(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201811496593.X
(22)申请日 2018.12.07
(71)申请人 哈尔滨工程大学
地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区南
通大街145号哈尔滨工程大学科技处
知识产权办公室
(72)发明人 王伟 段永昌 李欣 王峰 黄平
(51)Int.Cl.
G01S 13/58(2006.01)
G01S 7/41(2006.01)
(54)发明名称基于FMCW雷达波形的多目标检测计算方法及一种FMCW雷达波形(57)摘要本发明属于毫米波雷达技术领域，具体涉及基于FMCW雷达波形的多目标检测计算方法及一种FMCW雷达波形。本发明设计的波形包括调频波LFM部分和恒频波CF部分。首先通过LFM的回波数据得到所有可能目标的两组 距离和速度信息；然后通过恒频波得到目标的速度信息，并利用该速度信息对目标的两组距离和速度信息进行筛选，从而消除一部分虚假目标；最后，对筛选掉虚假目标的两组距离和速度信息进行匹配，再次去除虚假目标。通过对匹配后的目标信息进行最小二乘法处理，进一步提高距离和速度的精度。本发明设计的FMCW雷达波形结合LFM和CF的优点，简化了计算， 减少了硬件存储空间。权利要求书4页 说明书10页 附图4页CN 109521417 A 2019.03.26
C N 109521417
A
1.基于FMCW雷达波形的多目标检测计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)根据FMCW雷达波形产生调频连续波，调频连续波一路由天线发射，一路作为本振与回波信号混频得中频信号；所述的FMCW雷达波形包括调频波LFM部分和恒频波CF部分；所述的调频波LFM部分分为四个调制阶段：第一个阶段为频率上升段1即up1、第二个阶段为频率上升段2即up2、第三个阶段为频率下降段3即down3、第四个阶段为频率下降段4即down4；所述的恒频波CF部分为FMCW雷达波形的第五个调制阶段 (2)对中频信号进行AD采样，按照发射信号的不同调制阶段将采样之后的数据分成数据段1～数据段5，
对每个数据段进行傅里叶变换FFT，并对FFT之后的数据做恒虚警检测CFAR，得到目标的个数P及目标在每个数据段的频率信息；
(3)利用数据段5得到的频率信息求取目标的速度信息v p(p＝P)和速度匹配误差Δv；
(4)对数据段1和数据段4得到的目标频率采用遍历的方法进行配对，并利用数据段5得到的速度信息v p,p＝P进行筛选，得到第一组距离和速度信息
(5)对数据段2和数据段3得到的目标频率采用遍历的方法进行配对，并利用数据段5得到的速度信息v p,p＝P进行筛选，得到第二组距离和速度信息
(6)根据速度匹配误差Δv和距离匹配误差ΔR，对步骤4、5中得到的两组距离和速度信息进行匹配，再次去除虚假目标，得到真实目标的两组距离和速度信息；
(7)对步骤(6)得到的真实目标的两组距离和速度信息利用最小二乘法处理，最终得到高精度的距离和速度
信息
2.根据权利要求1所述的基于FMCW雷达波形的多目标检测计算方法，其特征在于：所述步骤(1)中调频连续波由天线发射具体包括：根据调制斜率不同的五段调制波在DSP里产生五段调制波并输出给DA，由DA输出给压控振荡器VCO，VCO产生的调制信号经过功放输出给天线并由天线发送至自由空间；上升段1即up1作为本振与回波信号混频得中频信号的过程具体为：发射信号的数学模型表达式如下
其中，表示发射信号频率是时间的线性函数，B up1是第一段调制波调频带
宽，T是第一段调制波周期，τ是发射信号时间内的微小间隔，f c是载波频率，A T是发射信号的幅值；
接收的回波信号表达式如下
其中K r表示与目标反射强度及信号传播衰减相关的常数，f d和f R分别表示Doppler频率及距离和速度产生的频率，t d是与距离有关的延迟，s T(t)与s R(t)在时间域进行混频，并通过低通滤波器得到第一段对应的中频信号
R i和v i分别表示第i个目标的速度和距离信息，c表示光速；
其他阶段根据发射信号产生中频信号的过程同上升段1即up1一致。
3.根据权利要求1所述的基于FMCW雷达波形的多目标检测计算方法，其特征在于：所述步骤(2)处理过程具体为：由于发射信号分为五个阶段，根据发射信号与中频信号的对应关系将AD采样的中频信号成数据段1～数据段5，即数据段1～数据段5分别对应发射信号的五个调制阶段，然后对每个阶段的中频信号进行FFT及CFAR处理估计出目标的频率信息，数据段1和数据段4产生目标的个数P及目标频率信息的具体过程包括：
其中，N表示AD采样的数据长度，S b,up1和S b,down4分别表示数据段1和数据段4对应的采样之后的中频信号，S b,up1(k)和S b,down4(k)是s b,up1(n)和s b,down4(n)经过FFT之后的结果；
P＝Count{S b,up1(k)＞CFAR(S b,up1(k))}
其中P表示目标的总个数，CFAR(S b,up1(k))表示对S b,up1(k)恒虚警检测的结果,Count表示对S b,up1(k)大于CFAR(S b,up1(k))的幅值个数进行统计，统计的结果即为目标的个数；
f up1,i和f down4,j分别对应S b,up1(k)和S b,down4(k)经过CFAR处理之后得到的目标频率信息；
其他数据段产生目标的个数P及目标频率信息的处理过程同数据段1和数据段4一致。
4.根据权利要求1所述的基于FMCW雷达波形的多目标检测计算方法，其特征在于：所述步骤(3)中求取目标的速度信息v p表达式如下
其中，v p和f d,p分别表示第p个目标的速度信息和Doppler频率，速度匹配误差Δv由系统速度分辨率得到，表达式如下
其中f c表示载波的频率，c表示光速，T表示调频周期。
5.根据权利要求1所述的基于FMCW雷达波形的多目标检测计算方法，其特征在于：所述步骤(4)过程所描述的遍历的方法是指将每个f up1,i与每个f down4,j(i,j∈[1,P])进行配对得到表达式如下
其中B up1和B down4表示第一段和第四段扫频信号的带宽，配对得到的距离和速度
信息，另外利用数据段5得到的速度信息v p(p＝P)对进行筛选是指
满足
其中u∈[1,U]，U是第一组距离和速度信息的总个数。
6.根据权利要求5所述的基于FMCW雷达波形的多目标检测计算方法，其特征在于：所述步骤(5)中对数据段2和数据段3得到的目标频率采用遍历的方法进行配对，并利用数据段5得到的速度信息v p,p＝P进行筛选，得到第二组距离和速度信息
的过程与步骤(4)一致，其中W是第二组距离和速度信息的总个数。
7.根据权利要求1所述的基于FMCW雷达波形的多目标检测计算方法，其特征在于：所述步骤(6)中距离匹配误差ΔR是系统的距离分辨率，表达式如下
其中c表示光速，T表示调频周期，B up1表示第一段扫频信号的带宽；
利用和进行匹配的过程为：根据极大似然估计的理论，若两组目标满足如下不等式即认定为真实目标
经过上述过程处理之后中真实目标的距离速度信息为
中真实目标的距离速度信息为
其中P表示真实目标个数，该参数已经在步骤(2)中得到。
8.根据权利要求7所述的基于FMCW雷达波形的多目标检测计算方法，其特征在于：所述步骤(7)中对两组距离和速度信息利用最小二乘法处理是指对于同一目标的两组参数做如下处理
其中是最终得到的速度和距离信息，即本发明计算方法输出结果。
9.一种FMCW雷达波形，其特征在于：包括调频波LFM部分和恒频波CF部分；所述的调频波LFM部分分为四个调制阶段：第一个阶段为频率上升段1即up1、第二个阶段为频率上升段2即up2、第三个阶段为频率下降段3即down3、第四个阶段为频率下降段4即down4；所述的恒频波CF部分为FMCW雷达波形的第五个调制阶段。
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