侯庆文等：基于先验信息的低信噪比调频连续波雷达信号处理 ·369 基于以上分析，图2即为针对宽频带低信噪比信 系数小，会造成信号强度减弱，甚至炉壁反射影响，不 号的距离信息反演流程 利于频谱分析，此时可利用料面基本对称的优势，结合 差频信号 与其位置对称的点高度进行联合分析. 傅里叶变换 雷达 频域上的信号预处理 基于先验信总的关键区域CZT细化 包络线法截频带 最小二乘法截领带 料面 颏带内能量加权去模糊 9.618m 中心期率转化为中心距离 图3测量示意图 Fig.3 Test condition of FMCW signal data 距离转换坐标 对于第N组数据(1≤N≤60)： 线面拟合 r8=66-N, 图2距离信息反演流程图 =Rsin On 180 (14) Fig.2 Flow chat of distance inversion h =7.466-Rcos O 由反演方法本身可知，相较于FFT法，采用包络 180 线法及最小二乘法截取频带后求中心频率的方法具有 3.1预处理 分辨率更高的优势.且由于是在一定频段上按照能量 除2m和25m处的固定干扰以外，模型A频谱上 加权，使得测量固体料位时出现的多个谱峰信息全部 显示，在11~13m处存在两个信号回波谱.这是由于 被利用，而加权时采用的能量法有效地增加和强调频 入射角较大，微波入射到料面边缘与炉壁的交界附近， 谱峰值大的地方在计算中心频率时所占权重.相较于 存在炉壁反射.其中大部分入射波经后向散射直接反 包络线法，最小二乘法截取频带更宽，最终得到的曲线 射，小部分通过料面反射到炉壁再由接收模块接收，期 更平滑. 间使得距离增大，造成频谱可见两个谱峰，左侧的谱峰 表征实际距离.数据中亦存在炉壁反射过强，实际料 3实测信号处理结果 面回波微弱无法分辨的情形，这一类点需结合先验知 测量环境如图3所示，起始角度65°，入射角每减 识及相邻数据共同分析，最后剔除.三种模型的信号 小1测量一次，共测量60组数据.基于实际高炉溜槽 原始频谱如图4所示.三种模型的信号经预处理去除 布料方式和规律，由先验信息可知，料面形状关于中心 背景噪声后的信号频谱如图5所示，表1为入射角度 大致对称.对于模型A,由于大入射角导致后向散射 及处理前后的信噪比 450F 450fF 450Fo) 400 固定干扰 400固定干扰 400固定干扰 350 350 350 300 300 300 250 250 250 实际回波 里200 200 200 150 实际问波 150 实际回波 150 t00 炉壁干扰 10 100 50 周定干扰 50 w 《团定干扰 500 人圆定干扰 10 20 30 40 50 10 20 30 40 50 10 20 30 4050 距离m 距离/m 距离m 图4三种模型原始频谱.(a)模型A;(b)模型B:(c)模型C Fig.4 Original spectra of three models:(a)Model A:(b)Model B:(c)Model C侯庆文等: 基于先验信息的低信噪比调频连续波雷达信号处理 基于以上分析，图 2 即为针对宽频带低信噪比信 号的距离信息反演流程． 图 2 距离信息反演流程图 Fig． 2 Flow chat of distance inversion 由反演方法本身可知，相较于 FFT 法，采用包络 线法及最小二乘法截取频带后求中心频率的方法具有 分辨率更高的优势． 且由于是在一定频段上按照能量 加权，使得测量固体料位时出现的多个谱峰信息全部 被利用，而加权时采用的能量法有效地增加和强调频 谱峰值大的地方在计算中心频率时所占权重． 相较于 包络线法，最小二乘法截取频带更宽，最终得到的曲线 更平滑． 图 4 三种模型原始频谱． ( a) 模型 A; ( b) 模型 B; ( c) 模型 C Fig． 4 Original spectra of three models: ( a) Model A; ( b) Model B; ( c) Model C 3 实测信号处理结果 测量环境如图 3 所示，起始角度 65°，入射角每减 小 1°测量一次，共测量 60 组数据． 基于实际高炉溜槽 布料方式和规律，由先验信息可知，料面形状关于中心 大致对称． 对于模型 A，由于大入射角导致后向散射 系数小，会造成信号强度减弱，甚至炉壁反射影响，不 利于频谱分析，此时可利用料面基本对称的优势，结合 与其位置对称的点高度进行联合分析． 图 3 测量示意图 Fig． 3 Test condition of FMCW signal data 对于第 N 组数据( 1≤N≤60) : θ = 66 － N， x = Ｒsin θπ 180， h = 7. 466 － Ｒcos θπ 180        ． ( 14) 3. 1 预处理 除 2 m 和 25 m 处的固定干扰以外，模型 A 频谱上 显示，在 11 ～ 13 m 处存在两个信号回波谱． 这是由于 入射角较大，微波入射到料面边缘与炉壁的交界附近， 存在炉壁反射． 其中大部分入射波经后向散射直接反 射，小部分通过料面反射到炉壁再由接收模块接收，期 间使得距离增大，造成频谱可见两个谱峰，左侧的谱峰 表征实际距离． 数据中亦存在炉壁反射过强，实际料 面回波微弱无法分辨的情形，这一类点需结合先验知 识及相邻数据共同分析，最后剔除． 三种模型的信号 原始频谱如图 4 所示． 三种模型的信号经预处理去除 背景噪声后的信号频谱如图 5 所示，表 1 为入射角度 及处理前后的信噪比． · 963 ·