基于干涉仪测向的LFMCW雷达多目标检测方法技术

本发明专利技术公开了一种干涉仪测向的LFMCW雷达多目标检测方法，包括以下步骤：确定干涉仪三个实基线以及一个虚基线的长度；三通道雷达回波信号的采集与处理；经快速傅里叶变换后，对三个通道的上下扫频差拍信号频谱进行周期图积累，再对积累后的频谱进行恒虚警检测；将上扫频段和下扫频段谱峰两两配对，得到谱峰配对矩阵，并计算矩阵内每对谱峰的角度差、多普勒频率和归一化幅度差；利用角度差、多普勒频率和归一化幅度差对矩阵进行筛选；对于配对完成的谱峰，计算得到目标的距离、速度。本发明专利技术能够减少三角调制LFMCW雷达上下扫频配对时出现的虚假目标，提高多目标检测的可靠性，且能够测量多目标的距离、速度和角度信息。

Multi target detection method of LFMCW Radar Based on interferometer direction finding

【技术实现步骤摘要】
基于干涉仪测向的LFMCW雷达多目标检测方法
本专利技术属于毫米波雷达目标检测
，特别是一种基于干涉仪测向的LFMCW雷达多目标检测方法。
技术介绍
线性调频连续波雷达，是指发射信号频率随着时间线性增加或者减小的连续波雷达。线性调频连续波雷达通过比较回波信号频率与发射信号的频率之差来获得目标的距离信息和速度信息。线性调频连续波雷达具有比较大的时宽带宽积，相比于脉冲雷达，其具备体积小、重量轻、结构简单、较低的发射功率、分辨力高和无盲区等特点，在以近距离、高分辨的探测场合得到越来越广泛的应用。目前，线性调频连续波雷达的目标检测方法主要有基于频移键控连续波调制的目标检测方法、基于对称三角波调制的目标检测方法、基于锯齿波调制的目标检测方法及基于梯形波调制的目标检测方法。这些方法中基于频移键控连续波调制的目标检测方法通过检测目标多普勒频移以及中频信号相位差得到运动目标参数。对于静止目标，由于其多普勒频移为零，因此使用频移键控连续波无法获得静止目标的目标信息；而基于对称三角波调制的目标检测方法使用对称三角波能够在一定程度上克服该问题，但是在多本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于干涉仪测向的LFMCW雷达多目标检测方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1、根据雷达工作波段的波长、测向精度、通道间的相位差测量误差和测向角度范围，选定干涉仪阵元各个基线的长度；/n步骤2、雷达向空间发射对称三角LFMCW信号，三个阵元天线接收目标的回波信号；将接收的目标回波信号与发射端对称三角LFMCW信号进行混频，得到三个天线接收通道的差拍回波信号，包括上扫频差拍信号

【技术特征摘要】
1.一种基于干涉仪测向的LFMCW雷达多目标检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、根据雷达工作波段的波长、测向精度、通道间的相位差测量误差和测向角度范围，选定干涉仪阵元各个基线的长度；
步骤2、雷达向空间发射对称三角LFMCW信号，三个阵元天线接收目标的回波信号；将接收的目标回波信号与发射端对称三角LFMCW信号进行混频，得到三个天线接收通道的差拍回波信号，包括上扫频差拍信号以及下扫频段差拍信号其中n为天线单元通道序号,n＝1,2,3；再经过A/D转换，得到三个通道的数字差拍信号；
步骤3、对三个通道的上下扫频数字差拍信号进行快速傅里叶变换得到上下扫频数字差拍信号的频谱，先对三个通道的频谱进行周期图积累，再对积累后的频谱进行恒虚警检测，得到上扫频过门限的谱峰为Pi+，频率值为fi+，对应幅度为M表示上扫频段差拍信号频谱中过门限的谱峰个数；下扫频过门限的谱峰为频率值为对应幅度为N表示下扫频段差拍信号频谱中过门限的谱峰个数；在三个通道的差拍信号频谱中，记第n个通道上扫频频率值为fi+的谱峰为下扫频频率值为谱峰记
步骤4、对于频率为fi+，不同通道的谱峰利用频域鉴相方法，计算每个频率对应的不同天线接收通道间的相位差；利用短基线不模糊的相位差对长基线模糊的相位差进行解模糊，得到长基线不模糊的相位差值，再用长基线的相位差值得到该频率值对应谱峰的角度值
步骤5、对于积累后的差拍信号频谱，将上扫频谱峰Pi+与下扫频谱峰两两配对，得到M×N个配对结果形成谱峰配对矩阵，计算出矩阵内每对谱峰的方位向角度差Δθij和归一化幅度差
步骤6、利用角度差对矩阵进行第一轮筛选，将角度差满足要求的谱峰对保留，不满足要求的谱峰对删除，在矩阵内剩余的谱峰对中，如果有谱峰对在所在行和所在列是唯一留下的谱峰对，则该谱峰对被视为一个有效配对，同时删除矩阵的该行和该列；利用多普勒频率范围对矩阵进行第二轮筛选，求解出系统测速范围对应的多普勒频率范围，同时求解出每个剩余谱峰对的多普勒频率，将在系统多普勒频率测量范围内的谱峰对保留，将不在系统多普勒频率测量范围内的谱峰对删除，在矩阵内剩余的谱峰对中，如果有谱峰对在所在行和所在列是唯一留下的谱峰对，则该谱峰对被视为一个有效配对，同时删除矩阵的该行和该列；最后用归一化幅度差对矩阵进行筛选，总目标的个数记为MAX[M,N]，计算出还未检测出的目标数量；将剩余谱峰对按照归一化幅度差升序排列，在排列中按归一化幅度差由小到大的顺序取出未检测出目标数量的谱峰对，将其作为有效配对；
步骤7、对于完成有效配对的谱峰，根据每对谱峰的上下扫频差拍频率值，计算得到目标的距离值和速度值。


2.根据权利要求1所述的基于干涉仪测向的LFMCW雷达多目标检测方法，其特征在于，步骤1中完成的选定干涉仪各个基线的长度，具体为：
步骤1-1、确定长基线长度；对于干涉仪测角基本公式如式(1)：



其中为两个阵元接收来波的相位差，D为基线长度，λ为发射信号的波长，θ为入射角度；将来波角度看作相位差的一个函数，对式(1)两边微分的得式(2)：



取为通道间测量相位差的误差，Δθ为相位差误差导致的测角误差；
由式(2)可将最长基线dmax设置为：



其中λmax为发射信号的最大波长，θmax为最大探测角度，dmax为系统所需的最长基线长度；
步骤1-2、确定短基线长度；由于实际系统的相位差测量范围为(-π,π]，由式(1)，当D＞λ/2时，系统测量的相位差会小于实际来波的相位差，即测量相位差存在模糊，导致测角结果不正确；再考虑存在通道间的测量相位差误差则最短基线长度dmin设置为：



其中λmin为发射信号的最小波长；
步骤1-3、确定各个基线长度；取最短基线为虚基线，虚基线的长度满足步骤1-2里的短基线长度设置条件，其通道间通过频域鉴相得到的测量相位差ψ1不会模糊，模糊倍数N1为零，即和通道间的实际相位差相等，则有：



其中d1为最短虚基线的长...

【专利技术属性】
技术研发人员：张仁李，黄垒，盛卫星，马晓峰，韩玉兵，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32