[發(fā)明專利]一種新型毫米波雷達(dá)信號(hào)處理方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011272176.4
• 申請(qǐng)日: 2020-11-13
• 公開（公告）號(hào): CN112612020A
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 金燁;安清儒;劉建虎;陳橋;梁思嘉;常維國(guó);王瑜琪;龍佳敏;連紅飛;陳思佳;李樂
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工睿行電子科技有限公司
• 主分類號(hào): G01S13/60
• 分類號(hào): G01S13/60;G01S7/35
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 李愛英

本公開的雷達(dá)信號(hào)處理方法，布局毫米波雷達(dá)虛擬天線陣列，當(dāng)方位角大于虛擬天線的測(cè)量方位角時(shí)，實(shí)際相位差與測(cè)量相位差存在周期偏差；測(cè)量相位差，根據(jù)相位法測(cè)角原理計(jì)算模糊方位角；將模糊方位角代入俯仰補(bǔ)償相位差公式得到俯仰補(bǔ)償相位差，利用俯仰補(bǔ)償相位差對(duì)天線陣元補(bǔ)償后根據(jù)相位法測(cè)角原理得到俯仰角；將俯仰角代入俯仰補(bǔ)償相位差公式得到方向維俯仰補(bǔ)償相位差，利用方向維俯仰補(bǔ)償相位差對(duì)天線陣元進(jìn)行相位補(bǔ)償后根據(jù)相位法測(cè)角原理得到不模糊方位角；比較模糊方位角和不模糊方位角，當(dāng)兩者相等時(shí)得到俯仰角的真實(shí)值。能夠無需額外增加天線數(shù)量情況下，實(shí)現(xiàn)較大的FOV和較高的角度分辨率，有效調(diào)和角度分辨率和方位角范圍的矛盾。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開屬于雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種新型毫米波雷達(dá)信號(hào)處理方法。

背景技術(shù)

在車載雷達(dá)設(shè)計(jì)中，通常使用相位法測(cè)角作為被測(cè)目標(biāo)方位角的探測(cè)方法。使用若干不同空間位置的天線獲取被測(cè)目標(biāo)的各個(gè)回波的相位，由于回波波程差ΔR(ΔR＝dsinθ)的存在產(chǎn)生相位差，通過相位差計(jì)算被測(cè)目標(biāo)的方位角(根據(jù))。理論上來說，若已知各個(gè)回波的相位差，可以準(zhǔn)確地計(jì)算出被測(cè)目標(biāo)方位角，然而在測(cè)量過程中，相位差被限制在(-π,π)之間，相位差的實(shí)際值與測(cè)量值之間存在若干個(gè)周期的偏移，即稱為相位模糊。

當(dāng)相位差取±π時(shí)，方位角等于最大不模糊角度方位角的測(cè)角范圍為因此，天線間距d越小,測(cè)角范圍越大，但是角度分辨率增大，不利于在角度維分辨被測(cè)目標(biāo)。

由上述分析可見，測(cè)角范圍與角度分辨率之間存在不可調(diào)和的矛盾。通常采用MIMO(Multiple Input Multiple Output，多輸入多輸出)技術(shù)，增加虛擬天線數(shù)量(N_tol＝N_RX*N_TX)來提高角度分辨率。圖1示出一組汽車?yán)走_(dá)陣列能夠達(dá)到30°的角度分辨率，圖2示出當(dāng)兩被測(cè)目標(biāo)角度相差30°時(shí)，無法將二者在角度維分開。其測(cè)角方法如下，首先記錄每對(duì)發(fā)射-接收天線對(duì)應(yīng)的差拍信號(hào)，會(huì)有N_tol個(gè)回波信號(hào)，分別對(duì)其做二維FFT(FastFourier Transform，快速傅里葉變換)，每個(gè)二維FFT對(duì)應(yīng)一個(gè)虛擬天線，得到N_tol個(gè)幅頻特性矩陣；然后對(duì)N_tol個(gè)虛擬天線對(duì)應(yīng)的幅頻特性矩陣分別做2D-CFAR(2D-Constant False-Alarm Rate，二維恒虛警率)，記錄有效頻點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位置，將對(duì)應(yīng)位置的角度做角度維FFT，得到目標(biāo)的方位角。

雖然MIMO技術(shù)實(shí)現(xiàn)了天線陣列數(shù)的成倍增加，每增加一根發(fā)射天線，虛擬陣列將增加接收天線數(shù)量的一倍，一定程度上有效提高了測(cè)角分辨率，但是天線數(shù)量增加引起雷達(dá)體積增大、成本增加。且在天線數(shù)量有限的情況下，角度分辨率隨天線間距的增加而提高，然而視場(chǎng)角FOV隨之減小，無法同時(shí)兼顧角度分辨率與FOV兩個(gè)指標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本公開提出了一種新型毫米波雷達(dá)信號(hào)處理方法，能夠在有限天線數(shù)量情況下，實(shí)現(xiàn)較大的視場(chǎng)角FOV和較高的角度分辨率，無需額外增加處理算法能夠在完成俯仰角的同時(shí)，有效調(diào)和角度分辨率和測(cè)量方位角范圍的矛盾，且減小雷達(dá)體積和重量、降低成本。

根據(jù)本公開的一方面，提出了一種新型毫米波雷達(dá)信號(hào)處理方法，所述方法包括：

基于FMCW信號(hào)模型布局毫米波雷達(dá)陣列，得到與毫米波雷達(dá)陣列相對(duì)應(yīng)的毫米波雷達(dá)虛擬天線陣列，當(dāng)被測(cè)目標(biāo)方位角大于所述毫米波雷達(dá)虛擬天線的測(cè)量方位角的范圍時(shí)，所述被測(cè)目標(biāo)的實(shí)際相位差與測(cè)量相位差存在n個(gè)周期偏差，n為正整數(shù)；

測(cè)量毫米波雷達(dá)虛擬天線陣列的相位差，根據(jù)所述虛擬天線陣元間距d和所述測(cè)量相位差的相位差測(cè)角原理計(jì)算被測(cè)目標(biāo)的模糊方位角，遍歷n值得到被測(cè)目標(biāo)的一組模糊方位角；