基于对称三角LFMCW雷达的多目标测速测距方法技术

本发明专利技术公开了基于对称三角线性调频连续波雷达的多目标测速测距方法，该方法雷达发射调制方式为对称三角线性调频连续波信号，发射信号在遇到目标后产生滞后的回波信号，回波信号与发射端的本振信号共轭乘积后获得上、下差频信号，对上、下差频信号进行傅里叶变换，分别对上、下差频信号谱峰处所对应的频点进行质心凝聚处理，建立凝聚频点与距离速度的对应关系，获得目标的距离和速度。本发明专利技术由于使用了质心凝聚处理，对线性调频信号具有较高的频点定位性，高了目标测速和测距的准确性，同时消除了多目标对频谱造成的相互影响，可应用于多目标的测速和测距。

【技术实现步骤摘要】
基于对称三角LFMCW雷达的多目标测速测距方法
本专利技术涉及线性调频连续波雷达信号处理
，特别涉及基于对称三角LFMCW雷达的多目标测速和测距方法。
技术介绍
线性调频连续波(简称LFMCW)雷达具有较高的距离分辨率和测距精度，采用某种调制方式可以同时实现对距离和速度的测量，在高精度近距离测量上比其他体质的雷达具有明显的优势，主要体现在：测量精度高；噪声带宽小，接收机灵敏度高；工作电压低，发射功率小；线路简单，尺寸小，重量轻，成本低等。由于LFMCW信号存在严重的距离-速度耦合现象，通常采用对称三角波调制的对称三角LFMCW雷达来实现测速和测距。其基本原理是发射信号频率按照三角波形式调制，发射信号在遇到目标后会产生滞后的回波信号，回波信号与发射端的本振信号共轭乘积后获得差频信号，通过对上、下差频信号进行傅里叶变换，谱峰处所对应的频点与目标的距离速度存在对应关系，利用这种对应关系即可获得目标的距离和速度。目前，对称三角LFMCW雷达广泛应用在高速公路车辆的测速和路边停车系统的测速和测距中。利用对称三角LFMCW雷达实现车辆的测速和测距主要是通过组合波形的调频连续波雷达来实现的，例如，华域汽车系统股份有限公司申请的专利技术专利：一种调频连续波测速测距方法(专利申请号：201610099252.3，公开号：CN105738889A)和厦门大学申请的专利技术专利：一种基于组合波形的调频连续波雷达测量方法(专利申请号：201610073333.6，公开号：CN105549002A)。前者的发射信号形式为：在一个发射时间周期内包括一个时间周期为Ta的三角波，一个时间周期为Tb的三角波和L个时间周期为Tc的锯齿波。后者的发射信号形式为：在一个发射时间周期内包括一个时间周期为T1的单频信号，一个时间周期为Ta的三角波，一个时间周期为Tb的三角波和L个时间周期为Tc的锯齿波。二者均是为了实现在较低FFT点数条件下对多目标的高精度测速和测距。尽管此方法可以提高精度，但是二者忽略了一个重要的问题，即在三角波调制周期内的差频信号仍然是线性调频信号，如果没有频率凝聚处理，必然会导致对频率点估计产生误差，最终导致测速和测距准确性下降，只有在准确性满足一定前提条件下，才可以进一步提高精度。另外，上述两项专利主要是针对单目标情况，但在实际场景中由于多目标会对频谱造成相互影响，必然导致多目标场景下测速和测距的不准确性。而本专利技术能够很好地解决上面的问题。
技术实现思路
本专利技术目的在于针对上述现有技术的不足，提出了一种基于对称三角LFMCW雷达的多目标测速测距方法，该方法将质心凝聚算法应用于对称三角LFMCW雷达，实现了多目标的准确测速和测距，解决了如下问题：(1)对线性调频信号的频谱进行质心凝聚处理，提高了频点定位的准确性，进而提高了多目标测速和测距的准确性；(2)消除了多目标会对频谱造成相互影响，便于确定多个目标的速度和距离。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：本专利技术的质心凝聚算法应用于对称三角LFMCW雷达，包括以下技术方案：本专利技术雷达发射一个频率为对称三角LFMCW的信号，发射信号在遇到目标后会产生滞后的回波信号，回波信号与发射端的本振信号共轭乘积后获得差频信号，通过对上、下差频信号进行傅里叶变换，对谱峰处所对应的频点进行质心凝聚处理，将凝聚处理后的频点作为谱峰的最终频点，建立频点与目标的距离速度的对应关系，最后利用对应关系即可获得目标的距离和速度。方法流程：本专利技术提出了一种对称三角LFMCW雷达的多目标测速和测距方法，该方法包括如下步骤：步骤1：雷达发射调制方式为对称三角LFMCW的信号；步骤2：发射的调制信号在遇到目标后产生滞后的回波信号；步骤3：回波信号与发射端的本振信号共轭乘积后获得上、下差频信号；步骤4：对上、下差频信号进行傅里叶变换；步骤5：针对傅里叶变换后的频谱信号，对谱峰处所对应的频点进行质心凝聚处理；步骤6：针对质心凝聚后的频点，建立频点与距离速度的对应关系，可获得目标的距离和速度。上述步骤1中所述的雷达发射调制方式为对称三角LFMCW的信号sT(t)为：sT(t)＝Acos[2πfTt+φ0](1)其中为发射信号的频率，f0为发射信号的中心频率，Δf为发射频率调制的最大频偏，2T为发射信号周期，t表示时间，A和φ0为发射信号的振幅和随机相位。上述步骤2中所述的滞后的回波信号sR(t)为：sR(t)＝KrAcos[2πfR(t-τ)+φ0+θ0](2)其中，为接收回波频率，τ＝2R/c为接收回波时延，R＝R0-vt为目标离雷达的径向距离，R0为目标的初始距离，v为目标的径向速度，c为光速，Kr为目标反射系数，与传播衰减、目标反射强度有关，θ0为目标反射引起的附加相移。上述步骤3中所述的差频信号sb(t)为：其中，上标H表示共轭转置，fb＝fT-fR为差频信号频率，Ab为差频信号的幅度。将差频信号分解为上差频信号和下差频信号为：上、下差频信号对应的中心频率分别为：分析公式(6)和(7)发现，上、下差频信号对应的中心频率是关于时间t的函数，故上、下差频信号仍然是线性调频信号。为了简化处理，设计者会忽略公式(6)和(7)中的第三项、第四项。在实际中由于线性调频信号导致频谱展宽，在估计谱峰对应的频率中心位置时会存在较大的误差，不能忽略，故采用质心法凝聚处理。上述步骤5中所述的质心凝聚处理过程如下：设上差频信号的傅里叶变换后的频谱信号为设fk，k＝1，…，K为所对应的频点，其中，K为上差频频谱信号的谱峰强度超过门限Th所对应的频点的个数，Th为给定的第一门限，K个频点共生成L个凝聚中心(即对应L个目标)，L≤K。第l个凝聚中心的频率为：其中，H+(l)为用于第l个凝聚中心的频率点数。在对fk进行凝聚时需要满足TB为给定的第二门限，设定初始值为其中f1为第一个谱峰强度超过门限Th所对应的频点，为上差频信号第一个需要凝聚的频率。设下差频信号的傅里叶变换后的频谱信号为设fkk,kk＝1,…,KK为所对应的频点，其中，KK为下差频频谱信号的谱峰强度超过门限Th所对应的频点的个数，Th为给定的第一门限，KK个频点共生成L个凝聚中心(即对应L个目标)，L≤KK。第l个凝聚中心的频率为：其中，H-(l)为用于第l个凝聚中心的频率点数。在对fkk进行凝聚时需要满足TB为给定的第二门限，设定初始值为为下差频信号第一个需要凝聚的频率。上述步骤6中所述的频点与距离速度的对应关系为：其中，R0,l为估计出的第l个目标的初始距离，vl为估计出的第l个目标的初始速度，为时间采样频率，λ为发射信号的波长。有益效果：(1)本专利技术由于使用了质心凝聚处理，对线性调频信号具有较高的频点定位性，高了目标测速和测距的准确性；(2)本专利技术消除了多目标对频谱造成的相互影响，可应用于多目标的测速和测距，与实际的环境更加符合。附图说明图1是本专利技术所涉及的信号处理流程图。图2是本专利技术的质心凝聚算法流程图。图3是本专利技术的实验结果图。具体实施方式下面结合说明书附图对本专利技术创造作进一步的详细说明。如图1所示，发射信号频率按照三角波形式调制，发射信号在遇到目标后会产生滞后的回波信号，回波信号与发射端的本振信号共轭乘积后获得差频信号，对差频信号进行数据预处理，将上差频信号与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于对称三角LFMCW雷达的多目标测速测距方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1：雷达发射调制方式为对称三角LFMCW的信号；步骤2：发射的调制信号在遇到目标后产生滞后的回波信号；步骤3：回波信号与发射端的本振信号共轭乘积后获得上、下差频信号；步骤4：对上、下差频信号进行傅里叶变换；步骤5：针对傅里叶变换后的频谱信号，对谱峰处所对应的频点进行质心凝聚处理；步骤6：针对质心凝聚后的频点，建立频点与距离速度的对应关系，获得目标的距离和速度。

【技术特征摘要】
1.一种基于对称三角LFMCW雷达的多目标测速测距方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1：雷达发射调制方式为对称三角LFMCW的信号；步骤2：发射的调制信号在遇到目标后产生滞后的回波信号；步骤3：回波信号与发射端的本振信号共轭乘积后获得上、下差频信号；步骤4：对上、下差频信号进行傅里叶变换；步骤5：针对傅里叶变换后的频谱信号，对谱峰处所对应的频点进行质心凝聚处理；步骤6：针对质心凝聚后的频点，建立频点与距离速度的对应关系，获得目标的距离和速度。2.根据权利要求1所述的一种基于对称三角LFMCW雷达的多目标测速测距方法，其特征在于，所述步骤5包括：步骤5.1，初始化第一门限Th＝0.5，第二门限TB＝200Hz；步骤5.2，获得上差频频谱信号的谱峰强度超过门限Th的频点位置fk,k＝1,…,K，K为上差频频谱信号的谱峰强度超过门限Th所对应的频点的个数，步骤5.3，初始化第一个需要凝聚的频率f1为上差频信号第一个谱峰强度超过门限Th所对应的频点，为上差频信号第一个需要凝聚的频率，设置标志Flag＝[1,0,…,0]K，表示长度为K的向量，该向量第一个元素为1，其余元素为0，初始化分子函数分母函数其中为上差频频谱信号的第一个谱峰；步骤5.4，判断下一个频点fk离当前凝聚频率的距离为：如果上式成...

【专利技术属性】
技术研发人员：时艳玲，
申请(专利权)人：时艳玲，
类型：发明
国别省市：江苏,32