CN106443656A - 一种基于雷达信号调制识别信号的定位系统 - Google Patents

一种基于雷达信号调制识别信号的定位系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及雷达定位领域，尤其涉及一种基于雷达信号调制识别信号的定位系统，本发明设计的一种定位系统包括了FMCW雷达装置，测距模块，ID识别模块，中央处理器和若干与FMCW雷达装置连接的位置信标，在待测物体上对雷达信号进行识别信息的信号调制，实现雷达对该目标信号的识别和距离测量，从而满足单个或者多个雷达对多目标的识别测距，并根据定位技术，实现待测物体的定位。

Description

一种基于雷达信号调制识别信号的定位系统
技术领域
本发明涉及雷达定位领域，尤其涉及一种基于雷达信号调制识别信号的定位系统。
背景技术
目前国内交通领域采用雷达方式抓拍应用的越来越广泛，尤其是高速公路上测速几乎都是采用雷达方式来抓拍。目前市场大大多数采用的雷达是平板窄波束雷达，也称窄波雷达。
然而，目前的雷达无法准确实现对目标信号的识别和距离测量，所以就没办法满足单个或多个雷达对多目标的识别测距，并根据定位技术，实现待测物体的定位。
例如：对于物体位置定位和移动速度测量，目前在室外采用的是GPS卫星定位方式，是室内或者一些特殊场景中没有GPS信号，无非精确定位；在一些特殊行业采用磁导定位，激光定位，无线强度定位以及UWB定位等技术，该些技术目前仍然存在精度不够，安装不便，以及解决方案成本过高等问题，因此亟需一种新型定位技术满足日益迫切的高精度定位需求。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供一种基于雷达信号调制识别信号的定位系统。
一种基于雷达信号调制识别信号的定位系统，包括：
雷达装置；
测距模块，与所述雷达装置连接；
ID识别模块，与所述雷达装置连接；
中央处理器，分别与所述测距模块和所述ID识别模块连接；
其中，若干位置信标通过无线与所述雷达装置连接。
上述的系统，其中，每个所述位置信标包括：
接收天线；
第一射频放大器，与所述接收天线连接；
正交混频器，与所述第一射频放大器连接；
ID发生器和第二射频放大器，分别与所述正交混频器连接；
发射天线，与所述第二射频放大器连接。
上述的系统，其中，所述雷达装置包括：
扫频发射器；
射频放大器，与所述扫频发射器连接；
环形器，与所述射频放大器连接；
混频器和收发天线，分别与所述环形器连接，且所述收发天线通过无线与所述发射天线连接；
频谱信号分析模块，与所述混频器连接。
上述的系统，其中，每个所述位置信标通过CDMA产生所述位置信标的唯一伪随机码。
上述的系统，其中，所述位置信标的数量大于等于4个。
上述的系统，其中，所述雷达装置为FMCW雷达装置。
综上所述，本发明定位系统，在待测物体上对雷达信号进行识别信息的信号调制，实现雷达对该目标信号的识别和距离测量，从而满足单个或者多个雷达对多目标的识别测距，并根据定位技术，实现待测物体的定位。
附图说明
参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。
图1是本发明基于多个固定位置雷达实现多目标定位的结构示意图；
图2是本发明位置信标调制ID信号的电路结构示意图；
图3是本发明FMCW雷达结构示意图；
图4是本发明单个固定雷达实现多目标定位的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的说明，但是不作为本发明的限定。
本发明特别涉及一种基于对雷达信号调制待测识别信号，通过识别测量雷达到待测系统的距离实现位置定位，具体为一种基于雷达信号调制识别信号的定位系统。
雷达测距技术。雷达测距技术是通过测量发射无线电波和经过空间传输后，到被测物体反射的无线电波的时间或者相关频率偏差，实现对目标物体的距离和移动的速度测量。雷达通常有CW雷达，脉冲雷达以及FMCW雷达等，对所有的雷达技术本发明均可以实用。
调制技术是对无线电信号进行信号调制，有调幅AM，调频FM，脉冲调制PM，QPSK数字调制，本发明适用使用所有可以的调制技术。CMDA码域调制技术一种多址接入的无线通信技术，CDMA通过正交码进行调制解调信息。A信息通过唯一的伪随机码Ci扩频后，只能通过对应的Ci码相关解调出A信息。本发明包括采用CDMA技术进行用户编码识别。
定位技术是基于多个已知位置坐标以及待测点到各个坐标的距离，经过测算得到待测点的位置，如：对于一个三维空间，基于四个已知坐标可以精确知道待测点的空间位置(x，y，z)
算法就是解距离方程组：
(x-x0)2+(y-y0)2+(z-z0)2＝d0 2
(x-x1)2+(y-y1)2+(z-z1)2＝d1 2
(x-x2)2+(y-y2)2+(z-z2)2＝d2 2
(x-x3)2+(y-y3)2+(z-z3)2＝d3 2
本发明是设计在待测物体上对雷达信号进行识别信息的信号调制，实现雷达对该目标信号的识别和距离测量，从而满足单个或者多个雷达对多目标的识别测距，并根据定位技术，实现待测物体的定位。
优选的，采用FMCW雷达技术，通过设置扫频带宽，实现对应分辨率的雷达，实现雷达到待测目标的精确距离测量。本发明方案同样适用于其它形式的雷达。
优选的，采用多点定位算法，通过多个雷达同时实现对单个目标的距离实现定位，通常三维坐标的定位需要4个信源。通过4个雷达同时工作在不同频率，完成雷达到定位目标多点距离测量，通过多点距离计算目标用户的位置信息。也可以通过设置待测位置系统安装单个雷达，通过测量该雷达到多个固定位置信标的距离，实现对该系统位置的定位，同样位置信标大于4个，实现雷达系统位置三维坐标的定位。
优选的，对待测目标或者是位置信标通过CDMA技术产生唯一的身份识别信息IDcode。通过对待测目标和位置信标对同时接收的单个或者多个雷达信号进行ID code的正交调制，放大后发射。雷达系统对接收到的调制雷达信号进行解调分析出待测目标的距离。
优选的，采用合适的通讯技术收集对单目标的多点已知位置的距离测量，通过定位算法获得目标用户的位置。该位置信息可以作为目标用户的定位、导航使用。
如图1、图2、图3和图4所示，本申请设计一种定位系统，具体的包括：
雷达装置；具体为FMCW雷达装置；
测距模块，与FMCW雷达装置连接；
ID识别模块，与FMCW雷达装置连接；
中央处理器，分别与测距模块和ID识别模块连接；
其中，若干位置信标通过无线与FMCW雷达装置连接。
其中，每个所述位置信标包括：
接收天线；
第一射频放大器，与接收天线连接；
正交混频器，与第一射频放大器连接；
ID发生器和第二射频放大器，分别与正交混频器连接；
发射天线，与第二射频放大器连接。
每个FMCW雷达装置包括：
扫频发射器；
射频放大器，与扫频发射器连接；
环形器，与射频放大器连接；
混频器和收发天线，分别与环形器连接，且所述收发天线通过无线与所述发射天线连接；
频谱信号分析模块，与所述混频器连接。
实施例一
针对现有技术的不完善，本发明提供一种基于雷达对标示信标测距实现定位的方法。该方法不依赖于传统定位的GPS信号，可以广泛应用于高精度室内定位以及特殊场景的室外定位。
该定位方法可以适用于固定大于4个雷达系统，完成覆盖区域多目标的位置测试，如图1所示，也可以通过设置大于4个固定信标系统，完成雷达系统位置测试，如图4所示。
对于固定雷达系统完成多目标测试的整个实现方案架构如图1所示，图中：101，103为FMCW雷达系统，其工作原理如图3所示，测距和ID识别模块102，104，105为位置计算和通讯，108，109为待测设备，其工作原理如图2所示。
FMCW雷达系统通过扫频信号发射器301发射扫频的连续波，通过射频放大器302放大后，经过收发天线306(等同于图一中天线106/107)发射出去，发射的扫频雷达射频信号经过空中传播后被待测ID的接收天线201接收，通过射频放大器202射频放大，在混频器203完成对被测信号ID的正交调制(也可以采用其他的调制技术，如FM，AM，PM等)，其中正交调制的I，Q信号来自于ID发生器204的ID信号发生器，在ID发生器204中，可以采用CMDA技术产生身份唯一的伪随机码IQ序列(也可以采用其它标定方式)。经过混频调制身份ID信息的雷达信号，通过射频放大器205放大后送到发射天线206发射出去。
FMCW雷达通过天线306接收到调制了身份ID信息的雷达信号，经过环行器303(可选)送入混频器304进行混频，最后送进频谱信号分析模块305，低通滤波后，消除雷达的载波信号，得到和待测设备ID距离，移动产生的多普勒频移以及调制身份ID的相关频率信息，送到测距和ID识别模块104中。在测距和ID识别模块104中通过已知的CDMA正交伪随机码识别计算出待测设备距离和多普雷频移信息。从而实现了对该待测设备的距离和速度测量。当有多个待测设备同时工作时候，如图1的待测设备108、109，由于CDMA正交码的相关性，可以在识别模块中，利用待测设备108和109的不同身份CDMA码分别正交相关识别出每个待测设备108和109的距离和速度信息。
当多个雷达同时工作，如图1的FMCW 101、103，通过配置雷达起始扫频频率偏差不一样，让每个雷达不会工作在相同的频率，雷达之间的扫频频率偏差设置大于图2的IQ中频最大频率(载波+带宽/2)和覆盖范围内最大距离和速度带来的频率之和。这样就能够区分出每个雷达测量信号，从而让多个雷达没有干扰的同时工作。
通过位置计算和通讯105同步到每个雷达测到待测设备距离，根据雷达的位置信息，通过定位算法计算出待测设备的位置信息，实现了该待测信号的定位。
对于设置大于4个固定信标系统，完成雷达系统位置测试的应用框图如图4所示，雷达天线402，测距和ID识别模块403，其工作的原理如上所述，通过雷达系统401完成多个固定位置信标(405，406，407，408)位置测量，在位置计算和通讯404中计算出雷达系统位置。
综上所述，本发明定位系统，在待测物体上对雷达信号进行识别信息的信号调制，实现雷达对该目标信号的识别和距离测量，从而满足单个或者多个雷达对多目标的识别测距，并根据定位技术，实现待测物体的定位。
通过说明和附图，给出了具体实施方式的特定结构的典型实施例，基于本发明精神，还可作其他的转换。尽管上述发明提出了现有的较佳实施例，然而，这些内容并不作为局限。
对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。

Claims (6)

1.一种基于雷达信号调制识别信号的定位系统，其特征在于，包括：
雷达装置；
测距模块，与所述雷达装置连接；
ID识别模块，与所述雷达装置连接；
中央处理器，分别与所述测距模块和所述ID识别模块连接；
若干位置信标，通过无线与所述雷达装置连接。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，每个所述位置信标包括：
接收天线；
第一射频放大器，与所述接收天线连接；
正交混频器，与所述第一射频放大器连接；
ID发生器和第二射频放大器，分别与所述正交混频器连接；
发射天线，与所述第二射频放大器连接。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述雷达装置包括：
扫频发射器；
射频放大器，与所述扫频发射器连接；
环形器，与所述射频放大器连接；
混频器和收发天线，分别与所述环形器连接，且所述收发天线通过无线与所述发射天线连接；
频谱信号分析模块，与所述混频器连接。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，每个所述位置信标通过CDMA产生所述位置信标的唯一伪随机码。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述位置信标的数量大于等于4个。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述雷达装置为FMCW雷达装置。
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