[发明专利]一种FMCW雷达测距精确校正的测量装置与补偿校正方法

说明书

技术领域

本发明属于FMCW雷达测量技术领域，具体涉及一种FMCW雷达测 距精确校正的测量装置与补偿校正方法。

背景技术

根据FMCW雷达测距原理，微波装置发射调频连续波，发射信号与回 波信号混频输出的差拍信号，在理想情况下为一正弦信号，其频率f与被 测距离R成正比，可表示为f＝2RB/cT，即距离测量的相对误差与频率测 量的相对误差相同。

信号处理的主要目的就是精确获取此差拍信号的频率，从而求出被测距 离。通常相位法获取信号频率方法：如S.A.Tretter提出了单频信号的频 率可以通过采样序列的相位信息评估。

中国专利CN200610129444.0《全相位时移相位差频谱校正法》采用了 全相位FFT频谱分析方法，分析了两个存在延时关系的序列频谱，再用时 域相位差法对两次相位谱分析的结果进行校正。

中国专利CN200420028959.8《全相位FFT频谱分析装置》提出一种 防止频谱泄漏的全相位FFT频谱分析法。该方法具有良好的相位特性，能 够根据主谱线的相位谱分析结果，无需校正获得相位估计。但全相位FFT 频谱分析法校正精度较低，无噪声时全相位法频率校正误差小于10^-7Δf， 低噪声时频率校正误差为10^-4～10^-5Δf。高噪声时频率校正误差达到10^-4Δf。

美国专利US6040898《FMCW Distance Measurement Process》通过 发射波与接收波信号之间相位差与时间的关系函数，单独评估与原始频率 相对应的分数(fraction)部分，评估与调制时间函数相应的交互分数 (fraction)部分，最后得出与距离成比例关系的发射波与接收波之间的时 间延时量，通过该延时量得到最后的频率值。这种方法使用了脉冲压缩、 编码脉冲技术，最合适的测量距离为1500米。相似的专利US7317659 《Measurement of air characteristics in the lower atmosphere》，也涉及到相位 差处理的FFT算法。

美国专利US7481106《Non-invasive method for detecting and measuring filling material in vessels》使用近距离液位测量技术(CRMP)， 远距离液位测量技术(LRMP)联合的方法评估被测液位。

美国专利US7271761B2《Distance calculating Method and System》 首先预定一个最大距离值，然后使用被测频率与预定好的时间常量做比 值。该系统分为三个单元：混频单元，扫频单元，求值单元。混频单元作 用是获得差频信号；扫频单元作用是扫描底部和被测频率之间的差频信 号；求值单元是使用被测频率与预定好的时间常量之间的比值求取最后的 距离。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种改进加权补偿校正 相位差法的高精度回波距离测量装置，该装置能高精度的测量信号频率， 并获得距离信息。

本发明提出一种使用频谱最大值和频谱次大值的改进加权补偿校正 相位差法的高精度距离测量装置，它包括5个部分：回波信号处理模块， 提取峰值模块，高精度相位差补偿模块，频率距离转换模块，显示模块。 回波信号处理模块接收高频回波信号，对如5.6GHz，10GHz，26GHz， 96GHz的高频发射信号，经过混频处理，得到0KHz-200KHz的中频信号， 并通过阈值曲线设立，去除干扰和滤除其他信号，锁定出频域峰值信号， 由DSP的信号处理单元，记录所有数据并存储在数据存储单元内，由DSP 提取记录信号，对数据进行改进的高精度相位差补偿计算，将频率转换成 距离并在频率距离转换模块、显示模块上显示。

其中核心高精度相位差补偿模块是利用频谱幅值次大值的相位差，修 正普通的相位差计算结果，并对校正精度不理想的频率段进行了窗函数的 校准。

采用的技术方案是：

(1)回波信号处理模块接收高频回波信号，并通过阈值曲线设立提取回 波的频域的峰值，在DSP的信号处理单元中，设计了一种改进的高 精度相位差补偿模块，将频率转换成距离并显示。