[發明專利]一種基于快速斜坡模式LFMCW車載雷達測距測速方法

有效

• 申請號: 202110394032.4
• 申請日: 2021-04-13
• 公開（公告）號: CN113189577B
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發明（設計）人: 鄒林;張美茹;葉凌溯;王雨正;錢璐;汪學剛;周云
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01S13/58
• 分類號: G01S13/58;G01S13/60;G01S13/931;G01S7/35
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 陳一鑫

1.一種基于快速斜坡模式LFMCW車載雷達測距測速方法，該方法包括：

步驟1：將接收信號回波與本振信號，即發射信號進行混頻，得到模擬差拍基帶信號，忽略回波相對于發射信號的相位變化；假設發射信號中心頻率為f₀，光速為c，一個斜坡時長為T_c，調頻斜率為k，一幀內共N_V個斜坡，一個斜坡的采樣點數N_R＝f_s*T_c，即最大可測距離最大可測速度其中表示發射信號波長；第n個斜坡的目標回波其中多普勒頻率v₀表示目標速度；R_n表示目標相對于第n個斜坡的距離，且R_n＝R₀-v₀*nT_c，R₀表示目標相對于第一個斜坡的距離，距離頻率f_Rn＝-kτ_n；

步驟2：將模擬差拍基帶信號通過采樣頻率為f_s的低速ADC，輸出采樣的數字差拍基帶信號；

步驟3：對步驟2的數字差拍基帶信號進行2D-FFT處理，得到距離-多普勒譜，可將其量化為二維數據，行表示距離維，列表示速度維；

步驟4：根據距離-多普勒圖，對結果進行移頻，將目標所在的距離或速度頻率搬移到頻率為零處；假設2D-FFT頻譜的距離、速度峰值頻率分別為R_f，V_f，則距離移頻項R_move＝exp(-j2πnR_f/f_s)，速度移頻項V_move＝exp(-j2πV_f/f_s)；

若只在距離維對數據降采樣，即一個斜坡的數據量減小，但一幀的斜坡數不變；按距離維將FFT數據與距離移頻項對應相乘，此時目標的距離頻率移到零頻處，多普勒頻率不變；

若同時對距離維與速度維數據降采樣，即一個斜坡的數據量減小，同時一幀的斜坡數也減少；按距離維將FFT數據與距離移頻項相乘，再按速度維將FFT數據與速度移頻項相乘，此時目標的距離頻率和多普勒頻率均被移到零頻處；

步驟5：為得到零頻部分的細化頻譜，可重新低速抽樣，為使抽樣后不發生頻譜混疊，需在抽樣前進行低通濾波；設置低通濾波的截止頻率為fs/D，其中D為正整數，表示采樣比；若只在距離維對數據降采樣，按距離維對移頻后的數據做低通濾波；若同時對距離維與速度維數據降采樣，按距離速度二維對移頻后的數據做二維低通濾波；移頻信號經低通濾波后得到目標所在頻率附近頻段的信息，將低速采樣的采樣頻率設為fs/D，則可得到數據量減小為原1/D或1/D²的測量信號；

步驟6：對上述低速采樣信號進行基于壓縮感知的距離速度二維信號處理；首先設計感知矩陣，令CS模型中距離軸劃分點數為M，CS模型中速度軸劃分點數為L，則距離軸中第m個距離網格點其中m＝1,2,...,M，速度軸中第l個速度網格點其中l＝1,2,...,L；(N_V'*N_R')*(M*L)維感知矩陣A的第p行第q列元素其中τ表示距離延時，為M維向量，第m個元素a₁＝(p-1)modN_R'+1，表示原低速采樣頻率下的距離維索引；a₂＝(q-1)modM+1，表示本模型距離維索引；b₁＝floor((p-1)/N_R')+1，表示原低速采樣頻率下的速度維索引；b₂＝floor((q-1)/M)+1，表示本模型速度維索引；d_f表示差拍頻率，為L*M維矩陣，第l行第m列元素df(l,m)＝f_v(l)-f_R(m)，其中f_R表示距離頻率，為M維向量，第m個元素f_R(m)＝-k*τ(m)；f_v表示多普勒頻率，為L維向量，第l個元素若只在距離維對數據降采樣，上述的V_max'＝V_max，N_V'＝N_V；若同時對距離維與速度維數據降采樣，上述的

定義距離網格數與實際距離維采樣點數的比值，即距離壓縮比為σ；在僅基于CS的信號處理方法中，感知矩陣為(N_V*N_R)*(σN_V*σN_R)維，測量信號為1*(N_V*N_R)維；若只在距離維對數據降采樣，感知矩陣為(N_V*N_R/D)*(σN_V*σN_R/D)維，減小為原來的1/D²，測量信號為1*(N_V*N_R/D)維，減小為原來的1/D；若同時對距離維與速度維數據降采樣，感知矩陣為(N_V/D*N_R/D)*(σN_V/D*σN_R/D)維，減小為原來的1/D⁴，測量信號為1*(N_V/D*N_R/D)維，減小為原來的1/D²；

步驟7：將步驟6輸出的感知矩陣與步驟5輸出的測量信號輸入正交匹配追蹤(Orthogonal Matching Pursuit，OMP)重構系統；

步驟8：根據正交匹配追蹤重構系統輸出的稀疏信號s的非零值索引估計目標的距離、速度信息。