一种调频连续波测速测距方法技术

本发明专利技术涉及一种调频连续波测速测距方法，包括：步骤S1，向N个目标发射一个频率随一个组合波形调制信号变化的调频连续波信号，并获得一个相应的差拍信号；步骤S2，对周期TTa和周期TTb内的差拍信号进行快时间域的一维FFT处理，以提取出周期TTa和周期TTb内所述N个目标所对应的谱峰频率；步骤S3，计算获得周期TTa和周期TTb内对应的距离速度矩阵；步骤S4完成多目标的关联匹配，以获得各个所述目标所对应的距离r和无模糊不精确速度v；步骤S5，计算获得每个所述目标所对应的有模糊精确速度va‑pre；以及步骤S6，计算获得每个所述目标所对应的无模糊精确速度vpre。本发明专利技术利用改善的调制信号并结合二维FFT的方法，从而可以在较低FFT点数下，实现高精度测距测速的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及调频连续波测距测速技术，尤其涉及一种利用组合波形调制信号实现的高精度的调频连续波测速测距方法。
技术介绍
调频连续波测距测速的基本原理是：雷达系统的发射信号的频率按照某种调制信号变化，发射信号在遇到目标后产生滞后回波信号，回波信号与发射信号进行混频后得到差频信号，该差频信号和目标的距离、速度存在对应关系，利用该差频信号即可对目标实现测速测距。目前调频连续波的调制方式主要有线性调频和非线性调频两大类。对于线性调制的调频连续波而言，其检测目标距离和速度的基本原理是：通过目标的速度多普勒效应和距离多普勒效应进行目标检测。而目标的速度和距离多普勒效应体现在回波中频信号的频率偏移上。由于两者的多普勒效应都是体现在频率维度上，因此无法通过测得的回波中频信号的频率偏移来区分目标的速度和距离，也就是说，存在着严重的距离-速度耦合问题。因此，为了解决这一问题，通常采用如图1所示的三角波对调频连续波进行调制，由于三角波的正斜率和负斜率的调制所产生的速度和距离多普勒效应是相反的，因此，可以利用正、负斜率调制区域下运动目标关于真实距离镜像的特点，通过对目标在正斜率和负斜率产生的频率偏移进行匹配，完成对目标距离和速度的解耦运算。但是，在多目标场景中，单个三角波会产生误匹配，从而造成目标频率正确配对困难的问题，因此，很难实现对目标距离和速度的解耦，即，在多目标场景中，利用单个三角波进行调制将难以实现测速测距。<br>目前，解决该问题的常用方法是通过采用变发射周期的配对法进行目标频率的配对，即，通过多个变周期的三角波进行交叉匹配，从而减少无匹配。然而，这就使得调制时间变长(一个三角波变为多个三角波)，并且使得计算较为复杂。对于非线性调频而言，就是对频率进行非线性的调制，其基本原理与线性调频相似，也是通过多普勒效应来进行测速测角，而两者的区别则在于：在非线性调频中，计算得到的频率偏移(多普勒频偏)要根据非线性的调制类型进行相应的映射，才能反映出具体的速度与距离。因此，相比于线性调频，虽然由于非线性调频会将速度与距离映射到一个具体的空间中，计算结果会比较精确，不容易出现模糊，但同时其计算复杂度会大大提高，同时对硬件的要求也会相应提高(调频模式较为复杂)。另外，对于实际工程中，测距测速的精度与雷达系统的发射信号的频率精度直接相关，特别是测速精度，受发射信号频率精度的影响很大。发射信号的频率精度越高，则经过调制信号产生的回波中频信号的频率偏移的精度就越高，从而使得测速测距的精度提高。由于雷达系统通常工作在24GHz，工作带宽小于250MHz，调频范围在23.875GHz至24.125GHz之间，而在这么高的频率这么窄的频段之间要保持频率的准确性是很难的。因此，在工作带宽不变的情况下，发射信号的频率精度受限于FFT(快速傅氏变换)点数，且FFT点数越多，则频率精度越高。但是在实际工程中，由于信号处理单元计算能力有限，难以承载大量的FFT运算。因此，难以通过提高FFT点数的方法来提高测速测距的精度。
技术实现思路
为了解决上述现有技术存在的问题，本专利技术旨在提供一种调频连续波测速测距方法，以利用组合波形调制信号，实现在较低FFT点数条件下和多目标场景下的高精度测速测距。本专利技术所述的一种调频连续波测速测距方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤S1，通过雷达向N个目标发射一个频率随一个组合波形调制信号变化的调频连续波信号，并获得一个相应的差拍信号，其中，所述组合波形调制信号在一个周期T内包括：顺序排列的一个周期为TTa的第一三角波、一个周期为TTb的第二三角波以及L个完全相同的周期为Ts的调频锯齿波；所述差拍信号在一个所述周期T内划分为以下区域：与所述第一三角波对应的一个频率为正的第一上调频差拍信号Sbau(t)和一个频率为负的第一下调频差拍信号Sbad(t)、与所述第二三角波对应的一个频率为正的第二上调频差拍信号Sbbu(t)和一个频率为负的第二下调频差拍信号Sbbd(t)，以及与所述调频锯齿波对应的L个第三调频差拍信号Sbsu1(t)、Sbsu2(t)、……SbsuL(t)；步骤S2，分别对一个所述周期TTa内的所述第一上调频差拍信号Sbau(t)和第一下调频差拍信号Sbad(t)以及一个所述周期TTb内的第二上调频差拍信号Sbbu(t)和第二下调频差拍信号Sbbd(t)进行快时间域的一维FFT处理，以分别获得相应的距离频域差拍信号，并分别对各个所述距离频域差拍信号进行目标检测，以分别提取出在一个所述周期TTa内所述N个目标所对应的谱峰频率集合CTau(f)、CTad(f)以及一个所述周期TTb内所述N个目标所对应的谱峰频率集合CTbu(f)、CTbd(f)；步骤S3，对所述谱峰频率集合CTau(f)、CTad(f)进行频率配对，并计算获得在一个所述周期TTa内的所有频率对所对应的第一距离速度矩阵CTa(r，v)，对所述谱峰频率集合CTbu(f)、CTbd(f)进行频率配对，并计算获得在一个所述周期TTb内的所有频率对所对应的第二距离速度矩阵CTb(r，v)；步骤S4，将所述第一距离速度矩阵CTa(r，v)中的每个元素(rij,vij)分别与所述第二距离速度矩阵CTb(r，v)中的各个元素(ri’j’,vi’j’)进行关联判断，以获得各个所述目标所对应的距离r和无模糊不精确速度v；步骤S5，根据每个所述目标所对应的距离r和无模糊不精确速度v，确定与每个所述目标对应的所述周期TTb内所述第二上调频差拍信号Sbbu(t)所对应的所述距离频域差拍信号的距离单元PTbu；分别对L个所述周期Ts内的所述第三调频差拍信号Sbsu1(t)、Sbsu2(t)、……SbsuL(t)进行快时间域的一维FFT处理，以分别获得相应的距离频域差拍信号Sbsu1(f)、Sbsu2(f)、……SbsuL(f)，然后在每个所述距离单元PTbu对该L个距离频域差拍信号Sbsu1(f)、Sbsu2(f)、……SbsuL(f)进行慢时间域的一维FFT处理，以提取出相应的谱峰位置，并根据所述谱峰位置计算获得每个所述目标所对应的有模糊精确速度va-pre；以及步骤S6，根据每个所述目标所对应的距离r，计算获得每个所述目标在L个所述周期Ts内所对应的无模糊速度Vunam，利用每个所述目标所对应的无模糊不精确速度v和无模糊速度Vunam，计算获得每个所述目标所对应的模糊周期数n，利用每个所述目标所对应的无模糊速度Vun本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种调频连续波测速测距方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤S1，通过雷达向N个目标发射一个频率随一个组合波形调制信号变化的调频连续波信号，并获得一个相应的差拍信号，其中，所述组合波形调制信号在一个周期T内包括：顺序排列的一个周期为TTa的第一三角波、一个周期为TTb的第二三角波以及L个完全相同的周期为Ts的调频锯齿波；所述差拍信号在一个所述周期T内划分为以下区域：与所述第一三角波对应的一个频率为正的第一上调频差拍信号Sbau(t)和一个频率为负的第一下调频差拍信号Sbad(t)、与所述第二三角波对应的一个频率为正的第二上调频差拍信号Sbbu(t)和一个频率为负的第二下调频差拍信号Sbbd(t)，以及与所述调频锯齿波对应的L个第三调频差拍信号Sbsu1(t)、Sbsu2(t)、……SbsuL(t)；步骤S2，分别对一个所述周期TTa内的所述第一上调频差拍信号Sbau(t)和第一下调频差拍信号Sbad(t)以及一个所述周期TTb内的第二上调频差拍信号Sbbu(t)和第二下调频差拍信号Sbbd(t)进行快时间域的一维FFT处理，以分别获得相应的距离频域差拍信号，并分别对各个所述距离频域差拍信号进行目标检测，以分别提取出在一个所述周期TTa内所述N个目标所对应的谱峰频率集合CTau(f)、CTad(f)以及一个所述周期TTb内所述N个目标所对应的谱峰频率集合CTbu(f)、CTbd(f)；步骤S3，对所述谱峰频率集合CTau(f)、CTad(f)进行频率配对，并计算获得在一个所述周期TTa内的所有频率对所对应的第一距离速度矩阵CTa(r，v)，对所述谱峰频率集合CTbu(f)、CTbd(f)进行频率配对，并计算获得在一个所述周期TTb内的所有频率对所对应的第二距离速度矩阵CTb(r，v)；步骤S4，将所述第一距离速度矩阵CTa(r，v)中的每个元素(rij,vij)分别与所述第二距离速度矩阵CTb(r，v)中的各个元素(ri’j’,vi’j’)进行关联判断，以获得各个所述目标所对应的距离r和无模糊不精确速度v；步骤S5，根据每个所述目标所对应的距离r和无模糊不精确速度v，确定与每个所述目标对应的所述周期TTb内所述第二上调频差拍信号Sbbu(t)所对应的所述距离频域差拍信号的距离单元PTbu；分别对L个所述周期Ts内的所述第三调频差拍信号Sbsu1(t)、Sbsu2(t)、……SbsuL(t)进行快时间域的一维FFT处理，以分别获得相应的距离频域差拍信号Sbsu1(f)、Sbsu2(f)、……SbsuL(f)，然后在每个所述距离单元PTbu对该L个距离频域差拍信号Sbsu1(f)、Sbsu2(f)、……SbsuL(f)进行慢时间域的一维FFT处理，以提取出相应的谱峰位置，并根据所述谱峰位置计算获得每个所述目标所对应的有模糊精确速度va‑pre；以及步骤S6，根据每个所述目标所对应的距离r，计算获得每个所述目标在L个所述周期Ts内所对应的无模糊速度Vunam，利用每个所述目标所对应的无模糊不精确速度v和无模糊速度Vunam，计算获得每个所述目标所对应的模糊周期数n，利用每个所述目标所对应的无模糊速度Vunam和模糊周期数n，对每个所述目标所对应的有模糊精确速度va‑pre进行解模糊，以获得每个所述目标所对应的无模糊精确速度vpre。...

【技术特征摘要】
1.一种调频连续波测速测距方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤S1，通过雷达向N个目标发射一个频率随一个组合波形调制信号变
化的调频连续波信号，并获得一个相应的差拍信号，其中，所述组合波形调
制信号在一个周期T内包括：顺序排列的一个周期为TTa的第一三角波、一个
周期为TTb的第二三角波以及L个完全相同的周期为Ts的调频锯齿波；所述
差拍信号在一个所述周期T内划分为以下区域：与所述第一三角波对应的一
个频率为正的第一上调频差拍信号Sbau(t)和一个频率为负的第一下调频差拍
信号Sbad(t)、与所述第二三角波对应的一个频率为正的第二上调频差拍信号
Sbbu(t)和一个频率为负的第二下调频差拍信号Sbbd(t)，以及与所述调频锯齿波
对应的L个第三调频差拍信号Sbsu1(t)、Sbsu2(t)、……SbsuL(t)；
步骤S2，分别对一个所述周期TTa内的所述第一上调频差拍信号Sbau(t)和
第一下调频差拍信号Sbad(t)以及一个所述周期TTb内的第二上调频差拍信号
Sbbu(t)和第二下调频差拍信号Sbbd(t)进行快时间域的一维FFT处理，以分别获
得相应的距离频域差拍信号，并分别对各个所述距离频域差拍信号进行目标
检测，以分别提取出在一个所述周期TTa内所述N个目标所对应的谱峰频率集
合CTau(f)、CTad(f)以及一个所述周期TTb内所述N个目标所对应的谱峰频率集
合CTbu(f)、CTbd(f)；
步骤S3，对所述谱峰频率集合CTau(f)、CTad(f)进行频率配对，并计算获得
在一个所述周期TTa内的所有频率对所对应的第一距离速度矩阵CTa(r，v)，对所
述谱峰频率集合CTbu(f)、CTbd(f)进行频率配对，并计算获得在一个所述周期
TTb内的所有频率对所对应的第二距离速度矩阵CTb(r，v)；
步骤S4，将所述第一距离速度矩阵CTa(r，v)中的每个元素(rij,vij)分别与所
述第二距离速度矩阵CTb(r，v)中的各个元素(ri’j’,vi’j’)进行关联判断，以获得各个
所述目标所对应的距离r和无模糊不精确速度v；
步骤S5，根据每个所述目标所对应的距离r和无模糊不精确速度v，确定
与每个所述目标对应的所述周期TTb内所述第二上调频差拍信号Sbbu(t)所对应
的所述距离频域差拍信号的距离单元PTbu；分别对L个所述周期Ts内的所述
第三调频差拍信号Sbsu1(t)、Sbsu2(t)、……SbsuL(t)进行快时间域的一维FFT处理，

\t以分别获得相应的距离频域差拍信号Sbsu1(f)、Sbsu2(f)、……SbsuL(f)，然后在每
个所述距离单元PTbu对该L个距离频域差拍信号Sbsu1(f)、Sbsu2(f)、……SbsuL(f)
进行慢时间域的一维FFT处理，以提取出相应的谱峰位置，并根据所述谱峰
位置计算获得每个所述目标所对应的有模糊精确速度va-pre；以及
步骤S6，根据每个所述目标所对应的距离r，计算获得每个所述目标在L
个所述周期Ts内所对应的无模糊速度Vunam，利用每个所述目标所对应的无模
糊不精确速度v和无模糊速度Vunam，计算获得每个所述目标所对应的模糊周
期数n，利用每个...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭剑鹰，王寰宇，梁波，王恺，黄小勇，朱春林，孙胜亮，郭茜茜，
申请(专利权)人：华域汽车系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31