用于FMCW雷达测距系统的信号处理装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种用于FMCW雷达测距系统的信号处理装置，包括混频器、距离增益补偿电路、相位补偿单元、信号处理单元。本发明专利技术还提供一种用于FMCW雷达测距系统的信号处理方法，利用距离增益补偿电路对回波信号进行增益补偿，并对由距离增益补偿电路引入的相位变化值进行相位补偿，分析频谱得到目标距离向响应。本发明专利技术保证了FMCW雷达测距系统的远距离目标距离向散色强度，解决了相位敏感问题，也对串扰与泄漏的低频信号也进行抑制，解决了信号泄露问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种信号处理装置及方法，尤其涉及一种用于FMCW雷达测距系统的信号处理装置及方法。
技术介绍
随着现代电子技术的发展以及敌对环境中对抗程度的升级,雷达技术也越来越广泛地被应用于军用及民用等领域。要想提高雷达系统的覆盖范围，作用于远距离目标，提升雷达系统中的回波信号处理的优良性能则变得至关重要。由于调频连续波(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、具有良好的电子对抗和低截获概率性能等优点，现已受到人们的广泛关注。但由于FMCW雷达信号是连续的，收发同时进行，不能像传统的脉冲雷达，通过灵敏度时间控制(STC)，使得增益在接收波门内不断增加。距离越远，目标距离向散色强度弱，信号回波强度越小，对远距离目标的距离测量受到影响。若能在频域中，实现增益与距离的四次方成正比关系，则可完成对雷达系统随距离增加而减小的增益进行补偿，保持远距离目标距离向散色强度，提高FMCW雷达测距系统系统作用距离的覆盖范围。根据雷达回波功率公式得出系统增益系数为其中，Pt为雷达发射机功率，P1为雷达收到的回波功率，则随着被测距离的增加，回波功率越小，因此在频谱中对应频率的幅值太小，淹没在噪声信号中，无法确定频率，无法测得距离，限制了长距离的测量。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是提供一种用于FMCW雷达测距系统的信号处理装置及方法，用于解决FMCW雷达测距系统中测量远距离目标时的距离向散色强度微弱而影响作用距离范围的精确测量问题。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种用于FMCW雷达测距系统的信号处理装置，包括混频器，其特征在于：还包括距离增益补偿电路、相位补偿单元、信号处理单元，其中，混频器：将FMCW雷达测距系统中雷达发射信号ST与回波信号SR进行混频，得到差频信号SIF；距离增益补偿电路：对混频器产生的差频信号SIF进行增益补偿，其中所述距离增益补偿电路的功率增益为其中f为频率，K2为常数，Pr、Pv分别为经过距离增益补偿电路前后的信号功率；相位补偿单元：对距离增益补偿电路引入的相位变化进行相位补偿；信号处理单元：对经过相位补偿后的信号进行信号处理，获取经过相位补偿后信号的频率fr，并计算雷达发射天线到目标位置的距离。由于高频信号不利于进行信号处理，因此输入的高频信号与稳定本机振荡信号或本机振荡器输出通过混频器进行混频，从而降低信号频率，得到差频信号。由于被测距离越远，目标距离向散色强度越弱，雷达回波信号功率越小，影响远距离目标的测量。因此，可以设计距离增益补偿电路，使得增益补偿后的信号功率不随距离而衰减，可实现远距离目标的测距能力。通过混频之后的差频信号位于中频带，一般为500kHz—1MHz。因此要计算距离R，仅需将位于中频带的差频信号的功率进行放大即可，即距离增益补偿电路仅需在中频带满足功率增益的要求即可。由于信号的相位直接影响距离的测量，并且信号的畸变与相位有关，因此需进行相位校准，消除信号通过距离增益补偿电路产生的信号畸变。而距离增益补偿电路对信号的相位敏感，当信号通过距离增益补偿电路时会引起相位发生变化，该相位变化值可通过信号输入距离增益补偿电路前与通过距离增益补偿电路后的信号进行计算获得，通过对该相相位变化值的补偿，相位的变化就线性化了，将不引起信号的畸变。进一步地，所述距离增益补偿电路为高通滤波器或带通滤波器。采用高通滤波器或具有高阻带截止频率的带通滤波器，令高通滤波器或带通滤波器的过渡带位于中频范围且满足功率增益的要求，即可实现所需的增益放大。而且，由于FMCW雷达的收发同时进行，会产生发射信号泄漏，使用高通滤波器或具有高阻带截止频率的带通滤波器，滤除低频信号，解决信号泄漏问题。进一步地，所述相位补偿单元包括乘法器，所述相位补偿单元包括乘法器，通过在所述乘法器中将距离增益补偿电路引入的相位变化值的共轭值与经过距离增益补偿电路后的信号相乘进行相位补偿。本专利技术还提供一种用于FMCW雷达测距系统的信号处理方法，包括如下步骤：(1)将雷达发射信号ST与回波信号SR通过混频器进行混频，得到差频信号SIF；(2)利用距离增益补偿电路对差频信号SIF进行增益补偿，其中距离增益补偿电路的功率增益为其中f为频率，K2为常数，Pr、Pv分别为经过距离增益补偿电路前后的信号功率；(3)获取信号SIF在经过距离增益补偿电路前、后的相位差获取相位变化值；(4)利用相位补偿单元对距离增益补偿电路引入的相位变化进行相位补偿；(5)利用信号处理单元对经过相位补偿的信号进行信号处理，获取经过相位补偿后信号的频率fr；(6)根据公式计算雷达发射天线到目标位置的距离R，其中，调频连续波的频率为f＝kτ，k为斜率，τ为延迟时间，C为光速。上述的技术方案中，所述的步骤(4)中，通过计算距离增益补偿电路引入的相位变化值，并将所述相位变化值的共轭值与经过距离增益补偿电路的信号相乘，实现相位补偿。为解决距离增益补偿电路带来的相位变化问题，由于加入距离增益补偿电路会引起信号的相位变化，因此需对相位变化进行补偿，保证求解的正确。上述的技术方案中，所述的步骤(5)中，信号处理过程中，将经过相位补偿的信号进行快速傅里叶变换，分析频谱获取经过相位补偿后信号的频率fr。本专利技术具有的优点和积极效果是：(1)通过距离增益补偿电路对增益进行补偿，保证了目标距离向散色强度不随距离的增加而削弱；(2)通过对回波信号进行相位补偿，解决滤波器过渡带带来的相位敏感问题；(3)回波信号经滤波器后，对由雷达系统的发射与回波信号间的串扰与泄漏的低频信号也进行抑制，也解决了FMCW雷达因信号同时收发带来的信号泄露问题。附图说明图1是本专利技术的用于FMCW雷达测距系统的信号处理装置的示意图；图2是本专利技术的用于FMCW雷达测距系统的信号处理方法的流程图；图3是本专利技术的以高通滤波器作为距离增益补偿电路的仿真图，图3(a)为本专利技术的仿真中雷达系统的功率增益随距离变化曲线，图3(b)为本专利技术的仿真中距离增益补偿电路的功率增益随频率变化曲线，图3(c)为本专利技术的仿真中雷达增益经距离增益补偿电路补偿后的功率增益随频率的变化曲线。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明。如图1—图3所示，一种用于FMCW雷达测距系统的信号处理装置，包括混频器、距离增益补偿电路、相位补偿单元、信号处理单元，其中相位补偿单元中包括乘法器。令k为线性调频连续波的斜率，f为雷达回波信号的频率，τ为延迟时间，R为雷达发射天线到目标位置的距离，C为光速。根据公式由于采用线性调频连续波，则f＝kτ，得到设Pt为雷达发射机功率，P1为雷达收到的回波功率，Ae天线的有效接收面积，G为天线增益，R为目标与雷达的距离，σ为雷达截面积，R为雷达发射天线到目标位置的距离，则雷达回波信号功率Pr为P1=PtGtAeσ(4π)2R4]]>可知雷达回波信号功率与距离R成反比，因此距离越远，目标距离向散色强度变弱，雷达回波信号功率越小，影响远距离目标的精确测量。由则雷达回波信号相对于发射信号的功率增益可表示为10lg(P1Pt)=10lg(GtσTArl4π2(Crf)4)]]>对于一个确定的雷达系统，Pt、Ae、G、k、C均已知，因此雷达回波信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于FMCW雷达测距系统的信号处理装置，包括混频器，其特征在于：还包括距离增益补偿电路、相位补偿单元、信号处理单元，其中，混频器：将FMCW雷达测距系统中雷达发射信号ST与回波信号SR进行混频，得到差频信号SIF；距离增益补偿电路：对混频器产生的差频信号SIF进行增益补偿，其中所述距离增益补偿电路在中频带的功率增益为其中f为频率，K2为常数，Pr、Pv分别为经过距离增益补偿电路前、后的信号功率；相位补偿单元：对距离增益补偿电路引入的相位变化进行相位补偿；信号处理单元：对经过相位补偿后的信号进行信号处理，并提取经过相位补偿后信号的频率fr，计算雷达发射天线到目标位置的距离。

【技术特征摘要】
1.一种用于FMCW雷达测距系统的信号处理装置，包括混频器，其特征在于：还包括距离增益补偿电路、相位补偿单元、信号处理单元，其中，混频器：将FMCW雷达测距系统中雷达发射信号ST与回波信号SR进行混频，得到差频信号SIF；距离增益补偿电路：对混频器产生的差频信号SIF进行增益补偿，其中所述距离增益补偿电路在中频带的功率增益为其中f为频率，K2为常数，Pr、Pv分别为经过距离增益补偿电路前、后的信号功率；相位补偿单元：对距离增益补偿电路引入的相位变化进行相位补偿；信号处理单元：对经过相位补偿后的信号进行信号处理，并提取经过相位补偿后信号的频率fr，计算雷达发射天线到目标位置的距离。2.根据权利要求1所述的用于FMCW雷达测距系统的信号处理装置，其特征在于：所述距离增益补偿电路为高通滤波器或带通滤波器。3.根据权利要求1所述的用于FMCW雷达测距系统的信号处理装置，其特征在于：所述相位补偿单元包括乘法器，通过在所述乘法器中将距离增益补偿电路引入的相位变化值的共轭值与经过距离增益补偿电路后的信号相乘进行相位补偿。4.一种用于FMCW雷达测距系统的信号处理方法，其特征在于：所述用于FMCW雷达测距系统的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王雅敏，肖平，
申请(专利权)人：湖南镭氪信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43