频信号频率时,要想提高精度就必须增加采样点数,结果使得提高测量精度和降低计算量成为矛盾,限制了FMCW雷达在高精度实时测距方面的应用。本文提出一种将FFT与Chirpz相结合提高F
2、MCW雷达测距精度的新算法。理论计算和在Matlab下仿真表明,此算法可显著提高计算效率和精度。关键词:FMCW雷达FFTChirpz相位模糊性AMethodoftheRealizationofHighAccuracyinFMCWRangingSystemLiuBaoLiuJunmin(DepartmentofElectronicEngineeringofDLUT,Dalian116023)Abstract:ThispapersummarizesthemethodsandtheircharacterinthefieldofFMCWranging
3、.AndIputforwardnewmethodinthispaper.Whenwewanttoknowthefrequencyofasingle-frequencysignalbytheextremeabsolutevalueofitsDFT,theamountofcomputationandprecisionincreasetogether.Actually,togetthefrequencyofsingle-frequencysignalbytheextremeabsolutevalueofitsDFTwewastethecompu-ta
4、tion.ImeanthatonlyafewpointofDFTcanprovideinformation.OnthebasisofDFTwecangetthein-tervalwhichthepeakvalueliesin,andthendoCZTontheinterval.Thiscanreducealargeamountofcom-putation.Keywords:FMCW,CZT(Chirpz),theambiguityofphase1引言利用调频连续波(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
5、;可用于高腐蚀性或高温等特殊环境下;能实现超高精度测量。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,最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[2]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:[
6、4](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,测量其与反射本文于2000年7月收到。刘宝:硕士;刘军民:教授。·42·电子测量与仪器学报第15卷波的相位差。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[5]实现高精度测量,但要求FMCW系统具有至少1/4波长的精度才能消除CW系统的模糊影响。[5](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(jωk),回波经混频后等于H(jωk)cos(arg(H(jωk)),ωk是FMCW波的频率,而arg(
7、H(jωk)就是回波信号延迟τ(单目标)。将其做Fourier反变换,τ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Hamming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。[2](3)改进FFT方法:文献[2]把混频信号的采样值分为两段,分别做FFT处理,找到各自最大值点对应的相位。利用回波相位谱提高测量精度,通过两个最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
8、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
