[发明专利]一种基于相位估值的高精度雷达物位计测距方法

说明书

本发明公开了一种基于相位估值的高精度雷达物位计测距方法，属于雷达测距技术领域。包括以下步骤：S100、进行基于FFT+CZT的频率粗估计，得到粗估计距离值；S200、进行基于CZT相位估值的精估计，得到调整距离值；S300、根据粗估计距离值和调整距离值，得到最终估计结果。本发明的一种基于相位估值的高精度雷达物位计测距方法，其估计结果相比于单纯利用FFT估计结果，精度提高了2个数量级，相比于FFT+CZT估计结果，精度提高1个数量级。且计算复杂度低，环境适应性较好。

技术领域

本发明涉及一种基于相位估值的高精度雷达物位计测距方法，属于雷达测距技术领域。

背景技术

雷达物位计是工业上广泛使用的电子测量设备，主要用于测量物体相对于雷达的距离信息。目前，雷达物位计主要采用线性调频连续波(FMCW)作为发射信号，测距原理是雷达发射信号与目标的回波信号混频后获得差频信号，利用离散傅里叶变换(FFT)转换到频域，通过谱峰搜索找到此时最大谱峰对应的频率值，然后通过距离-频率计算公式获得物体位置信息。由于差频信号频率较低，可以用较低的采样率采集信号，硬件成本相对较低；FMCW波形平均功率等于峰值功率，因此功耗相对更低、安全性更好，有利于特定场合的应用。随着工业的不断发展，越来越多的应用场景对测距精度提出了更高要求，因为在信号带宽一定的条件下，目标的距离分辨也是固定的，如何在有效的硬件条件下突破这种距离限制是需要解决的关键问题。

常用的提高距离测量精度的方法包括：(1)频谱最小频率间隔表示为其中F_s表示采样率，N表示采样点数，T_s表示采样间隔。因此，可以通过提高A/D数据采样率或者增加信号长度的方法提高频谱分辨力和频率测量精度，即对应距离分辨力和距离精度。但缺点也是非常明显，增加A/D器件成本；FFT运算点数增加，增加硬件存储空间，同时也提高了计算复杂度。(2)利用线性调频Z变换(CZT算法)，CZT是一种基于离散傅里叶变换的频谱加密处理方法，利用数据拟合的方式在不增加FFT计算点数的前提下拟合出谱峰的位置，提高距离估计精度。该方法可以提高距离估计精度，但不能提高距离分辨力。该方法是在FFT基础上，按照拟合点数需要额外增加2次FFT计算和1次逆FFT计算，因此，拟合点数增加也会提高计算复杂度。(3)利用超分辨技术，如MUSIC、压缩感知等方法实现频谱稀疏信号的恢复，这种方法需要首先估计出测量目标的数量，利用凸优化或者贪婪算法求解欠定方程，环境适应性较差。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于相位估值的高精度雷达物位计测距方法，以解决本发明申请要解决的技术问题。

一种基于相位估值的高精度雷达物位计测距方法，基于相位估值的高精度雷达物位计测距方法包括以下步骤：

S100、进行基于FFT+CZT的频率粗估计，得到粗估计距离值；

S200、进行基于CZT相位估值的精估计，得到调整距离值；

S300、根据粗估计距离值和调整距离值，得到最终估计结果。

进一步的，S100包括以下步骤：

S110、获取差频信号：

S120、对x(t)做N点FFT，搜索谱峰获得最大值对应频率作为一次粗估计频率f_FFT，此时谱线间隔为f_s/N；

S130、在f_FFT左右选取范围作为CZT求解区域，计算M点CZT，搜索谱峰获得二次粗估计频率f_CZT，此时，要求M点对应的距离分辨小于等于半波长，即得到f_CZT对应的粗估计距离值为

进一步的，在S200中，具体的：基于f_CZT计算相位