微波测距方案的设计与实现

《微波测距方案的设计与实现》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第31卷第7期四川兵工学报2010年1日【自动化技术】微波测距方案的设计与实现成先敏，李世中，乔晶晶(中北大学a．机电工程学院；b．机械工程与自动化学院，太原030051)摘要：利用快速傅里叶变换(FFr)对中频回波信号进行了频谱分析，并通过加窗函数和比值法对频谱进行了校正，实现对目标低成本、高精度的定距。仿真结果表明，该校正方法可在小型探测系统近程定距上取得应用。关键词：调频测距；Frr；频谱校正；窗函数中图分类号：TN911．72文献标识码：A文章编号：1006—0707(2010)07—009

2、6—02在现代防御战中，反低空突防一直是世界各国研究的=热点课题J。微波测距方案主要功能是实现对低空和超低空目标的预警和探测定距，还可以使其具备主动攻击目可以看出，当调制参数和AF一定时，差频频率与标的能力在最佳时机攻击捕获到的目标，或者迫使目标改距离R成正比，测出／=值就可以得到对应的距离R。变航迹高飞，暴露于我方防空火力范围内。调频连续波(FMCM)测距系统具有体积小、重量轻、成本低、集成度和分辨率高、抗干扰性强等诸多优点，在精确制导、汽车防{撞、工业控制中有着广泛的应用前景。本文中主要对调⋯频

3、测距方案进行设计，针对频谱分析中的能量泄漏和栅栏效应，加窗函数改善幅度谱估计的性能，利用比值法对改善的频谱进行校正，提高频率估计的精度，实现对目标的蔓二：HHH精确定距。1微波测距方案设计1话齿披獭测距原理1．2测距方案1．1测距原理雷达测距的基本原理就是测量回波信号相对发射信测距方案实现的是对中频回波信号频率估计的过程。整个过程如图2所示。号的时间延迟，简单地说，就是测量电磁波往返雷达与目标之问的时间。设光速为C，电磁波往返雷达与目标之间{言号的时间为r，则目标相对雷达的距离尺：÷。线性调频测距通

4、过估计回波信号的频率，根据频率与延迟时间r的L匝]线性关系来定距的。以锯齿波调制信号为例加以说明，原理如图1所示。其中：实线所示发射信号频率为；虚线回波信号频率为；载波频率为；调制信号的周期为；最大调制频偏为图2测距方案原理△F表示差频频率；为nT～nT+7．期问的差频频率。由图1可求得由图可以看到，中频信号经过两次放大和滤波后，加=：窗进行F变换，两次频谱校正后得到差频信号的频率进而求出目标距离。方案中拟选定的调频连续波系统的中解得心频率为=4．25GHz，输出功率Pf／>200mW，调制信号拳收

5、稿日期：2010—03—29作者简介：成先敏(1984一)，男，硕士研究生，主要从事信号处理与信息处理技术研究。成先敏，等：微波测距方案的设计与实现97的频率200Hz，最大调制频偏300MHz。精度，常规的(1)窗保持了较好的频率估计精度。仿真结果显示，双窗法同时吸收了两种窗函数的优点，在一定程2信号的频谱校正度上改善了FfTr谱估计的精度。根据FFTr原理，计算一个信号的频谱，测量信号的长度应是无限长，但在实际工程中这是做不到的，只能抽取有限的时间段，这就相当于用一个窗函数对信号进行截断。信谱，

6、此频率处的频谱形状与信号截断所加窗函数的频谱形1整个频带的能量。另外，利用FFfI1对信号进行频谱分析时，—／(a)加(1)窗形成的功率谱受计算量限制，往往只能计算有限频率点的值。若信号的频率分量与某取样点的频率重合，则就可得到该频率分量的精确值，否则只能按四舍五入的原则用相邻的频率点谱线代替，这种真实值与近似值之间的误差就是栅栏效应。加窗函数有关。窗函数的主瓣越宽，信号的谱峰越平缓，抑制栅栏效应的效果好，但频率分辨率却变差了，反之，频j率分辨率会得到改善，但幅度误差可能增大。能量泄漏和L栅栏效应是

7、一对不能消除，却互相制约矛盾。(b)加(2)窗校正后的功率谱由FFT公式可知，理想的窗函数的频谱应为Sine函数图3双窗法校正的功率谱2．2比值法校正={⋯t#0㈩微波调频测距利用差频信号的频率来定距，对频率分辨率要求较高，显然只用上述一种方法来校正是不够的，式中：dr=是频率分辨率为采样频率；N为点数。还必须辅以其他校正方法才能更好地保证精度。比值校正法就是利用归一化差值为1的主瓣峰顶附近两条谱线对式(1)的窗函数进行改进，得到平顶窗函数的表达式窗谱函数的比值，解一个以校正频率为变量的方程实现对频

8、率的校正。设窗函数的频谱函数为，()，主瓣中心两相(c)：{【—u(2)邻谱线分别为，+1，其对应的幅值离散谱分别为Y，￡=0式中：k为正常数，表示时域信号幅度与F订’谱幅度的比Y，由()，，(+1)，Y和，，解非线性方程备=值，与时域信号的幅度变化无关。微波测距在幅值精度准L就能求出谱线校正量Ak=一，则校正频率为确的前提下，对信号谱的频率分辨率要求较高，因此，可以Yk+1对信号分别加式(1)和式(2)的窗函数后进行FfTr处理，将，，=(k+Ak)—ds谱1作为基