如何提高FMCW雷达距离的测量精度

雷达液位计的发展是从20世纪80年代开始的,雷达液位计主要由调频连续波 (FMCW) 雷达、脉冲雷达两类,一般工作在C,X, K波段。众所周知,雷达的测距精度主要取决于信号的带宽和信噪比,脉冲雷达液位计由于受脉冲宽度和高速计时器件的限制,测量精度一般在3m~10mm,主要用于过程控制,为中低端雷达液位计。

与脉冲雷达相比,FMCW雷达液位计通过测量发射和目标反射的FMCW信号的频率差来测量距离,可以形成大带宽的FMCW信号且不受脉宽的限制,因此能达到更高的测量精度和分辨率,目前FMCW雷达液位计测量精度可达0.4m~3mm,计量级精度则在±1mm以内,主要用于计量级和商品交易,为中高端应用场合使用。

雷达液位计生产厂家

不过要达到1mm的测量精度,雷达液位计需要具备大带宽、高信噪比的特点。传统测量方法通过数字化和FFT计算得到距离量化值,但是FFT的分辨率是显然不能满足测量精度要求的。例如,假定信号带宽为2GHz,则FFT的距离分辨率为75mm。这是因为检测频谱上的高点不一定是回波信号频谱的实际峰值,直接采用FFT的离散频谱点来计算距离会有较大的误差。因此,需要通过高精度频谱估计来找到两离散频谱高点中间的峰值位置,以得到高精度的距离测量值。

为了满足高精度测量需求, 很多人提出了多种提高FMCW雷达距离测量精度的方法。例如:

1、利用DFT频谱相位信息实现高精度测距,该方法运算量大,对硬件要求高,工程化实现难度较大;

2、结合Chirp-Z变换, “由粗到细”逐步找到频谱实际峰值的位置该方法的本质是通过增加采样点的方式提高精度,增加了运算量;

3、找到频谱主瓣内最大和次大谱线。使用插值法求出中心频率,该方法原理简单,计算量小,易于工程实现,但其提高仿真精度的能力有限。

针对上述问题,本文提出一种基于迭代插值的高精度谱估计算法,该算法首先采用FFT粗测差频信号的频率,然后在FFT峰值附近取两条谱线进行频率细化。其核心思想为:找到回波序列x (n) 的频谱X (k) 幅度最大值A和次大值B,及其所在的位置k1,k2;若A=B,则目标真实位置所对应的频率就在k1, k2的中心。

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