【摘要】：介紹了基于Rife法的線性調頻連續(xù)波(LFMCW)雷達測距算法的原理,給出該算法的實現(xiàn)步驟,并從理論上分析了算法的測距性能。結合可編程門陣列(FPGA)EP3C55F484C8N芯片,進行該算法的編程實現(xiàn),并將算法嵌入高精度LFMCW雷達中。利用LFMCW雷達進行現(xiàn)場測距實驗,實驗結果驗證了該算法的有效性。
【圖文】：

釫釓男?號x(n)．2)對信號x(n)做N點FFT，找出X(k)前N/2點中的最大幅值A1和次大幅值A2，及其各自的位置k1和k2．3)利用(2)式估計信號x(n)的頻率^f0．4)利用(3)式計算距離Ｒ．1.3算法性能為便于分析本文算法的測距性能，給出FFT距離譜的概念及其獲取方式如下:假設FFT幅度譜的橫軸變量為頻率fi=iΔf(i=0，1，…，N－1)，縱軸變量為傅里葉系數(shù)的絕對值|X(i)|，將其橫軸變量fi轉換為距離Ｒi=Kfi，縱軸變量保持不變，所得新FFT譜本文將其稱之為FFT距離譜，如圖1所示。圖1FFT距離譜Fig．1FFTrangespectrum圖1中ΔＲ=KΔf為相鄰譜線之間的間隔，即距離分辨力，Δf為頻率分辨率;δＲ為真實距離與距離譜中最大譜線所對應距離的差值與ΔＲ的比值。在理想無噪聲環(huán)境下，X(k)幅度最大值A1=|S1|，次大值A2=|S2|，第3大值A3=|S3|，k3=k2±2．不加窗(即加矩形窗)FFT距離譜中最大譜線和次大譜線始終位于sinc函數(shù)的主瓣內，第3大譜線則位于最大譜線另一側的第1旁瓣內，可證明始終有A2＞A3［12］．文獻［12］表明在無噪聲環(huán)境下Ｒife法可獲得準確的頻率估計值，故根據(jù)(3)式本文算法同環(huán)境下可準確獲得距離值。但在實際工程應用中，信號不可避免存在噪聲的干擾，A1、A2和A3確切應表示為A1=|S1|+|W1|，A2=|S2|+|W2|，A3=|S3|+|W3|{，(4)式中:W1、W2、W3分別為迭加在S(k)幅度最大值、次大值、第3大值處的噪聲。噪聲環(huán)境下算法的性能分析可分為2種情況:1)當δＲ接近0時，即真實距離位于量化距離點附近時，|S2|與|S3|均接近0，由于存在迭加噪聲W2

3|，即使存在迭加噪聲W2和W3也不會出現(xiàn)A2＜A3的情況。此時測距誤差較小，其誤差主要來源于噪聲對|S1|和|S2|幅值估計的影響。2算法實現(xiàn)實驗室現(xiàn)有LFMCW雷達應用FPGA進行規(guī)則區(qū)差拍信號的處理，F(xiàn)PGA型號為Altera公司的CycloneⅢ系列EP3C55F484C8N．基于該FPGA芯片探索實現(xiàn)本文算法，并將算法嵌入LFMCW雷達中。2.1FPGA設計利用QuartusⅡ軟件新建一個目標器件為EP3C55F484C8N的可編輯工程文件，針對該器件進行程序設計、編譯、綁定管腳和再編譯等步驟，得到的設計結果如圖2所示。圖2FPGA設計的ＲTL圖Fig．2ＲTLdiagramofdesignforFPGA程序設計主要由1個FFT模塊、2個控制模塊、1個功率計算模塊、2個ＲAM模塊、2個功率譜搜索模塊和1個距離計算模塊組成。各模塊功能如下:1)控制模塊1用于控制FFT模塊僅對規(guī)則區(qū)差拍信號做FFT運算;2)功率計算模塊用于實現(xiàn)FFT模塊輸出的實部和虛部到功率的換算，并輸出功率值;3)控制模塊2用于實現(xiàn)將功率值同時存入2個ＲAM模塊中;4)2個功率譜搜索模塊用于實現(xiàn)對2個ＲAM模塊中功率值的搜索，找出最大功率值和次大功率值，并記錄其各自的位置;5)距離計算模塊用于實現(xiàn)對功率值進行開方，，并根據(jù)(2)式和(3)式獲得距離值。設計中FFT模塊通過配置FFTIP核來實現(xiàn)，其他模塊采用VHDL語言編程實現(xiàn)。此外，規(guī)則區(qū)差拍信號以16位二進制表示，F(xiàn)FT運算點數(shù)為4096，時鐘頻率取500kHz．2.2FPGA資源消耗應用QuartusⅡ軟件對所建工程文件進行編譯，得到FPGA資源使用情況如表1所示。表1FPGA資源消耗表Tab．1ＲesourceconsumptionofFPGA編譯設備EP3C55F484C8N總邏輯單元數(shù)11565/55856(25%)總寄存器數(shù)0/7005(0%)管腳數(shù)50/328(15%)存儲器容量753920/2396160(31%)

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