一种车载毫米波雷达波达方向的估计方法及一种车载毫米波雷达技术

本发明专利技术提供了一种车载毫米波雷达波达方向的估计方法，通过使用虚拟阵元内插技巧将稀疏虚拟阵列所包含的全部信息以均匀虚拟阵列的形式表现出来，并引入原子范数的定义以及构建基于原子范数最小化的优化问题，求解最小化问题后得到满足Toeplitz的协方差矩阵，最后通过MUSIC算法估计波达方向；与现有技术相比，本发明专利技术充分利用了非均匀虚拟阵列中的全部信息，有效地解决了相干信源带来的协方差矩阵缺秩的问题，有效降低噪声的影响，提升分辨率和估计精度。计精度。计精度。

【技术实现步骤摘要】
一种车载毫米波雷达波达方向的估计方法及一种车载毫米波雷达


[0001]本专利技术涉及雷达信号处理领域，尤其涉及一种车载毫米波雷达波达方向的估计方法及一种车载毫米波雷达。

技术介绍

[0002]线性调频连续波(Frequency Modulated Continuous Wave,FMCW)雷达具有简单易实现、精度高等优点，作为一种稳定性较好的毫米波雷达受到了广泛的应用。汽车行驶过程中，车载雷达通过确定目标的到达角实时获取目标位置信息，波达方向(Direction of Arrival,DoA)估计是阵列信号处理领域的一个重要分支，是指利用阵列天线接收空域信号，通过统计信号处理方法以及优化方法对接收信号进行处理，以恢复发射信号包含的角度信息。
[0003]传统的角度估计算法的分辨率受到天线孔径瑞利限的限制，测角精度并不理想。当采用接收阵列进行信号处理来估计多目标角度时，角度分辨率指标与阵列的孔径直接相关，阵列孔径越大能够提供的角度分辨率越高，但汽车雷达安装位置受限，如果接收阵元增多会导致成本增加，当前采用的接收阵列一般只包括4个阵元，则为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种车载毫米波雷达波达方向的估计方法，其特征在于，包括：建立车载毫米波雷达的原始虚拟平面阵列，所述车载毫米波雷达的发射阵列和接收阵列均为稀疏阵列；依据所述原始虚拟平面阵列，对所述车载毫米波雷达的所述接收阵列采集到的第一接收信号x(t,n)进行建模；对所述第一接收信号进行二维FFT，计算目标的距离和速度信息；进行恒虚警目标检测；选出所述目标所在的距离
‑
多普勒单元，检测到所述目标后，处理所述目标的距离和速度信息；依据内插技巧以及抽取的角度维数据矢量，向所述原始虚拟平面阵列中内插第一内插虚拟阵列，获取内插均匀线阵ULA，获取所述内插均匀线阵ULA的第二接收信号Y
U
(f
θ
)，其中内插均匀线阵ULA的阵元位置为U＝{0≤l≤max(S)}；计算所述内插均匀线阵ULA的采样协方差矩阵；根据原子范数定义，构建原子范数最小化问题重构所述内插均匀线阵ULA的协方差矩阵T(z)；计算最优解依据所述最优解以及所述内插均匀线阵ULA的协方差矩阵T(z)的Toeplitz性质得到协方差矩阵通过多重信号分类方法得到相干信源的角度参数空间谱表示为：其中，U
N
为协方差矩阵的噪声子空间，a(θ)为虚拟信号的导向矢量；通过谱峰搜索得到所述空间谱的峰值，并将所述峰值从大到小排列，取前K个峰值对应的角度值即为波达方向的估计结果。2.如权利要求1所述的估计方法，其特征在于，所述车载毫米波雷达的所述发射阵列和接收阵列分别为N
t
、N
r
，其中方位向天线阵元间距为入射窄带信号波长一半的ρ倍，俯仰向天线阵元间距为入射窄带信号波长的一半；所述车载毫米波雷达的天线与发射端一个阵元、接收端阵元数N＝N
t
.N
r
的虚拟阵列等价，由此建立车载毫米波雷达的原始虚拟平面阵列。3.如权利要求2所述的估计方法，其特征在于，所述对接收端采集到的接收信号x(t,n)进行建模包括：有K个来自θ＝[θ1,θ2,...,θ
K
]
T
方向，距离、速度均一致的远场窄带相干信号入射至所述车载毫米波雷达的所述原始虚拟平面阵列，其中θ
k
为第k个目标的方向与所述原始虚拟平面阵列轴向的夹角，目标的距离为R，速度为V，发射端以扫频斜率μ发射频率分集的FMCW信号，则可对第n个扫频周期对应时间t的接收信号x(t,n)进行建模：
其中，K
r
为衰减系数，f0为载波中心频率，T为扫频周期，表示独立同分布的零均值加性高斯白噪声，表示噪声功率，I为单位矩阵，阵列流形A＝[a(θ1),a(θ2),...,a(θ
K
)]中的第k列对应于第k个入射信号的导向矢量如下：其中，u
l
d,l∈{2,3,
…
,N}表示所述原始虚拟平面阵列中第l个阵元所在的位置，为虚数单位；相干信号波形向量为s(t,n)＝[s1(t,n),s2(t,n),...,s
K
(t,n)]
T
，其中s
k
(t,n)为4.如权利要求3所述的估计方法，其特征在于，所述对所述第一接收信号进行二维FFT，得到目标的距离和速度信息，包括：对所述第一接收信号进行快、慢时间维度的二维FFT，将时域信号变换到距离
‑
多普勒域，可得：其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：单丹凤，叩炼，刘升恒，刘梦琦，毛子焕，
申请(专利权)人：上海海拉电子有限公司，
类型：发明
国别省市：