專利名稱：一種利用梯形調制波判斷調頻連續波測距時有無強信號干擾的方法
技術領域：
本發明涉及一種判斷調頻連續波測距時有無強信號干擾的方法，特別涉及一種利用梯形調制波判斷調頻連續波測距時有無強信號干擾的方法，屬于調頻連續波測距領域。
背景技術：
調頻連續波測距的原理是發射信號頻率按照某種調制波形變化，發射信號在碰到目標后產生回波，由于回波信號滯后，回波信號頻率和發射信號頻率之間存在差頻，該差頻和目標距離之間存在固定關系，準確檢測該差頻即可準確測距。如果有強信號干擾，干擾信號會混入差頻信號，使差頻信號的頻率估計產生較大誤差，繼而使測得的距離產生較大偏差。如果能夠判斷有無強信號干擾，即可知此時測得的距離是否可信，并為后續濾除干擾信號提供必要信息。目前常用于調頻連續波測距系統的調制方式主要有線性調頻和非線性調頻兩大類。其中線性調頻主要包括鋸齒波調頻和三角波調頻，即發射信號頻率按照鋸齒波或者三角波規律變化，其差頻頻率和目標距離有簡單的對應關系，方便測距。非線性調制主要是正弦波調制，即發射信號頻率按正弦波的規律變化，其差頻頻率與目標距離之間不是線性關系，測距精度不高，還存在嚴重的距離模糊。這些現有的調制波形都不能對判斷有無強信號干擾提供幫助。
發明內容
本發明要解決的技術問題利用梯形調制波特點，判斷梯形調制波調頻連續波測距時有無強信號干擾。本發明公開了一種利用梯形調制波判斷調頻連續波測距時有無強信號干擾的方法。本發明的目的是通過以下技術方案實現的本發明公開的一種利用梯形調制波判斷調頻連續波測距時有無強信號干擾的方法，發射信號頻率按照梯形調制波形變化，發射信號在碰到目標后產生滯后的回波，回波信號頻率和發射信號頻率之間存在差頻。所述的梯形調制波形在一個周期內由一個上升段、一個高平坦段、一個下降段和一個低平坦段組成，上一段的終點和下一段的起點相接。上升段為一斜率為正的斜線，下降段為一斜率為負的斜線，兩個平坦段是直線，其中上升段、高平坦段和下降段組成一個正立的梯形，下降段、低平坦段和下個周期的上升段組成一個倒立的梯形。所述的梯形調制波形經過數字模擬轉換器DAC轉換成模擬信號，再經放大器放大，驅動壓控振蕩器VCO產生調頻發射信號，其頻率按上述的梯形調制波形變化。梯形調制波形回波信號頻率和發射信號頻率之間存在差頻，梯形調制波形回波信號和發射信號通過混頻器得到差頻信號，所述的差頻信號也是周期性的，所述的一個周期內差頻信號區域劃分如下，第一規則區對應發射信號調制波形的上升段的時間內差頻信號頻率是直線且為正值；第一不規則區對應調制波形上升段和高平坦段轉折點的時間內，差頻信號頻率線性下降；第二規則區對應調制波形的高平坦段的時間內差頻信號頻率是直線且為零；第二不規則區對應調制波形高平坦段和下降段轉折點的時間內，差頻信號頻率線性下降；第三規則區對應調制波形的下降段的時間內差頻信號頻率是直線且為負值；第三不規則區對應調制波形下降段和低平坦段轉折點的時間內，差頻信號頻率線性上升；第四規則區對應調制波形的低平坦段的時間內差頻信號頻率是直線且為零；第四不規則區對應調制波形低平坦段和下一周期上升段的轉折點的時間內，差頻信號頻率線性上升。所述的梯形波調制方法對應的差頻信號頻率在第二規則區和第四規則區為零，在經過后續的濾波器后，第二規則區和第四規則區差頻信號能量較小，差頻信號能量值近似為零。可以通過檢測該時間段內的差頻信號能量來判斷是否存在強信號干擾。在無強信號干擾情況下，第二規則區內差頻信號能量與第一規則區差頻信號能量之比小于設定的門限值，第四規則區內差頻信號能量與第三規則區差頻信號能量之比小于設定的門限值。如果存在強信號干擾，第二規則區內差頻信號能量與第一規則區差頻信號能量之比明顯大于無干擾信號條件下二者的比值，第二規則區內差頻信號能量與第一規則區差頻信號能量之比大于設定的門限值；第四規則區內差頻信號能量與第三規則區差頻信號能量之比明顯大于無干擾信號條件下二者的比值，第四規則區內差頻信號能量與第三規則區差頻信號能量之比大于設定的門限值。如果通過判據確定存在強信號干擾，通過濾除所述的強干擾信號可提高系統的抗干擾能力。有益效果1、本發明公開的一種利用梯形調制波判斷調頻連續波測距時有無強信號干擾的方法，利用梯形波調制信號特點，判斷梯形調制波調頻連續波測距時有無強信號干擾的方法。如果能夠判斷有無強信號干擾，即可知此時測得的距離是否可信，并為后續濾除干擾信號提供必要信息。
圖1是目前已有的線性調頻方式(以三角波為例)的發射信號、回波信號和差頻信號頻率示意圖；圖2是本發明提出的梯形波調制方法的發射信號、回波信號和差頻信號頻率示意圖。其中1 一三角波調制時發射信號頻率曲線、2—三角波調制時回波信號頻率曲線、3一二角波調制時的頻率轉折點、4 一二角波調制時差頻信號不規則區、5 一二角波調制時差頻號頻率曲線、6—上升段、7—第一轉折點、8 —聞平坦段、9 一第二轉折點、10—下降段、
11一低平坦段、12—下一周期的上升段、13—梯形波調制的發射信號頻率曲線、14 一梯形波調制的回波信號頻率曲線、15—第一規則區、16—第一不規則區、17—第二規則區、18—第二不規則區、19—第三規則區、20—第三不規則區、21—第四規則區、22—第四不規則區、23—下一周期的第一規則區、24—梯形波調制時差頻信號頻率變化曲線。
具體實施例方式實施例
本發明公開的一種利用梯形調制波判斷調頻連續波測距時有無強信號干擾的方法，發射信號頻率按照梯形調制波形變化，發射信號在碰到目標后產生滯后的回波，回波信號頻率和發射信號頻率之間存在差頻。如圖2所示，所述的梯形調制波形在一個周期內由上升段6、高平坦段8、下降段10和低平坦段11組成，上一段的終點和下一段的起點相接。上升段6為一斜率為正的斜線，下降段10為一斜率為負的斜線，高平坦段8和低平坦段11是直線，其中上升段6、高平坦段8和下降段10組成一個正立的梯形，下降段10、低平坦段11和下個周期的上升段12組成一個倒立的梯形。所述的梯形調制波形經過數字模擬轉換器DAC轉換成模擬信號，再經放大器放大，驅動壓控振蕩器VCO產生調頻發射信號，其頻率按上述的梯形調制波形變化。梯形調制波形回波信號頻率和發射信號頻率之間存在差頻，梯形調制波形回波信號和發射信號通過混頻器得到差頻信號，所述的差頻信號也是周期性的，所述的一個周期內差頻信號區域劃分如下，如圖2所示，第一規則區15對應發射信號調制波形的上升段6的時間內差頻信號頻率是直線且為正值；第一不規則區16對應調制波形上升段6和高平坦段8轉折點的時間內，差頻信號頻率線性下降；第二規則區17對應調制波形的高平坦段8的時間內差頻信號頻率是直線且為零；第二不規則區18對應調制波形高平坦段8和下降段10轉折點的時間內，差頻信號頻率線性下降；第三規則區19對應調制波形的下降段10的時間內差頻信號頻率是直線且為負值；第三不規則區20對應調制波形下降段10和低平坦段11轉折點的時間內，差頻信號頻率線性上升；第四規則區21對應調制波形的低平坦段11的時間內差頻信號頻率是直線且為零；第四不規則區22對應調制波形低平坦段11和下一周期上升段12的轉折點的時間內，差頻信號頻率線性上升。所述的梯形波調制方法對應的差頻信號頻率在第二規則區17和第四規則區21為零，在經過后續的濾波器后，第二規則區17和第四規則區21差頻信號能量較小，差頻信號能量值近似為零。可以通過檢測該時間段內的差頻信號能量來判斷是否存在強信號干擾。在無強信號干擾情況下，第二規則區17內差頻信號能量與第一規則區15差頻信號能量之比小于設定的門限值，第四規則區21內差頻信號能量與第三規則區19差頻信號能量之比小于設定的門限值。如果存在強信號干擾，第二規則區17內差頻信號能量與第一規則區15差頻信號能量之比明顯大于無干擾信號條件下二者的比值，第二規則區17內差頻信號能量與第一規則區15差頻信號能量之比大于設定的門限值；第四規則區21內差頻信號能量與第三規則區19差頻信號能量之比明顯大于無干擾信號條件下二者的比值，第四規則區21內差頻信號能量與第三規則區19差頻信號能量之比大于設定的門限值。如果能夠判斷有無強信號干擾，即可知此時測得的距離是否可信，并為后續濾除干擾信號提供必要信息。
權利要求
1.一種利用梯形調制波判斷調頻連續波測距時有無強信號干擾的方法，其特征在于具體步驟如下；發射信號頻率按照梯形調制波形變化，發射信號在碰到目標后產生滯后的回波，回波信號頻率和發射信號頻率之間存在差頻；所述的梯形調制波形在一個周期內由一個上升段、一個高平坦段、一個下降段和一個低平坦段組成，上一段的終點和下一段的起點相接；上升段為一斜率為正的斜線，下降段為一斜率為負的斜線，兩個平坦段是直線，其中上升段、高平坦段和下降段組成一個正立的梯形，下降段、低平坦段和下個周期的上升段組成一個倒立的梯形；梯形調制波形回波信號和發射信號通過混頻器得到差頻信號，所述的差頻信號也是周期性的，所述的一個周期內差頻信號區域劃分如下，第一規則區對應發射信號調制波形的上升段的時間內差頻信號頻率是直線且為正值；第一不規則區對應調制波形上升段和高平坦段轉折點的時間內，差頻信號頻率線性下降；第二規則區對應調制波形的高平坦段的時間內差頻信號頻率是直線且為零；第二不規則區對應調制波形高平坦段和下降段轉折點的時間內，差頻信號頻率線性下降；第三規則區對應調制波形的下降段的時間內差頻信號頻率是直線且為負值；第三不規則區對應調制波形下降段和低平坦段轉折點的時間內，差頻信號頻率線性上升；第四規則區對應調制波形的低平坦段的時間內差頻信號頻率是直線且為零；第四不規則區對應調制波形低平坦段和下一周期上升段的轉折點的時間內，差頻信號頻率線性上升；所述的梯形波調制方法對應的差頻信號頻率在第二規則區和第四規則區為零，在經過后續的濾波器后，第二規則區和第四規則區差頻信號能量較小，差頻信號能量值近似為零；通過檢測該時間段內的差頻信號能量來判斷是不是存在強信號干擾；在無強信號干擾情況下，第二規則區內差頻信號能量與第一規則區差頻信號能量之比小于設定的門限值，第四規則區內差頻信號能量與第三規則區差頻信號能量之比小于設定的門限值；如果存在強信號干擾，第二規則區內差頻信號能量與第一規則區差頻信號能量之比明顯大于無干擾信號條件下二者的比值，第二規則區內差頻信號能量與第一規則區差頻信號能量之比大于設定的門限值；第四規則區內差頻信號能量與第三規則區差頻信號能量之比明顯大于無干擾信號條件下二者的比值，第四規則區內差頻信號能量與第三規則區差頻信號能量之比大于設定的門限值。
2.根據權利要求1所述的一種利用梯形調制波判斷調頻連續波測距時有無強信號干擾的方法，其特征在于通過判斷有無強信號干擾確定此時測得的距離是否可信；如果通過判據確定存在強信號干擾，通過濾除所述的強干擾信號提高系統的抗干擾能力。
3.根據權利要求1或2所述的一種利用梯形調制波判斷調頻連續波測距時有無強信號干擾的方法，其特征在于所述的梯形調制波形經過數字模擬轉換器DAC轉換成模擬信號，再經放大器放大，驅動壓控振蕩器VCO產生調頻發射信號，其頻率按權利要求1所述的梯形調制波形變化。
4.根據權利要求3所述的一種利用梯形調制波判斷調頻連續波測距時有無強信號干擾的方法，其特征在于利用數字處理芯片實現信號處理；所述的數字處理芯片為數字信號處理器DSP、可編程邏輯門陣列FPGA或計算機。
5.根據權利要求1或2所述的一種利用梯形調制波判斷調頻連續波測距時有無強信號干擾的方法，其特征在于利用數字處理芯片實現信號處理；所述的數字處理芯片為數字信號處理器DSP、可編程邏輯門陣列FPGA或計算機。
全文摘要
本發明公開的一種利用梯形調制波判斷調頻連續波測距時有無強信號干擾的方法，屬于調頻連續波測距領域。本發明通過檢測差頻信號能量來判斷是不是存在強信號干擾；在無強信號干擾情況下，第二規則區內差頻信號能量與第一規則區差頻信號能量之比小于設定的門限值，第四規則區內差頻信號能量與第三規則區差頻信號能量之比小于設定的門限值；如果存在強信號干擾，第二規則區內差頻信號能量與第一規則區差頻信號能量之比大于設定的門限值；第四規則區內差頻信號能量與第三規則區差頻信號能量之比大于設定的門限值。通過判斷有無強信號干擾確定此時測得的距離是否可信；如果通過判據確定存在強信號干擾，通過濾除所述的強干擾信號提高系統的抗干擾能力。
文檔編號G01S13/34GK102998671SQ201210483010
公開日2013年3月27日 申請日期2012年11月23日 優先權日2012年11月23日
發明者徐立新, 潘曦, 張兆森, 王正浩, 向程勇 申請人:北京理工大學