一种连续波4D雷达制造技术

本实用新型专利技术公开了一种连续波4D雷达，连续波4D雷达包括位于同一个平面内的发射天线、两个并列设置的水平接收天线和两个并列设置的垂直接收天线，利用发射天线的发射通道交替发射三角波调频和定频连续波，在定频连续波时间段，用四个接收天线综合计算出多个目标的水平角度、垂直角度和速度，在三角波调频时间段，利用四个接收天线综合计算出多个目标的距离和速度，最终综合得到多目标的水平角度、垂直角度、距离和速度四个参数。本实用新型专利技术的雷达装置利用一个发射天线可以同时探测多个目标的速度、距离、水平方位和垂直方位四个参数，实现了真正的4D雷达。设备结构紧凑、成本低。

A continuous wave 4D radar

The utility model discloses a continuous wave 4D radar. The continuous wave 4D radar consists of a transmitting antenna located in the same plane, two horizontal receiving antennas arranged in parallel and two vertical receiving antennas arranged in parallel, using the transmitting channel of the transmitting antenna to alternate the triangular wave frequency modulation and constant frequency continuous waves, and the constant frequency continuous wave. In the time period, four receiving antennas are used to calculate the horizontal angle, vertical angle and velocity of multiple targets. In the triangular wave FM time period, the distance and speed of multiple targets are calculated by four receiving antennas. Finally, four parameters of the horizontal angle, vertical angle, distance and velocity of multiple targets are obtained. The radar device of the utility model can detect the speed, distance, horizontal azimuth and vertical azimuth of multiple targets at the same time by using a transmitting antenna, and the real 4D radar is realized. The structure of the equipment is compact and the cost is low.

【技术实现步骤摘要】
一种连续波4D雷达
本技术属于雷达
，涉及一种多目标雷达，具体涉及一种连续波4D雷达。
技术介绍
随着智慧交通和自动驾驶技术的发展，对交通探测雷达有了更多的需求。比如自动驾驶中的车载前向探测雷达，需要准确、及时地探测出车辆前方的各种目标及其特性，不但要探测运动目标，如前方的运动车辆，还要及时探测出道路上方的目标，如桥梁、广告牌、立交桥不同层的车辆等。为适应自动驾驶的需求，尽早、及时地发现各种目标是一种迫切需求，而且还要求能尽早的区分桥梁、广告牌、立交桥不同层的车辆与道路上的障碍物和行驶的车辆，这就需要确定目标的距离、方位、高度和速度。民用无人机的运行和管理就更需要知道目标的距离、方位、高度和速度。这些应用场合不仅要求探测设备能及时得到目标的三坐标和速度信息，还要求结构紧凑、安装方便、成本低。微波及毫米波雷达是常用的雷达技术，国内外现有的汽车雷达测量系统中，常采用调频连续波(FMCW)雷达作为前端检测传感器。专利“201610099252.3一种调频连续波测速测距方法”和专利“201610773300.2基于对称三角LFMCW雷达的多目标测速测距”公开了FMCW雷达测速测距方法，专利“201510654175.9一种汽车防撞雷达系统及采用其的多目标识别算法”和专利“201610812089.0一种线性调频连续波雷达多运动目标匹配”公开了FMCW雷达检测多目标的方法。但这些专利涉及的都是只能测量速度和距离的雷达，不能测量方位和高度，可简称为2D雷达。专利“201410171083.0双接收天线的汽车防撞雷达系统及运行方法”采用双接收天线来测量目标的距离、速度和角度信息。其角度信息依据两个天线测得的距离差及两个接收天线的间距来计算，实际当中由于两个接收天线的间距要小于距离测量误差，因而其测角误差很大。专利“201610098711.6基于测距测角测速相结合的多车道雷达测速方法及装置”的雷达装置可以有效的测量目标的速度、距离和水平角度，但是不能测量目标的垂直角度或高度，可简称为3D雷达。军事和航空、航天上使用的三坐标雷达在水平方向(方位角)上机械扫描，垂直方向(高低角)上进行电扫描，可获得目标的距离、方位和高度信息，根据不同时间的目标位置计算目标的速度。这种雷达系统复杂、设备庞大、成本高昂，不适于智慧交通和自动驾驶应用。专利“US2015/0102954A14-DIMENSIONALCONTINUOUSWAVERADARSYSTEMFORTRAFFICSAFETYENFORCEMENT(一种用于交通安全强制规定的四维连续波雷达系统)”公开了一种可以测量目标的速度、距离、方位和高度的雷达装置，可简称为4D雷达。该专利描述的雷达装置实际上是采用两部3D雷达进行位置匹配实现4D雷达，并且是对单目标进行匹配，当有多个目标时，很容易匹配模糊，形成虚假目标或是目标遗漏，同时由于采用两部雷达，也会造成成本和体积的升高。
技术实现思路
本技术的目的是克服上述各种技术的不足，提供一种简单的单一雷达实现4D多目标探测。为了解决上述技术问题，本技术采用的技术方案是：一种连续波4D雷达，其特征在于：包括位于同一个平面内的发射天线和四个接收天线，四个接收天线分两组设于以发射天线为原点的X轴线上和Y轴线上，位于X轴线上的为两个并列设置的水平接收天线，位于Y轴线上的为两个并列设置的垂直接收天线，发射天线和接收天线均采用平面阵列天线，所述发射天线的发射通道交替发射三角波调频和定频连续波，在定频连续波时间段，利用两个水平接收天线和两个垂直接收天线综合计算出多个目标的水平角度、垂直角度和速度，在三角波调频时间段，利用两个水平接收天线和两个垂直接收天线综合计算出多个目标的距离和速度，最终综合得到多目标的水平角度、垂直角度、距离和速度四个参数。作为改进，三角波调频时间段和定频连续波时间段的比值范围为1:3-3:1。作为改进，两个并列设置的水平接收天线之间距离为5-25mm。作为改进，两个并列设置的垂直接收天线之间距离为6-35mm。作为改进，包括位于同一个平面内的发射天线、两个并列设置的水平接收天线和两个并列设置的垂直接收天线，利用发射天线的发射通道交替发射三角波调频和定频连续波，在定频连续波时间段t1，用两个水平接收天线和两个垂直接收天线综合计算出多个目标的水平角度、垂直角度和速度，在三角波调频时间段，分为上扫频时间段t2和下扫频时间段t3，利用两个水平接收天线和两个垂直接收天线综合计算出多个目标的距离和速度，最终综合得到多目标的水平角度、垂直角度、距离和速度四个参数。作为改进，在定频连续波时间段t1，利用两个水平接收天线和两个垂直接收天线综合计算出多个目标的水平角度、垂直角度和速度的具体方法为：根据多普勒频移原理和双天线测角原理，利用两个水平接收天线测出多个目标的速度{Vhd1,Vhd2,Vhd3…,Vhdn}和水平角度{αh1,αh2,αh3…,αhn}，n为自然数，表示目标数量，利用两个垂直接收天线测出多个目标的速度{Vvd1,Vvd2,Vvd3…,Vvdn}和垂直角度{θv1,θv2,θv3…,θvn}，一般目标距离R远大于天线尺寸，因此对于第一个目标取：目标速度：Vcd1＝(Vhd1+Vvd1)/2目标水平角度：α1＝αh1目标垂直角度：θ1＝θv1依次类推，得到：多目标速度：Vcd＝{Vcd1,Vcd2,…,Vcdn}多目标水平角度：α＝{α1,α2,…,αn}多目标垂直角度：θ＝{θ1,θ2,…θn}。作为改进，在三角波调频时间段，利用两个水平接收天线和两个垂直接收天线综合计算出多个目标的距离和速度的具体方法为：在上扫频时间段t2和下扫频时间段t3内，利用两个水平接收天线测出多个目标的上扫频段频差{ΔfhU1,ΔfhU2,ΔfhU3…,ΔfhUn}和下扫频段频差{ΔfhD1,ΔfhD2,ΔfhD3…,ΔfhDn}；利用两个垂直接收天线测出多个目标的上扫频段频差{ΔfvU1,ΔfvU2,ΔfvU3…,ΔfvUn}和下扫频段频差{ΔfvD1,ΔfvD2,ΔfvD3…,ΔfvDn}；对于单目标的情况，根据上扫频时间段t2测出的频差ΔfU1和下扫频时间段t3测出的频差ΔfD1可以计算出目标的距离和速度：ΔfU1＝(ΔfhU1+ΔfvU1)/2公式一ΔfD1＝(ΔfvD1+ΔhvD1)/2公式二其中c为光速，f1为扫频的最小频率，f2为扫频最大频率，对于单目标：Vd＝Vmd＝Vcd，R＝Rm，这样就得到目标的四个运动参数速度Vd、距离R、水平角度α和垂直角度θ；对于多目标：利用公式三和公式四计算距离和速度时产生n2个组合，其中只有n个是真正的目标，其余为虚假目标，利用{ΔfhU1,ΔfhU2,ΔfhU3…,ΔfhUn}和{ΔfhD1,ΔfhD2,ΔfhD3…,ΔfhDn}逐一用公式三和公式四计算得到：水平天线距离矩阵水平天线速度矩阵利用{ΔfvU1,ΔfvU2,ΔfvU3…,ΔfvUn}和{ΔfvD1,ΔfvD2,ΔfvD3…,ΔfvDn}逐一用公式三和公式四计算得到：垂直天线距离矩阵垂直天线速度矩阵对于同一目标，Rh＝Rv＝R，Vhd＝Vvd＝Vcd＝Vd；考虑测量误差，针对距离和速度分别设定一个误差范围ΔR本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种连续波4D雷达，其特征在于：包括位于同一个平面内的发射天线和四个接收天线，四个接收天线分两组设于以发射天线为原点的X轴线上和Y轴线上，位于X轴线上的为两个并列设置的水平接收天线，位于Y轴线上的为两个并列设置的垂直接收天线，发射天线和接收天线均采用平面阵列天线。

【技术特征摘要】
1.一种连续波4D雷达，其特征在于：包括位于同一个平面内的发射天线和四个接收天线，四个接收天线分两组设于以发射天线为原点的X轴线上和Y轴线上，位于X轴线上的为两个并列设置的水平接收天线，位于Y轴线上的为两个并列设置的垂直接收天线，发射天线...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘景顺，何辉，汪志冰，陈瑞，
申请(专利权)人：武汉拓宝科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：湖北,42