一种距离确定方法、装置、设备及存储介质与流程

1.本发明实施例涉及雷达测量技术，尤其涉及一种距离确定方法、装置、设备及存储介质。


背景技术：

2.连续波雷达在目标跟踪、目标监视测量等方面有着广泛的应用。在多频连续波雷达运动目标测量过程中，由于目标的机动或姿态变化，会导致目标信号质量差甚至丢失的情况，使得目标的距离测量值严重偏离目标真实距离值，因此，实现对运动目标的稳定距离测量在连续波雷达目标测量中尤为关键。
3.目前，基于多频连续波的目标距离测量主要根据差频相位解算实现，由于目标运动过程中的机动、姿态调整、噪声干扰等均会引起目标相位的稳定性变差，从而导致解算距离出现抖动甚至错误。因此，如何实现运动目标的稳定距离测量是一项亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.本发明提供一种距离确定方法、装置、设备及存储介质，以实现对距离的准确预测，得到平稳距离。
5.第一方面，本发明实施例提供了一种距离确定方法，所述距离确定方法包括：
6.根据所获取的回波数据确定频域信号和目标多普勒频率单元；
7.根据所述频域信号和目标多普勒频率单元确定所述频域信号中各拍信号的差频测量距离和积分测量距离；
8.根据各所述积分测量距离对各所述差频测量距离进行有效性判定，并根据判定结果确定目标测量距离。
9.第二方面，本发明实施例还提供了一种距离确定装置，该距离确定装置包括：
10.信号确定模块，用于根据所获取的回波数据确定频域信号和目标多普勒频率单元；
11.距离确定模块，用于根据所述频域信号和目标多普勒频率单元确定所述频域信号中各拍信号的差频测量距离和积分测量距离；
12.判定模块，用于根据各所述积分测量距离对各所述差频测量距离进行有效性判定，并根据判定结果确定目标测量距离。
13.第三方面，本发明实施例还提供了一种计算机设备，该设备包括：
14.一个或多个处理器；
15.存储器，用于存储一个或多个程序，
16.当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如本发明实施例中任一所述的一种距离确定方法。
17.第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本发明实施例中任一所述的一种距离确定方法。
18.本发明实施例提供了一种距离确定方法、装置、设备及存储介质，通过根据所获取的回波数据确定频域信号和目标多普勒频率单元；根据所述频域信号和目标多普勒频率单元确定所述频域信号中各拍信号的差频测量距离和积分测量距离；根据各所述积分测量距离对各所述差频测量距离进行有效性判定，并根据判定结果确定目标测量距离。解决了轨迹预测过程中距离预测不准确的问题。计算积分测量距离和差频测量距离两种距离，通过积分测量距离对各差频测量距离进行有效性判定，确定稳定的目标测量距离，实现对目标对象距离的准确测量，得到目标对象的稳定距离。
附图说明
19.图1是本发明实施例一中的一种距离确定方法的流程图；
20.图2是本发明实施例一中的一种连续波雷达多频频点发射时序示意图；
21.图3是本发明实施例二中的一种距离确定方法的流程图；
22.图4是本发明实施例二中的一种差频测量距离的示意图；
23.图5是本发明实施例二中的一种目标测量距离的示意图；
24.图6是本发明实施例三中的一种距离确定装置的结构示意图；
25.图7是本发明实施例四中的一种计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
26.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术实施例方式作进一步地详细描述。应当明确，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
27.下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是如所附权利要求书中所详述的、本技术的一些方面相一致的装置和方法的例子。
28.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。此外，在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
29.实施例一
30.图1给出了本技术实施例一提供的一种距离确定方法的流程示意图，该方法适用于在根据连续波雷达进行距离预测时得到稳定距离的情况。该方法可以由计算机设备执行，该计算机设备可以是两个或多个物理实体构成，也可以是一个物理实体构成。一般而言，计算机设备可以是笔记本、台式计算机以及智能平板等。
31.如图1所示，本实施例一提供的一种距离确定方法，具体包括如下步骤：
32.s110、根据所获取的回波数据确定频域信号和目标多普勒频率单元。
33.在本实施例中，回波数据具体可以理解为通过连续波雷达采集的数据；频域信号具体可以理解为频谱上的信号；目标多普勒频率单元具体可以理解为目标对象所处的多普勒频率单元。目标对象是指连续波雷达测量的对象，连续波体制的雷达通过速度谱区分不同目标对象，雷达能够同时跟踪处理的目标数量是有限的，最简单的情况就是雷达只跟踪一个目标对象。由于目标对象是运动的，会有多普勒的速度谱，即对应的多普勒频率单元。
34.具体的，连续波雷达采集回波数据，并将回波数据传给执行本技术提供的距离确定方法的计算机设备，计算机设备通过对回波数据进行频域变换等处理，得到频域信号，并对频域信号进行检测，得到目标对象所在的目标多普勒频率单元。
35.s120、根据频域信号和目标多普勒频率单元确定频域信号中各拍信号的差频测量距离和积分测量距离。
36.在本实施例中，差频测量距离具体可以理解为通过计算差频的方式预测的目标对象的距离。积分测量距离具体可以理解为通过对速度进行积分运算的方式预测的目标对象的距离。
37.需要知道的是，频域信号中包含了多拍信号，各拍信号分别由多帧信号组成。示例性的，图2为本发明实施例提供的一种连续波雷达多频频点发射时序示意图，连续波雷达发射频率f0可以为10.5ghz，采样率为1.25mhz，发射频组fi以4个为例，4个fi工作频点距f0频率分别为2937500hz，2968750hz，3125000hz，3906250hz，测量拍数为187拍。p为连续波雷达的多频频点数。
38.具体的，根据频域信号中的各拍信号，以及对应的目标多普勒频率单元可计算各拍信号的差频相位，然后根据差频相位进行相位解模糊，进而计算各拍信号的差频测量距离。分析频域信号对应的数据，例如雷达的采样频率，雷达帧周期等等，结合目标多普勒频率单元计算积分测量距离。
39.s130、根据各积分测量距离对各差频测量距离进行有效性判定，并根据判定结果确定目标测量距离。
40.在本实施例中，目标测量距离具体可以理解为稳定的预测距离。由于差频测量距离在目标对象运动过程中的机动、姿态调整、噪声等干扰下会出现抖动甚至错误等情况，因此，通过积分测量距离对差频测量距离进行有效性判定。根据各差频测量距离确定距离的变化值，根据积分测量距离判断距离的变化值是否稳定，若稳定，则可以确定差频测量距离为有效值；否则，为无效值。根据差频测量距离是否有效确定目标测量距离。
41.本发明实施例提供了一种距离确定方法，通过根据所获取的回波数据确定频域信号和目标多普勒频率单元；根据所述频域信号和目标多普勒频率单元确定所述频域信号中各拍信号的差频测量距离和积分测量距离；根据各所述积分测量距离对各所述差频测量距离进行有效性判定，并根据判定结果确定目标测量距离。解决了轨迹预测过程中距离预测不准确的问题。计算积分测量距离和差频测量距离两种距离，通过积分测量距离对各差频测量距离进行有效性判定，确定稳定的目标测量距离，实现对目标对象距离的准确测量，得到目标对象的稳定距离。
42.实施例二
43.图3为本发明实施例二提供的一种距离确定方法的流程图。本实施例的技术方案在上述技术方案的基础上进一步细化，具体主要包括如下步骤：
44.s201、对所获取的回波数据进行频域变换，得到频域信号。
45.对回波数据进行快速傅里叶变换(fast fourier transform,fft)，将回波信号变换到多普勒频率域，得到频域信号，实现将运动目标的能量积累到相应的多普勒单元处。
46.s202、对频域信号进行恒虚警滑窗检测，确定目标多普勒频率单元。
47.需要知道的是，雷达信号检测中，当外界干扰强度变化时，雷达能自动调整其灵敏度，使雷达的虚警概率保持不变，恒虚警率检测就是要求虚警概率保持恒定。虚警概率指雷达探测的过程中，采用门限检测的方法时由于噪声的普遍存在和起伏，实际不存在目标却判断为有目标的概率。
48.对频域信号进行恒虚警滑窗检测，检测目标对象所在的目标多普勒频率单元。
49.s203、根据目标多普勒频率单元和频域信号中各拍信号确定二次差频相位。
50.根据目标多普勒频率单元和各拍信号中的多帧数据，计算目标对象的二次差频相位，目标多普勒频率单元处的二次差频相位可以表示为：
[0051][0052]
其中，φ
i 1,i
(n)为第n拍频域信号f
i 1
与fi的二次差频相位，i＝1,
…
,p-1为连续波雷达多频频点索引号，p为连续波雷达的多频频点数，n＝1,
…
,n，n为雷达对目标对象观测的拍数,为第n拍f0与fi频点的信号一次差频相位，s0(n,k；i)为f0频率第n拍第i帧的信号，k＝1,
…
,k,为第n拍信号的多普勒频率单元，k为每帧多普勒频率单元数，i＝1,
…
,p，si(n,k)为fi第n拍第i个频点的目标多普勒频率单元的复信号。f0频率为连续波雷达工作频率。
[0053]
s204、对各二次差频相位进行相位解模糊，得到无模糊相位。
[0054]
在本实施例中，无模糊相位具体可以理解为结算无模糊的相位。
[0055]
具体的，计算第n拍信号(各拍信号)的二次差频相位后，对信号的二次差频相位进行相位解模糊，具体可表示为：
[0056][0057]
其中，ψ
m 1,m
(n)为第n拍目标信号f
m 1
与fm频点的二次差频无模糊相位，m＝2,
…
,p-1，为频点f
m 1
、fm与fm、f
m-1
的差频频率倍数。
[0058]
在实际应用中，为方便计算，lm可以使用固定值，例如lm＝5。
[0059]
s205、根据各无模糊相位计算各拍信号的差频测量距离。
[0060]
对第n拍目标信号的二次差频相位解模糊后，得到无模糊相位，根据无模糊相位与差频频率，计算第n拍测量的差频测量距离，具体表示为：
[0061][0062]
其中，r
p
(n)为第n拍信号的差频测量距离，c为电磁波传播速度，f
p
与f
p-1
分别为连续波雷达的第p、p-1个频点频率。
[0063]
s206、确定频域信号对应的信号数据，其中，信号数据至少包括采样频率、雷达帧
周期和多普勒频率单元数。
[0064]
在本实施例中，信号数据具体可以理解为频域信号所对应的信号基本信息，例如雷达的采样频率，雷达帧周期和多普勒频率单元数。
[0065]
由于雷达采集回波信号时，采样频率，雷达帧周期都是固定的，而多普勒频率单元数在回波信号已知的条件下也是一定的，所以在已知频域信号的基础上，确定频域信号对应的信号数据。
[0066]
s207、根据信号数据及各拍信号对应的目标多普勒频率单元结合预确定的距离确定公式确定各拍信号的积分测量距离。
[0067]
在本实施例中，距离确定公式具体可以理解为用于计算距离的数学公式。
[0068]
通过目标对象的多普勒频率单元计算的第n拍内目标的速度积分距离，积分测量距离
[0069]
其中，fs为雷达采样频率，k
n,i
为第n拍第i个频点的目标多普勒频率单元，t为连续波雷达帧周期。
[0070]
s208、针对各拍信号对应的差频测量距离，对差频测量距离及上一差频测量距离进行二次差频解模糊相位计算，获得距离差值。
[0071]
在本实施例中，上一差频测量距离具体可以理解为上一拍的差频测量距离。
[0072]rn,n-1
＝r
p
(n)-r
p
(n-1)为第n拍与第n-1拍(即差频测量距离及上一差频测量距离)二次差频解模糊相位解算得到的距离差值。
[0073]
s209、计算距离差值与对应的积分测量距离的差分值。
[0074]
第n拍的积分测量距离和距离差值的差分值可以表示为：
[0075]
δr(n)＝r
n,n-1-rv(n)
[0076]
其中，δr(n)为差分值，r
n,n-1
为距离差值，rv(n)为积分测量距离。
[0077]
s210、判断差分值是否小于预设的差分门限值，若是，执行s211；否则，执行s212。
[0078]
在本实施例中，差分门限值具体可以理解为预先根据对数据的稳定性要求设置的边界值，用于判断差分值是否符合要求，例如差分门限值设置为10m。差分门限值可以根据需求灵活调整。通过比较差分值和预设的差分门限值，对各拍信号进行有效性判定。
[0079]
s211、确定差频测量距离为有效值，将差频测量距离确定为目标测量距离。
[0080]
s212、确定差频测量距离为无效值，将差频测量距离对应的积分测量距离确定为目标测量距离。
[0081]
具体的，当差频测量距离为有效值，此时差频测量距离是稳定的，直接将差频测量距离确定为目标测量距离；当差频测量距离为无效值时，此时的差频测量距离不稳定，需要剔除，将差频测量距离对应的积分测量距离确定为目标测量距离，实现对不稳定数据的弥补。
[0082]
s213、对各目标测量距离及给定的多项式公式进行距离拟合，得到多项式系数。
[0083]
在本实施例中，多项式公式可以理解为用于进行轨迹拟合的公式，用于建立目标对象的距离拟合多项式模型。
[0084]
示例性的，本技术给出一种多项式公式：
[0085]
r(n)＝aq(nt)q a
q-1
(nt)
q-1

…
a1(nt) a0；
[0086]
其中，r(n)为第n拍目标对象的目标测量距离，aq,q＝0,
…
,q为目标测量距离拟合模型的多项式系数，q为拟合模型的多项式阶数。
[0087]
根据已知的目标测量距离和多项式公式，采用数据拟合的方式进行数据拟合，得到误差最小的多项式系数。
[0088]
多项式阶数可以根据工程经验确定；也可以根据实测数据和真实数据进行误差分析，根据误差分析的结构，优化拟合多项式；还可以采用最小二乘法等数学方法，拟合出阶数不是很高，同时误差也足够小的距离多项式。一般的，个别的跳变点(无效的差频测量值)直接剔除就可以。实际上，一般不存在连续的误差太大的测量结果。如果误差很大，还可以采取滑动滤波的方式，计算出一个估计值作为目标测量距离，将此目标测量距离作为下一个周期的前一个周期的值。
[0089]
s214、根据多项式系数和目标测量距离确定目标对象的运动轨迹。
[0090]
在确定多项式系数后，根据多项式系数对目标测量距离进行拟合，得到拟合后的距离，并根据拟合后的距离形成目标对象稳定的运动轨迹。
[0091]
根据目标测量距离对目标对应的运动轨迹进行曲线拟合，拟合的阶数的多少，和拟合曲线和实际数据的相关性有关。
[0092]
示例性的，图4为本技术实施例提供的一种差频测量距离的示意图，根据二次差频解模糊相位得到的无模糊相位进行直接解距所得到的差频测量距离，由图4可以看到，由于受噪声等影响，目标对象的解距值(即差频测量距离)出现了剧烈抖动，严重影响了目标测量精度和稳定性。
[0093]
图5为本技术实施例提供的一种目标测量距离的示意图，通过积分测量距离对各拍数据进行野值(无效的差频测量距离)筛除，得到目标测量距离。其中积分测量距离和距离差值的差分稳定性判定门限值为10m，即差分门限值为10m，由图5可以看到，通过有效性判定，可以将抖动严重的差频测量距离进行有效剔除。
[0094]
本发明实施例提供了一种距离确定方法，通过根据所获取的回波数据确定频域信号和目标多普勒频率单元；根据所述频域信号和目标多普勒频率单元确定所述频域信号中各拍信号的差频测量距离和积分测量距离；根据各所述积分测量距离对各所述差频测量距离进行有效性判定，并根据判定结果确定目标测量距离。解决了轨迹预测过程中距离预测不准确的问题。计算积分测量距离和差频测量距离两种距离，通过积分测量距离对各差频测量距离进行有效性判定，对不稳定的差频测量距离进行过滤，得到稳定的目标测量距离，实现对目标对象距离的准确测量，得到目标对象的稳定距离。并且根据目标测量距离拟合目标对象的运动轨迹，实现对目标对象的轨迹预测。从信噪比低、信号不稳定的运动中目标对象的回波数据中，实现目标对象差频相位的稳定解距和距离轨迹的准确测量。
[0095]
实施例三
[0096]
图6为本发明实施例三提供的一种距离确定装置的结构示意图，该装置包括：信号确定模块31、距离确定模块32和判定模块33。
[0097]
其中，信号确定模块31，用于根据所获取的回波数据确定频域信号和目标多普勒频率单元；
[0098]
距离确定模块32，用于根据所述频域信号和目标多普勒频率单元确定所述频域信号中各拍信号的差频测量距离和积分测量距离；
[0099]
判定模块33，用于根据各所述积分测量距离对各所述差频测量距离进行有效性判定，并根据判定结果确定目标测量距离。
[0100]
本发明实施例提供了一种距离确定装置，通过根据所获取的回波数据确定频域信号和目标多普勒频率单元；根据所述频域信号和目标多普勒频率单元确定所述频域信号中各拍信号的差频测量距离和积分测量距离；根据各所述积分测量距离对各所述差频测量距离进行有效性判定，并根据判定结果确定目标测量距离。解决了轨迹预测过程中距离预测不准确的问题。计算积分测量距离和差频测量距离两种距离，通过积分测量距离对各差频测量距离进行有效性判定，对不稳定的差频测量距离进行过滤，得到稳定的目标测量距离，实现对目标对象距离的准确测量，得到目标对象的稳定距离。并且根据目标测量距离拟合目标对象的运动轨迹，实现对目标对象的轨迹预测。
[0101]
进一步地，信号确定模块31包括：
[0102]
变换单元，用于对所获取的回波数据进行频域变换，得到频域信号；
[0103]
检测单元，用于对所述频域信号进行恒虚警滑窗检测，确定目标多普勒频率单元。
[0104]
进一步地，距离确定模块32包括：
[0105]
差频相位确定单元，用于根据目标多普勒频率单元和所述频域信号中各拍信号确定二次差频相位；
[0106]
解模糊单元，用于对各所述二次差频相位进行相位解模糊，得到无模糊相位；
[0107]
差频距离确定单元，用于根据各所述无模糊相位计算各拍信号的差频测量距离。
[0108]
进一步地，距离确定模块32包括：
[0109]
数据确定单元，用于确定所述频域信号对应的信号数据，其中，所述信号数据至少包括采样频率、雷达帧周期和多普勒频率单元数；
[0110]
积分距离确定单元，用于根据所述信号数据及各拍信号对应的目标多普勒频率单元结合预确定的距离确定公式确定各拍信号的积分测量距离。
[0111]
进一步地，判定模块33包括：
[0112]
距离差值确定单元，用于针对各拍信号对应的差频测量距离，对所述差频测量距离及上一差频测量距离进行二次差频解模糊相位计算，获得距离差值；
[0113]
差分值确定单元，用于计算所述距离差值与对应的积分测量距离的差分值；
[0114]
判定单元，用于判断所述差分值是否小于预设的差分门限值，若是，确定所述差频测量距离为有效值；否则，确定所述差频测量距离为无效值。
[0115]
进一步地，判定模块33包括：
[0116]
第一确定单元，用于针对每个差频测量距离，若所述差频测量距离为有效值，则将所述差频测量距离确定为目标测量距离；
[0117]
第二确定单元，用于若所述差频测量距离为无效值，则将所述差频测量距离对应的积分测量距离确定为目标测量距离。
[0118]
进一步地，该装置还包括：
[0119]
拟合模块，用于对各所述目标测量距离及给定的多项式公式进行距离拟合，得到多项式系数；
[0120]
轨迹确定单元，用于根据所述多项式系数和目标测量距离确定目标对象的运动轨迹。
[0121]
本发明实施例所提供的距离确定装置可执行本发明任意实施例所提供的距离确定方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
[0122]
实施例四
[0123]
图7为本发明实施例四提供的一种计算机设备的结构示意图，如图7所示，该设备包括处理器40、存储器41、输入装置42和输出装置43；设备中处理器40的数量可以是一个或多个，图7中以一个处理器40为例；设备中的处理器40、存储器41、输入装置42和输出装置43可以通过总线或其他方式连接，图7中以通过总线连接为例。
[0124]
存储器41作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的距离确定方法对应的程序指令/模块(例如，距离确定装置中的信号确定模块31、距离确定模块32和判定模块33)。处理器40通过运行存储在存储器41中的软件程序、指令以及模块，从而执行设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的距离确定方法。
[0125]
存储器41可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。此外，存储器41可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器41可进一步包括相对于处理器40远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
[0126]
输入装置42可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置43可包括显示屏等显示设备。
[0127]
实施例五
[0128]
本发明实施例五还提供一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行一种距离确定方法，该方法包括：
[0129]
根据所获取的回波数据确定频域信号和目标多普勒频率单元；
[0130]
根据所述频域信号和目标多普勒频率单元确定所述频域信号中各拍信号的差频测量距离和积分测量距离；
[0131]
根据各所述积分测量距离对各所述差频测量距离进行有效性判定，并根据判定结果确定目标测量距离。
[0132]
当然,本发明实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质,其计算机可执行指令不限于如上所述的方法操作,还可以执行本发明任意实施例所提供的距离确定方法中的相关操作。
[0133]
通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(read-only memory,rom)、随机存取存储器(random access memory,ram)、闪存(flash)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
[0134]
值得注意的是，上述距离确定装置的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按
照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
[0135]
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。