本發(fā)明涉及精密測(cè)量和信號(hào)處理，尤其涉及毫米波雷達(dá)檢測(cè)微動(dòng)形變方法。

背景技術(shù)：

1、毫米波雷達(dá)是一種使用頻率在30～300ghz范圍內(nèi)的電磁波進(jìn)行目標(biāo)探測(cè)和測(cè)量的技術(shù)，在形變監(jiān)測(cè)中，毫米波雷達(dá)利用其高精度測(cè)距和成像能力，能夠?qū)ξ矬w或結(jié)構(gòu)的微小位移進(jìn)行高精度監(jiān)測(cè)。

2、毫米波雷達(dá)以其高分辨率、全天候工作能力和穿透能力，廣泛應(yīng)用于自動(dòng)駕駛、安防監(jiān)控、交通管理等領(lǐng)域。但現(xiàn)有毫米波雷達(dá)系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性較差，在復(fù)雜環(huán)境中如惡劣天氣、障礙物遮擋等工作時(shí)，其信號(hào)會(huì)受到多路徑效應(yīng)和干擾，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)精度下降，雖然現(xiàn)有的雷達(dá)系統(tǒng)加入低通濾波或引入強(qiáng)脈沖反射目標(biāo)提升信號(hào)強(qiáng)度，但當(dāng)距離過(guò)遠(yuǎn)時(shí)，多路徑效應(yīng)引起的噪聲雜波會(huì)將目標(biāo)信號(hào)淹沒(méi)，在水庫(kù)、大壩、山體等長(zhǎng)距離場(chǎng)景地面表面形變監(jiān)測(cè)的精度要求非常高，因此無(wú)法精確監(jiān)測(cè)到極微小的形變會(huì)影響監(jiān)測(cè)結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供毫米波雷達(dá)檢測(cè)微動(dòng)形變方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、毫米波雷達(dá)檢測(cè)微動(dòng)形變方法，包括以下步驟：

4、毫米波雷達(dá)布設(shè)及配置；

5、發(fā)射脈沖信號(hào)并接收回波信號(hào)；

6、數(shù)據(jù)處理得到靜止的目標(biāo)距離雷達(dá)的距離r；

7、引入脈沖積累和通道融合優(yōu)化；

8、采用相位干涉和升采樣幅度法計(jì)算得到優(yōu)化后的目標(biāo)距離r和微動(dòng)距離。

9、進(jìn)一步的，所述發(fā)射脈沖信號(hào)的發(fā)射信號(hào)公式如下式所示：

10、st(t)＝acoscos{2π[f0t+ut2/2]+φ0},t∈[0,t]

11、式中：a為發(fā)射信號(hào)幅度，t為發(fā)射時(shí)寬，f0為中頻信號(hào)的起始頻率，φ0為中頻信號(hào)的初始相位，u為頻率調(diào)制的斜率且表示單位時(shí)間內(nèi)頻率變化的速率，t為時(shí)刻。

12、進(jìn)一步的，所述接收回波信號(hào)的信號(hào)模型公式如下式所示：

13、sr(t)＝kacoscos{2π[f0(t-τ)+u(t-τ)2/2]+φ0},t∈[0,t]

14、式中：a為發(fā)射信號(hào)幅度，t為發(fā)射時(shí)寬，k是混頻后的增益常數(shù)，f0為中頻信號(hào)的起始頻率，φ0為中頻信號(hào)的初始相位，u為頻率調(diào)制的斜率且表示單位時(shí)間內(nèi)頻率變化的速率，t為時(shí)刻，τ為固定延時(shí)。

15、進(jìn)一步的，所述數(shù)據(jù)處理包括以下步驟：

16、低通濾波得到差頻信號(hào)；

17、dechirp處理得到中頻信號(hào)頻率；

18、原始adc數(shù)據(jù)采樣；

19、距離向fft提取信號(hào)的頻率信息。

20、進(jìn)一步的，所述差頻信號(hào)的相位表達(dá)式如下式所示：

21、pt(t)-pr(t)＝2πf0τ+2πuτt-πuτ2

22、式中：pt(t)代表發(fā)射信號(hào)，pr(t)代表回波信號(hào)，f0為中頻信號(hào)的起始頻率，t為時(shí)刻，τ為固定延時(shí)。

23、進(jìn)一步的，所述中頻信號(hào)頻率的表達(dá)式如下式所示：

24、

25、式中：fm為中頻信號(hào)頻率，t為發(fā)射時(shí)寬，b為發(fā)射的chirp信號(hào)掃頻帶寬，c為電磁波在空氣中傳輸速度，r為靜止的目標(biāo)距離雷達(dá)的距離。

26、進(jìn)一步的，所述通道融合優(yōu)化是通過(guò)各通道相位差推導(dǎo)時(shí)間延遲差異，所述相位差計(jì)算公式如下式所示：

27、△φij＝2πfc(τi-τj)

28、式中：τi為第i個(gè)通道的固定延時(shí)，τj為第j個(gè)通道的固定延時(shí)，△φij為第i個(gè)通道和第j個(gè)通道之間的相位差，fc為目標(biāo)頻率。

29、進(jìn)一步的，所述微動(dòng)距離是通過(guò)綜合時(shí)間延遲計(jì)算的目標(biāo)距離r之差求得，所述綜合時(shí)間延遲計(jì)算公式如下式所示：

30、

31、式中：為綜合時(shí)間延遲，τi為第i個(gè)通道的固定延時(shí)，n為通道個(gè)數(shù)。

32、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益技術(shù)效果如下：

33、本發(fā)明利用多發(fā)多收毫米波雷達(dá)發(fā)射高頻連續(xù)波結(jié)合多通道融合和脈沖積累等方式進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，提升雷達(dá)系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境中的性能，優(yōu)化了惡劣環(huán)境中的毫米波雷達(dá)探測(cè)效果，保證了形變監(jiān)測(cè)的高精度輸出，在惡劣天氣和障礙物遮擋等復(fù)雜環(huán)境下，仍能保持較高的測(cè)量精度和穩(wěn)定性。

技術(shù)特征：

1.毫米波雷達(dá)檢測(cè)微動(dòng)形變方法，其特征在于包括以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的毫米波雷達(dá)檢測(cè)微動(dòng)形變方法，其特征在于所述發(fā)射脈沖信號(hào)的發(fā)射信號(hào)公式如下式所示：

3.如權(quán)利要求2所述的毫米波雷達(dá)檢測(cè)微動(dòng)形變方法，其特征在于所述接收回波信號(hào)的信號(hào)模型公式如下式所示：

4.如權(quán)利要求1所述的毫米波雷達(dá)檢測(cè)微動(dòng)形變方法，其特征在于所述數(shù)據(jù)處理包括以下步驟：

5.如權(quán)利要求4所述的毫米波雷達(dá)檢測(cè)微動(dòng)形變方法，其特征在于所述差頻信號(hào)的相位表達(dá)式如下式所示：

6.如權(quán)利要求4所述的毫米波雷達(dá)檢測(cè)微動(dòng)形變方法，其特征在于所述中頻信號(hào)頻率的表達(dá)式如下式所示：

7.如權(quán)利要求1所述的毫米波雷達(dá)檢測(cè)微動(dòng)形變方法，其特征在于所述通道融合優(yōu)化是通過(guò)各通道相位差推導(dǎo)時(shí)間延遲差異，所述相位差計(jì)算公式如下式所示：

8.如權(quán)利要求7所述的毫米波雷達(dá)檢測(cè)微動(dòng)形變方法，其特征在于所述微動(dòng)距離是通過(guò)綜合時(shí)間延遲計(jì)算的目標(biāo)距離r之差求得，所述綜合時(shí)間延遲計(jì)算公式如下式所示：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及毫米波雷達(dá)檢測(cè)微動(dòng)形變方法，毫米波雷達(dá)檢測(cè)微動(dòng)形變方法，包括以下步驟：毫米波雷達(dá)布設(shè)及配置；發(fā)射脈沖信號(hào)并接收回波信號(hào)；數(shù)據(jù)處理得到靜止的目標(biāo)距離雷達(dá)的距離R；引入脈沖積累和通道融合優(yōu)化；采用相位干涉和升采樣幅度法計(jì)算得到優(yōu)化后的目標(biāo)距離R和微動(dòng)距離。本發(fā)明利用多發(fā)多收毫米波雷達(dá)發(fā)射高頻連續(xù)波結(jié)合多通道融合和脈沖積累等方式進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，提升雷達(dá)系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境中的性能，優(yōu)化了惡劣環(huán)境中的毫米波雷達(dá)探測(cè)效果，保證了形變監(jiān)測(cè)的高精度輸出，在惡劣天氣和障礙物遮擋等復(fù)雜環(huán)境下，仍能保持較高的測(cè)量精度和穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：高壯壯,周宇陽(yáng),王敏,李明,王爍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：無(wú)錫卡爾曼導(dǎo)航技術(shù)有限公司南京技術(shù)中心
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21