[发明专利]用于运动物体高精度测距的雷达装置及其测量方法

说明书

本发明用于运动物体高精度测距的雷达装置及其测量方法，毫米波雷达安装在运动物体上,通过测量反射体与运动物体之间相对运动的距离和速度,从而测量出运动物体移动的距离和速度；反射体固定静止并设置两层间距为Δd_real、半径r₁和r₂的反射板，使用圆极化透镜天线，毫米波雷达发射电磁波到反射体，并接收反射回来电磁波，分别计算出第一层反射板和第二层反射板的距离d₁和d₂，以及两层反射板之间的距离差通过ZoomFFT算法、跟踪算法和数据处理，确保测量目标可靠和准确性，消除多径和其它反射物回波影响，测量距离精度达到毫米级；能够解决复杂环境使用场景中的多径干扰和其它反射物反射干扰问题，测量出运动物体移动距离和速度，成本低廉，结构简单，操作方便。

技术领域

本发明属于无线电行业的雷达近程高精度测距技术领域，具体涉及一种用于运动物体高精度测距的雷达装置及其测量方法。

背景技术

雷达近程高精度测距领域中通常由雷达发射FMCW波，而发射出去的电磁波和接收到的反射物反射回波之间存在时间差Δτ，造成频率和此刻本振频率不一致；利用这一差异，通过接收下变频器形成差拍频率Δf，ADC采样后，经过ZoomFFT细化放大，计算出反射物距离，从而通过二维FFT计算出相对反射物的速度，实现测距目的；但是在使用环境复杂的场景，例如电梯井道位置定位、物流码头仓库吊装定位和传送带车辆定位等应用场所中，由于复杂环境存在众多干扰信号，造成雷达接收到的电磁波包含有周围环境的多径频率分量和其它反射物反射频率分量，降低了有用反射体信号信噪比，影响了测距精度，需要分辨出多径频率分量和其它反射物干扰频率分量；现有技术中一般采用收窄波束(空间可分辨)或者提高距离分辨率(频率可分辨)的方式，达到分辨出多径频率分量和其它反射物干扰频率分量的目的，但是波束的收窄要提高天线的口径，天线口径的提高又受到工程施工、空间布置和制造成本的限制，很难提高；而距离分辨率受到雷达的扫频带宽限制，以及器件能力和无线电频谱监管的限制，也不易提高。

并且传统方法中通常在单反射体情况下依靠物体反射能量强度来跟踪反射体，移动过程容易受到其他物体干扰，甚至造成反射体丢失，影响测距效果；受到机械振动或其他环境因素干扰，最终获得的测距结果会存在扰动现象。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明目的在于提供一种能够解决复杂环境使用场景中的多径干扰和其它反射物反射干扰问题，测量出反射体与毫米波雷达之间的相对移动距离和速度，成本低廉，结构简单，操作方便，用于运动物体高精度测距的雷达装置及其测量方法。

本发明所采用的技术方案为：

包括有依次并排设置的毫米波雷达、反射体，毫米波雷达固定于运动物体上，反射体通过固定背景墙固定安装；反射体设置有多层沿竖直方向延伸的反射板，多层反射板的反射面积按照远离毫米波雷达的方向逐渐增加；每层反射板中心位置与毫米波雷达的中心位置位于同一水平面内，距离毫米波雷达最远的最后一层反射板与固定背景墙之间距离大于等于距离分辨率d_res的6倍，每层反射板与其后一层反射板之间的距离也大于等于距离分辨率d_res的6倍；所述距离分辨率d_res由公式求出，其中c是光速，B是FMCW波扫频带宽。

所述毫米波雷达的天线单元采用收发共用天线单元，其收发波束对称设置，波束指向方向为0°。

所述毫米波雷达的天线采用圆极化透镜天线，其3dB波束宽度小于等于±1.25°。

所述毫米波雷达设置有Langer耦合器，Langer耦合器能够给天线单元正交馈电，发天线的极化方式与收天线的极化方式方向互相相反。

所述反射体设置有第一层反射板和第二层反射板两层反射板，第一层反射板的半径为5mm，第二层反射板的半径为30mm；每层反射板都为铝板。