基于调频连续波的运动平台测高补偿算法研究

调频连续波雷达根据发射和接收线性调频信号的差拍频率计算目标高度,具有发射峰值功率小、硬件成本低和信号处理简单等优点,是当前高度表最常采用的一种测高波形。但当测高雷达相对地面运动,距离延时对应差拍频率和目标运动多普勒存在耦合时,直接将回波多普勒前沿检测结果作为差拍频率计算平台高度会存在较大偏差。通过对运动雷达发射调频连续波信号的回波信号进行数学建模,分析运动目标多普勒频率和距离延时对应差拍频率之间的耦合关系,给出一种改进的运动目标高度解算方法,并推导给出解析表达式。通过数值仿真,对比采用补偿方法的前后运动目标测高结果,说明所提出方法的有效性。

一种车载调频连续波后向投影成像方法

车载调频连续波成像是无人驾驶的关键技术,具有超宽带、宽波束等特点,使用常规距离维压缩方位向波束形成的成像方法在近场情况下会出现严重的距离走动,因此不再适用。为了实现方位向高分辨,本文提出一种基于后向投影的成像算法。首先通过计算成像区域内像素点到阵元天线之间的延时时间,其次对回波信号进行插值然后根据延时提取时域信号进行相参积累。该算法仅与时延有关,避免了菲涅耳近似,适用于近距离成像。文中推导了后向投影算法的成像原理并通过仿真分析验证了该算法的可行性和有效性。

调频连续波激光多路并行相干精密长度测量方法

面向航空航天等大型复杂机电系统,长度测量的需求从单独的一维位移测量发展到多目标、灵活便于拓展的多路并行测量。调频连续波激光雷达长度测量技术具备抗干扰、精度高、无合作等优势。本文基于调频连续波激光雷达技术开展多路并行相干精密长度测量方法研究,针对传统长度测量系统存在光纤色散、辅助路光纤漂移导致长度测量精度降低问题,提出一种含有氰化氢气体吸收池的三光路马赫-曾德尔干涉测量系统,在此基础上,基于光开关结构实现精密长度多路并行测量。通过精密导轨长度测量实验结果表明,提出的方法在3.6 m长度范围内标准差不超过25μm,实现了四路并行长度测量。与商用激光干涉仪测量结果比较,多路测量结果的绝对误差不超过30μm。

基于调频连续波的长距离电缆高阻故障定位精度提升研究

传统频域反射法对于长距离电缆高阻故障检测而言,存在检测效率低、遮蔽区域大、抗干扰能力弱等问题。基于此,提出一种基于调频连续波的定位方法以提升高阻故障定位精度。首先,建立了故障电缆分布参数等效模型,阐述了基于调频连续波积分的故障定位方法。通过向电缆首端注入调频连续波,得到携带高阻故障位置和特征信息的差拍信号,利用广义正交积分算法构建故障诊断函数,进而实现高阻故障定位。其次,仿真分析了长距离电缆在不同位置发生不同严重程度的单点及多点高阻故障的定位结果。最后,在实验室同轴电缆和现场330 kV电缆上进行定位测试,验证了所提方法的有效性。仿真和试验结果表明:基于调频连续波积分的定位方法能够有效定位长距离电缆高阻故障,最大可识别过渡电阻为3 kΩ,定位相对误差<1%;相比于反射系数谱法,该文所提方法具有更高的定位精度、更强的抗噪性能和更长的检测距离。

密集扫频干扰下调频连续波引信响应特性

密集扫频干扰作为一种典型的压制式干扰方式,在实际战场使用中对调频连续波引信产生巨大威胁。针对调频连续波引信在密集扫频干扰下容易失效的问题,在分析调频连续波引信工作原理的基础上,推导密集扫频干扰下的调频连续波引信响应过程,进一步分析采用时域干扰样本归零抗干扰方法后的等效干扰效果,并进行相关的仿真分析及实验验证。仿真及实测实验结果表明:密集扫频干扰信号与引信信号越相似,在差频信号时域样本中的有效干扰比例就越大;进行时域干扰样本归零处理后,将产生对调频连续波引信真实目标信号的间歇采样转发干扰效果,距离维包络上将产生多个假目标,假目标的分布与归零处理后的等效占空比及干扰频率相关,导致调频连续波引信的炸点散布显著增大。

利用调频连续波雷达测距讲解频谱分析

分析模拟信号的频谱是离散傅里叶变换(DFT)的一个重要应用,也是本科“数字信号处理”课程的重要知识点。以调频连续波雷达测距为例,结合具体参数讲解“数字信号处理”课程中频率估计、频率分辨率和栅栏效应等知识点,探索如何结合工程案例提升专业课程的教学效果,不仅促进了学生对相关知识的理解,还让学生深刻体会到理论结合实际的重要性。

基于调频连续波技术的充电系统智能故障定位方法

为了解决充电系统故障定位精度过低的问题,研究基于调频连续波技术的充电系统智能故障定位方法。利用小波变换方法选取高斯复小波作为母小波,提取充电系统充电暂态频率与放电暂态频率中的故障电流电压相量,作为充电系统故障特征。依据所提取的充电系统故障特征,采用行波测距技术判断充电系统故障区域。确定充电系统故障区域后,通过调频连续波技术,利用可调谐半导体激光器发射激光,通过充电系统故障区域返回的中频信号频率,精准定位充电系统故障点。实验结果表明,所提方法可以智能定位充电系统故障位置,充电系统故障智能定位误差均低于0.6%。

基于调频连续波雷达的无感健康监测系统在心律失常患者中的应用研究

目的探讨基于调频连续波雷达的无感健康监测系统在心律失常患者中的应用。方法选取2022年9月23日至2022年10月31日于解放军总医院第七医学中心心内科住院接受治疗的心律失常或疑似心律失常患者60例,采用自身对照实验,对同一患者采用床旁心电监护和基于调频连续波雷达的无感健康监测采集其心电指标(包括心率、窦性心动过速、窦性心动过缓、房性早搏、心房颤动、室性早搏等)、呼吸频率和异常报警情况,并进行对比。结果两种监护系统对心率的监测无明显差别(P>0.05)。除房性早搏、室性早搏两种监护系统的一致率分别为88.9%、84.2%外,两种监护系统对窦性心动过速、窦性心动过缓、心房颤动及正常心率的一致率均为100%。两种监护系统对各种心律失常的监测结果无明显差异(P>0.05)。两种监护系统对呼吸频率的监测和异常报警情况比较,无明显差异(P>0.05)。结论基于调频连续波雷达的无感健康监测系统对心率、各种心律失常、呼吸频率的监测以及异常报警具有较高的准确性,应用前景广阔。

基于LabVIEW的调频连续波雷达模拟软件设计

调频连续波雷达原理抽象、理解比较困难,传统的静态教学效果不佳,而基于实际装备的教学存在装备昂贵、开机存在有害辐射等问题,造成学生和装备维修、维护人员对调频连续波雷达原理掌握困难。文章基于人机交互和可视化功能较强的LabVIEW图形化开发环境,动态模拟调频连续波雷达的信号发射、接收、混频、滤波、显示等全流程功能,用于调频连续波雷达工作原理的仿真教学,可为学生提供直观、生动、全面的实验体验,提高教学效果,节约实装使用成本。

基于多项式Chirplet变换的线性调频引信干扰波形设计方法

针对现代战场环境下线性调频引信干扰技术的迫切需求,提出多项式Chirplet变换的方法实现低信噪比下对调频连续波无线电引信的信号参数估计,并针对调频连续波引信重构了干扰信号。基于线性小波变换原理,选取适当的核函数,将无线电引信信号经过旋转与平移操作后进行短时傅里叶变换,再利用遗传算法求得变换核的最优参数,实现对调频连续波信号的参数估计,并重构干扰信号。仿真对比结果表明,该方法可以在较低信噪比下实现对调频连续波无线电引信信号载波频率、调制周期、最大频偏等参数进行精准估计,相较于周期调制类干扰,重构干扰信号能够以更低功率对调频引信产生较好的干扰效果。

基于时间调制阵列的线性调频连续波测向测距

现有的车载毫米波雷达在实现角度测量均需要多个射频通道,然而,时间调制阵列可实现单通道测向,这大大降低了系统复杂度和成本。发射的线性调频连续波经过目标散射后,到达时间调制阵列各个接收天线。射频开关按照一定的调制时序选通各个接收天线,进入单通道接收机。经过时间调制的射频信号与发射的线性调频连续波进行混频和低通滤波,得到的中频信号的频谱包含目标的距离和角度信息。仿真分析验证了本文理论的有效性。

用于调频连续波激光雷达的高重频调制DFB激光器的非线性频率校正技术

为获得调谐速率高至100 kHz、调制带宽5G以上、频率线性度较好的光源,从可调谐分布式反馈激光器的调谐原理出发,建立了以温度为主导的调谐模型,在该模型基础上采用基于拍频一致化的迭代仿真算法,显著降低了光源的非线性度。最后搭建了实验平台,采用该算法进行了两次迭代运算。实验结果显示,相比于未校正的波形,经过两次迭代后,下扫频与上扫频的非线性度分别从0.0500、0.0200降低到了0.0042与0.0026,分辨率改善明显。仿真与实验结果证明该方法能有效校正高频调制时DFB激光器调频连续波输出的频率非线性。

基于低秩汉克尔矩阵重构技术的星载间断调频连续波SAR成像方法

间断调频连续波(IFMCW)合成孔径雷达(SAR)是一种新型的集轻量化、低成本和低功耗于一体的新型SAR系统。该系统采用单根天线发射和接收信号,颠覆了传统的调频连续波(FMCW) SAR系统设计理念。在该模式下,由于发射机工作时接收机关闭,导致合成孔径中出现周期性的间隔,采用传统成像算法进行成像,在聚焦SAR图像中将会出现周期性的虚假目标。为了有效地抑制虚假目标,该文基于子孔径回波数据,提出一种新的成像算法,即基于子孔径投影的低秩汉克尔矩阵重构技术(LHRTSP)。实验结果表明与现有方法相比,所提方法对虚假目标的抑制效果更佳,验证了所提方法的有效性。

恶劣天气对调频连续波激光雷达性能影响仿真分析

近年来,调频连续波激光雷达成为自动驾驶领域中一种富有吸引力的传感器选择。本文首先介绍了基于IQ调制器的线性调频连续波激光雷达的测距原理,针对设计指标进行了参数计算,然后利用搭建的模型研究了不同外部恶劣天气条件对系统性能的影响。结果表明该模型可以接受一定范围内外部恶劣天气的变化,为后续面向车载调频连续波激光雷达系统设计和硬件选择提供了参考依据。

基于质心寻峰的调频连续波激光干涉位移传感器

调频连续波激光干涉技术在精密测量领域中应用广泛,针对其高精度位移解调问题,本文将质心法应用于其拍频信号的解调中,提出了一种基于质心寻峰法的相位解调算法并进行实验与分析。提出的算法在对截取的拍频信号进行平滑滤波与分峰截幅等处理基础上,通过质心坐标公式得到拍频信号的质心,质心横坐标即为峰值位置,最后通过相位鉴别算法解调出位移。在仿真中设置信噪比(SNR)为15 dB,算法的相位误差为0.016 rad,位移误差为2.04 nm。搭建调频连续波激光干涉位移测量系统进行实验验证,实验结果表明:当固定距离为44 mm时,位移随机误差标准差为2.18 nm。与常规的过零点检测法进行对比分析,结果表明该算法的测量误差降低了49%,分辨率获得了提高,具有广泛的应用前景。

调频连续波激光雷达及数据采集信号链噪声分析

在调频连续波激光雷达中,用于中频信号采集的模拟-数字采集模块是其关键组件,信噪比、信纳比、无杂散动态范围等参数是衡量该数据采集信号链交流特性的重要指标,直接决定着调频连续波激光雷达的探测范围和测距精度等性能。设计了用于调频连续波激光雷达的中频信号采集模块,获得49.13 dB的信噪比和48.90 dB的信纳比;然后研究了其噪声特性,获得系统的主要噪声来源为采样时钟的相位噪声,并且通过引入数字滤波器将信噪比和信纳比分别提升11.38 dB和11.32 dB,理论上激光雷达的探测范围提高3.7倍。可通过采用专业时钟芯片降低噪声,经计算可将信噪比提高8.65 dB;最后,搭建了光学相控阵调频连续波激光雷达系统,验证了数据采样模块的有效性,完成了40 m距离的探测,最大测量误差为7.7 cm,最大探测范围为133.67 m。

基于奇异值分解的低轨星载双基调频连续波SAR成像方法

该文基于调频连续波(FMCW)信号对低轨星载双基合成孔径雷达(SAR)的成像方法进行研究。星载双基模型具有收发异置、结构灵活的特点,其非线性运动轨迹和双斜距不利于信号频谱的推导和分析。通过引入一个4阶多项式斜距模型对回波信号进行建模,接着用级数反演法得到信号两维频谱的表达式。详细分析高阶多项式系数的空变影响。对距离徙动项进行频域处理,对方位相位采用奇异值分解(SVD)的方法,将方位空变项与多普勒分离开,并引入非线性方位变标函数,通过两次连续的插值和重采样完成方位聚焦。仿真结果证明了该算法的有效性。

基于时频交叉乘积的调频连续波SAR干扰方法研究

调频连续波(frequency modulated continuous wave, FMCW)合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)具有隐蔽性好、成像分辨率高等显著优点,其被广泛应用于军事目标侦察与打击中,如何施加快速有效干扰成为了现今研究的重要问题。提出了一种基于时频交叉乘积的FMCW SAR干扰方法,通过截获信号与干扰图像模板进行调制,生成干扰信号,同时在处理FMCW SAR截获信号的过程中采用去斜处理,使得处理过程中信号采样率大幅降低。所得方法实现了逼真虚假场景生成,减小了干扰机调制过程中的运算复杂度,降低了硬件压力,具有工程可行性。

基于调频连续波相位敏感特性的电缆局部缺陷检测方法

灵敏地检测和定位电缆缺陷对于电缆安全运行具有重要的作用。调频连续波(FMCW)法是一种基于频域反射法的电缆缺陷检测方法,该方法相对于宽频阻抗谱法具有更高的缺陷检测灵敏度及抗干扰能力。该文在现有FMCW方法的基础上,提出利用FMCW的相位敏感特性对电缆缺陷进行检测的方法,提高了现有FMCW方法缺陷检测的灵敏度。首先,结合FMCW相位敏感特性与电缆分布参数模型进行了电缆缺陷检测仿真;然后,在实验室的射频同轴电缆、10 kV交联聚乙烯(XLPE)电缆上模拟不同程度的缺陷并测试,观察缺陷处相位的变化情况,验证了所提方法的有效性。结果表明:相敏-FMCW方法对于射频及10 kV XLPE电缆上模拟的缺陷敏感,不同严重程度的缺陷相位变化量不同,缺陷处对应相位变化的取值区间可为180°。定义缺陷引起的相位、幅值变化量占取值区间的比例为灵敏度,相敏-FMCW方法可以提高现有FMCW方法对该文中所设缺陷检测的灵敏度:对于电缆局部异常温升造成的容性缺陷,当局部温差为37℃时,可将灵敏度由36%提升至71%;对于电阻性、电导性及铜屏蔽破损缺陷,相敏-FMCW方法的灵敏度均优于传统FMCW方法,检测灵敏度提升了7%~62%。

基于蓝光外腔半导体激光器的水下调频连续波激光测距

采用商用405 nm FP蓝光激光二极管,外加反射镜组成窄线宽外腔半导体激光器,在1 kHz调制周期下获得了无跳模连续调频范围1.5 GHz,相干长度大于10 m的激光输出。注入电流直接调制进行扫频,搭建空间光干涉仪组成调频连续波激光测距系统,采用10 m延时光纤辅助干涉仪对拍频信号进行重采样,以降低调制非线性对测距精度的影响。在水箱中模拟海水的衰减系数,在9.5 mW的探测信号功率下验证了5 m距离的探测,最大测量偏差0.051 m。