一种24GHz连续波雷达测角方法技术

本发明专利技术公开了一种24GHz连续波雷达测角方法，属于雷达测量领域。雷达发射锯齿状的线性调频信号，它是由连续的线性调频脉冲串组成。天线采用1个发射阵元和8个均匀分布接收线阵组成，对每个接收阵元的每个线性调频连续波脉冲的差拍信号做FFT运算，得到差拍频谱谱峰对应相位信息，根据8个接收天线的相位信息做数字波束形成运算得到Y

A method of angle measurement for 24 GHz CW radar

【技术实现步骤摘要】
一种24GHz连续波雷达测角方法
本专利技术属于雷达测量领域，具体涉及一种24GHz连续波雷达测角方法。
技术介绍
目前24GHz雷达通常采用一发双收的模式，通过双天线相位差方法测角。这种方法测角精度受噪声、杂波影响较大，目标回波信噪比低时雷达测角精度差，严重影响了雷达的测角性能。
技术实现思路
为了解决以上的技术问题，本专利技术提供了一种24GHz连续波雷达测角方法。天线采用1个发射阵元和8个均匀分布接收线阵组成，该方法包括如下步骤：步骤1：雷达发射线性调频连续波，8个接收阵元同时接收回波，进行混频、模拟滤波放大后，ADC并行采集8个接收阵元的差拍信号，得到：s(m,i)i∈[1,128],m∈[1,8]其中，m为接收单元序号，i为线性调频连续波重复周期序号；步骤2：分别对s(m,1),m∈[1,8]信号进行FFT运算，分别得到频谱MagR(m,1),m∈[1,8]；步骤3：对频谱MagR(m,1),m∈[1,8]进行非相参积累，得到频谱MagRacc，对MagRacc进行CFAR检测得到频谱峰值点，分别得到谱峰位置对应的相位信息phi(m),m＝1...8；步骤4：根据相位信息phi(m)进行数字波束形成得到Y1(θn),θn∈[-60°,60°]；步骤5：分别对s(m,i),i＝2...128进行步骤2～4得到Yi(θn)，然后将Y1(θn)～Y128(θn)进行积累得到Y(θn)，当θn＝θ0时输出响应|Y(θ)|最大，测得目标的角度为θn。进一步，所述单个接收阵元的单个线性调频周期内的差拍信号，具体表示为：对于均匀分布接收阵元，由于阵元间距d＜＜R0，各接收阵元间的电磁波存在里程差ΔR，因此各接收阵元间的信号存在相位差其中：θ为入射角度、c为光速传播速率，d为阵元间距。进一步，所述步骤4中根据相位信息phi(m)进行数字波束形成得到Y1(θn)，方法为：当有入射角为θ0的平面波照射时，取S(θ0)为接收信号矢量，其元素为第m个阵元接收的信号，则一维均匀分布的元线阵合成的输出为：其中：WH为加权矢量、w*(m)为指向θn波束所需加权矢量、am加权矢量的幅度、θn为形成的波束角度。有益效果：为了说明该方法的数字波束形成测角度精度的优势，将该方法与相位差法测角方法进行仿真对比，对比结果如下表所示：表1两种测角方法的测角精度对比通过仿真分析可知，这种数字波束形成的测角精度要比双天线相位差测角的精度高。在实际应用中需要补偿各接收阵元的相位信息，在使用数字波束形成方法进行测角，相位补偿的质量也将对测角精度产生影响。附图说明图1为本专利技术24GHz连续波雷达测角工作原理框图；图2为本专利技术24GHz连续波雷达测角方法的流程图；图3为本专利技术的一个具体实施例中的24GHz天线阵元分布示意图；图4为本专利技术的一个具体实施例中的24GHz连续波雷达测角方法的仿真图；图5为本专利技术的一个具体实施例中的24GHz连续波雷达测角方法实际测角结果图；具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案进行详细说明。如图1为24GHz连续波雷达测角工作原理框图。雷达发射锯齿状的线性调频信号，它是由连续的线性调频脉冲串组成。天线采用1个发射阵元和8个均匀分布接收线阵组成，对于每个接收阵元的每个线性调频连续波脉冲的差拍信号做FFT运算，得到差拍频谱谱峰对应相位信息，根据8个接收天线的相位信息做数字波束形成运算得到Y1(θn)。对每个脉冲所得的波束形成Yi(θn)积累得到Y(θn)。如图2为24GHz连续波雷达测角方法的流程图。步骤1：雷达发射线性调频连续波，8个接收阵元同时接收回波，进行混频、模拟滤波放大后，ADC并行采集8个接收阵元的差拍信号，得到：s(m,i)i∈[1,128],m∈[1,8]其中，m为接收单元序号，i为线性调频连续波重复周期序号。所述雷达发射线性调频连续波为锯齿状的线性调频信号，它是由连续的线性调频脉冲串组成。对于单个线性调频周期内的信号可以表示为：其中f0为载频频率、K为调制斜率、φ0为初始相位、Tchirp为调制周期假设一个匀速运动的目标，以径向速度v0远离雷达，在t＝0的时刻，目标与雷达斜距为R0。接收天线接收回波信号，经过低噪放、混频、正交解调后的复信号表示为：对于均匀分布间距为d＝7.1mm的接收阵元，由于阵元间距d＜＜R0。各接收阵元间的电磁波存在里程差ΔR，因此各接收阵元间的信号存在相位差相位差与雷达波里程差的关系如下：其中：θ为入射角度、c为光速传播速率由于阵元间距d＞λ/2，在测角时存在模糊的现象，此时的最大不模糊入射角度θmax＝arcsin(λ/2d)。只有入射角度θ∈[-60°,60°]以下条件，才能避免模糊现象。步骤2：分别对s(m,1),m∈[1,8]信号进行FFT运算，分别得到频谱MagR(m,1),m∈[1,8]。步骤3：分别对8个接收阵元的频谱MagR(m,1)进行非相参积累，得到频谱MagRacc。对MagRacc进行CFAR检测得到频谱峰值点，分别得到谱峰位置对应的相位信息phi(m),m＝1...8。步骤4：根据相位信息phi(m)进行数字波束形成得到Y1(θn),θn∈[-60°,60°]。当有入射角为θ0的平面波照射时，取S为接收信号矢量，其元素为第m个阵元接收的信号，则一维均匀分布的元线阵合成的输出为：其中：WH为加权矢量、w*(m)为指向θn波束所需加权矢量、am加权矢量的幅度、θn为形成的波束角度。|Y1(θn)|就是在θn方向形成的接收波束。当θn＝θ0时，阵列接收信号变成同相相加，系统输出响应|Y1(θ)|最大，从而可以实现对目标角度的测量。步骤5：分别对s(m,i),i＝2...128进行步骤2～4得到Yi(θn)，然后将Y1(θn)～Y128(θn)进行积累得到Y(θn)。当θn＝θ0时输出响应|Y(θn)|最大，测得目标的角度为θn。如图3为24GHz天线阵元分布示意图，采用一个发射阵元，发射3dB方位波束宽度90°，俯仰宽度10°。接收阵元为均匀分布的一维线阵，共8个接收阵元，接收天线间距d＝7.1mm。校准天线用来测量微带电路中的相位，然后进行补偿。对于24GHz线性调频连续波雷达进行系统建模，假设回波信噪比为-20dB，目标位于雷达法线方向10度。发射128个相参脉冲。如图4(a)对每个Tchirp进行步骤2～4得到Yi(θn)的仿真图，如图4(b)128个相参脉冲进行步骤5积累的效果。在信噪比恶劣的情况下，单个调制周期内的数字波束形成存在多个周期内侧角错误，经过多周期积累后可以保证该方法测角的正确性。如图5为24GHz连续波雷达测角方法实际测角结果图将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种24GHz连续波雷达测角方法，天线采用1个发射阵元和8个均匀分布接收线阵组成，包括如下步骤：/n步骤1：雷达发射线性调频连续波，8个接收阵元同时接收回波，进行混频、模拟滤波放大后，ADC并行采集8个接收阵元的差拍信号，得到：/ns(m,i)i∈[1,128],m∈[1,8]/n其中，m为接收单元序号，i为线性调频连续波重复周期序号；/n步骤2：分别对s(m,1),m∈[1,8]信号进行FFT运算，分别得到频谱MagR(m,1),m∈[1,8]；/n步骤3：对频谱MagR(m,1),m∈[1,8]进行非相参积累，得到频谱MagR

【技术特征摘要】
1.一种24GHz连续波雷达测角方法，天线采用1个发射阵元和8个均匀分布接收线阵组成，包括如下步骤：
步骤1：雷达发射线性调频连续波，8个接收阵元同时接收回波，进行混频、模拟滤波放大后，ADC并行采集8个接收阵元的差拍信号，得到：
s(m,i)i∈[1,128],m∈[1,8]
其中，m为接收单元序号，i为线性调频连续波重复周期序号；
步骤2：分别对s(m,1),m∈[1,8]信号进行FFT运算，分别得到频谱MagR(m,1),m∈[1,8]；
步骤3：对频谱MagR(m,1),m∈[1,8]进行非相参积累，得到频谱MagRacc，对MagRacc进行CFAR检测得到频谱峰值点，分别得到谱峰位置对应的相位信息phi(m),m＝1...8；
步骤4：根据相位信息phi(m)进行数字波束形成得到Y1(θn),θn∈[-60o,60o]；
步骤5：分别对s(m,i),i＝2...128进行步骤2～4得到Yi(θn)，然后将Y1(θn)～Y128(θn)进...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋鹏飞，张绍营，王征，
申请(专利权)人：北京华航无线电测量研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11