一種帶有頻率細化插值的高精度液位測量方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于液位計雷達領域，涉及一種基于頻率細化插值的線性調(diào)頻連續(xù)波雷達高精度液位距離測量方法。
【背景技術】
[0002]線性調(diào)頻連續(xù)波雷達是一種通過對連續(xù)波進行頻率調(diào)制來獲得目標的距離與速度信息的雷達體制，其發(fā)射信號的頻率在一個調(diào)頻周期內(nèi)線性變化，調(diào)頻周期遠遠大于雷達最大作用距離所對應的回波延時。由于接收到的回波信號相對發(fā)射信號存在時間延遲，當雷達與目標相對靜止時，回波信號與發(fā)射信號對應的本振頻率之間的頻率差即為因距離延遲產(chǎn)生的頻率差。線性調(diào)頻連續(xù)波雷達即是通過對回波信號與發(fā)射信號之間的頻率差進行測量，然后利用回波信號與發(fā)射信號之間的頻率差與目標距離之間的關系實現(xiàn)對目標距離的測量。
[0003]因此，線性調(diào)頻連續(xù)波雷達的測距精度取決于雷達對回波信號與發(fā)射信號之間的頻率差的測頻精度。當雷達參數(shù)一定的情況下，測頻精度由發(fā)射信號的調(diào)頻帶寬決定，發(fā)射信號的調(diào)頻帶寬越大，測頻精度越高。但是，由于受到計算能力和硬件條件等的限制，液位計雷達并不能無限地提高發(fā)射信號的調(diào)頻帶寬。因此現(xiàn)有的方法提高液位計雷達測距精度的能力十分有限，遠不能達到1_的水平。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]提供一種基于頻率插值的線性調(diào)頻連續(xù)波液位計雷達高精度液位距離測量方法，通過使用頻率插值方法對回波信號與發(fā)射信號之間的頻率差進行高精度估計，達到提高液位計雷達測距精度的目的。
[0005]本發(fā)明提供了一種帶有頻率細化插值的高精度液位測量方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0006]對由回波信號和發(fā)射信號相減得到的差頻信號進行快速傅里葉變換，得到差頻信號的功率譜；
[0007]找到所述差頻信號功率譜的峰值點，再在峰值點的相鄰兩點中找到幅度較大的點記為次大值點；
[0008]以差頻信號功率譜的峰值點和次大值點所對應的頻率為起始邊界點，確定一個初始搜索范圍，在確定的初始搜索范圍的中點位置進行頻率插值，將邊界點和中點作為一組頻率插值點，計算每組頻率插值點所對應的離散傅里葉變換結果，找出每組離散傅里葉變換結果中幅度值最大的兩個點所對應的頻率作為新的邊界點，構成新的搜索范圍，在新的搜索范圍中繼續(xù)進行頻率插值；
[0009]當新的搜索范圍的頻率插值點中的邊界點所對應的離散傅里葉變換結果相等時，所找到的新的搜索范圍的頻率插值點中的中點所對應的頻率即為差頻信號中心頻率所對應的最優(yōu)頻譜分量；
[0010]最后使用所述的最優(yōu)頻譜分量計算出對應的高精度液位距離。
[0011]提供了一種高精度液位測量方法，通過頻率插值對回波信號與發(fā)射信號之間的頻率差進行高精度估計，可以將液位計雷達的液位距離測量精度提高到1_。
【具體實施方式】
[0012]下面通過具體的實施方式對本發(fā)明做進一步的說明。
[0013]對某型液位計雷達進行高精度液位距離測量時，根據(jù)技術指標設定液位計雷達發(fā)射信號的調(diào)頻帶寬為2GHz，頻率調(diào)制時間為10.24ms，采樣率為100kHz，信噪比為26dB。
[0014]預設一個液面目標,該目標的液位距離為20.0Olm,構造一組差頻信號。由液面目標的液位距離、液位計雷達發(fā)射信號的調(diào)頻帶寬和頻率調(diào)制時間可以計算得到差頻信號的中心頻率為26060.9979Hz ;由液位計雷達頻率調(diào)制時間和采樣率可以計算得到差頻信號的采樣點個數(shù)為1024。
[0015]首先對差頻信號進行快速傅里葉變換，找到差頻信號功率譜的峰值點和次大值點的位置分別為267和266，結合液位計雷達的采樣率和差頻信號的采樣點個數(shù)可以計算得到差頻信號功率譜的峰值點和次大值點所對應的頻率分別為26074.21875Hz和25976.5625Hz。按照現(xiàn)有的線性調(diào)頻連續(xù)波雷達液位距離測量方法，由液位計雷達的采樣率、發(fā)射信號的調(diào)頻帶寬、頻率調(diào)制時間，以及差頻信號的采樣點個數(shù)、差頻信號功率譜的峰值點位置，可以計算得到該液面目標的液位距離為20.01115m，測距誤差為10.15mm。使用本發(fā)明提供的方法，在差頻信號功率譜的峰值點和次大值點所對應的頻率之間進行頻率插值，進行8次頻率插值即找到差頻信號中心頻率所對應的最優(yōu)頻譜分量的位置為266.8671875，結合液位計雷達的采樣率和差頻信號的采樣點個數(shù)可以計算得到最優(yōu)頻譜分量所對應的頻率值為26061.24878Hz，再使用液位計雷達發(fā)射信號的調(diào)頻帶寬和頻率調(diào)制時間可以計算得到液面目標的液位距離為20.00119m，測距誤差為0.19mm，遠小于1mm。因此，可判定該方法成功實現(xiàn)了液位計雷達的高精度液位距離測量，并且能夠將液位距離測量誤差控制在Imm以內(nèi)，極大地提高了液位計雷達的液位距離測量精度。
【主權項】
1.一種帶有頻率細化插值的高精度液位測量方法，其特征在于，包括以下步驟: 對由回波信號和發(fā)射信號相減得到的差頻信號進行快速傅里葉變換，得到差頻信號的功率譜； 找到所述差頻信號功率譜的峰值點，再在峰值點的相鄰兩點中找到幅度較大的點記為次大值點； 以差頻信號功率譜的峰值點和次大值點所對應的頻率為起始邊界點，確定一個初始搜索范圍，在確定的初始搜索范圍的中點位置進行頻率插值，將邊界點和中點作為一組頻率插值點，計算每組頻率插值點所對應的離散傅里葉變換結果，找出每組離散傅里葉變換結果中幅度值最大的兩個點所對應的頻率作為新的邊界點，構成新的搜索范圍，在新的搜索范圍中繼續(xù)進行頻率插值； 當新的搜索范圍的頻率插值點中的邊界點所對應的離散傅里葉變換結果相等時，所找到的新的搜索范圍的頻率插值點中的中點所對應的頻率即為差頻信號中心頻率所對應的最優(yōu)頻譜分量； 最后使用所述的最優(yōu)頻譜分量計算出對應的高精度液位距離。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種帶有頻率細化插值的高精度液位測量方法，包括以下步驟：對由回波信號和發(fā)射信號相減得到的差頻信號進行快速傅里葉變換，得到差頻信號的功率譜；找到所述差頻信號功率譜的峰值點，再在峰值點的相鄰兩點中找到幅度較大的點記為次大值點；以差頻信號功率譜的峰值點和次大值點所對應的頻率為起始邊界點，確定一個初始搜索范圍，在確定的初始搜索范圍的中點位置進行頻率插值，將邊界點和中點作為一組頻率插值點，計算每組頻率插值點所對應的離散傅里葉變換結果，找出每組離散傅里葉變換結果中幅度值最大的兩個點所對應的頻率作為新的邊界點，構成新的搜索范圍，在新的搜索范圍中繼續(xù)進行頻率插值。
【IPC分類】G01F23/284, G01S13/34
【公開號】CN105675083
【申請?zhí)枴?br>【發(fā)明人】郭明明, 彭向軍, 謝金華, 王福友, 孫菲, 聶巖峰
【申請人】中國航空工業(yè)集團公司雷華電子技術研究所
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2014年11月20日