[发明专利]用于运动物体高精度测距的雷达装置及其测量方法

权利要求书

1.一种用于运动物体高精度测距的雷达装置，其特征在于：包括有依次并排设置的毫米波雷达、反射体，毫米波雷达固定于运动物体上，反射体通过固定背景墙固定安装；反射体设置有多层沿竖直方向延伸的反射板，多层反射板的反射面积按照远离毫米波雷达的方向逐渐增加；每层反射板中心位置与毫米波雷达的中心位置位于同一水平面内，距离毫米波雷达最远的最后一层反射板与固定背景墙之间距离大于等于距离分辨率d_res的6倍，每层反射板与其后一层反射板之间的距离也大于等于距离分辨率d_res的6倍；所述距离分辨率d_res由公式求出，其中c是光速，B是FMCW波扫频带宽。

2.根据权利要求1所述用于运动物体高精度测距的雷达装置，其特征在于：所述毫米波雷达的天线单元采用收发共用天线单元，其收发波束对称设置，波束指向方向为0°。

3.根据权利要求2所述用于运动物体高精度测距的雷达装置，其特征在于：所述毫米波雷达的天线采用圆极化透镜天线，其3dB波束宽度小于等于±1.25°；所述毫米波雷达设置有Langer耦合器，Langer耦合器能够给天线单元正交馈电，发天线的极化方式与收天线的极化方式方向互相相反。

4.根据权利要求3所述用于运动物体高精度测距的雷达装置，其特征在于：所述反射体设置有第一层反射板和第二层反射板两层反射板，第一层反射板的半径r₁＝5mm，第二层反射板的半径r₂＝30mm；每层反射板都为铝板。

5.一种根据权利要求1～4之一所述用于运动物体高精度测距的雷达装置的测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、雷达初始上电反射体寻找：

毫米波雷达发射调频连续波，并接收反射体的第一层反射板和第二层反射板分别反射回来的电磁波，产生两个差拍频率Δf₁和Δf₂，分别经过高精度算法ZoomFFT变换，根据公式求出毫米波雷达与第一层反射板的距离d₁，和毫米波雷达与第二层反射板的距离d₂，两者距离差为其中d是雷达与反射板距离，Δf是差拍频率，T是FMCW波的扫频时间周期，c是光速，B是FMCW波扫频带宽；

S2、确定反射体：

分别测量第一层反射板与毫米波雷达之间距离d₁，和第二层反射板与毫米波雷达之间距离d₂，优选满足条件d₂-d₁＝Δd_real±d_res的反射物为预设的反射体；所有反射物都不能满足预设条件时，根据反射物的二维FFT幅度谱值选取能量最大的反射物作为反射体目标；

S3、安装毫米波雷达的运动物体移动过程中，通过第一层反射板和第二层反射板形成两条跟踪轨迹，当其中一层反射板形成的跟踪轨迹受其它虚假目标干扰而丢失时，通过另一层反射板形成的跟踪轨迹在Δd_real±d_res附近搜索，重新找回两个反射板位置；

S4、在S3计算结果基础上，分别计算第一层反射板和第二层反射板的信号能量和信噪比，选择信号能量较大者与毫米波雷达之间距离值为准确值，最终结果采用线性滤波处理测距结果，实现精确距离和速度信息输出。

6.根据权利要求5所述用于运动物体高精度测距的雷达装置的测量方法，其特征在于：所述步骤S1中，毫米波雷达在一次测量过程中发射N个FMCW波形，N为16、32、64、128、256或者512；测量静止反射板距离时，先对多个FMCW波形的时域采样信号进行累加，再通过ZoomFFT频谱细化算法求出反射板精确距离；运动物体相对反射板的移动速度则通过二维FFT求出。