一种毫米波雷达解速度模糊方法与流程

1.本发明涉及毫米波雷达技术领域，尤其是涉及一种毫米波雷达解速度模糊方法。


背景技术：

2.与摄像头和激光雷达相比，毫米波雷达可以在较低的成本下获得较高的分辨率，同时受雨，雾，雪和光线等周围环境的影响极小，可全天候、全天时工作，逐渐成为adas 领域不可或缺的传感器之一，并得到了广泛应用。
3.车载毫米波雷达一般采用调频连续波（fmcw）体制，通过周期性地发射一组包含多个线性调频波形（chirp波形）的序列，并在信号处理时采用二维快速傅里叶变换（fft）进行距离-多普勒联合处理，实现对目标距离和速度参量的测量。这种方式可以在距离-速度两个维度上对多目标进行分辨，分辨能力更强、精度较高，但普遍存在速度模糊问题。这是因为在现实情况中，受限于汽车雷达硬件条件的限制，chirp波形的重复周期一般无法直接满足汽车雷达应用场景对速度测量范围的要求。当目标的速度超过不模糊测速范围时，就会引起多普勒模糊，导致目标速度测量错误。该问题严重限制了调频序列汽车雷达的可测速度范围。最典型的解速度模糊方法是采用多重频波形，通过发射具有不同重频周期的chirp波形，利用中国余数定理求解不模糊速度。该方法需要用到当前周期及前一周期（或前数个周期）的目标信息列表，并在两个（或多个）测量周期进行目标匹配处理，若当前周期或前一周期存在目标漏检或检测到虚警，则可能出现相邻周期内的目标匹配错误，从而引起速度测量错误；另一方面，当同一目标在两个周期之间的径向速度存在较大变化时，目标速度极易解算错误。此外，专利us 2015/0084806中，提出了一种基于交错频移的调频波形序列，利用不同波形间同一目标二维fft处理后的相位差解速度模糊，但是由于该发射波形中包含两种不同中心频率的波形序列，对于不同的波形序列，在进行二维fft后，同一目标可能位于不同的距离-速度单元，因此需要进行目标匹配处理，若发生目标错误匹配，会导致目标速度出现错误解算。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明的目的在于提供一种可用于扩展车载毫米波雷达速度测量范围的方法，通过发射一组交错时延调频波形，并在接收端通过信号处理算法消除目标的速度歧义，解决速度模糊问题，从而提高雷达的测速范围。
5.具体的，本发明提出了一种毫米波雷达解速度模糊方法，包括以下步骤：包括以下步骤：s1：在每个系统周期内发射一组交错时延的交错信号chirp波形，第一种发射波形记为a波，第二种发射波形记为b波；s2：对雷达接收信号进行adc采样，得到当前系统周期的adc数据；根据a波和b波的发射顺序，对所有adc数据进行重新整理，得到序列1和序列2对应的adc数据；分别对序列1和序列2对应的adc数据沿距离维进行点数为n1的加窗fft处理，及沿速度维进行点数为n2
的加窗fft处理，得到二维fft后的距离-多普勒二维矩阵数据，分别记为f1和f2；s3：利用所述序列1和序列2对应的距离-多普勒二维矩阵数据进行目标检测处理，获取目标峰值所在的距离-多普勒单元，记为；s4：根据目标峰值位置的检测结果，计算目标的模糊多普勒频率，记为；s5：利用目标在两个距离-多普勒数据中的相位差解算不模糊速度。
6.其中，所述a波与所述b波的带宽，斜率和初始相位均相同；所述b波相对所述a波的初始发射时刻恒定相差t a。
7.进一步的，所述序列1与序列2内均包含l个的chirp波形；所述序列1和序列2的chirp重复频率相等，记为；其中，所述距离维和速度维的窗函数根据实际应用场景进行选取，所述窗函数至少为矩形窗，汉明窗，切比雪夫窗中的任一种窗函数。
8.进一步的，所述目标检测，还包括：若存在多个接收通道数据，则可以先对序列1或序列2对应的距离-多普勒二维矩阵数据进行数字波束形成处理后，再进行目标检测；或只选取其中一个接收通道的距离-多普勒二维矩阵数据进行目标检测；所述目标检测处理采用ca-cfar检测或os-cfar检测。
9.所述计算目标的模糊多普勒频率，还包括： ，其中，为目标的模糊多普勒频率，为二维距离-多普勒谱中目标峰值对应的多普勒单元序号， 为速度维fft点数， 为序列1和序列2的chirp重复频率。
10.所述s5还包括计算过程：分别提取序列1和序列2对应的距离-多普勒二维矩阵数据中目标峰值处的信号，并提取相应的相位值，记为和；令 ，其中，，为遵循四舍五入原则的取整操作，为定义的残差量，为二维距离-多普勒谱中目标峰值对应的距离单元序号，为二维距离-多普勒谱中目标峰值对应的多普勒单元序号，为序列i对应的距离-多普勒二维矩阵数据中目标峰值所在距离-多普勒单元 的相位值，为目标的模糊多普勒频率，为序列1的chirp时长，a为b波相对前一个a波的时延；计算目标的多普勒不模糊数，；
计算目标的不模糊速度，。
11.其中，为权利要求7中计算得到的残差量， 为序列1和序列2的chirp重复频率，为序列1的chirp重频周期，a为b波相对前一个a波的时延，分别为根据系统要求计算得到的多普勒不模糊数的最小和最大值，为雷达辐射电磁波的波长，为目标的模糊多普勒频率。
12.进一步的，将系统要求的测速范围记为，根据系统波形参数和测速范围要求计算目标多普勒不模糊数的取值范围。
13.进一步的，所述qmin，qmax采用以下公式计算： ，其中，和分别表示向下取整和向上取整， 为序列1和序列2的chirp重复频率，为雷达辐射电磁波的波长。
14.综上所述，本发明提供一种毫米波雷达解速度模糊方法，通过在每个系统周期内发射一组交错时延的波形；在接收端分别对两种波形对应的接收信号进行二维fft处理；并根据目标检测结果计算目标距离和模糊速度；然后利用目标在两个距离-多普勒数据中的相位差解算不模糊速度。本发明提出的交错时延波形易于实现，速度解算算法简单，占用的算力资源小；且可以在单个系统周期内获得目标的不模糊速度，极大扩展了雷达的测速范围。
附图说明
15.图1为本发明a波的波形示意图。
16.图2为本发明b波的波形示意图.图3为本发明ab波交错时延发射波形示意图。
17.图4为本发明距离-速度二维fft处理示意图。
18.图5为本发明本发明ba波交错时延发射波形示意图。
具体实施方式
19.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.本发明提出了一种毫米波雷达解速度模糊方法，包括以下步骤：s1：在每个系统周期内发射一组交错时延的交错信号chirp波形，第一种发射波形
记为a波，第二种发射波形记为b波；如图1-2所示，分别为a波和b波的波形示意图。其中，a波与b波的带宽、斜率和初始相位均相同，唯一不同的是b波相对前一个a波的始终存在一个固定时延，记为a，即两个相邻发射波形的初始发射时刻恒定相差（t a），其中t为a波的总时长，如图3所示为ab波交错时延发射波形示意图。
21.s2：对雷达接收信号进行adc采样，得到当前系统周期的adc数据；根据a波和b波的发射顺序，对所有adc数据进行重新整理，得到序列1和序列2对应的adc数据；分别对序列1和序列2对应的adc数据沿距离维进行点数为n1的加窗fft处理，及沿速度维进行点数为n2的加窗fft处理，得到二维fft后的距离-多普勒二维矩阵数据(如图4所示)，分别记为f1和f2；其中，在每个系统周期内，所有a波组成的调频序列记为序列1，所有b波组成的调频序列记为序列2，序列1与序列2内均包含l个的chirp波形，序列1和序列2的chirp重复频率相等，记为。
22.进一步的，所述距离维和速度维的窗函数根据实际应用场景进行选取，所述窗函数至少为矩形窗，汉明窗，切比雪夫窗中的任一种窗函数。
23.s3：利用所述序列1和序列2对应的距离-多普勒二维矩阵数据进行目标检测处理，获取目标峰值所在的距离-多普勒单元，记为；其中，所述目标检测，还包括：若存在多个接收通道数据，则可以先对序列1或序列2对应的距离-多普勒二维矩阵数据进行数字波束形成处理后，再进行目标检测；或只选取其中一个接收通道的距离-多普勒二维矩阵数据进行目标检测；所述目标检测处理采用ca-cfar检测或os-cfar检测。
24.s4：根据目标峰值位置的检测结果，计算目标的模糊多普勒频率，记为；进一步的，所述计算目标的模糊多普勒频率，还包括： ，其中，为目标的模糊多普勒频率，为二维距离-多普勒谱中目标峰值对应的多普勒单元序号， 为速度维fft点数， 为序列1和序列2的chirp重复频率。
25.s5：利用目标在两个距离-多普勒数据中的相位差解算不模糊速度。
26.具体的，所述s5还包括计算过程：分别提取序列1和序列2对应的距离-多普勒二维矩阵数据中目标峰值处的信号，并提取相应的相位值，记为和；令 ，其中，，为遵循四舍五入原则的
取整操作，为定义的残差量，为二维距离-多普勒谱中目标峰值对应的距离单元序号，为二维距离-多普勒谱中目标峰值对应的多普勒单元序号，为序列i对应的距离-多普勒二维矩阵数据中目标峰值所在距离-多普勒单元 的相位值，为目标的模糊多普勒频率，为序列1的chirp时长，a为b波相对前一个a波的时延。
27.计算目标的多普勒不模糊数，；计算目标的不模糊速度，。
28.其中，为权利要求7中计算得到的残差量， 为序列1和序列2的chirp重复频率，为序列1的chirp重频周期，a为b波相对前一个a波的时延，分别为根据系统要求计算得到的多普勒不模糊数的最小和最大值，为雷达辐射电磁波的波长，为目标的模糊多普勒频率。
29.进一步的，将系统要求的测速范围记为，根据系统波形参数和测速范围要求计算目标多普勒不模糊数的取值范围.则所述qmin，qmax采用以下公式计算： ，其中，和分别表示向下取整和向上取整， 为序列1和序列2的chirp重复频率，为雷达辐射电磁波的波长。
30.如图5所示，本发明所述的毫米波雷达解速度模糊方法，还适用于所述a波和b波的发射顺序相反的场景，即ba波交错时延发射波时计算目标的不模糊速度值。
31.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为主。