[发明专利]一种FMCW雷达测距方法及系统

说明书

本发明公开了一种FMCW雷达测距方法及系统，包括：对离散差拍信号进行傅里叶变换，将傅里叶变换频谱峰值处的频率作为粗估计频率f_FFT；在f_FFT两侧的第一预设范围内，对傅里叶变换频谱进行CZT细化得到CZT频谱；将CZT频谱峰值处的频率作为细估计频率f_CZT；在f_CZT两侧的第二预设范围内，对CZT频谱进行相干CZT细化，得到相干CZT频谱；将相干CZT频谱峰值处的频率作为最终的频率估计结果f_CCZT；基于f_CCZT计算目标距离。本发明基于线性调频连续波雷达差拍信号相位与频率不独立变化的特性，在差拍信号的CZT频谱上乘以了一个与相位相干的信号，该信号用频率信息表示，进而得到了对噪声不敏感的相干CZT频谱，同时能够充分利用相位信息且无相位模糊问题，大大提高了测距精度。

技术领域

本发明属于雷达信号处理技术领域，更具体地，涉及一种FMCW雷达测距方法及系统。

背景技术

调频连续波(Frequency Modulation Continuous Wave，FMCW)雷达具有探测距离远、距离分辨率高、不易受雨雾云等外界天气条件的影响等优点，因此在军事、交通管制、汽车防撞、液位测量等领域都有广泛的应用，尤其是在液位高度的测量、精密零件的形变以及呼吸心率检测等非接触式测量应用场景中能够发挥较大作用，这些应用场景对测量精度的要求很高，因此，研究一种高精度的FMCW雷达测距方法存在重要的意义。

现有的FMCW雷达测距方法主要包括：幅度比值法、领域频谱细化法和相位法。其中，幅度比值法利用频谱峰值及峰值两侧的两根谱线进行插值来修正峰值位置，从而估计出差拍信号的频率以进行测距，该方法计算简单，但是其在修正峰值位置时由于参考点的数量有限，往往误差较大，导致测距精度较低，且测距精度还容易受目标距离的影响。领域频谱细化法主要是对FFT或CZT频谱进行插值，使得频谱间距变小以达到细化频谱的目的，从而能够更加准确的获取峰值位置，相对于幅度比值法，测距精度有所提高，但是其利用的是差拍信号的频率信息，而频率信息对于目标距离的变化不够敏感，因此，测量精度仍然较低。相位法则是通过估计差拍信号的相位信息进行测距，相比于频率信息，相位信息对于距离的变化较为敏感，因此，相比于领域频谱细化法，相位法的理论测量精度更高；但是，差拍信号的相位估计结果可能并不是真实的相位，其还可能是真实相位对2π取余的结果，存在相位模糊问题，因此，测距结果可能存在误差，精度仍然较低。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种FMCW雷达测距方法及系统，用以解决现有技术中FMCW雷达测距精度较低的技术问题。

为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种FMCW雷达测距方法，包括以下步骤：

S1、对FMCW雷达接收的目标反射的回波信号与其发射信号混频后的差拍信号进行采样，得到离散差拍信号；

S2、对离散差拍信号进行傅里叶变换，得到离散差拍信号的傅里叶变换频谱；将傅里叶变换频谱峰值处的频率作为粗估计频率f_FFT；

S3、在粗估计频率f_FFT两侧的第一预设范围内，对傅里叶变换频谱进行CZT细化得到CZT频谱；将CZT频谱峰值处的频率作为细估计频率f_CZT；

S4、在细估计频率f_CZT两侧的第二预设范围内，对CZT频谱进行进一步CZT细化后，与用频率表示的相位表达式相乘，将相乘后的结果取实部，得到相干CZT频谱；将相干CZT频谱峰值处的频率作为最终的频率估计结果f_CCZT；

S5、基于最终的频率估计结果f_CCZT计算FMCW雷达与目标之间的距离。