用于FMCW雷达高度计系统高度测量分辨率改进的方法和系统技术方案

提供一种改进雷达系统的高度测量分辨率的方法。该方法包括：在FFT处理器处基于FMCW雷达信号从第一频率到第二频率的周期性倾斜来跨一定频率范围周期性地生成FFT窗口集合；通过由至少一个处理器实施前缘跟踪算法来从至少一个FFT窗口集合选择窗口子集；对所选窗口子集实施第二算法以确定前缘跟踪窗口与所选窗口子集中的剩余窗口之间的功率比以确定所选窗口子集内的插入窗口编号；以及基于所选窗口子集内的插入窗口编号来确定到目标的近似距离。该FFT窗口集合指示相应多个距离。

【技术实现步骤摘要】
用于FMCW雷达高度计系统高度测量分辨率改进的方法和系统
技术介绍
常规的调频连续波（FMCW）雷达高度计系统受限于200MHz的操作带宽，其对应于大约3英尺范围分辨率。此类FMCW雷达通过以下方式来操作：发射啁啾信号（频率扫描）并基于发射啁啾信号与接收啁啾信号的反射之间的时间确定到目标的距离。啁啾信号被重复以连续测量距离。啁啾信号可以是被重复的线性增加的斜坡，或者可以是后面跟随被重复的线性减小的斜坡的线性增加的斜坡。此类FMCW雷达可以被用作飞机或空运交通工具中的高度计。已知前缘检测方案会潜在地将高程偏差到比正确值的更低的值（即较短距离）。例如，在大目标的情况下，前缘检测方案可以跟踪前缘范围旁瓣而不是实际返回峰值。
技术实现思路
本申请涉及一种改进雷达系统的高度测量分辨率的方法。该方法包括：在快速傅立叶变换（FFT）处理器处基于调频连续波（FMCW）雷达信号从第一频率到第二频率的周期性倾斜来跨一定频率范围周期性地生成FFT窗口（bin）集合；通过由至少一个处理器实施前缘跟踪算法来从至少一个FFT窗口集合选择窗口子集；对所选窗口子集实施第二算法以确定前缘跟踪窗口与所选窗口子集中的剩余窗口之间的功率比以便确定所选窗口子集内的插入窗口编号；以及基于所选窗口子集内的插入窗口编号来确定到目标的近似距离。FFT窗口集合指示相应的多个距离。所选窗口子集中的窗口彼此相邻。所选窗口子集指示雷达系统和目标之间的相应多个近似距离。附图说明要理解图仅描绘示例性实施例并且因此不被视为在范围上进行限制，将通过附图的使用利用额外特征和细节来描述示例性实施例，在附图中：图1A示出根据本申请的在频率和时间关系图中线性倾斜的示例性FMCW雷达信号；图1B示出根据本申请的图1A的示例性FMCW雷达信号的倾斜段和示例性目标反射信号；图2是根据本申请的雷达高度计系统的一个实施例的框图；图3是根据本申请的改进雷达高度计系统中的雷达系统的高度测量分辨率的示例性方法的流程图；图4A是根据本申请的包括预选数目个最近生成的FFT窗口集合的经过平均的快速傅立叶变换（FFT）窗口的示例性集合；以及图4B是根据本申请的最近接收的FFT窗口集合的示例性集合。根据惯例，没有按照比例来绘制各种描述的特征，而是将各种描述的特征绘制成强调与示例性实施例有关的具体特征。具体实施方式在下面的详细描述中，对形成本文一部分的附图进行参考，并且在附图中通过图示的方式来示出具体说明性实施例。然而，要理解，可以利用其他实施例并且可以作出逻辑、机械和电气的变化。此外，附图和说明书中提出的方法将不被解释为限制可以执行各个步骤的顺序。因此，不要以限制的意义来理解下面的详细描述。这里描述的改进雷达高度计系统的高度测量分辨率的系统和方法的实施例跨一定频率范围生成多个快速傅立叶变换（FFT）窗口并且实施前缘跟踪算法（其是目前可用的在前和在后距离选通跟踪（earlyandlaterangegatetracking）的修改）以便在四个窗口的子集内找到前缘窗口。然后从多个FFT窗口选择窗口子集并且使用功率比来将该窗口子集标准化以允许对加权平均值求和。四个窗口被选取朝向更长的距离后向加权以便将所计算的高程进一步移出。现有技术的跟踪算法寻找一系列阈值检测的窗口的峰值幅度或质心而不是尝试定位真实的前缘。在飞越天然或人造材料的陆地块时，所检测到的高程范围可以是非常大的。对高程检测的该分布式集合使用峰值幅度响应或质量中心/质心方法创建远离作为分布式检测的整个质量的前缘的正确距离（例如高程）的偏差。前缘始终代表飞机下面的最接近物体。定位该前缘位置是困难的并且是早先的美国专利7,825,851的主题。美国专利7,825,851中描述的方法提供前缘的准确确定。在发现该前缘位置后，重要的是要认识到存在朝向稍稍过低的高程的小偏差。这里描述的插入方法使用所检测的前缘前面的一个窗口和前缘窗口之后的两个窗口之间的功率比来确定真实跟踪高程以便降低或消除朝向稍稍过低的高程的小偏差。通过使用所选子集中的四个窗口并且由前缘跟踪窗口和剩余窗口之间的功率比进行确定，避免了在关于前和在后距离选通跟踪方案的问题。这里描述的系统和方法基于实施具有在前和在后距离选通跟踪的现有技术前缘跟踪算法来确定比可能的更准确的到地面的距离。通过实施经过修改的前缘跟踪算法，然后实施第二算法，其确定关于所跟踪的前缘窗口的4个窗口之间的功率比以便降低或消除正向（即太短）偏差，并且所跟踪的高程被更准确地确定。例如，如果峰值FFT窗口碰巧是被跟踪的前缘窗口并且几乎从计算中的影响排除在该窗口之前和之后的所有其他窗口中的功率，并且高程将是被跟踪的前缘窗口的高程。如果被跟踪的窗口和它之后的窗口具有相等的幅度，则真实高程恰好是两个窗口之间的距离的1/2。如果峰值幅度是被跟踪的前缘后面的第二窗口，则真实高程将只是在峰值窗口前面，通过第四和第三窗口之间的功率比确定的位置具有来自第二（被跟踪窗口）和第一窗口的一些贡献。图1A示出根据本申请的在频率和时间的关系图中线性倾斜的示例性FMCW雷达信号210。在雷达或无线电高度计的FMCW操作期间，利用线性斜坡对雷达信号210的频率重复地扫描（即在正向或反向方向上以恒定的速率与时间的关系的重复的频率扫描）。每个频率扫描被称为频率啁啾。图1A的示例性倾斜段（其通常以210(1-N)来表示，其中N是正整数）的频率范围从fmin到fmax并且在正向方向上被扫描。在从fmin到fmax的频率范围内的一部分频率在这里被称为扫描带宽211。如图1A中所示，扫描带宽211覆盖从第一频率f1（其比fmin稍大）到第二频率f2（其比fmax稍小）的频率范围。雷达信号210在时间△t期间从fmin（例如4215MHz）扫描到fmax（例如4385MHz）。该扫描在高度计的FMCW操作期间重复以使得雷达信号210具有如图1A中所示的锯齿模式。在该实施例的一个实施方式中，雷达信号210的扫描具有三角模式，在这种情况下所发射的信号210在向上从fmin扫描到fmax之后向下从fmax扫描到fmin。图1B示出根据本申请的图1A的示例性FMCW雷达信号210的倾斜段和示例性目标反射的信号220。图2是根据本申请的雷达高度计系统5的一个实施例的框图。该示例性雷达高度计系统5包括雷达系统10和处理系统20。该示例性雷达系统10包括发射机100、收发机环形器110、接收机混频器120、本机振荡器（LO）延迟线130、接收机中频（IF）模块140和单一天线150。处理系统20包括快速傅立叶变换（FFT）处理器33、至少一个处理器（例如数字信号处理器）32、前缘跟踪算法41和第二算法42。前缘跟踪算法41和第二算法42被存储在存储介质45中。前缘跟踪算法41在这里还被称为第一算法。第二算法42在这里还被称为插入窗口编号算法，因为它基于如下面描述的前缘跟踪窗口和所选窗口子集中的剩余窗口之间的所确定的功率比来插入窗口编号。在该实施例的一个实施方式中，存储介质45是至少一个处理器32中的存储器。在该实施例的另一实施方式中，FFT处理器33和至少一个处理器32是单一处理器32。在该实施例的另一实施方式中，FFT处理器是数字信号处理器（DSP）33。在该实施例的又一实施方式中，FF本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改进雷达系统（10）的高度测量分辨率的方法，该方法包括：在快速傅立叶变换（FFT）处理器（33）处基于调频连续波（FMCW）雷达信号（210）从第一频率（f1）到第二频率（f2）的周期性倾斜来跨一定频率范围周期性地生成FFT窗口集合（501），其中该FFT窗口集合（501）指示相应多个距离；通过由至少一个处理器（32）实施前缘跟踪算法（41）来从至少一个FFT窗口集合（500或501）选择窗口（520‑523或560‑563）子集（510或550），其中所选窗口（520‑523或560‑563）子集（510或550）中的窗口彼此相邻，并且其中所选窗口子集指示雷达系统和目标（50）之间的相应多个近似距离；对所选窗口子集实施第二算法（42）来确定前缘跟踪窗口与所选窗口子集中的剩余窗口之间的功率比以确定所选窗口子集内的插入窗口编号；以及基于所选窗口子集（510或550）内的插入窗口编号（530或570）来确定到目标（50）的近似距离（dtarget）。

【技术特征摘要】
2016.02.19 US 15/0488191.一种改进雷达系统（10）的高度测量分辨率的方法，该方法包括：在快速傅立叶变换（FFT）处理器（33）处基于调频连续波（FMCW）雷达信号（210）从第一频率（f1）到第二频率（f2）的周期性倾斜来跨一定频率范围周期性地生成FFT窗口集合（501），其中该FFT窗口集合（501）指示相应多个距离；通过由至少一个处理器（32）实施前缘跟踪算法（41）来从至少一个FFT窗口集合（500或501）选择窗口（520-523或560-563）子集（510或550），其中所选窗口（520-523或560-563）子集（510或550）中的窗口彼此相邻，并且其中所选窗口子集指示雷达系统和目标（50）之间的相应多个近似距离；对所选窗口子集实施第二算法（42）来确定前缘跟踪窗口与所选窗口子集中的剩余窗口之间的功率比以确定所选窗口子集内的插入窗口编号；以及基于所选窗口子集（510或550）内的插入窗口编号（530或570）来确定到目标（50）的近似距离（dtarget）。2.根据权利要求1所述的方法，其中从至少一个FFT窗口集合（500或501）选择窗口（520-523或560-563）子集（510或550）包括：实施前缘跟踪算法（41）来选择初始前缘窗口（521），并且该方法还包括：对预选数目个最近生成的FFT窗口集合中的相应窗口中的功率值求平均以形成经过平均的FFT窗口集合（500）。3.根据权利要求2所述的方法，其中对预选数目个最近生成的FFT窗口集合中的相应窗口中的功率值求平均以形成经过平均的FFT窗口集合（500）包括：对四十个最近生成的FFT窗口集合中的窗口中的功率值求平均以形成经过平均的FFT窗口集合（500）；并且其中从至少一个FFT窗口集合选择窗口子集包括：从经过平均的FFT窗口集合选择四个窗口(520-523)的子集。4.根据权利要求2所述的方法，其中从至少一个FFT窗口集合选择窗口子集还包括：将初始前缘窗口（521）前面的窗口（520）选择成窗口子集（510）中的在前窗口（520）；将初始前缘窗口后面的窗口（522）选择成窗口子集中的第一在后窗口（522）；以及将第一在后窗口后面的窗口（523）选择成窗口子集中的第二在后窗口（523）。5.根据权利要求4所述的方法，还包括：确定在前窗口（520）、初始前缘窗口（521）、第一在后窗口（522）和第二在后窗口（523）中的哪一个具有最高功率值；将具有最高功率值的窗口的功率值设置为峰值功率值；其中对所选窗口子集实施第二算法包括：计算每一个都相对于峰值功率值被标准化的在前窗口、初始前缘窗口、第一在后窗口和第二在后窗口的功率比的逆对数以确定在前窗口、初始前缘窗口、第一在后窗口和第二在后窗口的功率比值；将在前窗口、初始前缘窗口、第一在后窗口和第二在后窗口的功率比值相加以形成功率比值和；为在前窗口、初始前缘窗口、第一在后窗口和第二在后窗口形成经过标准化的功率比；通过用所选窗口中的相应一个的窗口编号乘以所选窗口中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：DC瓦肯蒂，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：美国,US