应用FFT的高精度FMCW雷达频率测量算法

2014-04-03

自动化仪表 2014年3期

(中北大学电子测试技术国家重点实验室,山西太原 030051)

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随着雷达技术的迅速发展，采用调频连续波(frequency modulated continuous wave,FMCW)雷达体制的测距测速系统已被广泛地应用于日常生活和工业生产中。FMCW雷达测距测速的关键在于测量差频信号的频率，差频信号在理想情况下是单频的正弦信号，通常采用快速傅里叶变换(fast Fourier transform，FFT)的方法分析信号频谱，估计信号的频率。FFT存在能量泄漏和栏栅效应，当信号频谱峰值谱线不能与频谱主瓣的中心重合时，便会产生频率测量误差。为了解决离散频谱分析误差较大的问题，目前国内外学者研究并提出了包括能量重心法在内的离散频谱校正理论与技术[1]。能量重心法能够通过功率谱主瓣内的谱线估计主瓣中心的位置，解决了栏栅现象；但该方法在信号非整周期加窗截断时，能量泄漏增大，频率测量精度较低。

为了进一步减小频率测量误差，本文提出了一种能量重心法和截断长度调整相结合的频率估计算法。该算法首先对以默认长度截断的采样信号做FFT，采用4点能量重心法粗略估计信号频率；然后根据估计的结果调整截断长度，以满足整周期采样；最后再对信号采用离散频谱3点能量重心法精确校正频率。该算法在LabVIEW环境下进行了编程，编写了FMCW雷达频率测量程序，这给信号处理的研究带来了极大的方便。结果表明，该算法具有更高的频率测量精度和更小的测量误差。