CN117607848B - 基于fdr的雷达定位测距方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及雷达探测领域，尤其涉及基于FDR的雷达定位测距方法，在该方法中，发射包络函数作为宽带雷达探测信号，对接收到的反射信号进行包络检波，提取包络信号；将所述提取的包络信号与同频余弦函数进行相关运算获得同相分量，将所述提取的包络信号与同频正弦函数进行相关运算获得正交分量；再根据定位距离与正切值、角频率和传输速率四者所满足的关系式计算雷达定位距离。本发明提高了定位测距精度，简单易实现。
Description
技术领域
本发明涉及雷达探测领域，尤其涉及基于FDR的雷达定位测距方法。
背景技术
雷达是一种通过无线电发射和接受来对观测场景进行探测的工具。由于雷达具备抵抗自然不良天气状况等可以实现全天候观测的优点，因此受到了学术界和工业界的高度重视。经过近几十年的加速发展时期，通过现代雷达体制对场景进行观测可以得到目标的极化、空域位置、方位和高度、距离、径向速度等多种复合信息。雷达具有广泛的应用，在推动经济发展、助力自动驾驶、保障农业生产等领域发挥着广泛作用。
精确测距定位是无人驾驶或智能驾驶提高安全性和可靠性需要解决的关键技术之一。雷达实现定位测距，通常采用时域反射法（TDR），即通过计算探测信号和反射信号之间的时延来实现雷达定位测距，如公开号为CN116819508A，名称为基于TDR的雷达定位测距方法的中国发明专利所示。因此，测量探测信号和反射信号之间的时延，对于雷达定位测距精度来说非常关键的。然而，该方法易受采样时钟抖动、波形畸变、信道干扰等因素的影响，使得所采集的峰值点并不是实际的峰值点，从而造成延时测量误差，导致雷达定位测距误差增大。上述该缺点限制了TDR的应用领域，难以满足近距离精确测距领域中对定位精度的要求。
因此，如何提高近距离雷达定位测距的精度，是雷达探测领域需要解决的难点问题。
发明内容
技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供了基于FDR的近距离雷达定位测距方法。
技术方案：为实现上述目的，本发明公开的基于FDR的雷达定位测距方法，用于满足近距离定位精度的要求。
本发明公开的基于FDR的雷达定位测距方法，包括以下步骤：
步骤一：发射包络函数为的宽带雷达探测信号，并等待接收反射信号，其中为角频率，/>为时间参数；
步骤二：对接收到的反射信号进行包络检波，提取包络信号，其中/>为时延；
步骤三：将所述提取的包络信号与同频余弦函数/>进行运算，获得同相分量/>；
步骤四：将所述提取的包络信号与同频正弦函数/>进行运算，获得正交分量/>；
步骤五：由所述同相分量和所述正交分量/>计算正切值/>，所述正切值/>与所述同相分量/>和所述正交分量/>三者满足关系式：
；
步骤六：由所述正切值计算雷达定位距离/>，所述定位距离/>与所述正切值/>、角频率/>和电磁波的传输速率/>四者满足关系式：
，
其中，为电磁波的传输速率，/>为角频率，/>为时延。
进一步地，所述宽带雷达探测信号为：
，
其中，为角频率，/>是线性调频信号的角频率，/>为调频斜率。
进一步地，所述同相分量与所述包络信号/>、同频余弦函数/>三者满足关系式：
，
其中，T 1为所述包络函数的时间周期。
进一步地，所述正交分量与所述包络信号/>和同频正弦函数/>三者满足关系式：
，
其中，T 1为所述包络函数的时间周期。
进一步地，所述调频斜率为：
，
其中，为所述线性调频信号的调频带宽，/>为所述线性调频信号的时间周期，所述/>与所述/>满足关系式：
。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
（1）提高了定位测距精度，尤其能够满足短距离定位测距的需求。
在本发明所公开的技术方案中，通过设计探测信号、包络检波、相关运算的方式计算反射信号包络函数的同相分量和正交分量，在此基础上，再基于定位距离与正切值、角频率/>和电磁波的传输速率/>的关系计算得到雷达定位测距大小；而不是通过测量探测信号和反射信号之间的时延来实现雷达定位测距。因此，在本发明所公开的技术方案中，雷达定位测距精度受采样时钟抖动、波形畸变的影响较小。而在现有技术中，通常是通过直接比对测量探测信号和反射信号的峰值点以计算传输时延得到定位距离，现有技术方案易受波形畸变、采样时钟抖动、信道干扰等因素的影响，使得所比对的峰值点并不是真正的峰值点，从而造成延时测量误差，导致雷达定位测距产生误差。因此，相对于现有技术来说，本发明所公开的技术方案，提高了雷达定位测距的精度。
（2）简单易实现。
在现有技术中，采用时域反射法（TDR）实现雷达定位测距，需要准确测量探测信号和反射信号之间的时延，这需要精密的时钟信号，还要涉及高速率采样样、大规模存贮器、高速运算器等，硬件实现复杂，成本高。而在本发明所公开的技术方案中，其核心部件是包络检波器和运算器，并不需要高速采样器、精密时钟等。因此，相对于现有技术来说，本发明所公开的技术方案，简单易实现。
本发明的其他优点和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
在现有技术中，采用时域反射法（TDR）实现近距离雷达定位测距时，由于该方法易受采样时钟抖动、波形畸变、信道干扰等因素的影响，使得所采集的峰值点并不是实际的峰值点，从而造成延时测量误差，导致雷达定位测距误差增大，难以满足近距离测距定位的精度要求。
为了解决现有技术中存在的问题，本发明实施例公开了一种基于FDR（频域反射法）的雷达定位测距方法。该方法包括以下步骤：
步骤一：发射包络函数为的宽带雷达探测信号，并等待接收反射信号，其中为角频率，/>为时间参数；
步骤二：对接收到的反射信号进行包络检波，提取包络信号，其中/>为时延；
步骤三：将所述提取的包络信号与同频余弦函数/>进行运算，获得同相分量/>；
步骤四：将所述提取的包络信号与同频正弦函数/>进行运算，获得正交分量/>；
步骤五：由所述同相分量和所述正交分量/>计算正切值/>，所述正切值/>与所述同相分量/>和所述正交分量/>三者满足关系式：
；
步骤六：由所述正切值计算雷达定位距离/>，所述定位距离/>与所述正切值/>、角频率/>和电磁波的传输速率/>四者满足关系式：
，
其中，为电磁波的传输速率，/>为角频率，/>为时延。
进一步，在本发明实施例所公开的技术方案中，所发射的宽带雷达探测信号与其它雷达不同，包络函数采用三角函数，具体信号为：
，
其中，为角频率，/>是线性调频信号的角频率，/>为调频斜率。本实施例中，调频斜率/>为：
，
其中，B为线性调频信号的调频带宽，T 0为线性调频信号的时间周期。与ω 0满足关系式：
。
在现有技术中，雷达探测信号的包络函数的作用通常是为了脉冲成形或频谱优化。而在本发明实施例所公开的技术方案中，雷达探测信号采用包络函数，其与包络检波相配合，其作用是为测量距离传输时延，使包络检波所获得的包络信号/>中包含有时延参数。
时延参数是实现雷达测距定位的关键，能否准确计算时延参数，直接关系到雷达定位测距的精度。在现有技术中，时域反射法（TDR）是通过直接测量探测信号和反射信号之间的时延来实现雷达定位测距，测量探测信号和反射信号之间的时延，通常是采用测量探测信号和反射信号的相关信号峰值来实现的。在测量该相关信号峰值时，通常是采用滑动阈值检测的方式实现的。然而，滑动阈值检测方式，只能捕获相关信号的“近似”峰值点，并不能捕获“真实”峰值点，且该方式易受采样时钟抖动、波形畸变、信道干扰等因素的影响，使得所采集的峰值点并不是实际的峰值点，从而造成延时测量误差，导致雷达定位测距误差增大。该测距误差对于远距离雷达定测距来说，有可能是可以接受的，但对于近距离雷达定位测距来说，其相对误差较大，难以满足测距精度要求。
为了克服现有技术时域反射法（TDR）存在的不足，提高近距离雷达定位测距的精度，在本发明实施例所公开的技术方案中，通过设计探测信号、包络检波、相关运算的方式计算反射信号包络函数的同相分量和正交分量，在此基础上，再基于定位距离与正切值、角频率/>和电磁波的传输速率/>的关系计算得到雷达定位测距大小，而不是通过测量探测信号和反射信号之间的时延来实现雷达定位测距。在本发明实施例所公开的技术方案中，雷达所发射的宽带探测信号是以包络函数为/>的线性调频宽带探测信号，通过包络检波，获得包络信号/>，使得探测信号与反射信号之间的时延参数包络在所述包络信号中；再通过计算包络信号/>的同相分量和正交分量，以进一步进行时延参数转换。
进一步，在本发明实施例所公开的技术方案中，同相分量R(t)与包络信号和同频余弦函数/>三者满足关系式：
，
其中，T 1为所述包络函数的时间周期。
进一步，所述正交分量与所述包络信号/>和同频正弦函数/>三者满足关系式：
，
其中，T 1为所述包络函数的时间周期。
通过上述分析可知，在本发明实施例所公开的技术方案中，通过设计探测信号、包络检波、相关运算等技术环节，基于时延参数的正切值计算雷达定位距离大小，而不是通过测量探测信号和反射信号之间的时延来实现雷达定位测距，从而克服了现有技术方案易受波形畸变、采样时钟抖动、信道干扰等因素影响的不足之处，提高了雷达定位测距的精度，满足了近距离雷达定位测距的要求。
进一步，在本发明实施例所公开的技术方案中，实现雷达定位测距的核心部件是包络检波器和运算器，并不涉及高速采样器、精密时钟等。而在现有技术中，采用时域反射法（TDR）实现雷达定位测距，需要准确测量探测信号和反射信号之间的时延，这需要精密的时钟信号，还要涉及高速率采样、大规模存贮器、高速运算器等，硬件实现复杂，成本高。因此，相对于现有技术来说，本发明实施例所公开的技术方案，简单易实现，有利于提高经济效益。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.基于FDR的雷达定位测距方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：发射包络函数为的宽带雷达探测信号，并等待接收反射信号，其中/>为角频率，/>为时间参数；
步骤二：对接收到的反射信号进行包络检波，提取包络信号，其中/>为时延；
步骤三：将所述提取的包络信号与同频余弦函数/>进行运算，获得同相分量/>；
步骤四：将所述提取的包络信号与同频正弦函数/>进行运算，获得正交分量/>；
步骤五：由所述同相分量和所述正交分量/>计算正切值/>，所述正切值与所述同相分量/>和所述正交分量/>三者满足关系式：
；
步骤六：由所述正切值计算雷达定位距离/>，所述定位距离/>与所述正切值、角频率/>和电磁波的传输速率/>四者满足关系式：
，
其中，为电磁波的传输速率，/>为角频率，/>为时延。
2.根据权利要求1所述的基于FDR的雷达定位测距方法，其特征在于，所述宽带雷达探测信号为：
，
其中，为角频率，/>是线性调频信号的角频率，/>为调频斜率。
3.根据权利要求2所述的基于FDR的雷达定位测距方法，其特征在于，所述同相分量与所述包络信号/>、同频余弦函数/>三者满足关系式：
，
其中，T 1为所述包络函数的时间周期。
4.根据权利要求2所述的基于FDR的雷达定位测距方法，其特征在于，所述正交分量与所述包络信号/>和同频正弦函数/>三者满足关系式：
，
其中，T 1为所述包络函数的时间周期。
5.根据权利要求2所述的基于FDR的雷达定位测距方法，其特征在于，所述调频斜率为：
，
其中，为所述线性调频信号的调频带宽，/>为所述线性调频信号的时间周期，所述与所述/>满足关系式：
。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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