CN109324327A - 一种基于fmcw雷达精确测距和测速的方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于FMCW雷达精确测距和测速的方法及***，所述方法应用于包括两个匹配滤波器的FMCW雷达，所述方法包括：向障碍物发射FMCW探测信号，所述FMCW探测信号包括两个载频不同且相位滞后的频率分量f0和f1；对从障碍物反射回来FMCW回波信号进行一次频率处理和二次频率处理，得到每个载频的探测信号与回波信号的频率差，即Δf0和Δf1；解由Δf0和Δf1组成的联立方程，即测得距障碍物的距离和当前行驶速度。本发明实现了可以高精度的测量汽车自动巡航雷达中的速率和距离，实时获取障碍物的距离和速率，并且可以同时对速率和距离进行测量。
Description
技术领域
本发明涉及目标位置及速度估计领域，尤其涉及一种基于FMCW雷达精确测距和测速的方法及***。
背景技术
当前，调频连续波FMCW(Frequency Modulation Continuous Wave)雷达信号被广泛的用在汽车自动巡航雷达中，现有的自动巡航雷达的波形设计相对比较简单，雷达测距的基本原理是：发射无线信号，测障碍物反射的无线电信号从发射到接收的时间差Δt，从而得到车到障碍物的距离。传统的FMCW雷达信号可以表示为：式中，B是扫频带宽，T是扫频周期，f0是载频频率。FMCW的测量原理是当发射信号从障碍物反射回来的信号，通过测量反射信号和发射信号之间的频率差别Δf，可以得到障碍物的距离：式中c为光速速率。
然而现有技术至少存在一下问题：传统测量方式的精度不够高，并且一次测量只能测量距离或者速率变量中一个，获得的障碍物距离和速率也不是实时的。
为了解决上述问题，本发明提出一种基于FMCW雷达精确测距和测速的方法及***。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种基于FMCW雷达精确测距和测速的方法及***。
本发明第一方面，提出一种基于FMCW雷达精确测距和测速的方法，所述方法包括：
向障碍物发射FMCW探测信号，所述FMCW探测信号包括两个载频不同且相位滞后的频率分量f0和f1；
对从障碍物反射回来FMCW回波信号进行一次频率处理和二次频率处理，得到每个载频的探测信号与回波信号的频率差，即Δf0和Δf1；
解由Δf0和Δf1组成的联立方程，即测得距障碍物的距离和当前行驶速度。
优选的，所述一次频率处理或二次频率处理，包括以下步骤：
对回波信号进行匹配滤波，所述匹配滤波滤除回波信号中的一个频率分量，保留另一个频率分量；
对保留的分量进行低通滤波；
对低通滤波处理后的信号进行频率分析，得到频率差值。
优选的，所述两个频率分量的相位差为180°。
优选的，所述频率分析包括快速傅里叶变换。
优选的，所述一次频率处理和二次频率处理是并列而非顺序进行的，二者的输入信号均是原始的回波信号。
本发明第二方面，提出一种基于调频连续波FMCW的精确测距、测速装置，所述装置包括：
信号发射模块、信号接收模块、第一频率处理模块、第二频率处理模块和结果计算模块，所述信号发射模块向障碍物发射调频连续波FMCW探测信号，所述信号接收模块接收从障碍物反射的回波信号，信号接收装置接收的输出分别与第一频率处理模块和第二频率处理模块的输入连接，所述第一频率处理模块和第二频率处理模块的输出与所述结果输出模块连接。
优选的，所述第一频率处理模块包括第一匹配滤波器、第一低通滤波器和第一频率分析模块，所述第一匹配滤波器的输入与所述信号接收模块的输出连接，所述第一匹配滤波器的输出与第一低通滤波器的输入连接，第一低通滤波器的输出与第一频率分析模块的输入连接。
优选的，第二频率处理模块包括第二匹配滤波器、第二低通滤波器和第二频率分析模块，所述第二匹配滤波器的输入所述信号接收模块的输出连接，第二匹配滤波器的输出与第二低通滤波器的输入连接，第二低通滤波器的输出与第二频率分析模块的输入连接。
本发明与现有技术相比存在的有益效果在于：(1)可以高精度的测量汽车自动巡航雷达中的速率和距离；(2)实现了通过对接收回波无线电信号的分析***，实时获取障碍物的距离和速率，并且可以同时对速率和距离进行测量。
附图说明
图1本发明的***流程图；
图2是传统雷达的测距原理图；
图3是是FMCW信号以及测距方法示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
图2示出了本发明实施例中传统雷达的测距原理，具体的是：发射无线信号，测障碍物反射的无线电信号从发射到接收的时间差Δt，从而得到车到障碍物的距离。
图3示出了本发明FMCW信号以及测距方法，具体的是：传统的FMCW雷达信号可以表示为：式中，B是扫频宽带，t是所述雷达信号的周期，f0是载频频率。FMCW的测量原理是当发射信号从障碍物反射回来的信号，通过测量反射信号和发射信号之间的频率差别Δf，可以得到障碍物的距离：式中c为光速速率。
图1示出了本发明实施例提供的设计精确测距和测速的FMCW雷达信号的方法的***流程，所述流程详述如下：
步骤S101：使用雷达向障碍物发射本发明提出的FMCW信号，本发明设计的FMCW信号表示为：B是扫频宽带，t是所述雷达信号的周期，f0、f1是载频频率；
步骤S102：通过接收装置接收障碍物反射回的反射信号，假定障碍物以相对于汽车以v米/秒的速度运动，同时距离汽车的距离为R,在此情况下，所述反射信号表示为：a为反射信号的衰减幅度；
步骤S103：本发明具有第一匹配滤波器和第二匹配滤波器两个匹配滤波器，所述两个匹配滤波器并行对所述反射信号进行匹配滤波，得到两个匹配滤波信号；
步骤S104：本发明具有第一低通滤波器和第二低通滤波器两个低通滤波器，所述两个低通滤波器并行对所述两个匹配滤波信号进行低通滤波，第一低通滤波器接收到第一匹配滤波器匹配滤波后的信号，对其进行低通滤波；第二低通滤波器接收到第二匹配滤波器匹配滤波后的信号，对其进行低通滤波；得到两个输出信号，分别表示为：
步骤S105：本发明具有第一频率分析装置和第二频率分析装置两个频率分析装置，所述两个频率分析装置并行对所述两个低通滤波后的信号进行FFT频率分析，第一频率分析装置接收到第一低通滤波器低通滤波后的信号，对其进行FFT频率分析，得到频率f0；第二频率分析装置接收到第二低通滤波器低通滤波后的信号，对其进行FFT频率分析，得到频率f1；
步骤S106：根据所述两个频率值f0、f1，可以计算出两个频率差值，分别表示为：
根据所述频率差值计算得出障碍物精确的速率v和距离R，计算的公式为：
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、ROM、RAM等。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (8)
1.一种基于调频连续波FMCW的精确测距、测速方法，其特征在于，包括以下步骤：
向障碍物发射FMCW探测信号，所述FMCW探测信号包括两个载频不同且相位滞后的频率分量f0和f1；
对从障碍物反射回来FMCW回波信号进行一次频率处理和二次频率处理，得到每个载频的探测信号与回波信号的频率差，即Δf0和Δf1；
解由Δf0和Δf1组成的联立方程，即测得距障碍物的距离和当前行驶速度。
2.根据权利要求1所述的一种基于调频连续波FMCW的精确测距、测速方法，其特征在于：所述一次频率处理或二次频率处理，包括以下步骤：
对回波信号进行匹配滤波，所述匹配滤波滤除回波信号中的一个频率分量，保留另一个频率分量；
对保留的分量进行低通滤波；
对低通滤波处理后的信号进行频率分析，得到频率差值。
3.根据权利要求2所述的一种基于调频连续波FMCW的精确测距、测速方法，其特征在于：所述两个频率分量的相位差为180°。
4.根据权利要求2所述的一种基于调频连续波FMCW的精确测距、测速方法，其特征在于:所述频率分析包括快速傅里叶变换。
5.根据权利要求2所述的一种基于调频连续波FMCW的精确测距、测速方法，其特征在于:所述一次频率处理和二次频率处理是并列而非顺序进行的，二者的输入信号均是原始的回波信号。
6.一种基于调频连续波FMCW的精确测距、测速装置，其特征在于：包括信号发射模块、信号接收模块、第一频率处理模块、第二频率处理模块和结果计算模块，所述信号发射模块向障碍物发射调频连续波FMCW探测信号，所述信号接收模块接收从障碍物反射的回波信号，信号接收装置接收的输出分别与第一频率处理模块和第二频率处理模块的输入连接，所述第一频率处理模块和第二频率处理模块的输出与所述结果输出模块连接。
7.根据权利要求6所述的一种基于调频连续波FMCW的精确测距、测速装置，其特征在于：所述第一频率处理模块包括第一匹配滤波器、第一低通滤波器和第一频率分析模块，所述第一匹配滤波器的输入与所述信号接收模块的输出连接，所述第一匹配滤波器的输出与第一低通滤波器的输入连接，第一低通滤波器的输出与第一频率分析模块的输入连接。
8.根据权利要求6所述的一种基于调频连续波FMCW的精确测距、测速装置，其特征在于：第二频率处理模块包括第二匹配滤波器、第二低通滤波器和第二频率分析模块，所述第二匹配滤波器的输入所述信号接收模块的输出连接，第二匹配滤波器的输出与第二低通滤波器的输入连接，第二低通滤波器的输出与第二频率分析模块的输入连接。
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN111175758A (zh) * | 2020-02-13 | 2020-05-19 | 北京航天常兴科技发展股份有限公司 | 超声波跳频测距方法及装置 |
| CN112383857A (zh) * | 2020-11-10 | 2021-02-19 | 维沃移动通信有限公司 | 耳机控制方法、控制装置以及耳机 |
| WO2021088133A1 (zh) * | 2019-11-05 | 2021-05-14 | 上海为彪汽配制造有限公司 | 一种多旋翼无人机飞行轨迹的构建方法及*** |
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2018
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