基于DDMA和频率捷变的雷达高分辨距离像生成方法

技术领域

本发明属于雷达设备技术领域，尤其涉及一种基于DDMA和频率捷变的雷达高分辨距离像生成方法。

背景技术

目前，车载毫米波雷达尤其是中远距离雷达一般探测距离为200-300米，其距离谱分辨率、距离谱精度通常比较低，其主要原因是当雷达处理资源一定的情况下，即采样率不变且采样时间T一定，则雷达最大回波频率f

则根据距离分辨率公式，此时雷达距离分辨率越差。

采用捷变频技术，可以大大提高目标的距离分辨率，同时保持最大探测距离不变，但是该技术的缺点是各个高分辨目标回波能量会大大减弱，导致雷达探测威力下降。

毫米波雷达通过发射多个周期的频率调制连续波(FMCW，Frequency ModulationContinuous Wave)信号，每一个扫频周期为T

发射信号经目标反射得到回波信号，回波信号与发射信号进行混频后，可以得到包含f

其中c表示光速，T

距离分辨率公式

DDMA被称多普勒分多址，或者多普勒多通道分离、多普勒分集发射。DDMA波形通过DDMA的多天线同时发射，结合雷达上新的相关检测信号链，能够比常用的TDMA(时间分集发射)波形获得更高的SNR(信噪比)和更远的探测距离，其基本发射波形如下：

发射天线数量为N，脉冲个数为M，各个发射天线同时发射，每个发射天线叠加不同的相位步进值。如图2所示，Tx1发射天线的相位步进值为

现有技术中与本发明最相似的技术方案是提高信号带宽B，根据距离分辨率公式，要得到高分辨距离谱，可以提高信号带宽，信号带宽每提高一倍，则距离分辨率增加一倍，或是采样频率捷变的发射波形，得到雷达高分辨距离像。雷达处理资源一定的情况下，即采样率不变且采样时间T一定，则雷达最大回波频率f

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

现有技术在提高距离分辨率时，存在最大检测距离下降和雷达探测威力下降的问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于DDMA和频率捷变的雷达高分辨距离像生成方法。

本发明是这样实现的，利用多个发射天线同时发射频率捷变的chirp波形实现距离高分辨，对各个发射天线进行DDMA调制，对接收的回波信号做完二维FFT后，提取各个发射天线对应的数据单元，做发射波束形成，以提高目标信噪比，对波束形成后的距离多普勒谱进行目标检测，得到高分辨距离像。

所述基于DDMA和频率捷变的雷达高分辨距离像生成方法包括以下步骤：

S101，发射M个调频连续波波形chirp,M为任意整数，每个chirp波形发射周期内，N个发射天线同时发射，同时在各个发射信号上进行DDMA相位调制，各个chirp的调制周期均为T

S102，对包含M个脉冲的回波数据进行二维FFT变换，得到距离-多普勒矩阵；

S103，从距离-多普勒谱数据矩阵中，提取各个发射天线对应的数据单元，并根据探测方向，做发射波束形成；

S104，发射波束完成后，得到波束形成后的距离多普勒谱，并解出精确的高分辨距离。

进一步，所述S101中，频率步进的目的是得到距离高分辨，DDMA调制的目的是增强探测威力。

进一步，所述S103中发射波束的合成输出为S

进一步，所述S103中发射波束用于增强目标探测威力。

进一步，所述S104中高分辨距离可由高分辨距离公式计算得出：

其中，v

进一步，所述高分辨距离公式在

本发明的另一目的在于提供一种实施所述基于DDMA和频率捷变的雷达高分辨距离像生成方法的基于DDMA和频率捷变的雷达高分辨距离像生成系统，所述基于DDMA和频率捷变的雷达高分辨距离像生成系统包括：

基带信号生成模块，用于形成基带信号；

二维FFT变换模块，与基带信号生成模块连接，用于得到距离-多普勒矩阵；

发射波束形成模块，与二维FFT变换模块连接，用于提取数据单元，根据探测方向做发射波束形成；

距离多普勒谱生成模块，与发射波束形成模块连接，用于得到波束形成后的距离多普勒谱；

输出模块，与距离多普勒谱生成模块，用于计算并输出精确的高分辨率距离。

本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行所述基于DDMA和频率捷变的雷达高分辨距离像生成方法的步骤。

本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行所述基于DDMA和频率捷变的雷达高分辨距离像生成方法的步骤。

本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于实现所述基于DDMA和频率捷变的雷达高分辨距离像生成系统。

结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

第一、本发明采用频率捷变波形结合DDMA发射波形，在提高距离分辨率的同时，利用同时多发多收波形，然后在信号处理流程中进行收发波束形成，以提高雷达雷达探测威力。

本发明采用频率捷变波形结合DDMA发射波形，利用捷变频波形提高雷达分辨率，得到高分辨距离像，高分辨的同时，雷达能量分散到各个目标上，因而降低了目标能量。因此本发明利用DDMA调制方式，同时发射多个发射波形，然后在信号处理流程中进行发射波束形成，提高各个高分辨目标的信噪比，以提高雷达雷达探测威力。

第二，本发明的技术方案转化后的预期收益和商业价值为：本技术方案可以提高毫米波雷达的多目标分辨能力，提升业界的雷达成像效果。

第三，本发明提供的基于DDMA和频率捷变的雷达高分辨距离像生成方法可以带来以下显著的技术进步：

1.提高分辨率：该方法通过使用调频连续波波形chirp和DDMA相位调制，可以提高雷达系统的距离分辨率和角度分辨率。

2.增强目标检测能力：通过在每个脉冲间，起始频率以确定的步长递增，可以增强雷达系统对目标的检测能力，特别是对于高速移动或者隐蔽的目标。

3.提高雷达系统的稳定性和可靠性：该方法通过使用二维FFT变换和发射波束形成，可以提高雷达系统的稳定性和可靠性，从而在复杂的环境下保持高性能。

4.提高数据处理效率：该方法通过从距离-多普勒谱数据矩阵中提取各个发射天线对应的数据单元，可以提高雷达数据处理的效率和精度。

5.增加系统的灵活性：由于采用了频率捷变，这种方法使雷达系统能够适应各种不同的环境和任务需求，从而增加了系统的灵活性。

总的来说，这种方法利用了一些先进的信号处理和雷达技术，从而显著提高了雷达系统的性能和效率。

附图说明

图1是本发明实施例提供的FMCW信号序列。

图2是本发明实施例提供的DDMA信号序列。

图3是本发明实施例提供的基于DDMA和频率捷变的雷达高分辨距离像生成方法流程图。

图4是本发明实施例提供的发射波形序列。

图5是本发明实施例提供的距离-多普勒矩阵。

图6是本发明实施例提供的波束形成后的距离多普勒谱。

图7是本发明实施例提供的相邻多目标在距离-多普勒谱上的映射；a为雷达图；b为多普勒图。

图8是本发明实施例提供的基于DDMA和频率捷变的雷达高分辨距离像生成系统结构图。

图8和图9为对本发明所示的技术方案进行测试，测试现有技术和本发明对该测试场景的高分辨成像效果。现有技术效果如图9所示。本发明效果如图10所示。

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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图3所示，基于DDMA和频率捷变的雷达高分辨距离像生成方法包括以下步骤：

S101，发射M个调频连续波波形chirp,M为任意整数，每个chirp波形发射周期内，N个发射天线同时发射，同时在各个发射信号上进行DDMA相位调制，各个chirp的调制周期均为T

S102，对包含M个脉冲的回波数据进行二维FFT变换，得到距离-多普勒矩阵；

S103，从距离-多普勒谱数据矩阵中，提取各个发射天线对应的数据单元，并根据探测方向，做发射波束形成；

S104，发射波束完成后，得到波束形成后的距离多普勒谱，并解出精确的高分辨距离。

作为优选，本发明实施例提供的基于DDMA和频率捷变的雷达高分辨距离像生成方法具体为：

发射M个调频连续波波形chirp,M为任意整数。每个chirp波形发射周期内，N个发射天线同时发射，同时在各个发射信号上进行DDMA相位调制；各个chirp的调制周期均为T

在对各个chirp进行混频后得到基带信号后，其处理流程如下：

(1)对包含M个脉冲的回波数据进行二维FFT变换，得到距离-多普勒矩阵。下面以3发DDM为例，说明处理过程，距离-多普勒矩阵如图5所示。

(2)发射波束形成

从上述距离-多普勒谱数据矩阵中，提取各个发射天线对应的数据单元，并根据探测方向，做发射波束形成，用于增强目标探测威力，即将各个发射天线对应的数据合成一个数据，并得到增益。设发射阵列导向矢量为

S

当目标位于波束指向方向时，可以得到最大信噪比增益为10lg(N)。

(3)目标检测

发射波束完成后，可以得到波束形成后的距离多普勒谱如图6所示。

如图7所示在上述发射波形前提下，对于在同一个ΔR范围内的多个目标，会在R-D矩阵的多个速度单元上得到区分。

当信号载频为f

其中c为光速，λ

当脉冲时间间隔为T时，在脉冲维进行FFT处理，连续的相位差产生了速度值。

值得注意的是，上式中进行FFT处理时第一个起始脉冲是以f

因此，当目标点位于多普勒谱位置v

本发明也可以采用TDMA、FDMA调制方式，进行多发射波形，结合捷变频发射波形，以达到与本方案相同的技术效果。

如图8所示，基于DDMA和频率捷变的雷达高分辨距离像生成系统包括：

基带信号生成模块，用于形成基带信号；

二维FFT变换模块，与基带信号生成模块连接，用于得到距离-多普勒矩阵；

发射波束形成模块，与二维FFT变换模块连接，用于提取数据单元，根据探测方向做发射波束形成；

距离多普勒谱生成模块，与发射波束形成模块连接，用于得到波束形成后的距离多普勒谱；

输出模块，与距离多普勒谱生成模块，用于计算并输出精确的高分辨率距离。

将本发明应用实施例提供的基于DDMA和频率捷变的雷达高分辨距离像生成方法应用于计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行所述基于DDMA和频率捷变的雷达高分辨距离像生成方法的步骤。

将本发明应用实施例提供的基于DDMA和频率捷变的雷达高分辨距离像生成方法应用于信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于实现所述基于DDMA和频率捷变的雷达高分辨距离像生成系统。

应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。数量相比传统雷达提升10倍以上，具体来说，传统雷达对单一目标(人或车)的点云数量一般在5个点以下，本发明对单一目标(人或车)的点云探测数量在50点以上。

对本发明所示的技术方案进行测试，测试现有技术和本发明对该测试场景的高分辨成像效果。现有技术效果如图9所示。本发明效果如图10所示。

可以看到，本发明的成像检测点云密度比现有技术高很多，目标检测成像效果提升明显。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。