该发明专利技术公开了一种FMCW激光雷达测速测距方法，涉及FMCW激光雷达测速测距以及压缩感知技术领域。本发明专利技术基于FMCW测速测距差频信号频域稀疏的特点,引入了CRT采样结构采样与MWC采样结构采样，有效的降低了差频信号的采样率与数据计算量，且相较于仅MWC采样结构采样，提高了在低信噪比与较少MWC采样通道数时的差频信号的频率估计准确率，并进一步降低了数据的计算量；基于FMCW测速测距差频信号时域上的特点，使用分频的方法将上下扫频频率分开，降低了差频信号在频域上的稀疏度，在减少采样结构通道数的情况下能够完成差频信号上下扫频的频率估计，进一步完成待测目标的速度和距离的估计。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及fmcw激光雷达测速测距以及压缩感知，具体为一种fmcw激光雷达测速测距方法。
技术介绍
1、近年来，fmcw激光雷达测速测距方凭借其有高精度、非接触式、抗干扰能力的特性，已经在测绘、无人驾驶、船舶测量等领域得到了广泛的应用。fmcw激光雷达获取的差频信号的频率包含了待测目标的速度和距离信息，随着待测速度和距离的逐渐增大，差频信号的频率也越来越高，这使得差频信号的采样和信号处理愈发困难。
2、传统的fmcw测速测距方法为对差频信号进行直接的adc采样，再对采样数据做快速傅里叶变换(fft)以获取差频信号的有效频率，再根据频率计算待测目标的速度与距离，这种处理方式对adc采样速率以及数据处理的速度要求很高。现在已有将压缩感知理论引入fmcw激光雷达测距差频信号的处理中，能够降低差频信号的adc采样率，减少数据的计算量，但此种方法存在差频信号频率估计准确率与硬件资源消耗的矛盾、且受信噪比影响大的问题，并且当前存在方法无法完成同时对速度距离的计算。
技术实现思路
1、本专利技术为解决基于压缩感知理论的差频信号处理方法存在频率估计准确率低、受信噪比影响大等问题，并针对fmcw测速测距的要求，提出了一种fmcw激光雷达测速测距方法。
2、本专利技术技术方案为一种fmcw激光雷达测速测距方法，该方法包括：
3、步骤1、对fmcw激光雷达差频信号进行crt采样结构采样，计算差频信号上、下扫频的待测频率，crt表示中国余数定理；具体包括以下步骤：</p>4、步骤1.1、对差频信号进行crt采样结构采样获取crt采样序列；
5、步骤1.2、对crt采样序列进行上、下扫频分频，获取crt上扫频采样序列与crt下扫频采样序列；
6、步骤1.3、分别完成crt上扫频序列与下扫频序列的处理得到上扫频的待测频率值与下扫频频率的待测频率值；
7、步骤2、对差频信号进行mwc采样结构采样，结合步骤1中所得待测频率值估计差频信号上、下扫频频率，mwc表示调制宽带转换器；具体包括以下步骤：
8、步骤2.1、对差频信号进行mwc采样结构采样获取mwc采样序列；
9、步骤2.2：对mwc采样序列进行上下扫频分频，获取mwc上扫频采样序列与mwc下扫频采样序列；
10、步骤2.3、结合步骤1中所得上下扫频待测频率完成粗测频率的估计；
11、步骤2.4：处理mwc上下扫频采样序列得到mwc上下扫频的细测频率，并结合粗测频率得到差频信号上下扫频的频率值。
12、步骤3、根据步骤2中所得差频信号上下扫频频率值计算待测目标的速度和距离。
13、进一步的，所述步骤1.3的具体方法为：
14、对crt上扫频采样序列与下扫频采样序列分别做fft计算，得到fft计算后的序列，根据序列中的幅度最大值找出上扫频与下扫频采样序列中的有效频率值；
15、计算上扫频的待测频率值；
16、每一路crt的有效频率值为上扫频频率对该路的采样率fi的求余。考虑频谱的实对称性，每路crt的有效频率值对应的余数值均有两种可能性；记rir为右余数值，对应的左余数值ril：
17、
18、根据中国余数定理，每一路的采样频率fi满足互质条件，已知余数值ri可唯一确定原整数值f0，其中，可求的整数值最大值为由通道数以及选取的采样频率共同决定；原整数值f0解算方式为：
19、
20、
21、所述ki为由采样频率fi确定的整数值，由于频谱的实对称性质，ri可能的取值有rir和ril两种情况，因此crt采样结构只能给出一组待测余数值，共有2n种可能的频率值，记为上扫频的待测频率值；
22、下扫频的待测频率值计算方法与上扫频相同。
23、进一步的，所述步骤2.1的具体方法为：
24、步骤2.1.1、进行差频信号与混频函数的混频；
25、mwc采样结构由多通道组成，每个通道包含一个混频器、低通滤波器和adc，混频器实现差频信号与混频函数的混频；混频函数是周期为tp的常数函数，每个周期内包含p个等时间间隔，每个时间间隔内取值为1或-1，第i个通道的混频如下式所示：
26、
27、其中，x(f)为差频信号频谱，所述fp为1/tp，所述l为整数，所述cil为混频函数的傅里叶系数：
28、
29、其中，所述pi(t)为混频函数，混频过程表现为将差频信号频谱截断、搬移再线性组合，得到的混频后函数具有频率小于fp/2的频谱信息包含差频信号的所有频谱信息的特征；
30、步骤2.1.2、将步骤2.1.1中所得混频后的信号经过低通滤波与adc采样得到mwc采样结构的采样序列：
31、将步骤2.1.1获取的混频函数进行低通滤波，滤波后的函数包含差频信号的全部频谱信息，滤波的截止频率fs满足fs≥fp，根据奈奎斯特采样定理，adc采样率大于等于fs可采得差频信号的全部频谱信息，取fs＝fp，采样序列yi[n]的傅里叶变换满足下式：
32、
33、所述l需满足lfp大于等于差频信号的最高频率，采样序列即包含差频信号上下扫频频率信息。
34、进一步的，所述步骤2.3的具体方法为：
35、步骤2.3.1：计算每个通道的混频函数的傅里叶系数，组成感知矩阵c，c为m行l列矩阵，m表示mwc通道数；根据步骤3中所得差频信号的上扫频待测频率与下扫频待测频率计算其在感知矩阵中的对应列，将对应列组成待测频率对应的感知矩阵cest，cest为m行8列矩阵，记录这些对应列的列数；
36、步骤2.3.2、根据正交匹配追踪(omp)算法求出最相关列，完成粗测频率的估计；具体包含以下步骤：
37、步骤2.3.2.1、计算mwc各个通道的采样序列的fft得到mwc采样序列的频谱矩阵y，y为m行n列矩阵，n为序列长度；
38、步骤2.3.2.2、计算待测频率对应的感知矩阵cest的转置与矩阵y的乘积，得到矩阵q,如下式：
39、q＝cest×y
40、步骤2.3.2.3、计算矩阵q的每一行向量的二范数得到8维向量p，求出p向量的最大值，根据p的最大值位置找出所对应感知矩阵c列的列数，将列数乘以fp得到粗测频率fr。
41、进一步的，所述步骤2.4的具体方法为：
42、步骤2.4.1、计算mwc上下扫频序列的细测频率：
43、mwc采样序列信息包含差频信号的全部频谱信息，结合差频信号本身的频域稀疏特性，任选一路采样序列，分别计算上、下扫频的采样序列频谱，求出频谱最大值位置以及最大值位置对应的频率，该频率即为细测频率fa；
44、步骤2.4.2、计算差频信号上下扫频的频率：
45、比较差频信号上、下扫频的粗测频率与对应待测频率值的大小，本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种FMCW激光雷达测速测距方法，该方法包括：
2.如权利要求1所述的一种FMCW激光雷达测速测距方法，其特征在于，所述步骤1.3的具体方法为：
3.如权利要求1所述的一种FMCW激光雷达测速测距方法，其特征在于，所述步骤2.1的具体方法为：
4.如权利要求1所述的一种FMCW激光雷达测速测距方法，其特征在于，所述步骤2.3的具体方法为：
5.如权利要求1所述的一种FMCW激光雷达测速测距方法，其特征在于，所述步骤2.4的具体方法为：
6.如权利要求1所述的一种FMCW激光雷达测速测距方法，其特征在于，所述步骤3的具体计算方法为：
【技术特征摘要】
1.一种fmcw激光雷达测速测距方法，该方法包括：
2.如权利要求1所述的一种fmcw激光雷达测速测距方法，其特征在于，所述步骤1.3的具体方法为：
3.如权利要求1所述的一种fmcw激光雷达测速测距方法，其特征在于，所述步骤2.1的具体方法为：
4.如权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员：周亮，白帆，曾杰，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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