一种校准方法以及校准装置

摘要

本发明公开了一种校准方法以及校准装置，其中校准方法包括以下步骤：接收调频连续波信号发射器发射的调频连续波信号，调频连续波信号经过干涉处理，得到的干涉信号，根据的干涉信号求得调频连续波信号中的非线性项的响应参数，得到调频连续波信号的现实信号；根据所述调频连续波的现实信号对电学信号进行预失真处理求得目标电学信号，根据目标电学信号校准调频连续波发射器。本发明将调频连续波信号先进行干涉，再利用匹配傅里叶变换算法处理干涉信号，能够精确、快速地计算出调频连续波信号中的非线性项的响应参数，并利用电学信号预失真方法计算出合适的电学信号强度完成调频连续波信号发射器的非线性校准。

权利要求

1.一种校准方法，其特征在于，包括以下步骤：接收调频连续波信号发射器发射的调频连续波信号，所述调频连续波信号经过干涉处理，得到干涉信号，根据所述干涉信号求得所述调频连续波信号中的非线性项的响应参数，得到所述调频连续波信号的现实信号；

根据所述调频连续波的现实信号对电学信号进行预失真处理求得目标电学信号，根据所述目标电学信号校准所述调频连续波信号发射器；

得到所述调频连续波信号的现实信号，具体包括：所述干涉信号包括频率差函数，所述频率差函数中包括各阶适应系数；

结合相位变化量利用匹配傅里叶变换算法处理所述频率差函数，得到频域信号变换函数；根据所述频域信号变换函数、相位变化量以及各阶适应系数，求得所述调频连续波信号中的非线性项的响应参数，得到所述调频连续波信号的现实信号的频率变化函数；

所述相位变化量包括相位变化量函数，所述相位变化量函数中包括各阶频率，在所述频域信号变换函数中达到最大频域信号值时的各阶频率则为各阶适应系数。

2.根据权利要求1所述的校准方法，其特征在于，对电学信号进行预失真处理求得目标电学信号，具体包括：

根据所述调频连续波信号以及电学信号，求得所述调频连续波信号与所述电学信号的转换关系；根据所述转换关系以及调频连续波信号的目标信号求得目标电学信号。

3.根据权利要求1所述的校准方法，其特征在于，所述频率差函数为：，

其中，ξi为各阶适应系数， ，i=1，2,3……N，t为时间，N为正整数。

4.根据权利要求1所述的校准方法，其特征在于，所述频域信号变换函数为：，

其中， 为相位变化量函数，ε1到εN为各阶频率，T为t的最大值，s（t）为干涉信号的信号强度。

5.根据权利要求1所述的校准方法，其特征在于，所述调频连续波信号的频率变化函数为：

，

其中， 为线性项， 为非线性项，f0为所述调频连续波信号在起始时间的频率，为已知数，f1为线性调频速率，为已知数，t为时间，f2到fN为非线性项的响应参数，N为正整数。

6.根据权利要求1所述的校准方法，其特征在于，得到干涉信号，具体包括：将所述调频连续波信号分为两路，其中一路调频连续波信号经过延时后再并入另一路调频连续波信号，获得所述调频连续波信号的干涉信号。

7.根据权利要求5所述的校准方法，其特征在于，所述起始时间为所述电学信号产生锯齿波信号作为调制信号加载到调频连续波信号发射器后，所述锯齿波信号的频率上升时间段的起始时间点。

8.一种校准装置，用于实现权利要求1‑7任一项所述的校准方法，其特征在于，包括：电学信号发生器，用于产生电学信号；

调频连续波信号发射器，用于发射调频连续波信号；

干涉信号产生装置，用于干涉所述调频连续波信号，产生干涉信号；

数据采集器，用于采集所述干涉信号；

数据处理器，用于处理所述干涉信号，得到目标电学信号；

所述电学信号发生器电连接所述调频连续波信号发射器，所述调频连续波信号发射器电连接所述干涉信号产生装置，所述干涉信号产生装置电连接所述数据采集器，所述数据采集器电连接所述数据处理器，所述数据处理器将所述目标电学信号发送给电学信号发生器。

9.根据权利要求8所述的校准装置，其特征在于，所述干涉信号产生装置包括第一耦合器、第二耦合器以及延时器，所述第一耦合器将所述调频连续波信号分成两路，其中一路经过延时器后进入第二耦合器，另一路直接进入第二耦合器，所述第二耦合器将两路信号集合形成干涉信号。

说明书

一种校准方法以及校准装置

技术领域

[0001] 本申请涉及调频连续波信号发射器，具体涉及调频连续波信号发射器的校准方法。

背景技术

[0002] 线性调频连续波雷达向目标发射经过频率被线性调制后的调频连续波信号，并接受目标反射的回波信号，将调频连续波信号和回波信号混频后输出差频信号，通过计算差
频信号的频率得出目标的距离和速度信息。线性调频连续波雷达可用于快速、准确地测量
目标物体距雷达的距离以及与雷达的相对速度。

[0003] 调频连续波信号发射器是线性调频连续波雷达发射必不可少的器件，电学信号产生装置产生电学信号对线性调频连续波信号进行调制。调频连续波信号发射器的调频线性
度决定了线性调频连续波雷达的信号质量，同时也决定了线性调频连续波雷达的测距精度
和量程。调频线性度越大，线性调频连续波雷达的信号质量越低，线性调频连续波雷达的测
距精度越低，量程越短。

[0004] 调频连续波信号发射器的调频线性度由调频非线性项带来，准确评估和计算调频非线性项的响应参数是调频连续波信号发射器校准等技术工作的重要步骤。调频连续波信
号发射器的非线性项主要由驱动电路的电学信号与调频连续波信号的非线性对应关系造
成。

发明内容

[0005] 为了校准调频连续波信号发射器发射较为理想的调频连续波信号，本发明提供一种校准方法。

[0006] 一种校准方法，包括以下步骤：

[0007] 接收调频连续波信号发射器发射的调频连续波信号，所述调频连续波信号经过干涉处理，得到干涉信号，根据所述干涉信号求得所述调频连续波信号中的非线性项的响应
参数，得到所述调频连续波信号的现实信号。干涉信号的频率为调频连续波信号的本振信
号的频率与接收信号频率的频率差。

[0008] 根据所述调频连续波的现实信号对电学信号进行预失真处理求得目标电学信号，根据所述目标电学信号校准所述调频连续波信号发射器。

[0009] 进一步地，得到所述调频连续波信号的现实信号，具体包括：

[0010] 所述干涉信号包括频率差函数，所述频率差函数中包括各阶适应系数；

[0011] 结合相位变化量利用匹配傅里叶变换算法处理所述频率差函数，得到频域信号变换函数；根据所述频域信号变换函数、相位变化量以及各阶适应系数，求得所述调频连续波
信号中的非线性项的响应参数，得到所述调频连续波信号的现实信号的频率变化函数；

[0012] 所述相位变化量包括相位变化量函数，所述相位变化量函数中包括各阶频率，在所述频域信号变换函数中达到最大频域信号值时的各阶频率则为各阶适应系数。

[0013] 进一步地，对电学信号进行预失真处理求得目标电学信号，具体包括：

[0014] 根据所述调频连续波信号以及电学信号，求得所述调频连续波信号与所述电学信号的转换关系；根据所述转换关系以及调频连续波信号的目标信号求得目标电学信号。

[0015] 进一步地，所述频率差函数为：

[0016] ，

[0017] 其中，ξi为各阶适应系数， ，i=1，2,3……N，t为时间，N为正整数。

[0018] 进一步地，所述频域信号变换函数为：，

[0019] 其中， 为相位变化量函数，ε1到εN为各阶频率，T为t的最大值，s（t）为干涉信号的信号强度。

[0020] 进一步地，所述调频连续波信号的频率变化函数为：

[0021] ，

[0022] 其中， 为线性项， 为非线性项，f0为所述调频连续波信号在起始时间的频率，为已知数，f1为线性调频速率，为已知数，t为时间，f2到fN为非线性项的
响应参数，N为正整数，N可以根据实际需求进行选择，N越大精度越高，但工作量也越大。

[0023] 进一步地，得到干涉信号，具体包括：

[0024] 将所述调频连续波信号分为两路，其中一路调频连续波信号经过延时后再并入另一路调频连续波信号，获得所述调频连续波信号的干涉信号。

[0025] 进一步地，所述起始时间为所述电学信号产生锯齿波信号作为调制信号加载到调频连续波信号发射器后，所述锯齿波信号的频率上升时间段的起始时间点。

[0026] 本发明还提供了一种校准装置，包括：

[0027] 电学信号发生器，用于产生电学信号；

[0028] 调频连续波信号发射器，用于发射调频连续波信号；

[0029] 干涉信号产生装置，用于干涉所述调频连续波信号，产生干涉信号；

[0030] 数据采集器，用于采集所述干涉信号；

[0031] 数据处理器，用于处理所述干涉信号，得到目标电学信号；

[0032] 所述电学信号发生器电连接所述调频连续波信号发射器，所述调频连续波信号发射器电连接所述干涉信号产生装置，所述干涉信号产生装置电连接所述数据采集器，所述
数据采集器电连接所述数据处理器，所述数据处理器将所述目标电学信号发送给电学信号
发生器。

[0033] 进一步地，所述干涉信号产生装置包括第一耦合器、第二耦合器以及延时器，所述第一耦合器将所述调频连续波信号分成两路，其中一路经过延时器后进入第二耦合器，另
一路直接进入第二耦合器，所述第二耦合器将两路信号集合形成干涉信号。

[0034] 本发明的有益效果在于：

[0035] 本发明通过降低调频连续波信号发射器的非线性项的响应参数值，降低调频连续波信号发射器的调频线性度，从而使调频连续波雷达的测距精度高、量程长。

[0036] 先将调频连续波信号进行干涉，再利用匹配傅里叶变换算法处理干涉信号，能够精确、快速地计算出调频连续波信号中的非线性项的响应参数，并利用电学信号预失真方
法计算出合适的电学信号强度完成调频连续波信号发射器的非线性校准，低成本地实现了
调频连续波信号发射器的校准。

附图说明

[0037] 为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本
申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以
根据这些附图获得其他的附图。

[0038] 图1是校准方法的步骤示意图；

[0039] 图2是求得响应参数的过程示意图；

[0040] 图3是校准装置结构示意图。

具体实施方式

[0041] 为使得本申请的申请目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述
的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而非全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域
普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护
的范围。

[0042] 下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。

[0043] 实施例1

[0044] 从现有技术中可知，调频线性度决定了线性调频连续波雷达的信号质量，调频线性度越大，线性调频连续波雷达的信号质量越低，线性调频连续波雷达的测距精度越低，量
程越短。调频线性度的函数关系为:

[0045]

[0046] L表示待求的调频线性度，fcmax表示调频连续波信号的现实信号的频率相对于调频连续波信号的目标信号的频率之差的最大值，B是总调频范围，为已知的不变量。所以要
实现降低调频线性度，则需要使fcmax无限小，也就是说，要使调频连续波信号无限接近于目
标信号。

[0047] 本实施例提供一种校准方法，用于校准调频连续波信号发射器，通过调整电学信号来调制调频连续波信号，如图1所示，包括以下步骤：

[0048] 接收调频连续波信号发射器发射的调频连续波信号，调频连续波信号经过干涉处理，得到干涉信号，根据干涉信号求得调频连续波信号中的非线性项的响应参数，得到调频
连续波信号的现实信号。干涉信号的频率为调频连续波信号的本振信号的频率与接收信号
的频率的频率差。

[0049] 根据所述调频连续波的现实信号对电学信号进行预失真处理求得目标电学信号，根据所述目标电学信号校准所述调频连续波发射器。

[0050] 其中，到所述调频连续波信号的现实信号，具体包括：

[0051] 干涉信号包括频率差函数，频率差函数中包括各阶适应系数。

[0052] 结合相位变化量利用匹配傅里叶变换算法处理所述频率差函数，得到频域信号变换函数；根据所述频域信号变换函数、相位变化量以及各阶适应系数，求得所述调频连续波
信号中的非线性项的响应参数，得到调频连续波信号的现实信号。

[0053] 相位变化量包括相位变化量函数，相位变化量函数中包括各阶频率，所述各阶频率在所述频域信号变换函数中达到最大频域信号值时的各阶频率则为各阶适应系数。

[0054] 调频连续波信号的频率变化函数为：

[0055]               ………公式（1）

[0056] 其中， 为线性项， 为非线性项，f0为调频连续波信号在起始时间的频率，为已知数，f1为线性调频速率，为已知数，t为时间，f2到fN为非线性项的响应
参数，N为正整数，N可以根据实际需求进行选择，N越大精度越高，但工作量也越大。起始时
间为电学信号产生锯齿波信号作为调制信号加载到调频连续波信号发射器后，锯齿波信号
的频率上升时间段的起始时间点。

[0057] 这是还没有经过校准步骤的现实信号。而本发明的目标就是实现f2到fN的数值无线趋向于零，从而使得调频连续波信号的频率变化是线性变化的。其中，调频连续波信号的
目标信号的频率变化函数为：

[0058]                                         ………公式（2）

[0059] 也就是说，本实施例的校准方法的目标就是使公式（1）无限趋近于公式（2）。

[0060] 干涉信号的频率差函数为：

[0061]                     ………公式（3）

[0062] 其中，ξi为各阶适应系数，i=1，2，3……N，t为时间，N为正整数，

[0063]                                  ………公式（4）

[0064] 得出干涉信号的频率差函数的过程包括以下步骤：

[0065] 调频连续波信号发射出来后经过干涉信号产生装置，干涉信号产生装置由第一耦合器、第二耦合器以及延时器组成。第一耦合器将调频连续波信号分成两路，其中一路经过
延时器后进入第二耦合器，延时时间为τ，另一路直接进入第二耦合器，所述第二耦合器将
两路信号集合形成干涉信号。

[0066] 所以，会出现两路信号，其中一路信号没有变化，还是公式（1）那样的频率变化，但其中一路经过了延时器，频率变化函数变为：

[0067]   ………公式（5）

[0068] 当两路信号的频率变化函数相减，即f（0 t）减f（1 t），得到干涉信号的频率差函数：

[0069]

[0070] 上述算式的合并同类项结果一定包含t0，t1，t2，…，tN项，那么把这些项的系数都记为 ，， ，…， 。所以得出以下的频率差函数：

[0071]              ………公式（6）

[0072] 其中，公式（3）比公式（6）少了一项ξ0，是因为干涉信号进入到数据采集器之后，由于数据采集器的响应频率有限，信号中的高频信号被丢失，即丢失ξ0，所以干涉信号的频率
0 1 2 N
差函数最终变为公式（3）的样子，各阶适应系数也就是t ，t ，t ，…，t的系数，计算函数为
。因为ξ0是已知数，丢失对计算并无影响。

[0073] 其中，利用匹配傅里叶变换算法处理频率差函数，得到的频域信号变换函数为：

[0074]           ………公式（7）

[0075] 为相位变化量函数，ε1到εN为各阶频率，T为t的最大值，s（t）为干涉信号的信号强度，s（t）是数据采集器测量出来的已知量。

[0076] 求得调频连续波信号的频率变化函数中的非线性项的响应参数，如图2所示，具体包括：

[0077] 现有已知量s（t），ε1= f1，那么只要i=2开始计算各阶频率。

[0078] 各阶频率ε2，…，εN在频域信号变换函数值F达到最大时的各阶频率则为各阶适应系数，分别对应 ，…， 。

[0079] 再利用已知的延时时间τ和公式（4）关于各项系数的计算函数可以求解得出非线性项的各阶响应参数f2，……，fN。从而，得出公式（1）的具体函数，也就是说，得出了调频连
续波信号的现实信号的一个周期内的调频连续波信号的具体函数。

[0080] 对电学信号进行预失真处理，求得目标电学信号，具体包括：

[0081] 根据上面求得的调频连续波信号的频率变化函数f（0 t）以及电学信号的变化函数E（0 t），求得调频连续波信号与电学信号之间的转换关系H（t）；

[0082] 根据转换关系H（t）以及调频连续波信号的目标信号f（t），求得目标电学信号。

[0083] 电学信号发生器产生锯齿波信号在一个周期内的变化函数为：

[0084]                                         ………公式（8）

[0085] 其中，E（0 t）表示电学信号的强度，，k表示斜率，t为时间。

[0086] 电学信号与调频连续波信号的现实信号的转换关系为：

[0087]                                     ………公式（9）

[0088] 那么，可得：

[0089]                         ………公式（10）

[0090] 根据H（t）以及f（t），可得目标电学信号的强度应为:

[0091]                      ………公式（11）

[0092] 根据目标电学信号E（1 t）校准调频连续波发射器。

[0093] 在本实施例中，f0是一个初始频率值，为了方便计算也可以删除它，即使f0为0，并不影响最终结果。

[0094] 实施例2

[0095] 本实施例提供一种校准装置，如图3所示，包括：

[0096] 电学信号发生器，用于产生电学信号。

[0097] 调频连续波信号发射器，用于发射调频连续波信号。

[0098] 干涉信号产生装置，用于干涉所述调频连续波信号，产生干涉信号。

[0099] 本实施例中的干涉信号产生装置由第一耦合器、第二耦合器以及延时器组成；第一耦合器将调频连续波信号分成两路，其中一路经过延时器后进入第二耦合器，延时时间
为τ，另一路直接进入第二耦合器，所述第二耦合器将两路信号集合形成干涉信号。

[0100] 数据采集器，用于采集干涉信号产生装置产生的干涉信号；

[0101] 数据处理器，用于处理干涉信号，得到目标电学信号。

[0102] 电学信号发生器产生电学信号发送给调频连续波信号发射器，用于调制调频连续波信号。调频连续波信号发射器发射调频连续波信号传入干涉信号产生装置，产生干涉信
号输入到数据采集器中，数据采集器采集到干涉信号后将干涉信号传输给数据处理器，数
据处理器实现上述实施例1中的校准方法的计算方法，得到目标电学信号，将目标电学信号
再发送给电学信号发生器，目标电学信号调制出理想的调频连续波信号，理想的调频连续
波信号中的非线性项的响应参数无限趋近于零。

[0103] 本实施例中的调频连续信号发射器有多种，包括调频激光器或微波发射器等具有连续波信号发射功能的器件与设备。电学信号发生器也有多种，包括压电陶瓷发生器或光
电传感器等可以发出电压信号、电流信号或其他电学信号的发生器。

[0104] 在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，
仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以
结合或者可以集成到另一个装置，或一些特征可以忽略，或不执行。

[0105] 附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代
表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用
于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标
注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上
可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注
意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执
行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令
的组合来实现。