一种毫米波雷达多径距离速度快速估计方法技术

本发明专利技术涉及一种毫米波雷达多径距离速度快速估计方法，其特征在于，包括：1)获取拍频信号；2)利用快速傅里叶变换获取多径分量距离

【技术实现步骤摘要】
一种毫米波雷达多径距离速度快速估计方法


[0001]本专利技术涉及雷达信号处理和基于车载毫米波雷达的环境感知领域，尤其是涉及一种毫米波雷达多径距离速度快速估计方法。

技术介绍

[0002]毫米波雷达技术是面向智能驾驶、无人驾驶的环境感知系统中的重要环节。现阶段面对复杂的环境和具有挑战性的智能应用，车载毫米波雷达技术面临检测准确度低、参数估计分辨率低以及多径效应处理困难等多方面的瓶颈。这使其难以实现对环境周边物体的低模糊度的定位和精确的运动状态的捕捉。因此，有必要采用更高精度的信道参数估计算法，以实现深度环境感知与多径分析。
[0003]然而，受硬件算力和应用场景制约，高精度信道参数估计算法因其计算复杂度较高，难以应用于对实时性要求较高的车载毫米波雷达环境。针对这个问题，亟需对目前高精度信道参数估计算法进行改进，使其在适应实时场景的同时保持相当的估计准确度。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种毫米波雷达多径距离速度快速估计方法。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]一种毫米波雷达多径距离速度快速估计方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1)获取毫米波雷达的拍频信号；
[0008]步骤2)以拍频信号为输入，利用二维快速傅里叶变换获取多径分量距离
‑
速度谱；
[0009]步骤3)利用峰值检测算法初步估计多径分量参数，根据预配置的路径数量选择峰值检测算法输出结果中的部分或全部多径分量作为预估计参数输入集；
[0010]步骤4)以预估计参数输入集中的某一路径为输入，利用高精度信道参数估计算法，估计多径分量参数，当算法收敛时，利用估计得到的多径分量距离和速度参数，生成当前路径的重构信号，原始信号减去重构信号得到残余信号；
[0011]步骤5)判断是否已对预估计参数输入集中的所有路径进行参数估计，若为是，执行步骤6)，反之，切换下一条路径，将残余信号作为输入信号重复步骤4)直至遍历所有路径；
[0012]步骤6)判断残余信号距离
‑
速度谱功率水平与原始信号功率水平的差值是否小于预配置的阈值，若为是，多径分量参数估计完成，输出估计结果，反之，以残余信号作为峰值检测算法的输入，重新执行步骤3)
‑
步骤6)，直至参数估计完成。
[0013]所述毫米波雷达为线性调频雷达，发射信号在经过信道传输后被接收天线接收，回波信号经过混频、抗混叠滤波等环节，得到拍频信号，所述拍频信号包括快时间和慢时间，快时间对应于距离维度信息，慢时间对应于速度维度信息。
[0014]所述拍频信号在快慢时间下的多径分量表达式为：
[0015][0016]其中，t
s
和t
f
分别表示慢时间和快时间，L表示路径总数，l表示当前对应路径索引，α
l
为第l条路径拍频信号的复幅值，f
R,l
表示信号传播过程中由时延引起的频率变化，记录了多径的距离信息，与传播距离成正比，f
V,l
表示信号传播过程中由多普勒引起的频率变化，记录了多径的速度信息，与传播速度成正比。
[0017]所述多径分量参数包括时延、多普勒和功率，其中时延对应距离维度信息，多普勒对应速度维度信息。
[0018]所述步骤2)中拍频信号经过两次二维快速傅里叶变换得到距离
‑
速度谱。
[0019]所述的步骤3)对峰值检测结果按功率大小从大到小排序，得到预估计参数输入集为Θ＝[θ1,θ2,...,θ
L
]，其中θ
l
＝[r
l
,v
l
]。
[0020]所述峰值检测算法为二维恒虚警检测算法。
[0021]所述高精度信道参数估计算法为基于空间迭代广义期望最大化算法。
[0022]所述高精度信道参数估计算法先进行距离参数估计，后进行速度参数估计。
[0023]所述步骤4)根据多径分量参数估计结果得到信号复幅值，再根据重构信号表达式得到当前路径的重构信号，所述信号复幅值为：
[0024][0025]其中，为原始信号，表示当前路径估计信号导向矢量，H为共轭转置符，t
s
和t
f
分别表示慢时间和快时间，l表示当前对应路径索引，k为调频斜率，f
c
为载频，c为光速，为当前路径参数估计集，其中r
est
与v
est
分别为当前路径估计距离速度结果；
[0026]当前路径重构信号表达式为：
[0027][0028]其中，为当前路径估计复幅值，为当前路径估计信号导向矢量。
[0029]与现有技术相比，本专利技术具有以如下有益效果：
[0030](1)本专利技术基于距离
‑
速度谱的先验信息，在峰值检测的基础上进行高精度信道参数估计，缩小了算法参数搜索范围，降低了算法的时间复杂度。
[0031](2)本专利技术通过设置步长系数保证了迭代的快速收敛，保证参数快速准确估计。
[0032](3)本专利技术设置参数输入集与残余信号检测阈值，可根据不同场景自主调节感兴趣的路径个数与可容忍噪声水平，提高了算法的鲁棒性和环境适应性。
[0033](4)本专利技术利用残余信号进行重估计，既解决了传统峰值检测存在漏检、依赖参数设定的问题，又保证了该方法能够在有限路径估计的情况下快速收敛。
附图说明
[0034]图1为原始信号距离
‑
速度谱。
[0035]图2为利用二维恒虚警检测算法实现峰值检测结果。
[0036]图3为不同迭代次数下距离归一化均方根估计误差结果。
[0037]图4为不同迭代次数下速度归一化均方根估计误差结果。
[0038]图5为单次检测后高精度信道参数估计重构信号结果。
[0039]图6为单次检测后残余信号计算结果。
[0040]图7为重检测后高精度信道参数估计重构信号结果。
[0041]图8为重检测后残余信号计算结果。
[0042]图9为本专利技术的方法流程示意图。
具体实施方式
[0043]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。
[0044]一种毫米波雷达多径距离速度快速估计方法，如图9，包括：
[0045]步骤1)获取毫米波雷达的拍频信号；
[0046]步骤2)以拍频信号为输入，利用二维快速傅里叶变换获取多径分量距离
‑
速度谱；
[0047]步骤3)利用峰值检测算法初步估计多径分量参数，根据预配置的路径数量选择峰值检测算法输出结果中的部分或全部多径分量作为预估计参数输入集；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种毫米波雷达多径距离速度快速估计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)获取毫米波雷达的拍频信号；步骤2)以拍频信号为输入，利用二维快速傅里叶变换获取多径分量距离
‑
速度谱；步骤3)利用峰值检测算法初步估计多径分量参数，根据预配置的路径数量选择峰值检测算法输出结果中的部分或全部多径分量作为预估计参数输入集；步骤4)以预估计参数输入集中的某一路径为输入，利用高精度信道参数估计算法，估计多径分量参数，当算法收敛时，利用估计得到的多径分量距离和速度参数，生成当前路径的重构信号，原始信号减去重构信号得到残余信号；步骤5)判断是否已对预估计参数输入集中的所有路径进行参数估计，若为是，执行步骤6)，反之，切换下一条路径，将残余信号作为输入信号重复步骤4)直至遍历所有路径；步骤6)判断残余信号距离
‑
速度谱功率水平与原始信号功率水平的差值是否小于预配置的阈值，若为是，多径分量参数估计完成，输出估计结果，反之，以残余信号作为峰值检测算法的输入，重新执行步骤3)
‑
步骤6)，直至参数估计完成。2.根据权利要求1所述的一种毫米波雷达多径距离速度快速估计方法，其特征在于，所述毫米波雷达为线性调频雷达，发射信号在经过信道传输后被接收天线接收，回波信号经过混频、抗混叠滤波等环节，得到拍频信号，所述拍频信号包括快时间和慢时间，快时间对应于距离维度信息，慢时间对应于速度维度信息。3.根据权利要求2所述的一种毫米波雷达多径距离速度快速估计方法，其特征在于，所述拍频信号在快慢时间下的多径分量表达式为：其中，t
s
和t
f
分别表示慢时间和快时间，L表示路径总数，l表示当前对应路径索引，α
l
为第l条路径拍频信号的复幅值，f
R,l
表示信号传播过程中由时延引起的频率变化，记录了多径的距离信息，与传播距离成正比，f
V,l
表示信号传播过程中由多普勒引起的频率变化，记录了...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈卓钰，尹学锋，朱芃琦，王萍，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：