CN105738890A - 一种提升雷达的测量范围和测量精度的方法以及雷达 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提升雷达的测量范围和测量精度的方法以及雷达，方法包括预设置若干个调制周期和调频带宽，一调制周期对应雷达的一测距区间；从若干个调制周期和调频带宽提取调制周期和调频带宽作为预定义个实测调制周期和实测调频带宽，使雷达在各个实测调制周期和实测调频带宽下发射测距信号；在接收到目标回波信号时，获取差频信号的频率；计算测量目标的距离；当雷达在预定义个实测调制周期和实测调频带宽下均发射测距信号之后，获取计算得到的测量目标的距离所属的测距区间，并将计算得到的测量目标的距离所属的测距区间对应的调制周期和调频带宽作为实测调制周期和实测调频带宽，并返回使雷达在实测调制周期和实测调频带宽下发射测距信号的步骤。通过上述方式，本发明能提升雷达的测量范围和测量精度。

Description

一种提升雷达的测量范围和测量精度的方法以及雷达

技术领域

本发明涉及雷达探测技术领域，特别是涉及一种提升雷达的测量范围和测量精度的方法以及雷达。

背景技术

雷达是指通过无线电的方法发现目标并测定它们的空间位置的设备。雷达既可以进行单个目标，又可以进行多个目标的测量。而在多目标测量中大多采用多斜率调制来进行区别。

但是，现有技术中的雷达，无论是进行单目标测量还是多目标测量，目前大多数采用固定调频带宽、固定调制周期的方式进行测量，在模数转换模块的采样带宽有限的情况下，必须牺牲一定的测量精度和测量距离。另外，为了采用尽可能宽的调频带宽来提高距离分辨率,静止目标和另一距离下的运动目标的差频信号的频率可能会相同，因为运动目标会有一个多普勒频移，从而出现两个甚至更多目标所得差频信号频率完全相同的情况，导致无法分辨这些目标。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种提升雷达的测量范围和测量精度的方法以及雷达，能够提升雷达的测量范围和测量精度,并且实现多档测量。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种提升雷达的测量范围和测量精度的方法，包括预设置若干个调制周期和调频带宽，其中，所述调制周期与所述调频带宽相对应，并且一所述调制周期对应所述雷达的一测距区间；从所述若干个调制周期和调频带宽提取预定义个所述调制周期和调频带宽作为实测调制周期和实测调频带宽，使所述雷达在各个实测调制周期和实测调频带宽下发射测距信号；在所述测距信号经过测量目标反射形成目标回波信号，并接收到所述目标回波信号时，根据所述测距信号和目标回波信号，检测差频信号并获取所述差频信号的频率；根据所述差频信号的频率,计算所述测量目标的距离；当雷达在预定义个实测调制周期和实测调频带宽下均发射测距信号之后，获取所述计算得到的测量目标的距离所属的测距区间，并将所述计算得到的测量目标的距离所属的测距区间对应的调制周期和调频带宽作为实测调制周期和实测调频带宽，并返回使所述雷达在实测调制周期和实测调频带宽下发射测距信号的步骤。

其中，所述根据所述差频信号的频率,计算所述测量目标的距离的计算公式如下：

$R=\frac{c*T_m*f_b}{4*B_m}$

所述R为测量目标的距离，所述c为光速，所述T_m为调制周期，所述B_m为调频带宽，所述f_b为差频信号的频率。

其中，所述测量目标包括静止目标和运动目标；若所述测量目标为运动目标，所述根据所述测距信号和目标回波信号，检测差频信号并获取所述差频信号的频率的步骤包括：计算所述运动目标的多普勒频率偏移，结合所述测距信号、目标回波信号以及多普勒频率偏移，获取所述差频信号的频率。

其中，计算所述运动目标的多普勒频率偏移的计算公式如下：

$f_d=\frac{2*v*f_0}{c}$

所述c为光速，所述v为运动目标的移动速度，所述f₀为测距信号的发射频率。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种雷达包括发射模块、接收模块、模数转换器和微处理器；所述微处理器分别与发射模块和模数转换器连接，所述模数转换器与接收模块连接，其中，所述发射模块预设置有若干个调制周期和调频带宽，其中，所述调制周期与所述调频带宽相对应，并且一所述调制周期对应所述雷达的一测距区间；所述微处理器，用于从所述若干个调制周期和调频带宽提取预定义个所述调制周期和调频带宽作为实测调制周期和实测调频带宽，使所述发射模块在各个实测调制周期和实测调频带宽下发射测距信号；所述接收模块，用于在所述测距信号经过测量目标反射形成目标回波信号时，接收所述目标回波信号；所述模数转换器，用于对所述目标回波信号进行模数转换；所述处理器，还用于根据测距信号和进行模数转换后的目标回波信号，检测差频信号并获取所述差频信号的频率，并根据所述差频信号的频率,计算所述测量目标的距离，以及当发射模块在预定义个实测调制周期和实测调频带宽下均发射测距信号之后，获取所述计算得到的测量目标的距离所属的测距区间，并将所述发射模块输入所述计算得到的测量目标的距离所属的测距区间对应的调制周期和调频带宽作为实测调制周期和实测调频带宽，并返回使所述发射机在实测调制周期和实测调频带宽下发射测距信号。

其中，所述根据所述差频信号,计算所述测量目标的距离的计算公式如下：

$R=\frac{c*T_m*f_b}{4*B_m}$

所述R为测量目标的距离，所述c为光速，所述T_m为调制周期，所述B_m为调频带宽，所述f_b为差频信号的频率。

其中，所述测量目标包括静止目标和运动目标；若所述测量目标为运动目标，所述根据所述测距信号和目标回波信号，检测差频信号并获取所述差频信号的频率的步骤包括：计算所述运动目标的多普勒频率偏移，结合所述测距信号、目标回波信号以及多普勒频率偏移，获取所述差频信号的频率。

其中，计算所述运动目标的多普勒频率偏移的计算公式如下：

$f_d=\frac{2*v*f_0}{c}$

所述c为光速，所述v为运动目标的移动速度，所述f₀为测距信号的发射频率。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明预先为雷达配置若干个调制周期和调频带宽，其中，一调制周期对应雷达的一测距区间，先通过一个或者多个调制周期找出测量目标的初始距离，再根据测量目标的初始距离所属的测距区间对应的调制周期进行精确测理，由于不同的调制周期对应不同测距区间，使得差频信号在一个较窄的带宽内，以减小采样带宽，提高雷达测量的测量精度，并且扩大雷达的测量范围，实现多档测量。

附图说明

图1是本发明提升雷达的测量范围和测量精度的方法实施方式的流程图；

图2是本发明雷达实施方式的示意图；

图3是本发明雷达实施方式的详细结构示意图；

图4是调频周期是2ms下测量目标的距离、调频带宽和差频信号的频率关系表；

图5是调频周期是1ms下测量目标的距离、调频带宽和差频信号的频率关系表；

图6是三个不同调制周期的三角波调制信号的示意图；

图7是在分不同段调制周期下的差频信号的频率的关系图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明进行详细说明。

请参阅图1，提升雷达的测量范围和测量精度的方法包括：

步骤S201：预设置若干个调制周期和调频带宽，其中，调制周期与调频带宽相对应，并且一调制周期对应雷达的一测距区间；

若干个调制周期均是不相同的，例如：3个调制周期，分别为：1ms、1.5ms和2ms，则测距区间也为3个，分别0～100米，100～200米，200～300米。通过设置不同的调制周期，不同的调制周期对应不同测距区间，使得差频信号在一个较窄的带宽内，以减小采样带宽，提高雷达测量的测量精度，对模数转换器的要求也降低了。

步骤S202：从若干个调制周期和调频带宽提取预定义个调制周期和调频带宽作为实测调制周期和实测调频带宽，使雷达在各个实测调制周期和实测调频带宽下发射测距信号；

预定义个可以是若干个调制周期和调频带宽的全部，也可以为一个，若预定义个为若干个调制周期和调频带宽的全部,相当先在全部调制周期下扫描一次测量目标。而在从若干个调制周期和调频带宽提取调制周期和调频带宽时，可以是按大小顺序提取，也可以随机提取，但是相邻的两次提取得到的两个调制周期之间差值小于预设值，以使方便控制两次提取得到的两个调制周期之间的差距，避免该两个调制周期变化太大。

步骤S203：在测距信号经过测量目标反射形成目标回波信号，并接收到目标回波信号时，根据测距信号和目标回波信号，检测差频信号并获取差频信号的频率；

测量目标包括静止目标和运动目标，静止目标是指被测量的目标处于静止不动状态，运动目标是指被测量的目标处于运动状态。若测量目标为运动目标，步骤S203中根据所述测距信号和目标回波信号，检测差频信号并获取差频信号的频率的步骤包括：计算运动目标的多普勒频率偏移，结合测距信号、目标回波信号以及多普勒频率偏移，获取所述差频信号的频率。

计算所述运动目标的多普勒频率偏移的计算公式如下：

$f_d=\frac{2*v*f_0}{c}$

c为光速，v为运动目标的移动速度，f₀为测距信号的发射频率。

步骤S204：根据差频信号的频率,计算测量目标的距离；

根据差频信号的频率,计算测量目标的距离的计算公式如下：

$R=\frac{c*T_m*f_b}{4*B_m}$

R为测量目标的距离，所述c为光速，T_m为调制周期，B_m为调频带宽，f_b为差频信号的频率。

步骤S205：当雷达在预定义个实测调制周期和实测调频带宽下均发射测距信号之后，获取计算得到的测量目标的距离所属的测距区间，并将计算得到的测量目标的距离所属的测距区间对应的调制周期和调频带宽作为实测调制周期和实测调频带宽，并返回使雷达在实测调制周期和实测调频带宽下发射测距信号的步骤。

在从若干个调制周期和调频带宽提取调制周期和调频带宽作为实测调制周期和实测调频带宽时，可以逐一从若干个调制周期提取调制周期，以使雷达分别在该若干个调制周期扫描一遍测量目标，确定测量目标的初始距离，再根据测量目标的初始距离找出对应的调制周期，并在所找到的测距区间对应的调制周期下对测量目标进行精确测量，提高雷达的测量精度，简而言之，先扫描确定测量目标的初始距离，再进行雷达调制至初始距离对应的调制周期的档位，进行测量，以提高雷达的精度。当然，在其它替代实施方施中，也可以从若干个调制周期内随机或者按预设条件提取一个调制周期和调频带宽检测测量目标的初始距离，然后直接进行初始距离对应的调制周期的档位进行测量。

进一步的，若测量目标为运动目标，有可能存在该若干个调制周期扫描一遍测量目标时两次扫描的运动目标的距离不相同，则以最后一次扫描得到的运动目标的距离确定测距区间，并选择对应的调制周期，以确定了测距区间之后的较精确测量结果为准。最好的，每一调制周期不宜太长，避免在一调制周期内还没扫完，运动目标已经超出该调制周期对应的测距区间。

值得说明的是：雷达除了用于对单一测量目标进行测量之外，也可以对多个测量目标进行测量，从所述若干个调制周期和调频带宽轮流提取一个调制周期和调频带宽初步检测测量目标的位置时，则可先找出哪个测距区间内哪个测量目标最多，获取测量目标最多的测距区间对应的调制周期，先在该调制周期下对测理目标进行精确测量，然后再调制至测量目标较少的测距区间对应的调制周期进行测量。

在本发明实施方式中，预先为雷达配置若干个调制周期和调频带宽，其中，一调制周期对应雷达的一测距区间，先通过一个或者多个调制周期找出测量目标的初始距离，再根据测量目标的初始距离所属的测距区间对应的调制周期进行精确测理，由于不同的调制周期对应不同测距区间，使得差频信号在一个较窄的带宽内，以减小采样带宽，提高雷达测量的测量精度，并扩大雷达的测量范围，实现多档测量。

本发明又提供雷达实施方式。请参阅图2，雷达包括发射模块301、接收模块302、模数转换器303和微处理器304。微处理器304分别与发射模块301和模数转换器303连接，模数转换器303与接收模块302连接，其中，发射模块301预设置有若干个调制周期和调频带宽，其中，调制周期与调频带宽相对应，并且一调制周期对应雷达的一测距区间；

微处理器304，用于从若干个调制周期和调频带宽提取其中一个调制周期和调频带宽作为实测调制周期和实测调频带宽，使发射模块301在实测调制周期和实测调频带宽下发射测距信号；

接收模块302，用于在测距信号经过测量目标反射形成目标回波信号时，接收目标回波信号；

模数转换器303，用于对目标回波信号进行模数转换；

处理器，还用于根据测距信号和进行模数转换后的目标回波信号，检测差频信号并获取差频信号的频率，并根据差频信号的频率,计算测量目标的距离，以及获取计算得到的测量目标的距离所属的测距区间，并将发射模块301输入计算得到的测量目标的距离所属的测距区间对应的调制周期和调频带宽作为实测调制周期和实测调频带宽，并返回使发射机在实测调制周期和实测调频带宽下发射测距信号。

具体的，根据差频信号,计算测量目标的距离的计算公式如下：

$R=\frac{c*T_m*f_b}{4*B_m}$

R为测量目标的距离，c为光速，T_m为调制周期，B_m为调频带宽，f_b为差频信号的频率。

测量目标包括静止目标和运动目标；

若测量目标为运动目标，根据测距信号和目标回波信号，检测差频信号并获取差频信号的频率的步骤包括：

计算运动目标的多普勒频率偏移，结合测距信号、目标回波信号以及多普勒频率偏移，获取差频信号的频率。

计算运动目标的多普勒频率偏移的计算公式如下：

$f_d=\frac{2*v*f_0}{c}$

c为光速，v为运动目标的移动速度，f₀为测距信号的发射频率。

在本发明实施方式中，预先为雷达配置若干个调制周期和调频带宽，其中，一调制周期对应雷达的一测距区间，先通过一个或者多个调制周期找出测量目标的初始距离，再根据测量目标的初始距离所属的测距区间对应的调制周期进行精确测理，由于不同的调制周期对应不同测距区间，使得差频信号在一个较窄的带宽内，以减小采样带宽，提高雷达测量的测量精度，并扩大雷达的测量范围，实现多档测量。

为了方便读者更好地理解通过设置多个调制周期来提高雷达的测量范围和测量精度的原理，如下举例进行说明。

请参阅图3～图5，图3是本发明雷达实施方式中的详细结构示意图，图4是调频周期2ms情况下测量目标的距离、调频带宽和差频信号的频率关系表，图5是调频周期1ms情况下测量目标的距离、调频带宽和差频信号的频率关系表。由图4和图5可知：当调制周期减小，即调制频率增大，记为差频系数K_b，差频系数增大，所得f_b差频信号的频率也越高，这将对模数转换模块的带宽提出更高的要求，且不利于提高信噪比，因为宽带宽将引入更多的噪声，降低整体性能。f_b信号通常需要进行数字信号处理，因此通过FFT快速傅里叶变换获得其频率信息，由公式推算得距离计算公式可知测距精度和f_b的精度有直接关系，f_b也是接收回来的唯一有效信息，测距精度dR＝df_b/K_b,所以我们的目的就是减小dR。首先考虑df_b,对带宽2xMHz的差频信号和xMHz的差频信号进行同样点数如N点的FFT运算，后者的df_b较小，频率分辨率将较高，从而提高测距精度，所以降低差频信号f_b带宽是一个有效的措施。

进一步的，如下给出三个不同调制周期的三角波调制信号，如fm1＝1ms、fm2＝1.5ms、fm3＝2ms的调制周期，如图6所示。根据不同距离区间，把300米测量范围分成3段测量区间，分别为：0至100米、100至200米、200至300米，分别选择fm1、fm2、fm3等更多的调制周期，从而改变测量区间的斜率，缩小测量区间内的差频信号的带宽，如图7所示，使得f_b差频信号的带宽由原来的2000kHz下降到1000kHz的示意图。同理，对于K_b差频系数，按照距离动态改变调制带宽B_m，使得T_m变化后整体。距离分段越细，本区间内的差频带宽越窄，对于ADC的采样速率、带宽要求就不那么高，同时提升了测距精度。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种提升雷达的测量范围和测量精度的方法，其特征在于，包括：

预设置若干个调制周期和调频带宽，其中，所述调制周期与所述调频带宽相对应，并且一所述调制周期对应所述雷达的一测距区间；

从所述若干个调制周期和调频带宽提取预定义个调制周期和调频带宽作为实测调制周期和实测调频带宽，使所述雷达在各个实测调制周期和实测调频带宽下发射测距信号；

在所述测距信号经过测量目标反射形成目标回波信号，并接收到所述目标回波信号时，根据所述测距信号和目标回波信号，检测差频信号并获取所述差频信号的频率；

根据所述差频信号的频率,计算所述测量目标的距离，并返回使所述雷达在实测调制周期和实测调频带宽下发射测距信号的步骤。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述根据所述差频信号的频率,计算所述测量目标的距离的计算公式如下：

$R=\frac{c*T_m*f_b}{4*B_m}$

所述R为测量目标的距离，所述c为光速，所述T_m为调制周期，所述B_m为调频带宽，所述f_b为差频信号的频率。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述测量目标包括静止目标和运动目标；

若所述测量目标为运动目标，所述根据所述测距信号和目标回波信号，检测差频信号并获取所述差频信号的频率的步骤包括：

计算所述运动目标的多普勒频率偏移，结合所述测距信号、目标回波信号以及多普勒频率偏移，获取所述差频信号的频率。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

计算所述运动目标的多普勒频率偏移的计算公式如下：

$f_d=\frac{2*v*f_0}{c}$

所述c为光速，所述v为运动目标的移动速度，所述f₀为测距信号的发射频率。

5.一种雷达，其特征在于，包括发射模块、接收模块、模数转换器和微处理器；

所述微处理器分别与发射模块和模数转换器连接，所述模数转换器与接收模块连接，其中，所述发射模块预设置有若干个调制周期和调频带宽，其中，所述调制周期与所述调频带宽相对应，并且一所述调制周期对应所述雷达的一测距区间；

所述微处理器，用于从所述若干个调制周期和调频带宽提取预定义个调制周期和调频带宽作为实测调制周期和实测调频带宽，使所述发射模块在各个实测调制周期和实测调频带宽下发射测距信号；

所述接收模块，用于在所述测距信号经过测量目标反射形成目标回波信号时，接收所述目标回波信号；

所述模数转换器，用于对所述目标回波信号进行模数转换；

所述处理器，还用于根据测距信号和进行模数转换后的目标回波信号，检测差频信号并获取所述差频信号的频率，并根据所述差频信号的频率,计算所述测量目标的距离，以及当所述雷达在预定义个实测调制周期和实测调频带宽下均发射测距信号之后，获取所述计算得到的测量目标的距离所属的测距区间，并将所述发射模块输入所述计算得到的测量目标的距离所属的测距区间对应的调制周期和调频带宽作为实测调制周期和实测调频带宽，并返回使所述发射机在实测调制周期和实测调频带宽下发射测距信号。

6.根据权利要求5所述的雷达，其特征在于，

所述根据所述差频信号,计算所述测量目标的距离的计算公式如下：

$R=\frac{c*T_m*f_b}{4*B_m}$

所述R为测量目标的距离，所述c为光速，所述T_m为调制周期，所述B_m为调频带宽，所述f_b为差频信号的频率。

7.根据权利要求6所述的雷达，其特征在于，

所述测量目标包括静止目标和运动目标；

若所述测量目标为运动目标，所述根据所述测距信号和目标回波信号，检测差频信号并获取所述差频信号的频率的步骤包括：

计算所述运动目标的多普勒频率偏移，结合所述测距信号、目标回波信号以及多普勒频率偏移，获取所述差频信号的频率。

8.根据权利要求7所述的雷达，其特征在于，

计算所述运动目标的多普勒频率偏移的计算公式如下：

$f_d=\frac{2*v*f_0}{c}$

所述c为光速，所述v为运动目标的移动速度，所述f₀为测距信号的发射频率。