一种高速车辆检测设备及距离走动校正方法技术

本发明专利技术涉及一种高速车辆检测设备及距离走动校正方法，检测设备包括线性调频毫米波雷达探测器以及显示控制设备；线性调频毫米波雷达探测器包括天线射频单元、调频收发装置、中频信号处理模块、信息处理模块。信息处理模块包括AD转换器、DSP、FPGA。本发明专利技术采用匹配滤波方法将回波基带信号进行脉冲压缩；将脉压后的信号采用keystone方法进行包络补偿对齐。keystone的具体实现方法为改进的Chirp

【技术实现步骤摘要】
一种高速车辆检测设备及距离走动校正方法


[0001]本专利技术涉及雷达射频以及信号处理领域，更具体地，涉及一种高速车辆检测设备及距离走动校正方法，可运用于高速公路目标车辆行驶检测。

技术介绍

[0002]近年来，随着智能化高速公路交通管理的飞速发展，交通道路的信息采集技术显得尤为重要，毫米波雷达探测系统在高速公路车辆检测方面的运用也是更加广泛。随着超大规模集成电路VLSI(Very Large Scale Integration)制造工艺的发展，微波及毫米波雷达组件的成本与体积缩减为毫米波雷达探测系统提供了更多发展的空间。线性调频连续波LFMCW(Linear Frequency Modulation Continuous Wave)雷达因其距离分辨能力高，抗干扰能力强等优点，为高速公路车辆目标检测提供了思路。然而，雷达发射信号通常采用具有大时宽带宽积的线性调频信号，对应的距离分辨力较高，较大的目标速度会让不同脉冲信号对应的目标距离发生变化，采用传统雷达探测方法即只进行脉冲压缩、动目标检测MTD(Moving Target Detector)、恒虚警检测CFAR(Constant False Alarm Rate)等步骤，在检测高速车辆目标时会存在跨距离单元走动问题，使得回波信号不能有效积累。对待这类问题，常用的做法是进行相参积累来改善系统信噪比，提高对雷达微弱目标的探测能力。
[0003]目前，针对超高速目标的跨距离单元走动现象，可以实现回波包络距离走动补偿的相参积累方法主要有距离单元拉伸时频分析算法、包络插值移位补偿算法、keystone变换等。距离单元拉伸时频分析算法选择合适的拉伸量将多个距离单元中的回波信号进行“拉直”处理，并利用时频分析方法进一步地做运动补偿和相参积累，在未知目标运动参数的情况下也能进行有效的相参积累；包络插值移位补偿算法在满足奈奎斯特采样定理的基础上，将信号的包络进行插值重构，再将其进行移位补偿，从而实现距离走动校正。但这两种算法不能适用于信噪比较低的条件下，包络插值移位算法还需要对目标速度进行精确估计。因此，keystone变换是国内外学者研究最多的一种距离走动校正的方法。
[0004]keystone变换的主要实现方法有：Sinc插值法、离散傅里叶变换法(包括DFT
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IFFT变换和FFT
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IDFT变换)、Chirp
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Z变换法。当脉冲积累数较多时，Chirp
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Z变换的运算量要优于前两种，但总体上来说步骤还是较为繁琐，运算量也较大。
[0005]为了解决高速车辆检测距离走动问题，公开号为CN106405556A，公开日2016
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11
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02，专利技术名称为“车辆目标信息探测识别系统及其信号处理方法”提出了一种采用辅助车道标校导标获取车辆信息，用非相参积累方法进行能量积累的检测方法，此种积累方法回波能量积累效率低，信噪比差；公开号为CN112924971A，公开日2021
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06
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08，专利技术名称为“一种基于FPGA的车辆检测雷达信号处理器”采用CZT方法实现Keystone变换，运算量较大，较为复杂。因此，亟需找到能够实现快速简便实现距离走动校正的相参积累方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对
技术介绍
中传统距离走动校正算法的不足之处提出了一种高速车辆
检测设备及距离走动校正方法，在信号处理模块中以较少的运算量快速实现距离走动补偿和相参积累，从而实现了目标能量的检测，提高了毫米波雷达的快速检测能力，且运算量较低，有利于工程实现。
[0007]一种高速车辆检测设备及距离走动校正方法，其实现方案为：
[0008]一种高速车辆检测设备，包括固定在顶端的线性调频毫米波雷达探测器以及地面端的显示控制设备；顶端的线性调频毫米波雷达固定在检测点旁的道路杆子上，与地面端的显示设备采用无线通信模块进行数据传输，所述顶端的线性调频毫米波雷达探测器包括天线射频单元、调频收发装置、中频信号处理模块、信息处理模块。所述天线射频模块采用单天线体制，通过收发转换器完成接收与发射的转换。所述调频收发装置包括压控振荡器、功率分配器、功率放大器、低噪声放大器、正交混频器，其中所述发射端压控振荡器与功率分配器相连，通过产生控制信号作用于压控振荡器产生发射信号，传至功率分配器进行分配；功率分配器与功率放大器相连，经过分配器后的信号传至功率放大器进行放大；功率放大器与天线相连，放大后的信号一路由天线发射电磁波传至目标，另一路经过处理形成与之互相正交的信号输入至接收端的正交混频器；所述接收端天线与低噪声放大器相连，目标反射的回波信号被天线接收后经低噪声放大器进行处理；低噪声放大器与正交混频器相连，经过低噪声放大器处理后的信号与发射端流出的另一路发射信号进行正交混频，产生I、Q两路中频正交信号并输出。所述中频信号处理模块包括高通滤波器、低通滤波器、放大器，高通滤波器用于对输出的中频信号进行高通滤波，滤除有用信号中混有的三角波泄漏成分，低通滤波器用于滤除中频信号中混有的高频噪声和干扰，放大器用于提高有用信号的强度。所述信息处理模块包括AD转换器、DSP、FPGA。对中频信号处理模块处理后的信号进行AD采样，接着将模拟信号转换为数字信号并输出给数字信号处理单元。随后在FPGA和DSP电路的基础上完成信号处理算法，实现高速目标车辆检测。
[0009]信号处理模块中距离走动校正方法包括如下步骤：
[0010]1)线性调频毫米波雷达探测器前端天线射频单元发射线性调频连续信号，而后通过目标散射接收回波信号；
[0011]2)将回波信号通过雷达前端混频器进行下变频处理，解调出基带信号后送入中频信号处理模块进行滤波、放大；
[0012]3)将处理后的信号经A/D转换器转换后送入数字信号处理器单元进行实时处理；
[0013]4)在信号处理模块中，对基带信号进行距离向脉冲压缩处理；
[0014]5)对脉冲压缩后的信号采用一种基于Chirp
‑
Z算法的改进的keystone变换，从而实现距离走动校正和相参积累；
[0015]6)将处理后的信号传送给FPGA，完成信息传输，最后送至显示模块。
[0016]步骤1)中，车载毫米波雷达发射线性调频信号s(t),其中t为全时间，脉内快时间为脉冲间慢时间为t
i
＝iT(i＝0,1,
……
,N
‑
1)，N为距离单元数,则有
[0017]步骤4)中，所接收到的回波信号经过步骤2)、3)后在快时间
‑
慢时间维表达式为对其做傅里叶变换得到Y(f,t
i
)。经距离向脉冲压缩后的信号形式为O(l,m)，其中，l为距离频域对应的采样点数，m为慢时间域对应的采样点数。
[0018]步骤5)中，对步骤4)的距离向脉压信号的频域离散形式进行Chirp
‑
Z本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高速车辆检测设备，包括固定在检测点路杆上的线性调频毫米波雷达探测器以及地面端的显示控制设备；线性调频毫米波雷达与显示设备采用无线通信模块进行数据传输；所述线性调频毫米波雷达探测器包括天线射频单元、调频收发装置、中频信号处理模块、信息处理模块；其特征在于：所述天线射频模块采用单天线体制，通过收发转换器完成接收与发射的转换；所述调频收发装置包括三角波发生电路、压控振荡器、功率分配器、功率放大器、低噪声放大器、正交混频器，其中所述压控振荡器与功率分配器相连，通过产生控制信号作用于压控振荡器产生发射信号，传至功率分配器进行分配；功率分配器与功率放大器相连，经过分配器后的信号传至功率放大器进行放大；功率放大器与发射天线相连，放大后的信号一路由天线发射电磁波传至目标，另一路经过处理形成与之互相正交的信号输入至接收端的正交混频器；接收端天线与低噪声放大器相连，待测目标反射的回波信号被接收端天线接收后经低噪声放大器进行处理；低噪声放大器与正交混频器相连，经过低噪声放大器处理后的信号与发射端流出的另一路发射信号进行正交混频，产生I、Q两路中频正交信号并输出；所述中频信号处理模块包括高通滤波器、低通滤波器、放大器，高通滤波器用于对输出的中频信号进行高通滤波，滤除有用信号中混有的三角波泄漏成分，低通滤波器用于滤除中频信号中混有的高频噪声和干扰，放大器用于提高有用信号的强度；所述信息处理模块包括AD转换器、数字信号处理器单元；对中频信号处理模块处理后的信号进行AD采样，接着将模拟信号转换为数字信号并输出给数字信号处理器单元，完成信号处理算法，实现高速目标车辆检测。2.根据权利要求1所述的一种高速车辆检测设备，其特征在于，所述数字信号处理器单元包括DSP和FPGA；对中频信号处理模块处理后的信号进行AD采样，接着将模拟信号转换为数字信号并输出给FPGA，FPGA对采集到的中频信号进行杂波背景消除，而后通过外部存储接口传到DSP；DSP对信号再进一步地进行频域上的处理，并将处理结果传回FPGA，实现高速目标车辆检测。3.基于权利要求2所述高速车辆检测设备的距离走动校正方法，其特征在于，包括如下步骤：1)线性调频毫米波雷达探测器前端天线射频单元发射线性...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈鹏，周婷，曹振新，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：