CN115079158B - 基于相位跟踪的fmcw雷达测距装置、方法、电子设备和介质 - Google Patents
基于相位跟踪的fmcw雷达测距装置、方法、电子设备和介质 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于相位跟踪的FMCW雷达测距装置、方法、电子设备和介质，包括：发生器发送信号；预处理单元得到拍频信号；鉴相模块得到鉴相信号；作差模块用于得到补偿信号；环路滤波器用于得到第一结果、第二结果、第三结果，非线性误差计算模块用于获取非线性结果；鉴相模块、作差模块、环路滤波器、振荡器、非线性误差计算模块形成反馈环路；发生器与预处理单元相连接，预处理单元与反馈环路相连接，使得反馈环路收敛，获取测距信号的无偏估计值；信号处理单元，用于将无偏估计值根据倍数因子进行换算得到距离信息。有益效果：基于相位跟踪的FMCW雷达测距装置通过移除干扰引入的非线性相位偏差，提高了距离跟踪的精确度。
Description
技术领域
本发明涉及信号处理技术领域，具体涉及了一种基于相位跟踪的FMCW雷达测距装置、方法、电子设备和介质。
背景技术
随着消费电子领域对环境感知的需求越来越强，调频连续波(FrequencyModulated Continuous Wave，FMCW)雷达拥有辐射功率小、测距测速精度高、设备相对简单、易于实现固态化设计等优点，现已受到人们的广泛关注。
现有的FMCW雷达传感器结构将距离信息转换为中频频率信息，使得测距操作转换为频率测量操作。将距离信息转换为中频频率信息主要采用快速傅立叶变换处理中频信号，将测距问题转换频率测量问题，但快速傅立叶变换的栅栏效应导致了较大的测量误差。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种基于相位跟踪的FMCW雷达测距装置、方法、电子设备和介质，提高了测距精度。
本发明的第一方面提供了一种基于相位跟踪的FMCW雷达测距装置，包括：发生器、预处理模块、鉴相模块、作差模块、环路滤波器、振荡器、非线性误差计算模块以及信号处理单元，其中，所述鉴相模块、所述作差模块、所述环路滤波器和所述振荡器依次连接成闭环，所述非线性误差计算模块、所述作差模块和所述环路滤波器依次连接形成闭环；所述发生器，用于发送chirp信号；所述预处理单元，用于接收回波chirp信号进行预处理得到拍频信号，其中，所述回波chirp信号为chirp信号反射回来的电磁波，所述拍频信号包括载波信号、测距信号和非线性误差信号，所述测距信号的频率与雷达到目标位置的距离成倍数关系；所述鉴相模块，用于根据拍频信号和预测信号进行鉴相得到鉴相信号，其中，所述鉴相信号包括预测误差信号和所述非线性误差信号，所述预测信号为所述振荡器的输出结果；所述作差模块，用于对所述鉴相信号和非线性结果进行作差，得到补偿信号，其中，所述非线性结果为所述非线性误差计算模块的输出结果；所述环路滤波器，用于接收补偿信号并进行调整得到第一结果、第二结果、第三结果，并且反馈所述第一结果到所述振荡器，反馈所述第二结果到所述非线性误差计算模块，反馈所述第三结果到所述信号处理单元，其中，所述第二结果为所述测距信号的频率预测值和载波信号的预测值，所述第三结果为所述测距信号的无偏估计值；所述非线性误差计算模块，用于接收所述第二结果并进行计算得到所述非线性结果；所述鉴相模块、所述作差模块、所述环路滤波器、所述振荡器、所述非线性误差计算模块形成反馈环路；所述发生器与所述预处理单元相连接，所述预处理单元与反馈环路相连接，以使得反馈环路收敛，其中收敛是指预测误差小于期望门限；所述信号处理单元，用于将所述第三结果根据倍数因子进行换算，得到距离信息，其中，倍数因子由FMCW雷达的扫频速率决定。
根据本发明的一些实施例，所述振荡器还用于执行以下步骤，包括：所述振荡器用于接收所述第一结果，并根据所述第一结果调整所述预测信号的初始相位和频率并输出，以使预测误差信号小于期望门限。
根据本发明的一些实施例，所述非线性误差计算模块还用于执行以下步骤，包括：所述非线性误差计算模块用于根据所述第二结果进行估计得到非线性结果。
根据本发明的一些实施例，所述鉴相模块根据拍频信号和预测信号进行鉴相得到鉴相信号还包括：所述鉴相模块用于接收预测信号和拍频信号，使得所述拍频信号中的载波信号与测距信号之和作为第一总和，所述预测信号中的预测载波信号与预测测距信号之和作为第二总和，并将所述第一总和与所述第二总和的差作为预测误差信号。
根据本发明的一些实施例，所述环路滤波器包括至少一个多阶环路滤波器，所述多阶环路滤波器包括形成不同支路的累加器；所述环路滤波器的输入在所述多分支的累加器中进行累加，得到至少一个累加结果，所述累加结果包括距离信息和速度信息，所述距离信息和所述速度信息处于所述不同支路上。
根据本发明的一些实施例，所述环路滤波器的初始参数通过以下步骤获取：获取多个探测回波计算距离多普勒点云图；在所述距离多普勒点云图中确定目标的初始距离和初始速度，将所述初始距离和初始速度作为所述环路滤波器中累加器的初始参数。
本发明的另一方面提供了一种基于相位跟踪的FMCW雷达测距方法，包括：发送chirp信号；接收回波chirp信号进行预处理得到拍频信号，其中，所述回波chirp信号为chirp信号反射回来的电磁波，所述拍频信号包括载波信号、测距信号和非线性误差信号，所述测距信号的频率与雷达到目标位置的距离成倍数关系；根据非线性误差信号和预测信号进行鉴相得到鉴相信号，其中，所述鉴相信号包括预测误差信号和所述非线性误差信号，所述预测信号为振荡器的输出结果；对所述鉴相信号和非线性结果进行作差，得到补偿信号，其中，所述非线性结果为非线性误差计算模块的输出结果；接收所述补偿信号并进行调整得到第一结果、第二结果、第三结果，并且反馈所述第一结果到所述振荡器，反馈所述第二结果到非线性误差计算模块，反馈所述第三结果到信号处理单元，其中，所述第二结果为所述测距信号的频率预测值和载波信号的预测值，所述第三结果为所述测距信号的无偏估计值；接收所述第二结果并进行计算得到所述非线性结果；将所述鉴相模块、所述作差模块、所述环路滤波器、所述振荡器、所述非线性误差计算模块形成反馈环路；通过发生器与预处理单元相连接，预处理单元与反馈环路相连接，收敛反馈环路，其中收敛是指预测误差小于期望门限，所述反馈环路是指鉴相模块、作差模块、环路滤波器、振荡器、非线性误差计算模块形成的环路；将所述第三结果根据倍数因子进行换算，得到距离信息，其中，倍数因子由FMCW雷达的扫频速率决定。
本发明的另一方面提供了一种电子设备，包括处理器以及存储器；所述存储器用于存储程序；所述处理器执行所述程序实现如上所述的任一项所述的基于相位跟踪的FMCW雷达测距方法。
根据本发明实施例的电子设备，至少具有与上述的基于相位跟踪的FMCW雷达测距方法同样的有益效果。
本发明的另一方面提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有程序，所述程序被处理器执行实现如上所述的任一项所述的基于相位跟踪的FMCW雷达测距方法。
根据本发明实施例的计算机可读存储介质，至少具有与上述的基于相位跟踪的FMCW雷达测距方法同样的有益效果。
本发明的实施例通过所述鉴相模块、所述作差模块、所述环路滤波器、所述振荡器、所述非线性误差计算模块形成反馈环路；所述发生器发送chirp信号，预处理单元接收并预处理chirp信号，所述预处理单元与反馈环路相连接，反馈环路中各个模块对预处理单元输出的信号进一步处理实现多次测量结果的相参累积，并从回波chirp信号中剥离出精确的测距信号，最后获取所述测距信号的频率估计值，即无偏估计值，并利用信号处理单元，将所述无偏估计值根据倍数因子进行换算，得到距离信息。通过这种方法可以避免单次大功率发射的同时实现较高的测距精度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1所示为根据本发明实施方式的一逻辑结构图。
图2所示为根据本发明实施方式的又一逻辑结构图。
图3所示为根据本发明实施方式的再一逻辑结构图。
图4所示为根据本发明实施方式的环路滤波器的逻辑结构图。
图5所示为根据本发明实施方式的基于相位跟踪的FMCW雷达测距方法的步骤流程图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
首先，对于文中出现的一些名词进行解释：
FMCW：调频连续波。其基本原理为发射波为调频连续波，其频率随时间按照锯齿波规律变化。
Chirp：编码脉冲技术。其载频在脉冲持续时间内线性地增加，是FMCW雷达发射波形的别称。
本实施例以FMCW相参雷达举例说明。定时器模块负责每隔一定的时间触发Chirp发生器模块，Chirp发生器模块由于定时器模块的触发而定时产生一系列Chirp信号，Chirp信号被发送到发射天线进而辐射到外部环境中，辐射到外部环境中的Chirp信号被环境中物体反射回来的形成回波Chirp信号。其中Chirp波形如公式（1）所示。
其中，
表示其实频点，μ表示扫频速度，Φ表示未知的初始相位。
回波Chirp信号受外界环境和内部环境的影响。外界环境的影响包括回波Chirp信号受静止物体所产生的回波和移动物体所产生的回波的干扰与畸变，或者发送端和接收端涉及到的电路所产生的噪声与失真。内部环境的影响包括信号之间的相互影响，例如，回波Chirp信号受雷达的发射与回波Chirp信号间的串扰等影响。倘若直接采用从回波Chirp信号的相位中提取距离信息，该方法会产生较大误差。基于此本发明提出一种基于相位跟踪的FMCW雷达测距装置、方法、电子设备和介质，欲将上述干扰产生的误差进行补偿，将测距信号从回波Chirp信号中分离，以提高距离测量的精度。
一种基于相位跟踪的FMCW雷达测距装置，如图1所示。
如图2所示，预处理单元用于接收回波chirp信号，并对回波chirp信号进行预处理
后，得到拍频信号a，拍频信号a包括载波信号、测距信号和非线性误差信号，其中测距信号
用来计算雷达发射天线到目标位置的距离，FMCW雷达的测距信号的频率与雷达到目标位置
的距离成倍数关系；非线性误差信号是因外界环境和内部环境所产生的误差，非线性误差
信号包含有多普勒、基准频率漂移、接收通道通带不平坦、拍频频率高阶项等多种非线性分
量；载波信号作为有用信号的载体。回波chirp信号为Chirp信号被发送到发射天线进而辐
射到外部环境中，辐射到外部环境中的Chirp信号被环境中物体反射回来的形成回波chirp
信号，记为
。
具体的，通过预处理单元对回波chirp信号进行预处理，包括：将回波chirp信号和
发射信号输入至混频器，通过混频器进行混频并输出中频信号；将中频信号输入至带通滤
波器，通过带通滤波器过滤出拍频信号a；将拍频信号a送入至ADC，ADC将模拟信号转换成数
字信号。回波chirp信号因受静止物体所产生的回波的干扰所产生的误差可通过任意一种
成熟的静态杂波抑制技术予以移除，本发明并不做限定，本发明采用现有的静态杂波抑制
技术对数字信号进行静态杂波抑制后得到拍频信号a，其中拍频信号a表示为回波序列a。第
i次探测的回波序列
如公式（2）所示。
其中
表示采样周期，
表示时变径向速率；μ
表示扫频速度，
表示起始距离，c表示光速，
表示起始扫频频点，
表示起始径向
速率，
表示径向加速度，
表示径向加加速度，Ψ(*)表示混频器以后级的包含带通滤
波器在内的整个接收通路的相频响应。
本发明利用拍频信号a的相位进行距离测距，故需对拍频信号a进行相位校准，以消除信号基于内、外部环境而产生的信号畸变。非线性误差计算模块和作差模块对回波chirp信号的相位敏感，当回波信号基于内、外部环境而引起相位的变化时，通过非线性误差计算模块和作差模块对该相位变化值进行误差补偿，使得相位只产生线性变化，回波信号的畸变得以消除。
如图3所示，非线性误差计算模块和作差模块用于对非线性误差信号进行相位误差补偿，得到补偿信号c1，补偿信号c1包括载波信号或测距信号，可以是补偿信号c1包括载波信号和测距信号，或者补偿信号c1包括测距信号。其中，非线性误差计算模块用于计算相位误差，作差模块用于作差以得到补偿信号c1。
鉴相模块、振荡器和环路滤波器用于跟踪拍频信号a的相位或者补偿信号c1的相位，使得载波信号被锁定。
鉴相模块、振荡器、环路滤波器、非线性误差计算模块和作差模块形成反馈环路，以获取测距信号。
本发明通过闭环的、由鉴相模块、振荡器、环路滤波器、非线性误差计算模块和作差模块所形成的反馈双环路，实现载波信号、测距信号和非线性误差信号的剥离，在信号跟踪过程可获得雷达发射天线到目标位置的距离。
信号跟踪的过程由锁相环和误差环构成，锁相环用于锁定载波信号；误差环用于补偿非线性误差信号，最终使得第三结果h1无偏收敛至测距信号的频率，具体为：
鉴相模块、环路滤波器和振荡器用于跟踪拍频信号a的相位。鉴相模块、作差模块、环路滤波器和振荡器依次连接成闭环，形成第一锁相环，作差模块、环路滤波器和非线性误差计算模块依次连接成闭环，形成第一误差环。如图3所示，鉴相模块用于对输入信号进行鉴相，输入信号包括预处理单元输出的拍频信号a和振荡器输出的预测信号e，鉴相模块对输入信号进行鉴相得到鉴相信号b1，其中，鉴相信号b1包括预测误差信号和非线性误差信号；作差模块与鉴相模块相连接，输入鉴相模块输出的鉴相信号b1以及非线性误差计算模块输出的非线性结果h，并对鉴相信号b1和非线性结果h进行作差得到补偿信号c1；环路滤波器与作差模块相连接，输入作差模块输出的补偿信号c1并进行调整得到第一结果d1，第二结果f1和第三结果h1，其中，第一结果d1传输到振荡器，第二结果f1传输到非线性误差计算模块，第三结果h1传输到信号处理单元：具体地，振荡器接收到第一结果d1后，根据第一结果d1调整预测信号e的初始相位和频率并输出到鉴相模块，使得预测误差信号小于期望门限；非线性误差计算模块接收到第二结果f1，根据第二结果f1对非线性分量进行估计得到非线性结果h，其中，非线性分量包含有多普勒、基准频率漂移、接收通道通带不平坦、拍频频率高阶项等，来自于接收通道幅频误差和基准频率漂移检测等模块的输出；信号处理单元接收第三结果h1。
其中，鉴相模块、作差模块、环路滤波器和振荡器依次连接成闭环，非线性误差计算模块、作差模块和环路滤波器依次连接形成闭环；鉴相模块、作差模块、环路滤波器、振荡器、非线性误差计算模块形成反馈环路；通过发生器发送chirp信号，预处理单元接收回波chirp信号，因为预处理单元跟整个反馈环路相连接，使得反馈环路收敛，从而获取测距信号的频率的无偏估计值，其中收敛是指预测误差小于期望门限；将测距信号的频率无偏估计值传输到信号处理单元，能够理解的是，在反馈环路中，环路滤波器处理得到的第三结果h1即为测距信号频率的无偏估计值，信号处理单元将第三结果h1根据倍数因子进行换算，得到距离信息，其中，倍数因子由FMCW雷达的扫频速率决定。
第一锁相环中鉴相模块用于对输入信号进行鉴相，输入信号包括拍频信号a和预测信号e；作差模块用于对鉴相模块的鉴相信号b1与非线性误差计算模块的非线性结果h进行作差，得到补偿信号c1；补偿信号c1通过环路滤波器将第一结果d1反馈给振荡器，振荡器基于第一结果d1调整输出的相位跟踪的预测信号e，以使载波信号信号被锁定。
在一实施例中，鉴相模块根据拍频信号a和预测信号e进行鉴相得到鉴相信号b1还包括：鉴相模块用于获取预测信号e和拍频信号a，使得拍频信号a中的载波信号与测距信号之和作为第一总和，预测信号e中的预测载波信号与预测测距信号之和作为第二总和，并将第一总和与第二总和的差作为预测误差信号。
在一实施例中，环路滤波器包括至少一个多阶环路滤波器，多阶环路滤波器包括形成不同支路的累加器；环路滤波器的输入在多分支的累加器中进行累加，得到至少一个累加结果，累加结果包括距离信息和速度信息，距离信息和速度信息处于不同支路上。
需要说明的是本发明并不对滤波器作出限定，为说明环路滤波器的逻辑结构，本
发明以四阶环路滤波器为例，如图4所示。其中，1/s表示拉普拉斯域的积分器，ω0、ω1、ω2
表示控制滤波器带宽的参数补偿信号c1在多分支的累加器中进行累加得到第一结果d1和
第二结果f1。第一结果d1为由
和θ组成的组合信号，记为为
，第二结果f1
为由距离信息R和速度信息v和加速度信息x组成的组合信号，且距离信息R和速度信息v和
加速度信息x处于不同支路上，实现了距离和速度和加速度的分离。
在一实施例中，环路滤波器的初始参数通过以下步骤获取：获取多个探测回波的多普勒点云图。具体的可以使用多个探测回波做二维FFT来获取距离多普勒点云图。在多普勒点云图中确定目标的初始距离和初始速度，将初始距离和初始速度作为环路滤波器的初始参数。其中加速度、加加速度以及加加加速度或更高阶则初值赋为零。
非线性误差计算模块、作差模块和环路滤波器依次连接形成闭环，形成第一误差环。其中，补偿信号c1通过环路滤波器将第二结果f1反馈给非线性误差计算模块，非线性误差计算模块用于基于第二结果f1计算相位误差。
一种基于相位跟踪的FMCW雷达测距方法，如图5所示，包括以下步骤：
S100，发送chirp信号；
S200，接收回波chirp信号进行预处理得到拍频信号a，其中，回波chirp信号为chirp信号反射回来的电磁波，拍频信号a包括载波信号、测距信号和非线性误差信号，测距信号的频率与雷达到目标位置的距离成倍数关系；
S300，根据非线性误差信号和预测信号e进行鉴相得到鉴相信号b1，其中，鉴相信号b1包括预测误差信号和非线性误差信号，预测信号e为振荡器的输出结果；
S400，对鉴相信号b1和非线性结果h进行作差，得到补偿信号c1，其中，非线性结果h为非线性误差计算模块的输出结果；
S500，接收补偿信号c1并进行调整得到第一结果d1、第二结果f1、第三结果h1，并且反馈第一结果d1到振荡器，反馈第二结果f1到非线性误差计算模块，反馈第三结果h1到信号处理单元其中，所述第二结果为所述测距信号的频率预测值和载波信号的预测值，所述第三结果为所述测距信号的无偏估计值；
S600，接收第二结果f1并进行计算得到非线性结果h；
S700，通过发生器与预处理单元相连接，预处理单元与反馈环路相连接，收敛反馈环路，其中收敛是指预测误差小于期望门限，所述反馈环路是指鉴相模块、作差模块、环路滤波器、振荡器、非线性误差计算模块形成的环路；
S800，将第三结果h1根据倍数因子进行换算，得到距离信息，其中，倍数因子由FMCW雷达的扫频速率决定。
在一实施例中，步骤S400按照图3所示的逻辑结构，对鉴相信号b1和非线性结果h进行作差，得到补偿信号c1，补偿信号c1包括载波信号或测距信号包括：
通过鉴相求解平均预测误差。鉴相输出b1的表达式如公式（3）。
其中N表示单次探测周期中获得的采样点个数，conj表示取共轭操作，ang(*)表示求复数角度。在跟踪状态下
对平均预测误差进行补偿，得到补偿信号c1。公式(4)表示相位非线性失真部分引
起的预测误差，这部分误差需要在误差环中补偿掉，以避免进入锁相环中引起距离失真，这
就要求作差模块产生的输出值小于门限值，可令h=b1。即非线性误差计算模块需要按照公
式(4)来运行且输入参数
来自于环路滤波器模块。
在一实施例中，可采用如下方法补偿预测误差：
误差补偿方法方法1：如公式（5）所示进行设置且环路滤波器模块选择三阶滤波器。
误差补偿方法方法2：如公式（6）所示进行设置且环路滤波器模块选择三阶滤波器。
误差补偿方法方法3：如公式（7）所示进行设置且环路滤波器模块选择二阶滤波器。
误差补偿方法方法4：如公式（8）所示进行设置且移除通道相频响应模型模块、环路滤波器模块选择一阶滤波器。
误差补偿方法方法5：如公式（9）所示进行设置且移除通道相频响应模型模块和非线性误差计算模块，且环路滤波器模块退化为常数输出。
误差补偿方法1的测距的精度最高，由误差补偿方法1到误差补偿方法5的测距的精度越来越低，可根据实际需求选择对应的误差补偿方法。
鉴相模块、振荡器和环路滤波器跟踪拍频信号a的相位或者补偿信号c1的相位，使得载波信号被锁定时，载波信号如公式（10）所示。
其中，
表示起始距离。当载波信号为采样信号时，载波信号的表达式如公式
（11）所示。
其中
由环路滤波器提供。在跟踪状态下
现有的方法依赖于高信噪比回波来实现高精度测距功能，这需要发射机具有较大的发射功率，即使这样实际电路中的系统误差和非线性误差也在限制着回波信噪比，最终导致测距精度受限的同时系统发射机功耗较大，此外现有方法采用的单次测量机制对移动目标的支持效果较差。本专利本发明提出一种基于相位跟踪的雷达测距方法。采用载波相位跟踪的机制实现多次测量结果的相参累积，可以避免单次大功率发射的同时实现较高的测距精度，并且跟踪机制天然适用于移动目标的实时测距需求。提高了距离跟踪的精确度，实时输出目标位置的距离，实现了移动目标的实时跟踪。
应当认识到，本发明实施例中的方法步骤可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法可以使用标准编程技术。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。
此外，可按任何合适的顺序来执行本文描述的过程的操作，除非本文另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本文描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。所述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。
进一步，所述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、RAM、ROM等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所述步骤的指令或程序时，本文所述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所述的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。
计算机程序能够应用于输入数据以执行本文所述的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本发明优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (8)
1.一种基于相位跟踪的FMCW雷达测距装置，其特征在于，包括：
发生器、预处理单元、鉴相模块、作差模块、环路滤波器、振荡器、非线性误差计算模块以及信号处理单元，其中，所述鉴相模块、所述作差模块、所述环路滤波器和所述振荡器依次连接成闭环，所述非线性误差计算模块、所述作差模块和所述环路滤波器依次连接形成闭环；
所述发生器，用于发送chirp信号；
所述预处理单元，用于接收回波chirp信号进行预处理得到拍频信号，其中，所述回波chirp信号为chirp信号反射回来的电磁波，所述拍频信号包括载波信号、测距信号和非线性误差信号，所述测距信号的频率与雷达到目标位置的距离成倍数关系；
所述鉴相模块，用于根据拍频信号和预测信号进行鉴相得到鉴相信号，其中，所述鉴相信号包括预测误差信号和所述非线性误差信号，所述预测信号为所述振荡器的输出结果；
所述作差模块，用于对所述鉴相信号和非线性结果进行作差，得到补偿信号，其中，所述非线性结果为所述非线性误差计算模块的输出结果；
所述环路滤波器，用于接收补偿信号并进行调整得到第一结果、第二结果、第三结果，并且反馈所述第一结果到所述振荡器，反馈所述第二结果到所述非线性误差计算模块，反馈所述第三结果到所述信号处理单元，其中，所述第二结果为所述测距信号的频率预测值和载波信号的预测值，所述第三结果为所述测距信号的无偏估计值；
所述非线性误差计算模块，用于接收所述第二结果并进行计算得到所述非线性结果；
所述鉴相模块、所述作差模块、所述环路滤波器、所述振荡器、所述非线性误差计算模块形成反馈环路；
所述发生器与所述预处理单元相连接，所述预处理单元与反馈环路相连接，以使得反馈环路收敛，其中收敛是指预测误差小于期望门限；
所述信号处理单元，用于将所述第三结果根据倍数因子进行换算，得到距离信息，其中，倍数因子由FMCW雷达的扫频速率决定。
2.根据权利要求1所述的基于相位跟踪的FMCW雷达测距装置，其特征在于，所述振荡器还用于执行以下步骤，包括：
所述振荡器用于接收所述第一结果，并根据所述第一结果调整所述预测信号的初始相位和频率并输出，以使预测误差信号小于期望门限。
3.根据权利要求1所述的基于相位跟踪的FMCW雷达测距装置，其特征在于，所述鉴相模块根据拍频信号和预测信号进行鉴相得到鉴相信号还包括：
所述鉴相模块用于接收预测信号和拍频信号，使得所述拍频信号中的载波信号与测距信号之和作为第一总和，所述预测信号中的预测载波信号与预测测距信号之和作为第二总和，并将所述第一总和与所述第二总和的差作为预测误差信号。
4.根据权利要求1所述的基于相位跟踪的FMCW雷达测距装置，其特征在于，所述环路滤波器包括一个多阶环路滤波器，
所述多阶环路滤波器包括形成不同支路的累加器；
所述环路滤波器的输入在多分支的累加器中进行累加，得到至少一个累加结果，所述累加结果包括距离信息和速度信息，所述距离信息和所述速度信息处于所述不同支路上。
5.根据权利要求1所述的基于相位跟踪的FMCW雷达测距装置，其特征在于，所述环路滤波器的初始参数通过以下步骤获取：
获取多个探测回波计算距离多普勒点云图；
在所述距离多普勒点云图中确定目标的初始距离和初始速度，将所述初始距离和初始速度作为所述环路滤波器中累加器的初始参数。
6.一种基于相位跟踪的FMCW雷达测距方法，其特征在于，包括：
发送chirp信号；
接收回波chirp信号进行预处理得到拍频信号，其中，所述回波chirp信号为chirp信号反射回来的电磁波，所述拍频信号包括载波信号、测距信号和非线性误差信号，所述测距信号的频率与雷达到目标位置的距离成倍数关系；
根据拍频信号和预测信号进行鉴相得到鉴相信号，其中，所述鉴相信号包括预测误差信号和所述非线性误差信号，所述预测信号为振荡器的输出结果；
对所述鉴相信号和非线性结果进行作差，得到补偿信号，其中，所述非线性结果为非线性误差计算模块的输出结果；
接收所述补偿信号并进行调整得到第一结果、第二结果、第三结果，并且反馈所述第一结果到所述振荡器，反馈所述第二结果到非线性误差计算模块，反馈所述第三结果到信号处理单元，其中，所述第二结果为所述测距信号的频率预测值和载波信号的预测值，所述第三结果为所述测距信号的无偏估计值；
接收所述第二结果并进行计算得到所述非线性结果；
通过发生器与预处理单元相连接，预处理单元与反馈环路相连接，收敛反馈环路，其中收敛是指预测误差小于期望门限，所述反馈环路是指鉴相模块、作差模块、环路滤波器、振荡器、非线性误差计算模块形成的环路；
将所述第三结果根据倍数因子进行换算，得到距离信息，其中，倍数因子由FMCW雷达的扫频速率决定。
7.一种电子设备，其特征在于，包括处理器以及存储器；
所述存储器用于存储程序；
所述处理器执行所述程序实现如权利要求6中的方法。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有程序，所述程序被处理器执行实现如权利要求6中的方法。
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