毫米波雷达的阵列通道校正方法技术

本发明专利技术涉及毫米波雷达技术领域，公开了一种毫米波雷达的阵列通道校正方法，解决现有毫米波雷达的阵列通道校正存在成本较高的问题，方案主要包括：获取待校正阵列天线在多个旋转角度下各接收通道的雷达回波数据，根据雷达回波数据提取各旋转角度下各接收通道的测量相位值；针对每个测量相位值，选定对应的参考天线，对其进行解相位模糊，得到目标测量相位值；遍历每个接收通道下所有旋转角度的目标测量相位值，剔除相位值野点对应旋转角度的目标测量相位值；计算各旋转角度下各接收通道的理论相位值，根据理论相位值和目标测量相位值确定各接收通道的相位校正值；根据相位校正值对各接收通道的频谱数据进行相位校正。本发明专利技术降低了相位校正成本。了相位校正成本。了相位校正成本。

【技术实现步骤摘要】
毫米波雷达的阵列通道校正方法


[0001]本专利技术涉及毫米波雷达
，具体来说涉及一种毫米波雷达的阵列通道校正方法。

技术介绍

[0002]随着毫米波器件、高速数字信号处理器以及LFMCW(线性调频连续波)雷达信号处理技术的发展，室内人员检测场景下的毫米波雷达应用产品也愈加广泛，随着人口老龄化，一个急需解决的问题是独居老人健康安全监护，不泄露任何个人隐私的条件下毫米波雷达可以实时探测获得老人的距离、方位角、俯仰角以及速度信息；同时，可自主进行分类、识别老人的活动状态，比如行走、站立、坐姿、睡眠等，特别是跌倒检测在老人跌倒后及时发送警报。由于上述人员定位和状态检测依赖多通道频谱数据进行CBF(Conventional Beamforming，常规波束形成)或MVDR(Minimum Variance Distortionless Response，最小方差无失真响应)处理得到的方位、俯仰角度测量值，因此，毫米波雷达室内应用的性能受测角误差影响较大。
[0003]实际使用的接收天线与理论设计值有所差异，是非理想线性器件，天线加工误差影响各个接收天线的增益、相位时延、微带贴片天线位置，特别是毫米波雷达由于工作频段高、波长短，阵列各组成部件的微小差异、机械加工误差、装配误差等因素都会导致各接收天线通道的初始相位产生很大差异，各接收通道的幅相差异性使通道失配，会严重影响CBF或MVDR的测角结果，使获得的人员目标方位和俯仰角度信息出现严重偏差，进而严重恶化毫米波雷达室内人员定位跟踪性能。而现有的毫米波雷达的阵列通道校正需要在暗室环境进行，成本较高。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在解决现有毫米波雷达的阵列通道校正存在成本较高的问题，提出一种毫米波雷达的阵列通道校正方法。
[0005]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是：
[0006]毫米波雷达的阵列通道校正方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1、将待校正阵列天线放置于预设高度的伺服转台上，并在待校正阵列天线的预设距离处设置角反射器，所述角反射器与待校正阵列天线具有同一高度；
[0008]步骤2、获取所述待校正阵列天线在多个旋转角度下各接收通道的雷达回波数据，根据所述雷达回波数据提取各旋转角度下各接收通道的角反射器回波的测量相位值；
[0009]步骤3、针对每个测量相位值，选定对应的参考天线，对其进行解相位模糊，得到各旋转角度下各接收通道的目标测量相位值；
[0010]步骤4、遍历每个接收通道下所有旋转角度的目标测量相位值，剔除相位值野点对应旋转角度的目标测量相位值；
[0011]步骤5、计算各旋转角度下各接收通道的理论相位值，根据所述理论相位值和目标
测量相位值确定各接收通道的相位校正值；
[0012]步骤6、根据所述相位校正值对各接收通道的频谱数据进行相位校正后输入波束形成器。
[0013]进一步地，所述雷达回波数据为解线性频率调制后的数字点频信号。
[0014]进一步地，所述预设高度大于预设距离，所述预设距离大于远场测试距离，所述角反射器的尺寸小于毫米波雷达的距离分辨率。
[0015]进一步地，步骤2中，所述测量相位值的提取方法包括：
[0016]步骤21、依次对各旋转角度下各接收通道的雷达回波数据作加窗傅里叶变换，得到各距离对应的频谱数据；
[0017]步骤22、确定角反射器所在的距离单元序号，并提取所述距离单元序号对应的频谱数据，根据该频谱数据得到角反射器回波的测量相位值，具体公式如下：
[0018][0019]其中，为测量相位值，arctan为反正切函数，imag()为该频谱数据的虚部，real()为该频谱数据的实部。
[0020]进一步地，所述步骤3具体包括：
[0021]步骤31、确定待校正阵列天线在各旋转角度下的水平发射角，针对每个水平发射角，分别执行以下步骤：
[0022]步骤311、将第i个接收通道作为参考通道，计算第i个接收通道与第i+1个接收通道的相位差值；
[0023]步骤312、若θ
j
＜0，并且则若θ
j
＞0，并且＞0，并且则
[0024]其中，θ
j
为第j个水平发射角，j＝1，2,3,
…
，m，m为旋转角度的数量，为第i个接收通道第j个水平发射角的测量相位值与第i+1个接收通道第j个水平发射角的测量相位值的差值，即i＝1，2,3,
…
，n，n为接收通道的数量；
[0025]步骤313、计算各接收通道与第1个接收通道的相位差值，得到各接收通道的目标测量相位值，即测量相位值，即第i个接收通道第j个水平发射角的目标测量相位值。
[0026]进一步地，所述步骤4具体包括：
[0027]若目标测量相位值满足以下条件，则将剔除：
[0028]且
[0029]其中，为第i个接收通道第j个水平发射角的目标测量相位值，为第i个接收通道第j
‑
1个水平发射角的目标测量相位值，为第i个接收通道第j+1个水平发射角的目标测量相位值。
[0030]进一步地，步骤5中，所述理论相位值的计算公式如下：
[0031][0032]其中，第i个接收通道第j个水平发射角的理论相位值，λ为波长，d为均匀线阵天线通道间距，θ
j
为待校正阵列天线在各旋转角度下的水平发射角，sin(θ
j
)≈θ
j
。
[0033]进一步地，步骤5中，所述各接收通道的相位校正值的确定方法包括：
[0034]步骤51、计算所述目标测量相位值与对应理论相位值的差值，得到各旋转角度下各接收通道的误差剩余，即：
[0035][0036]其中，e
i,j
为第i个接收通道第j个水平发射角的误差剩余；
[0037]步骤52、对所述误差剩余进行归一化处理，即：
[0038][0039]步骤52、针对每个接收通道，计算所有旋转角度下归一化处理后误差剩余的平均值并取共轭，得到对应接收通道的相位校正值，计算公式如下：
[0040][0041]其中，为第i个接收通道的相位校正值，e
i
′
,j
为第i个接收通道第j个水平发射角归一化处理后的误差剩余。
[0042]进一步地，步骤6中，所述相位校正的计算公式如下：
[0043][0044]其中，X
i
′
为相位校正后的频谱数据，X
i
为相位校正前的频谱数据，为第i个接收通道的相位校正值。
[0045]进一步地，步骤6中，所述波束形成器为CBF或MVDR；
[0046]所述CBF基于以下公式测量角度：
[0047][0048]所述MVDR基于以下公式测量角度：
[0049][0050]其中，y
K
为测量结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.毫米波雷达的阵列通道校正方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、将待校正阵列天线放置于预设高度的伺服转台上，并在待校正阵列天线的预设距离处设置角反射器，所述角反射器与待校正阵列天线具有同一高度；步骤2、获取所述待校正阵列天线在多个旋转角度下各接收通道的雷达回波数据，根据所述雷达回波数据提取各旋转角度下各接收通道的角反射器回波的测量相位值；步骤3、针对每个测量相位值，选定对应的参考天线，对其进行解相位模糊，得到各旋转角度下各接收通道的目标测量相位值；步骤4、遍历每个接收通道下所有旋转角度的目标测量相位值，剔除相位值野点对应旋转角度的目标测量相位值；步骤5、计算各旋转角度下各接收通道的理论相位值，根据所述理论相位值和目标测量相位值确定各接收通道的相位校正值；步骤6、根据所述相位校正值对各接收通道的频谱数据进行相位校正后输入波束形成器。2.如权利要求1所述的毫米波雷达的阵列通道校正方法，其特征在于，所述雷达回波数据为解线性频率调制后的数字点频信号。3.如权利要求1所述的毫米波雷达的阵列通道校正方法，其特征在于，所述预设高度大于预设距离，所述预设距离大于远场测试距离，所述角反射器的尺寸小于毫米波雷达的距离分辨率。4.如权利要求1所述的毫米波雷达的阵列通道校正方法，其特征在于，步骤2中，所述测量相位值的提取方法包括：步骤21、依次对各旋转角度下各接收通道的雷达回波数据作加窗傅里叶变换，得到各距离对应的频谱数据；步骤22、确定角反射器所在的距离单元序号，并提取所述距离单元序号对应的频谱数据，根据该频谱数据得到角反射器回波的测量相位值，具体公式如下：其中，为测量相位值，arctan为反正切函数，imag()为该频谱数据的虚部，real()为该频谱数据的实部。5.如权利要求1所述的毫米波雷达的阵列通道校正方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：步骤31、确定待校正阵列天线在各旋转角度下的水平发射角，针对每个水平发射角，分别执行以下步骤：步骤311、将第i个接收通道作为参考通道，计算第i个接收通道与第i+1个接收通道的相位差值；步骤312、若θ
j
＜0，并且则若θ
j
＞0，并且＞0，并且则其中，θ
j
为第j个水平发射角，j＝1，2,3,
…
，m，m为旋转角度的数量，为第i个接收
通道第j个水平发射角的测量相位值与第i+1个接收通道第j个水平发射角的测量相位值的差值，即i＝1，2,3,
…
，n，n为接收通道的数量；步骤313、计算各接收通道与第1个接收通道的相位差值，得到各接收通道的目标测量相位值，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘征，
申请(专利权)人：四川启睿克科技有限公司，
类型：发明
国别省市：