毫米波雷达自动校准系统与方法

技术领域

本发明属于雷达校准技术领域，具体涉及一种毫米波雷达自动校准方法。

背景技术

毫米波雷达具有频率高、波长短、频带宽、体积小、重量轻、隐蔽性和机动性好等特点，在车载、制导、军事等领域具有非常光明的应用前景。毫米波雷达是利用目标对电磁波的反射来发现并测定目标位置的。通常，为了提高角度分辨率，毫米波雷达采用多接收天线的布局，通过计算接收天线相位，得到目标角度信息。

但是，由于天线存在加工误差、工艺差异、材料差异等，实际的天线参数同设计参数往往存在较大的差异，这会导致接收天线相位发生改变。故，需要对相位进行校准，实现对毫米波雷达测角的修正。

在传统的雷达校准方法中，使用目标模拟器来执行毫米波雷达的相位校准。然而，由于目标模拟器本身存在系统误差，以及雷达探测目标也存在误差，因此，通过单次测试不能精确计算并存储用于毫米波雷达校准相位阵列。

发明内容

本发明的目的是在于克服现有技术中存在的不足，提供一种毫米波雷达自动校准方法，通过自动进行多次校准计算，对计算结果进行均值处理，得到毫米波雷达校准相位阵列，并自动更新到毫米波雷达中。

本发明实施例采用的技术方案是：

本发明实施例提出一种毫米波雷达自动校准系统，包括：目标模拟器、上位机、测试转台、底座；

上位机分别与目标模拟器和毫米波雷达连接；测试转台安装在底座上，毫米波雷达安装在测试转台上，能够跟随测试转台一起水平和俯仰转动；目标模拟器设置在毫米波雷达前方数米处。

进一步地，测试转台的水平和俯仰角度经过零位校准。

本发明实施例还提出一种毫米波雷达自动校准方法，适用于如上文所述的毫米波雷达自动校准系统，包括：

根据设计的接收天线间距和波长值计算出接收天线标准相位信息；毫米波雷达实际探测目标进行处理得到一维FFT数据，该一维FFT数据包含接收天线实际相位信息，通过计算实际相位和标准相位的相位差信息，用于校准后的相位信息补偿。

进一步地。该方法具体包括以下步骤：

S1.毫米波雷达中的存储器中预设相位参数矩阵Pa；

S4.通过上位机设置目标模拟器的系统参数；

S5.在上位机中设置模拟目标参数，包括：开始距离Rs、结束距离Rf、速度Vt、校准源角度At、雷达散射截面积RCS；开始模拟，模拟目标以Vt的速度沿着角度At从Rs对应的位置往Rf对应的位置运动；其中设置的模拟目标参数要在毫米波雷达目标探测范围内；

S6.开始模拟的同时，上位机将模拟目标参数发送给毫米波雷达；

S7.毫米波雷达的处理器，根据n根接收天线间距阵列D=[0,d1,…,dn-1]，波长为λ，校准源角度为At，计算出标准方向阵列AR=exp(-i*2*π*D*sin(At)/λ)，其中i为虚数单位；

S8.根据当前毫米波雷达探测的目标距离值Rt，计算对应在一维FFT数据中的距离维坐标Rc=目标距离值Rt/距离分辨率Rd，其中Rd=光速c/（2*有效带宽B）；

S9.根据距离维坐标Rc提取一维FFT数据中n根接收天线对应距离维的阵列D1FFTData（n*Vcmax），并对Vcmax进行均值处理得到均值阵列D1FFTDataAver（n*1）；其中Vcmax为速度维个数；

S10.将阵列D1FFTDataAver以第一根接收天线Rx0为参考进行归一化处理，得到归一化阵列D1FFTDataNorm，其与标准方向阵列AR点除，得到校准相位差阵列Ca；

S11.当毫米波雷达探测的目标距离值Rt

S12.毫米波雷达中自动重复步骤S8～S10，计算目标在不同距离下的校准相位差阵列Ca；

S13.自动校准计算完成，自动计算的次数N=(Rf-Rs)/Vt/Td，其中Td为毫米波雷达采样周期；将N次Ca进行均值处理得到最终校准相位差阵列CaAver；

S14.将最终校准相位差阵列CaAver与Pa点乘得到校准相位参数阵列Pa_c，保存到毫米波雷达的存储器中。

本发明的优点：

1）在校准过程中，能够自动进行多次校准计算，对计算结果进行均值处理，最小化目标模拟器系统误差及雷达探测误差的同时，得到的校准相位阵列更精确。

2）在毫米波雷达中进行校准相位阵列计算，可以将计算结果自动保存在毫米波雷达Flash中，不需要额外的参数写入过程，校准流程更简便。

附图说明

图1为本发明实施例的校准系统示意图。

图2为本发明实施例的接收天线布局示意图。

图3为本发明实施例的校准方法流程图。

图4为本发明实施例的一维FFT数据示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明实施例提出的一种毫米波雷达自动校准系统，包括目标模拟器1、上位机3、测试转台6、底座9；

上位机3分别与目标模拟器1和毫米波雷达5连接；测试转台6安装在底座9上，毫米波雷达5安装在测试转台6上；目标模拟器1设置在毫米波雷达5前方数米处；

其中，目标模拟器1与上位机3通过网线2连接，上位机3与毫米波雷达5通过CAN总线连接，毫米波雷达5通过紧固螺栓7、8安装在测试转台6上，能够跟随测试转台一起水平和俯仰转动；目标模拟器距离毫米波雷达1～2m；测试转台6的水平和俯仰角度已进行零位校准；上位机3是一台测试电脑，预设了目标模拟器的控制软件；

本发明实施例提出的一种毫米波雷达自动校准方法，包括：根据设计的接收天线间距和波长值计算出接收天线标准相位信息；毫米波雷达实际探测目标进行处理得到一维FFT数据，该一维FFT数据包含接收天线实际相位信息，通过计算实际相位和标准相位的相位差信息，用于校准后的相位信息补偿。

如图2所示，接收天线Rx0、Rx1......Rxn，接收天线间距分别为d1、d2......dn-1；

毫米波雷达自动校准方法，具体包括以下步骤：

S1.毫米波雷达中的存储器中，例如Flash存储器，预设相位参数矩阵Pa；

S2.将毫米波雷达与上位机连接；

S3.将上位机与目标模拟器连接；

S4.通过上位机设置目标模拟器的系统参数；

S5.在上位机中设置模拟目标参数，包括：开始距离Rs、结束距离Rf、速度Vt、校准源角度At、雷达散射截面积RCS；开始模拟，模拟目标以Vt的速度沿着角度At从Rs对应的位置往Rf对应的位置运动；其中设置的模拟目标参数要在毫米波雷达目标探测范围内；

S6.开始模拟的同时，上位机将模拟目标参数发送给毫米波雷达；

S7.毫米波雷达的处理器，根据n根接收天线间距阵列D=[0,d1,…,dn-1]，波长为λ，校准源角度为At，计算出标准方向阵列AR=exp(-i*2*π*D*sin(At)/λ)，其中i为虚数单位；

S8.根据当前毫米波雷达探测的目标距离值Rt，计算对应在一维FFT数据中的距离维坐标Rc=目标距离值Rt/距离分辨率Rd，其中Rd=光速c/（2*有效带宽B）；

S9.根据距离维坐标Rc提取一维FFT数据中n根接收天线对应距离维的阵列D1FFTData（n*Vcmax），并对Vcmax进行均值处理得到均值阵列D1FFTDataAver（n*1）；其中Vcmax为速度维个数；

S10.将阵列D1FFTDataAver以第一根接收天线Rx0为参考进行归一化处理（即第Rxn天线对应值与第Rx0天线对应值点除），得到归一化阵列D1FFTDataNorm，其与标准方向阵列AR点除，得到校准相位差阵列Ca；

S11.当毫米波雷达探测的目标距离值Rt

S12.毫米波雷达中自动重复步骤S8～S10，计算目标在不同距离下的校准相位差阵列Ca；

S13.自动校准计算完成，自动计算的次数N=(Rf-Rs)/Vt/Td，其中Td为毫米波雷达采样周期；将N次Ca进行均值处理得到最终校准相位差阵列CaAver；

S14.将最终校准相位差阵列CaAver与Pa点乘得到校准相位参数阵列Pa_c，保存到毫米波雷达的Flash存储器中，用于校准后目标角度探测。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。