【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微波雷达距离测量，尤其是涉及一种基于广义特征值求解的微波雷达精确距离测量方法。
技术介绍
1、微波雷达作为一种非接触、全天候、全天时的位移传感器，因其不易受到雨、雾和云等大气条件的影响，已广泛应用于遥感测绘和交通基础设施监测等领域。微波雷达主要用于测距和测位移，其工作原理为：通过发射和接收一定带宽的微波并混频处理，得到差频信号，对差频信号进行fft变换得到目标距离谱，从而可以建立差频信号频率和目标粗略距离的关系为从而实现目标测距；进一步提取目标对应距离谱峰值的相位，基于相位干涉法可以实现目标位移的测量，即上述原理可以归纳为：建立微波差频信号参数与目标信息(频率-距离相位-位移的关系进行目标测距和位移感知。
2、在其测距原理中，扫频带宽决定了微波雷达的距离分辨率其与微波雷达设备的硬件有关，若要进一步改善距离分辨率，则需要增加扫频带宽b，这在实际中经常难以实现，因此如何在不增加信号扫频带宽的情况下研究距离超分辨方法具有重要意义；差频频率f通过n点fft变换得到，即n为正整数。由于fft变换的栅栏效应而引起频谱泄露，导致微波雷达的测距精度下降。因此，提高微波雷达的测距精度主要在于优化测距算法和频率的精确求解。
3、在其测位移原理中，目标的位移与目标距离谱峰值点的相位有关。众所周知，相位位于(-π,π)的区间内，当目标存在大位移时，传统相位干涉法求取的目标位移存在相位缠绕现象，需进行相位解缠绕处理。
4、现今，频率估计方法主要包括两类：时域法和频域法；对于前者，其主要包括最大似然估计算法
5、在测距的基础上，虽可以通过相位干涉法实现目标位移的测量，但是因相位本身受限于(-π,π)，在结构快速大位移下，上述方法的有效性降低。
6、因此，本专利技术提供一种基于广义特征值求解的差频信号频率精确求解方法，不同于上述的频率估计法，该方法在解决fft变换存在的栏栅效应和频谱泄露的同时，可以得到差频信号频率的理论解，从而可以实现目标距离的精确求解；此外，本专利技术可以直接利用差频信号的频率实现目标位移的测量，从而有效解决相位干涉法存在的相位缠绕问题。特别的是，本专利技术可以实现目标与微波雷达之间距离的绝对值测量，也可以解决当前微波雷达位移监测系统断电后，监测目标的位移数据难以连接的问题，即数据孤岛效应。
技术实现思路
1、为解决上述
技术介绍
中的问题，本专利技术提供了一种基于广义特征值求解的微波雷达精确距离测量方法，在解决fft变换存在的栏栅效应和频谱泄露的同时，得到差频信号频率的理论解，从而实现目标距离的精确求解，还能够解决相位干涉法存在的相位缠绕问题和数据孤岛效应问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于广义特征值求解的微波雷达精确距离测量方法，包括以下步骤：
3、s1，获取离散差频信号：通过微波雷达发射微波信号，经距离r的k个目标反射后被接收得到接收信号，对收发信号进行混频处理和离散采样，得到离散差频信号；
4、s2，获取单一频率的离散差频信号：对s1的离散差频信号进行n点fft变换，得到被测目标的距离谱，选取频带范围，对离散差频信号进行滤波处理，得到单一频率的离散差频信号；
5、s3，基于奇异值分解的离散差频信号去噪处理：根据s2的单一频率的离散差频信号，构造对应的hankel矩阵，进行奇异值分解，对特征值矩阵进行修正，得到新的特征值矩阵，并根据特征向量矩阵和特征值矩阵，构造去噪后的hankel矩阵；
6、s4，求解差分信号：根据s3的去噪后的hankel矩阵，构造去噪后的单一频率离散差频信号，并进行差分得到差分信号；
7、s5，构造广义特征方程：根据s4的差分信号，构造对应的hankel方阵，建立广义特征方程；
8、s6，广义特征值求解：对s5的广义特征方程进行求解，得到特征值矩，关系换算后，得到第i个目标的精确距离；
9、s7，目标位移求解：对微波雷达采集的各个快拍的差频信号进行s2-s6步骤处理，得到各个快拍计算的第i个目标的精确距离，然后以第1个快拍的距离为基准点，得到目标的位移。
10、优选的，s1中，通过微波雷达发射一个幅度为at，起始频率为f0，扫频带宽为b，快拍周期为t，初始相位为的微波信号ku＝b/t为微波信号的调制斜率，j为虚数，经距离r＝[r1,r2,lrk]的k个目标反射后被接收得到接收信号τi＝2ri/c为第i个目标的时延，c为光速，n(t)为随机噪声信号，对收发信号进行混频处理并忽略信号幅度的影响，得到差频信号对上述差频信号进行ad离散采样，采样频率为fs，采样点数为n，得到离散采样后的差频信号为：
11、优选的，s2中，对s1的离散差频信号sif(n)进行n点fft变换，得到被测目标的距离谱，根据被测目标的距离谱各个峰值点fi，选取频带范围为为采样频率间隔，flow为选取频带的左截止频率，fhigh为选取频带的右截止频率。根据选取的频带范围对离散差频信号进行滤波处理，得到单一频率的离散差频信号sif,i(n)。
12、优选的，s3中，根据s2的各个单一频率的离散差频信号sif,i(n)，构造对应的hankel矩阵对上述各个hankel矩阵进行奇异值分解并通过特征值差分谱准则选择特征值个数，对特征值矩阵进行修正，保留选取的特征值，其余特征值置零处理，得到新的特征值矩阵进一步根据特征向量矩阵和特征值矩阵构造去噪后的hankel矩阵
13、优选的，s4中，根据s3中的去噪后的hankel矩阵构造去噪后的单一频率离本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于广义特征值求解的微波雷达精确距离测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于广义特征值求解的微波雷达精确距离测量方法，其特征在于：S1中，通过微波雷达发射一个幅度为At，起始频率为f0，扫频带宽为B，快拍周期为T，初始相位为的微波信号Ku＝B/T为微波信号的调制斜率，j为虚数，下标t表示发射信号；经距离R＝[R1,R2,LRK]的K个目标反射后被接收得到接收信号τi＝2Ri/c为第i个目标的时延，c为光速，n(t)为随机噪声信号，下标r表示接收信号；对收发信号进行混频处理并忽略信号幅度的影响，得到差频信号对上述差频信号进行AD离散采样，采样频率为fs，采样点数为N，得到离散采样后的差频信号为：
3.根据权利要求2所述的一种基于广义特征值求解的微波雷达精确距离测量方法，其特征在于：S2中，对S1的离散差频信号SIF(n)进行N点FFT变换，得到被测目标的距离谱，根据被测目标的距离谱各个峰值点fi，选取频带范围为为采样频率间隔，flow为选取频带的左截止频率，fhigh为选取频带的右截止频率；根据选取的频带范围对离散差频信
4.根据权利要求3所述的一种基于广义特征值求解的微波雷达精确距离测量方法，其特征在于：S3中，根据S2的各个单一频率的离散差频信号SIF,i(n)，构造对应的Hankel矩阵表示矩阵维度；对上述各个Hankel矩阵进行奇异值分解并通过特征值差分谱准则选择特征值个数，对特征值矩阵进行修正，保留选取的特征值，其余特征值置零处理，得到新的特征值矩阵进一步根据特征向量矩阵和特征值矩阵构造去噪后的Hankel矩阵
5.根据权利要求4所述的一种基于广义特征值求解的微波雷达精确距离测量方法，其特征在于：S4中，根据S3中的去噪后的Hankel矩阵构造去噪后的单一频率离散差频信号对上述信号进行差分得到
6.根据权利要求5所述的一种基于广义特征值求解的微波雷达精确距离测量方法，其特征在于：S5中，根据S4的差分信号构造对应的Hankel方阵建立广义特征方程为ν为特征向量。
7.根据权利要求6所述的一种基于广义特征值求解的微波雷达精确距离测量方法，其特征在于：S6中，对上述广义特征方程进行求解，得到特征值矩阵λi，选取其最大特征值λi,max，并进行关系换算，得到第i个目标的精确距离
...【技术特征摘要】
1.一种基于广义特征值求解的微波雷达精确距离测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于广义特征值求解的微波雷达精确距离测量方法，其特征在于：s1中，通过微波雷达发射一个幅度为at，起始频率为f0，扫频带宽为b，快拍周期为t，初始相位为的微波信号ku＝b/t为微波信号的调制斜率，j为虚数，下标t表示发射信号；经距离r＝[r1,r2,lrk]的k个目标反射后被接收得到接收信号τi＝2ri/c为第i个目标的时延，c为光速，n(t)为随机噪声信号，下标r表示接收信号；对收发信号进行混频处理并忽略信号幅度的影响，得到差频信号对上述差频信号进行ad离散采样，采样频率为fs，采样点数为n，得到离散采样后的差频信号为：
3.根据权利要求2所述的一种基于广义特征值求解的微波雷达精确距离测量方法，其特征在于：s2中，对s1的离散差频信号sif(n)进行n点fft变换，得到被测目标的距离谱，根据被测目标的距离谱各个峰值点fi，选取频带范围为为采样频率间隔，flow为选取频带的左截止频率，fhigh为选取频带的右截止频率；根据选取的频带范围对离散差频信号进行滤波处理，得到单一频率的离散差频信号sif...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵文举，周干玉，邢世杰，焦奥翔，
申请(专利权)人：河南工业大学，
类型：发明
国别省市：
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