CN113433515B - 一种线性调频连续波中频接收雷达 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种线性调频连续波中频接收雷达及信号处理方法，雷达系统包括延时器、发射天线、接收天线、混频器、模拟带通滤波器、模数转换器(ADC)、数字信号处理模块。本发明将线性调频连续波作为一种线性调频连续波中频接收雷达的基准信号，基准信号经过延时器作为发射信号，将接收天线的接收信号与参考信号混频，得到混频后的中频信号；将混频后的中频信号经带通滤波器后，进行离散采样。本发明利用通过设置时延的方式设计一种线性调频连续波中频接收雷达，避免低频噪声对信号的干扰，提升连续波雷达性能。

Description

一种线性调频连续波中频接收雷达
技术领域
本发明属于雷达技术领域，具体地说是一种线性调频连续波中频接收雷达。
背景技术
毫米波雷达以其全天候工作能力、良好的环境适应性等诸多优点，是汽车辅助驾驶商业化应用的主流技术。目前，传统线性调频连续波雷达用发射信号与接收信号进行混频，得到零差拍信号，该信号频率反映目标的距离与速度信息。但是，低频噪声问题始终困扰线性调频连续波雷达的检测性能。中频接收机是接收信号与参考信号进行混频，接收信号与参考信号在频域上相差为中频大小。中频可以设计远大于零频，因此可以避免低频噪声对信号的干扰。但是，参考信号的获取，增加实现难度。本发明通过设置时延的方式设计一种线性调频连续波中频接收雷达，解决上述存在的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明涉及一种线性调频连续波中频接收雷达及处理方。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：
一种线性调频连续波中频接收雷达，包括：
延时器，用于对基准信号进行时延处理，并发送给发射天线；
发射天线，用于将处理后的基准信号作为发射信号辐射至探测空间；
接收天线，用于接收经目标反射后的发射信号，作为接收信号发送给混频器；
混频器，用于将基准信号与接收信号进行混频，形成中频信号，并发送给模拟带通滤波器；
模拟带通滤波器，用于滤除中频信号中的低频噪声与干扰，并将滤波后的中频信号发送给模数转换器；
模数转换器，用于对滤波后的中频信号进行离散采样，生成多个单频信号，发送给数字信号处理单元；
数字信号处理单元，用于对单频信号进行处理，求解探测空间内目标距雷达的距离以及目标的运动速度。
所述基准信号为线性调频连续波，具体为：
其中，p(t)为随时间t变化的信号包络，f0为信号载频，μ为线性调频率，调制周期为Ts，调制带宽为B，μ＝B/Ts。
基准信号经延时器进行时延后，产生的发射信号为：
其中，Trth为延时器的延时时间，满足τmax＜Trth＜Ts-τmax，τmax为最远探测距离的信号传播时间。
发射信号经探测空间中的K个目标反射后的接收信号为：
其中，Ak表示第k个目标的反射系数，τk表示信号经发射天线再经第k个目标反射至接收天线的时间，fD,k为第k个目标引发的多普勒频率，fD,k＝2f0vk/c，vk为第k个目标相对于雷达的速度，c为光速。
将基准信号与接收信号进行混频，形成的中频信号为：
其中，fD,k为第k个目标引发的多普勒频率，fD,k＝2f0vk/c，GB(t,τk)表示经混频后的信号包络，表示引起的相位变化，fR,k为第k个目标距离引起的频偏，fR,k＝-μτk。
混频后信号为多个单频信号的组合，对于第k个目标混频后的信号频率为-μTrth+fB,k，其中，-μTrth为因延时器引起的频偏，fB,k为第k个目标引起的频偏，fB,k＝fR,k+fD,k。
模数转换器对滤波后的中频信号进行离散采样，采样标准为：下边带频率在限定范围内小于μTrth，上边带频率在限定范围内大于μTrth+fB,max，其中fB,max为目标可引起的最大频偏值，离散采样的采样频率fs＝μTrth/N，其中N为整数，且fs＞2fB,max。
数字信号处理单元对离散采样后的单频信号进行处理：第k个目标引起的频偏为fB,k，fB,k＝fR,k+fD,k，通过多周期信号FFT处理，获得fD,k，再根据fB,k，计算fR,k，fR,k和fD,k分别转化为探测空间内第k个目标距雷达的距离以及目标的运动速度。
一种线性调频连续波中频信号处理方法，包括以下步骤：
延时器对基准信号进行时延处理并通过发射天线将处理后的基准信号作为发射信号辐射至探测空间；
接收天线接收经目标反射后的发射信号，作为接收信号发送给混频器；
混频器将基准信号与接收信号进行混频，形成中频信号，并发送给模拟带通滤波器；
模拟带通滤波器滤除中频信号中的低频噪声与干扰，并将滤波后的中频信号发送给模数转换器；
模数转换器对滤波后的中频信号进行离散采样，生成多个单频信号，发送给数字信号处理单元；
数字信号处理单元，对单频信号进行处理，求解探测空间内目标距雷达的距离以及目标的运动速度。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.本发明接收信号与参考信号在频域上相差为中频大小，可以避免低频噪声对信号的干扰。
2.通过设置时延的方式设计一种线性调频连续波中频接收雷达降低了现有中频接收机参考信号获取的实现难度。
附图说明
图1为本发明一种线性调频连续波中频接收雷达结构图。
图2为本发明一种线性调频连续波中频接收雷达信号波形。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1所示，本发明一种线性调频连续波中频接收雷达结构图。
一种线性调频连续波中频接收雷达包括延时器、发射天线、接收天线、混频器、模拟带通滤波器、模数转换器(ADC)、数字信号处理模块。
其中，延时器，用于控制基准信号的延时，产生发射信号经发射天线发出。
发射天线，用于将延时后的基准信号作为发射信号辐射至探测空间；
接收天线，用于接收经目标反射回的发射信号，并将接收信号输入至混频器；
混频器，用于将接收信号与基准信号混频，形成中频信号；
模拟带通滤波器，用于滤除中频信号的低频噪声与干扰，并将滤波后信号输入至模数转换器；
模数转换器，用于对滤波后的中频信号进行离散采样；
数字信号处理模块，用于信号处理，求解目标距离、速度。
信号处理过程包括以下步骤：
1)线性调频连续波作为一种线性调频连续波中频接收雷达的基准信号，基准信号为
其中，p(t)为随时间t变化的信号包络，f0为信号载频，μ为线性调频率，调制周期为Ts，调制带宽为B，μ＝B/Ts；
2)基准信号经过延时器，作为发射信号经天线发出，发射信号为：
其中，Trth为延时器的延时时间，满足Trth＜Ts-τmax要求，τmax表示为最远探测距离的信号传播时间要求。同时，如保证Trth＞τmax。
3)经过空间中的目标反射，得到接收天线的接收信号；发射信号经过空间中的K个目标反射，则接收信号为：
其中，Ak表示k个目标的反射系数，τk表示信号经发射天线再经第k个目标反射至接收天线的时间，fD,k为第k个目标引发的多普勒频率，fD,k＝2f0vk/c，vk为第k个目标相对于雷达的速度，c为光速。
本发明一种线性调频连续波中频接收雷达的基准信号、发射信号、接收信号波形如图2。
4)将接收天线的接收信号与参考信号混频，得到混频后的中频信号，中频信号为：
混频后信号为多个单频信号的组合，对于第k个目标混频后的信号频率为-μTrth+fB,k，其中，(m-1)fp因变载频引起的频偏，-μTrth为因延时器引起的频偏，fB,k为因目标引起的频偏，fB,k＝fR,k+fD,k，fR,k为因目标距离引起的频偏，fR,k＝-μτk，fD,k为第k个目标引发的多普勒频率，fD,k＝2f0vk/c，GB(t,τk)表示经混频后的信号包络，表示引起的相位变化。
5)将混频后的中频信号经带通滤波器后，进行离散采样，下边带频率略小于μTrth，上边带频率略大于μTrth+fB,max，其中fB,max为目标可引起的最大频偏值，离散采样的采样频率fs＝μTrth/N，其中N为整数，且fs＞2fB,max。
6)按照常规线性调频连续波雷达进行滤波、FFT处理，第k个目标对应的频率为fB,k，fB,k＝fR,k+fD,k，可通过多周期信号FFT处理，提取fD,k，再根据得到fB,k，计算fR,k。fR,k和fD,k求解对应目标的距离和速度信息。

Claims (9)

1.一种线性调频连续波中频接收雷达，其特征在于，包括：
延时器，用于对基准信号进行时延处理，并发送给发射天线；
Trth为延时器的延时时间，满足τmax＜Trth＜Ts-τmax，τmax为最远探测距离的信号传播时间，Ts为调制周期；
发射天线，用于将处理后的基准信号作为发射信号辐射至探测空间；
接收天线，用于接收经目标反射后的发射信号，作为接收信号发送给混频器；
混频器，用于将基准信号与接收信号进行混频，形成中频信号，并发送给模拟带通滤波器；
模拟带通滤波器，用于滤除中频信号中的低频噪声与干扰，并将滤波后的中频信号发送给模数转换器；
模数转换器，用于对滤波后的中频信号进行离散采样，生成多个单频信号，发送给数字信号处理单元；
数字信号处理单元，用于对单频信号进行处理，求解探测空间内目标距雷达的距离以及目标的运动速度。
2.根据权利要求1所述的一种线性调频连续波中频接收雷达，其特征在于，所述基准信号为线性调频连续波，具体为：
其中，p(t)为随时间t变化的信号包络，f0为信号载频，μ为线性调频率，调制周期为Ts，调制带宽为B，μ＝B/Ts。
3.根据权利要求2所述的一种线性调频连续波中频接收雷达，其特征在于，基准信号经延时器进行时延后，产生的发射信号为：
其中，Trth为延时器的延时时间，满足τmax＜Trth＜Ts-τmax，τmax为最远探测距离的信号传播时间。
4.根据权利要求3所述的一种线性调频连续波中频接收雷达，其特征在于，发射信号经探测空间中的K个目标反射后的接收信号为：
其中，Ak表示第k个目标的反射系数，τk表示信号经发射天线再经第k个目标反射至接收天线的时间，fD,k为第k个目标引发的多普勒频率，fD,k＝2f0vk/c，vk为第k个目标相对于雷达的速度，c为光速。
5.根据权利要求4所述的一种线性调频连续波中频接收雷达，其特征在于，将基准信号与接收信号进行混频，形成的中频信号为：
其中，fD,k为第k个目标引发的多普勒频率，fD,k＝2f0vk/c，GB(t,τk)表示经混频后的信号包络，表示引起的相位变化，fR,k为第k个目标距离引起的频偏，fR,k＝-μτk。
6.根据权利要求5所述的一种线性调频连续波中频接收雷达，其特征在于，混频后信号为多个单频信号的组合，对于第k个目标混频后的信号频率为-μTrth+fB,k，其中，-μTrth为因延时器引起的频偏，fB,k为第k个目标引起的频偏，fB,k＝fR,k+fD,k。
7.根据权利要求6所述的一种线性调频连续波中频接收雷达，其特征在于，模数转换器对滤波后的中频信号进行离散采样，采样标准为：下边带频率在限定范围内小于μTrth，上边带频率在限定范围内大于μTrth+fB,max，其中fB,max为目标可引起的最大频偏值，离散采样的采样频率fs＝μTrth/N，其中N为整数，且fs＞2fB,max。
8.根据权利要求7所述的一种线性调频连续波中频接收雷达，其特征在于，数字信号处理单元对离散采样后的单频信号进行处理：第k个目标引起的频偏为fB,k，fB,k＝fR,k+fD,k，通过多周期信号FFT处理，获得fD,k，再根据fB,k，计算fR,k，fR,k和fD,k分别转化为探测空间内第k个目标距雷达的距离以及目标的运动速度。
9.一种线性调频连续波中频信号处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
延时器对基准信号进行时延处理并通过发射天线将处理后的基准信号作为发射信号辐射至探测空间；
Trth为延时器的延时时间，满足τmax＜Trth＜Ts-τmax，τmax为最远探测距离的信号传播时间，Ts为调制周期；
接收天线接收经目标反射后的发射信号，作为接收信号发送给混频器；
混频器将基准信号与接收信号进行混频，形成中频信号，并发送给模拟带通滤波器；
模拟带通滤波器滤除中频信号中的低频噪声与干扰，并将滤波后的中频信号发送给模数转换器；
模数转换器对滤波后的中频信号进行离散采样，生成多个单频信号，发送给数字信号处理单元；
数字信号处理单元，对单频信号进行处理，求解探测空间内目标距雷达的距离以及目标的运动速度。
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