CN106093905B - 基于apFFT相位差的精密测量雷达频偏分类测频方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于apFFT相位差的精密测量雷达频偏分类测频方法，包括以下步骤：(1)将差频信号序列X0(m)做nΔt的延迟得到XN(m)，X0(m)频率为fIF，nΔt表示n个采样周期；(2)对X0(m)、XN(m)分别加双汉宁窗，做apFFT并求得其相位值；(3)对二者相位值求差并对其以2π求Mod得到相位差Δφ；(4)找出次大值位置，得到第一次估计的频率；(5)根据情况确定是否修正频率；(6)将新信号重复步骤(2)、(3)、(4)，得到二次测量结果fIFSECOND，将fIFSECOND减去rfs/3N得到最终频率。本发明利用apFFT“相位不变性”以及相位与频率的线性关系，在任意可测量的频率都有较好的测量精度，而且计算量小、抗噪性好，利于硬件实现。

Description

基于apFFT相位差的精密测量雷达频偏分类测频方法
技术领域
本发明涉及一种精密测量雷达测频方法，尤其涉及一种基于apFFT相位差的精密测量雷达频偏分类测频方法。
背景技术
目前，精密测量雷达测频测距方法已经很成熟了，测量方法越来越多。以前，测量雷达测频方法多基于FFT即快速傅氏变换算法，但该方法因相位会发生变化而逐渐被淘汰。apFFT是全相位FFT的简称，是对传统FFT进行改进而得到的，它具有FFT不具备的“相位不变性”等优良性能，所以现在测量雷达测频方法多基于apFFT。但是，目前采用的apFFT算法存在相位模糊的问题，从而导致测量精度不高、尤其在某些频率测量精度较低的问题。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种在任意频率都具有较高测量精度的基于apFFT相位差的精密测量雷达频偏分类测频方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种基于apFFT相位差的精密测量雷达频偏分类测频方法，包括以下步骤：
(1)将差频信号序列X0(m)做nΔt的延迟得到XN(m)，X0(m)频率为fIF，nΔt表示n个采样周期；
(2)对X0(m)、XN(m)分别加双汉宁窗，做apFFT并求得其相位值；
(3)对二者相位值求差并对其以2π求Mod得到相位差Δφ；
(4)找出次大值位置，若在峰值左侧，则第一次估计得到的频率为：
fIFFIRST＝(k+Δφ-1)fs/N
其中，N为FFT点数，fs为采样频率，k为谱线峰值最大值所对应的位置序列号；
若在峰值右侧，则第一次估计得到的频率为：
fIFFIRST＝(k+Δφ)fs/N；
(5)若0.5fs/N≥|fIFFIRST-kfs/N|＞0.33fs/N，此时频偏较大，测量准确，直接将fIFFIRST作为测频结果，不需要修正；第二种情况：若|fIFFIRST-kfs/N|≤0.33fs/N或|fIFFIRST-kfs/N|＞0.5fs/N，则将X0(m)、XN(m)分别乘以次大值在峰值右侧时r＝1，次大值在峰值左侧时r＝-1；
(6)将新信号重复步骤(2)、(3)、(4)，得到二次测量结果fIFSECOND，将fIFSECOND减去rfs/3N得到最终频率为：
fIFFINAL＝fIFSECOND-rfs/3N。
优选地，所述步骤(4)、(5)中，N＝512，fs＝512khz。
本发明的有益效果在于：
本发明利用apFFT“相位不变性”以及相位与频率的线性关系，提出基于apFFT相位差的精密测量雷达频偏分类测频算法，对于频偏较小的频点，都能够通过频谱搬移使得频偏变大，能够很准确分清粗次大值方向，使得相位模糊补偿值的索引值估测准确，解决了传统apFFT相位差值算法在频偏绝对值较小时算法的缺陷，测频精度甚至可以达到传统apFFT相位差值算法的几十倍；本方法解决了“相位模糊”问题带来了测量精度不高的缺点，在任意可测量的频率都有较好的测量精度，而且计算量小、抗噪性好，利于硬件实现。
附图说明
图1-1是信噪比SNR＝5dB时利用本发明所述基于apFFT相位差的精密测量雷达频偏分类测频方法获得的均值误差绝对值与频率的对照关系示意图；
图1-2是信噪比SNR＝5dB时利用本发明所述基于apFFT相位差的精密测量雷达频偏分类测频方法获得的均方根误差与频率的对照关系示意图；
图2-1是信噪比SNR＝5dB时利用传统apFFT相位差测频方法获得的均值误差绝对值与频率的对照关系示意图；
图2-2是信噪比SNR＝5dB时利用传统apFFT相位差测频方法获得的均方根误差与频率的对照关系示意图；
图3-1是信噪比SNR＝3dB时利用本发明所述基于apFFT相位差的精密测量雷达频偏分类测频方法获得的均值误差绝对值与频率的对照关系示意图；
图3-2是信噪比SNR＝3dB时利用本发明所述基于apFFT相位差的精密测量雷达频偏分类测频方法获得的均方根误差与频率的对照关系示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
本发明所述基于apFFT相位差的精密测量雷达频偏分类测频方法，包括以下步骤：
(1)将差频信号序列X0(m)做nΔt的延迟得到XN(m)，X0(m)频率为fIF，nΔt表示n个采样周期；
(2)对X0(m)、XN(m)分别加双汉宁窗，做apFFT并求得其相位值；
(3)对二者相位值求差并对其以2π求Mod得到相位差Δφ；
(4)找出次大值位置，若在峰值左侧，则第一次估计得到的频率为：
fIFFIRST＝(k+Δφ-1)fs/N
其中，N为FFT点数，fs为采样频率，k为谱线峰值最大值所对应的位置序列号；
若在峰值右侧，则第一次估计得到的频率为：
fIFFIRST＝(k+Δφ)fs/N；
(5)若0.5fs/N≥|fIFFIRST-kfs/N|＞0.33fs/N，此时频偏较大，测量准确，直接将fIFFIRST作为测频结果，不需要修正；第二种情况：若|fIFFIRST-kfs/N|≤0.33fs/N或|fIFFIRST-kfs/N|＞0.5fs/N，则将X0(m)、XN(m)分别乘以次大值在峰值右侧时r＝1，次大值在峰值左侧时r＝-1；
(6)将新信号重复步骤(2)、(3)、(4)，得到二次测量结果fIFSECOND，将fIFSECOND减去rfs/3N得到最终频率为：
fIFFINAL＝fIFSECOND-rfs/3N。
实施例：
图1-1至图3-2的仿真条件同为FFT点数为N＝512，采样频率设置为fs＝512khz，差拍信号频率设置为fIF∈[30000hz,31000hz]，两两相差10hz，做1000次蒙特卡洛。
由图1-1、图1-2可知，利用本发明所述基于apFFT相位差的精密测量雷达频偏分类测频方法获得的均值误差绝对值最大值不超过10，均方根误差不超过12.2；对应地，由图2-1、图2-2可知，利用传统apFFT相位差测频方法获得的均值误差绝对值最高可达300以上，均方根误差最大可达600以上；可以看出本发明所述基于apFFT相位差的精密测量雷达频偏分类测频方法的测量性能卓越。
由图3-1、图3-2可知，本发明所述基于apFFT相位差的精密测量雷达频偏分类测频方法应用在信噪比SNR＝3的环境中时，其测量特性相较于SNR＝5时会增大，但增大并不明显，相比于传统apFFT相位差测频方法仍然非常具有较高的测量精度。综上可以证明，本发明所述基于apFFT相位差的精密测量雷达频偏分类测频方法有着良好的测频性能。
上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (2)

1.一种基于apFFT相位差的精密测量雷达频偏分类测频方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将差频信号序列X0(m)做nΔt的延迟得到XN(m)，X0(m)频率为fIF，nΔt表示n个采样周期；
(2)对X0(m)、XN(m)分别加双汉宁窗，做apFFT并求得其相位值；
(3)对二者相位值求差并对其以2π求Mod得到相位差Δφ；
(4)找出次大值位置，若在峰值左侧，则第一次估计得到的频率为：
fIFFIRST＝(k+Δφ-1)fs/N
其中，N为FFT点数，fs为采样频率，k为谱线峰值最大值所对应的位置序列号；
若在峰值右侧，则第一次估计得到的频率为：
fIFFIRST＝(k+Δφ)fs/N；
(5)若0.5fs/N≥|fIFFIRST-kfs/N|＞0.33fs/N，此时频偏较大，测量准确，直接将fIFFIRST作为测频结果，不需要修正；第二种情况：若|fIFFIRST-kfs/N|≤0.33fs/N或|fIFFIRST-kfs/N|＞0.5fs/N，则将X0(m)、XN(m)分别乘以次大值在峰值右侧时r＝1，次大值在峰值左侧时r＝-1；
(6)将新信号重复步骤(2)、(3)、(4)，得到二次测量结果fIFSECOND，将fIFSECOND减去rfs/3N得到最终频率为：
fIFFINAL＝fIFSECOND-rfs/3N。
2.根据权利要求1所述的基于apFFT相位差的精密测量雷达频偏分类测频方法，其特征在于：所述步骤(4)、(5)中，N＝512，fs＝512kH z。
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