基于全相位补偿方法的FMCW雷达实现的高精度多尺度位移测量

《MECHANICAL SYSTEMS AND SIGNAL PROCESSING》：Accurate multi-scale displacement measurement with FMCW radar based on all-phase compensation method

　　

李伟涛|宋燕|熊玉勇|田文迪|梁曦|彭志科

摘要

频率调制连续波（FMCW）雷达在非接触式位移测量中展现了显著的优势，并被广泛用于监测小尺度运动位移。然而，超出雷达范围分辨率单位的大尺度运动位移会导致较大的误差和失真，现有的解决方案存在严重局限性。本文提出了一种全相位补偿（APC）方法，用于利用FMCW雷达进行精确的多尺度位移测量。该方法通过利用拍频信号的多个子信号来构建全相位拍频信号。进一步地，通过干涉相位演化跟踪技术，可以追踪目标在运动过程中的位置，并同时提取运动位移。通过严格的数学推导证明，所提出的方法能够有效消除目标跨越范围单位时引起的相位跳变以及动态索引跟踪导致的相位偏移。最后，仿真和实验验证了该方法在固定范围分辨率单位内提取小尺度运动位移以及在多个范围分辨率单位外提取大尺度运动位移方面的有效性和准确性，为精确的多尺度位移测量提供了一种有前景的方法。