【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于毫米波雷达信号处理，具体涉及一种基于大尺寸平板定标体的毫米波雷达mimo阵列校准方法。
技术介绍
1、近年来，随着单片微波集成电路(monolithic microwave integrated circuit,mmic)制造工艺的飞速发展，毫米波雷达芯片制造成本大幅降低，因此毫米波雷达可作为一种低成本的探测方式，在智慧交通、道路监测及智能家居等各领域中发挥重要作用。
2、毫米波雷达的探测性能主要表现于其径向及横向分辨能力。目前由于雷达径向分辨率较高，而横向分辨率较差，为使毫米波雷达精细化感知周围环境，根据雷达基本原理，最直接的方式是增大雷达的天线孔径。更大的天线孔径将为雷达系统带来更高的天线增益与分辨能力，从而提高雷达系统的信噪比及精细化感知能力。考虑到毫米波段天线尺寸及生产制造工艺的限制，毫米波雷达多采用多发多收(multiple in multiple out,mimo)的雷达体制，通过增加阵元数目实现大孔径天线，从而提高毫米波雷达的探测性能。
3、mimo雷达的原理主要是基于虚拟阵列技术，各接收通道回波信号满足相同频率相同相位的相参条件，通过将阵列各接收通道回波信号进行信号相参处理，等效合成大孔径雷达，从而提高雷达的横向分辨性能。但在实际应用中，由于mmic生产工艺等原因，各通道硬件电路参数无法完全一致，导致各通道回波信号间存在固定的频率误差、相位误差及幅度误差，无法满足同频同相的相参条件，从而降低相参积累的效率，影响雷达探测性能。因此补偿通道间的频差、相差及幅度误差，校准各通道的回
4、校准mimo天线阵列的方法是，通过利用标准定标体测量通道间存在的误差，并通过信号处理的方式对误差进行补偿，从而使补偿后的回波信号满足相参条件，实现后续的相参积累。目前已有的校准方法是，在微波暗室中架设一个标准的三面角反射器，雷达布置于距角反射器一定距离的位置，正对角反射器，通过采集并测量雷达的回波数据，实现对毫米波雷达阵列的校准。但目前的校准方法存在一定的局限性。由于三面角反射器的目标散射特性会随着观测的角度变化而变化，当校准大尺寸天线阵列时，测量角反射器时的雷达回波不满足理想情况下各向相同的特性，提取的误差参数无法正确反映真实的误差，导致校准大尺寸天线阵列失败。此外由于采用三面角反射器作为标准定标体进行校准，天线阵列各处的回波信号不满足平面波条件，计算复杂度较高，效率低下。因此研究基于大尺寸平板定标体的天线阵列校准方法具有重要的实用价值。
技术实现思路
1、本专利技术为消除各通道回波信号间存在的频差、相差及幅差，提出了一种基于大尺寸平板定标体的毫米波雷达mimo阵列校准方法。由于频差、相差及幅差由雷达硬件引起，属于雷达系统固有参数，不随应用场景及雷达工作状态改变而改变，因此可在mimo雷达部署应用前，通过参数估计等方法，预先测量并计算得到各收发通道间存在的误差参数。并之后在雷达实际应用中，使用信号处理等方法利用得到的误差参数对回波进行补偿与校准，从而使校准后的回波信号满足相参合成的条件。
2、具体步骤如下：
3、步骤一、构建基于lfmcw信号波形的mimo雷达回波信号模型。
4、在mimo雷达系统中，雷达信号的收发由ntx个发射天线及nrx个接收天线实现。ntx个发射天线可通过工作在时分复用(time division multiplexing,tdm)、频分复用(frequency division multiplexing,fdm)、码分复用(code division multiplexing,cdm)等模式下，发射相应的信号波形，经空间传播后，由nrx个接收天线同时接收，得到n个虚拟接收天线，实现mimo雷达的空间分集及信号分集。其中，虚拟接收天线的个数n可表示为：
5、n＝ntx·nrx (1)
6、由于目前常见毫米波雷达采用线性调频连续波(linear frequency modulatedcontinuous wave,lfmcw)波形及tdm模式实现mimo雷达，因此以下构建基于lfmcw信号波形的回波信号模型。
7、单通道发射天线的发射信号stx(t)为：
8、
9、其中，t为时间，atx为发射信号幅度，fc为信号载频，k为调频斜率，为虚数单位。
10、电磁波经空间传播由单目标反射后，单通道接收天线的回波信号srx(t)为：
11、
12、其中，arx为接收信号幅度，τ表示雷达至目标的电磁波双程传播延迟，可表示为：
13、
14、其中，r为目标到雷达的距离，c为光速。
15、通常lfmcw雷达采用去斜(dechirp)处理实现回波信号的脉冲压缩，具体是将回波信号与发射信号进行混频得到单通道的中频信号sif(t)为：
16、
17、其中，aif为回波中频信号的幅度。
18、而基于lfmcw波形的mimo雷达通过tdm实现阵列扩展，由于不同接收通道与目标间的电磁波双程传播距离不同，不同接收通道的回波信号间存在由路程差引起的相位差，当接收阵列按照均匀线阵(uniform linear array,ula)排布时，阵列回波中频信号sif(t)可表示为：
19、
20、其中，d表示ula阵元间距，θ为目标相对于阵列视线中心的角度。
21、步骤二、构建存在误差的mimo雷达回波信号模型。
22、由于生产制造工艺限制等原因，各接收通道间的硬件参数存在误差，导致各通道回波中频信号中存在频差、相差及幅差，影响雷达探测目标的精度。因此将回波中存在的频差、相差及幅差引入到阵列回波中频信号模型中，构建存在误差的雷达回波信号模型，则存在误差的阵列回波中频信号s′if(t)可表示为：
23、
24、其中，δfm为第m个通道的频率误差，φm为第m个通道的相位误差，ρm为第m个通道的幅度误差，m＝1,2,…,n。
25、步骤三、使用大尺寸平板定标体进行测量，并得到回波信号。
26、将待校准毫米波雷达阵列放置于大尺寸平板定标体前，使雷达阵列中心正对大尺寸平板中心，并使雷达阵列平面与大尺寸平板平行。使用毫米波雷达发射并接收电磁波，采集此时的回波信号并进行处理，从而计算得到回波信号中包含的频差、相差及幅差。
27、当使用毫米波雷达阵列测量大尺寸平板定标体时，雷达的回波中频信号smeas(t)可表示为：
28、
29、其中，r1,r2…rn表示第n个虚拟收发阵元收发电磁波信号时，电磁波经平板反射后的双程传播路径长度，由于发射阵元及接收阵元处于空间中分布的位置，因此不同收发阵元组合到大平板的双程传播距离也不同，因此在实际测量过程中需考虑阵元位置对相位的影响。
30、由于当雷达正对大尺寸平板且雷达阵列平面与大尺本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于大尺寸平板定标体的毫米波雷达MIMO阵列校准方法，其特征在于：具体步骤如下：
2.根据权利要求1所述的一种基于大尺寸平板定标体的毫米波雷达MIMO阵列校准方法，其特征在于：在步骤一中，虚拟接收天线的个数N表示为：
3.根据权利要求1或2所述的一种基于大尺寸平板定标体的毫米波雷达MIMO阵列校准方法，其特征在于：在步骤一中，电磁波经空间传播由单目标反射后，单通道接收天线的回波信号sRX(t)为：
4.根据权利要求3所述的一种基于大尺寸平板定标体的毫米波雷达MIMO阵列校准方法，其特征在于：在步骤一中，将回波信号与发射信号进行混频得到单通道的中频信号sIF(t)为：
5.根据权利要求4所述的一种基于大尺寸平板定标体的毫米波雷达MIMO阵列校准方法，其特征在于：在步骤一中，当接收阵列按照均匀线阵ULA排布时，阵列回波中频信号sIF(t)表示为：
6.根据权利要求5所述的一种基于大尺寸平板定标体的毫米波雷达MIMO阵列校准方法，其特征在于：在步骤二中，存在误差的阵列回波中频信号s′IF(t)表示为：
7.
8.根据权利要求7所述的一种基于大尺寸平板定标体的毫米波雷达MIMO阵列校准方法，其特征在于：在步骤三中，相位差异取决于发射阵元和接收阵元的空间分布；通过测量得到的回波信号估计出其中包含的频差、相差及幅差；其中，包含误差矩阵Λ为：
9.根据权利要求8所述的一种基于大尺寸平板定标体的毫米波雷达MIMO阵列校准方法，其特征在于：在步骤四中，根据式(9)中的误差矩阵Λ，表现为包含频率误差、相位误差及幅度误差的正弦信号，因此为得到阵列的误差，通过利用回波信号估计误差矩阵中各通道对应的频率、相位及幅度即得到待求的频差、相差及幅差；最后根据毫米波雷达采集的数据得到频差f、相差Φ及幅差ρ估计值分别为：
10.根据权利要求1所述的一种基于大尺寸平板定标体的毫米波雷达MIMO阵列校准方法，其特征在于：在步骤五中，使用误差参数补偿回波信号的具体过程为，首先使用幅度误差估计值补偿回波信号的幅度，消除由于放大器及天线增益对回波信号幅度的影响；其次使用频率误差估计值补偿回波信号的频率，消除由于压控振荡器及混频对回波信号频率的影响；最后使用相位误差估计值补偿回波信号的相位，消除由于微带传输线长度对回波信号相位的影响，最终得到补偿后的回波信号；经过补偿后的回波中频信号表示为：
...【技术特征摘要】
1.一种基于大尺寸平板定标体的毫米波雷达mimo阵列校准方法，其特征在于：具体步骤如下：
2.根据权利要求1所述的一种基于大尺寸平板定标体的毫米波雷达mimo阵列校准方法，其特征在于：在步骤一中，虚拟接收天线的个数n表示为：
3.根据权利要求1或2所述的一种基于大尺寸平板定标体的毫米波雷达mimo阵列校准方法，其特征在于：在步骤一中，电磁波经空间传播由单目标反射后，单通道接收天线的回波信号srx(t)为：
4.根据权利要求3所述的一种基于大尺寸平板定标体的毫米波雷达mimo阵列校准方法，其特征在于：在步骤一中，将回波信号与发射信号进行混频得到单通道的中频信号sif(t)为：
5.根据权利要求4所述的一种基于大尺寸平板定标体的毫米波雷达mimo阵列校准方法，其特征在于：在步骤一中，当接收阵列按照均匀线阵ula排布时，阵列回波中频信号sif(t)表示为：
6.根据权利要求5所述的一种基于大尺寸平板定标体的毫米波雷达mimo阵列校准方法，其特征在于：在步骤二中，存在误差的阵列回波中频信号s′if(t)表示为：
7.根据权利要求1所述的一种基于大尺寸平板定标体的毫米波雷达mimo阵列校准方法，其特征在于：在步骤三中，当使用毫米波雷达阵列测量大尺寸平板定标体时，雷...
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