一种基于调频连续波毫米波雷达的多目标探测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于调频连续波毫米波雷达的多目标探测方法，方法包括设置FMCW波形，包括慢上升段、慢下降段、恒频波段和快上升段共四段波形；毫米波雷达产生所述FMCW波形，由天线发射，遇到探测目标后返回回波，本振与回波信号混频得差拍信号；信号采样并获取若干目标；通过第一段数据和第二段数据计算距离‑速度对对进行初次筛选匹配；对第三段数据得到的频率信息求得若干目标的速度信息再次筛除虚假目标，利用速度信息筛除距离‑速度对信息中不符合所有目标速度信息的虚假目标；探测出准确的真实目标，解决多目标探测场景下虚假目标多及虚警率高的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于调频连续波毫米波雷达的多目标探测方法
本专利技术涉及毫米波雷达
，尤其涉及一种基于调频连续波毫米波雷达的多目标探测方法。
技术介绍
毫米波雷达技术从最早的应用在军事领域渐发展到了被广泛应用于安防监测，非接触式医疗护理，自动驾驶技术等领域。毫米波雷达有多种调制方式，脉冲调制是其中的一种，但由于脉冲调制用来测量短距离的时候，要求VCO(压控振荡器)产生大功率的窄脉冲信号，而这要求发射信号在很短的时间内实现低频与高频之间的切换，所以会对硬件结构有更高的需求，从而带来更高的成本。所以当前毫米波雷达采用的更多的是连续波的调制方式。连续波雷达对物理的测量，是利用连续变化的调制信号来控制连续变化的发射波信号的产生来实现的。连续波调制方式主要可以分为频移键控(FSK)、恒频连续波(CFCW)和调频连续波(FMCW)等几种方式。采用恒频连续波调制方式的毫米波雷达是利用多普勒效应完成对需要探测的目标速度的测量，但也因为其恒频的特性，它无法测量目标的距离；采用频移键控(FSK)调制技术的毫米波雷达即可以测量目标的速度又可以测量目标的距离，但是对于静止的物体，它不能很好地完成目标探测的任务，同时在多目标场景下，它也不能很好地完成探测任务；调频连续波(FMCW)雷达的基本思想是利用发射信号和接收信号的差拍信号频率信息得到目标的速度和距离信息，其成本相对低，开发也比较容易，同时测量精度也相对较高，因此是毫米波雷达技术开发的首选项。但是由于存在传输延时和多普勒效应，因此在多目标环境中，传统的FMCW雷达还存在速度距离耦合、虚警率高等问题。对于这些问题，常见的解决方案有：锯齿波调制方式测量多目标、三角波调制方式测量多目标、梯形波调制方式测量多目标和变周期三角波调制方式测量多目标，但以上解决方案中仍然会存在较多的虚目标。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有技术中的缺陷，本专利技术公开了一种基于调频连续波毫米波雷达的多目标探测方法，通过在FMCW波形中设置慢上升段、慢下降段、恒频波段和快上升段，通过慢上升段、慢下降段的频率筛除超过最大范围的距离、速度对应的目标，完成距离-速度的初步匹配，再通过恒频波段计算出准确的速度，剔除之前匹配结果的大部分虚假目标，最后通过快上升段获取近似距离，从而进一步消除虚假目标，解决多目标探测场景下虚目标多及虚警率高的问题。技术方案：为实现上述技术目的，本专利技术采用以下技术方案。一种基于调频连续波毫米波雷达的多目标探测方法，包括以下步骤：S1、设置FMCW波形：设计一种调频连续波波形，即FMCW波形，所述FMCW波形的一个完整调制周期中包括慢上升段、慢下降段、恒频波段和快上升段共四段波形；毫米波雷达产生所述FMCW波形，由天线发射，遇到探测目标后返回回波，本振与回波信号混频得到差拍信号；S2、信号采样并获取若干目标：对差拍信号进行AD采样，按照FMCW波形一个完整调制周期中的四段波形调制阶段将采样之后的数据依次分成四段数据，对每段数据进行傅里叶变换FFT，并对FFT之后的数据做恒虚警检测CFAR，探测各个目标在每段数据中的差拍信号频率信息；S3、计算距离-速度对进行初次筛选匹配：对第一段数据和第二段数据得到的若干目标频率采用遍历的方法进行配对，筛出明显超出可探测最大距离与速度的虚假目标，得到一组距离-速度对信息；S4、计算若干目标的速度再次筛除虚假目标：对第三段数据得到的频率信息求得若干目标的速度信息，利用速度信息筛除步骤S3得出的该组距离-速度对信息中不符合所有目标速度信息的虚假目标；S5、计算若干目标的距离探测出准确的真实目标：根据第四段数据得到频率信息求出粗略的目标距离信息，通过得到的粗略目标距离信息，筛除步骤S4得出的距离-速度对信息中距离超出粗略距离一定范围的虚假目标，完成多目标的距离-速度匹配，得到准确的目标距离-速度对信息，探测出准确的真实目标。优选地，所述S3中距离-速度对的计算公式为：其中，Rij-Vij为慢上升段中第i个差拍频信号频率和慢下降段中第j个差拍频信号频率匹配得到的距离-速度对，c为光速，T1为FMCW波形一个完整调制周期中慢上升段和慢下降段对应的时间，B为FMCW波形的带宽；fupi为FMCW波形一个完整调制周期中慢上升段由探测多个目标产生的第i个差拍频信号频率，i＝1，2，3...N，fdownj为FMCW波形一个完整调制周期中慢下降段由探测多个目标产生的第j个差拍频信号频率，j＝1，2，3...N；f0为FMCW波形的初始频率，N为恒虚警检测CFAR后获取的目标总个数。优选地，所述步骤S4中计算若干目标的速度再次筛除虚假目标的具体过程为：S41、对第三段数据得到的频率信息求得若干目标的速度信息：第三段数据为恒频波段处获取的数据，该段的频率变化全部由多普勒频移构成，根据多普勒频移fD计算目标的准确速度；S42、计算速度差再次筛除虚假目标：通过得出的多目标准确速度结合步骤S3获得的距离-速度对进行筛选，将每个计算获取的精确速度与距离-速度对中的速度计算速度差，若所有速度差均超出阈值ΔV，则判定该目标为虚假目标，并筛除；否则，保留该目标。优选地，所述步骤S41中根据多普勒频移fD计算目标的准确速度的计算公式为：其中，fDu为第三段恒频段产生的第u个差拍信号频率，u＝1，2，3...N，N为恒虚警检测CFAR后获取的目标总个数，VDu为fDu对应计算出的第u个目标速度，f0为FMCW波形的初始频率，c为光速。优选地，所述步骤S42中速度差值的计算公式为：|VDu-Vij|≤ΔV其中，VDu是第三段恒频段产生的第u个差拍信号频率对应计算出的第u个目标速度，Vij是步骤S3中慢上升段中第i个差拍频信号频率和慢下降段中第j个差拍频信号频率匹配得到的距离-速度对中的速度，fs是采样频率，NFFT1是第一段和第二段的快速傅里叶变换点数，NFFT2是第三段的快速傅里叶变换点数。优选地，所述步骤S5中，粗略目标距离信息的计算公式为：R′＝R-fD·T3·ΔR其中，R为粗略目标距离，R为实际目标距离，ΔR为目标分辨率，fD为多普勒频移，c为光速，T3为FMCW波形一个完整调制周期中快上升段对应的时间，B为FMCW波形的带宽。有益效果：本专利技术通过在FMCW波形中设置慢上升段、慢下降段、恒频波段和快上升段，通过慢上升段、慢下降段的频率筛除超过最大范围的距离、速度对应的目标，完成距离-速度的初步匹配，再通过恒频波段计算出准确的速度，剔除之前匹配结果的大部分虚目标，最后通过快上升段获取近似距离，从而进一步消除虚目标，解决多目标探测场景下虚目标多及虚警率高的问题。附图说明图1为本专利技术的总方法流程图；图2为本专利技术的流程示意图；图3为本专利技术的FMCW波形及对应差拍信号频率图；图4为本专利技术的三角波调制方式波形及对应差拍信号频率图；图5为实施例中通过步骤S3进行初次匹配得出的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于调频连续波毫米波雷达的多目标探测方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、设置FMCW波形：设计一种调频连续波波形，即FMCW波形，所述FMCW波形的一个完整调制周期中包括慢上升段、慢下降段、恒频波段和快上升段共四段波形；毫米波雷达产生所述FMCW波形，由天线发射，遇到探测目标后返回回波，本振与回波信号混频得到差拍信号；/nS2、信号采样并获取若干目标：对差拍信号进行AD采样，按照FMCW波形一个完整调制周期中的四段波形调制阶段将采样之后的数据依次分成四段数据，对每段数据进行傅里叶变换FFT，并对FFT之后的数据做恒虚警检测CFAR，探测各个目标在每段数据中的差拍信号频率信息；/nS3、计算距离-速度对进行初次筛选匹配：对第一段数据和第二段数据得到的若干目标频率采用遍历的方法进行配对，筛出明显超出可探测最大距离与速度的虚假目标，得到一组距离-速度对信息；/nS4、计算若干目标的速度再次筛除虚假目标：对第三段数据得到的频率信息求得若干目标的速度信息，利用速度信息筛除步骤S3得出的该组距离-速度对信息中不符合所有目标速度信息的虚假目标；/nS5、计算若干目标的距离探测出准确的真实目标：根据第四段数据得到频率信息求出粗略的目标距离信息，通过得到的粗略目标距离信息，筛除步骤S4得出的距离-速度对信息中距离超出粗略距离一定范围的虚假目标，完成多目标的距离-速度匹配，得到准确的目标距离-速度对信息，探测出准确的真实目标。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于调频连续波毫米波雷达的多目标探测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、设置FMCW波形：设计一种调频连续波波形，即FMCW波形，所述FMCW波形的一个完整调制周期中包括慢上升段、慢下降段、恒频波段和快上升段共四段波形；毫米波雷达产生所述FMCW波形，由天线发射，遇到探测目标后返回回波，本振与回波信号混频得到差拍信号；
S2、信号采样并获取若干目标：对差拍信号进行AD采样，按照FMCW波形一个完整调制周期中的四段波形调制阶段将采样之后的数据依次分成四段数据，对每段数据进行傅里叶变换FFT，并对FFT之后的数据做恒虚警检测CFAR，探测各个目标在每段数据中的差拍信号频率信息；
S3、计算距离-速度对进行初次筛选匹配：对第一段数据和第二段数据得到的若干目标频率采用遍历的方法进行配对，筛出明显超出可探测最大距离与速度的虚假目标，得到一组距离-速度对信息；
S4、计算若干目标的速度再次筛除虚假目标：对第三段数据得到的频率信息求得若干目标的速度信息，利用速度信息筛除步骤S3得出的该组距离-速度对信息中不符合所有目标速度信息的虚假目标；
S5、计算若干目标的距离探测出准确的真实目标：根据第四段数据得到频率信息求出粗略的目标距离信息，通过得到的粗略目标距离信息，筛除步骤S4得出的距离-速度对信息中距离超出粗略距离一定范围的虚假目标，完成多目标的距离-速度匹配，得到准确的目标距离-速度对信息，探测出准确的真实目标。


2.根据权利要求1所述的一种基于调频连续波毫米波雷达的多目标探测方法，其特征在于，所述S3中距离-速度对的计算公式为：






其中，Rij-Vij为慢上升段中第i个差拍频信号频率和慢下降段中第j个差拍频信号频率匹配得到的距离-速度对，c为光速，T1为FMCW波形一个完整调制周期中慢上升段和慢下降段对应的时间，B为FMCW波形的带宽；fupi为FMCW波形一个完整调制周期中慢上升段由探测多个目标产生的第i个差拍频信号频率，i＝1，2，3...N，fdownj为FMCW波形一个完整调制周期中慢下降段由探测多个目标产生的第j个差拍频信号频率，j＝1，2，3...N；f0为FMCW波形的初始频...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋文豪，赵宇，金圣峣，刘立刚，周斌，
申请(专利权)人：江苏集萃移动通信技术研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32