CN104330789A - 一种宽范围微波雷达测距装置 - Google Patents

Abstract

本发明的宽范围微波雷达测距装置可以应用于近距离、远距离以及不同角度的多个目标的检测，增大了雷达测距装置的探测范围，通过对雷达回返信号进行噪声消除，可以针对不同的应用实现较高的探测精度，可靠性高，可以最大程度的降低安全事故。

Description

一种宽范围微波雷达测距装置

技术领域

本发明涉及微波通信领域，尤其涉及一种宽范围微波雷达测距装置。

背景技术

交通事故已成为“世界第一害”，怎么保证行车安全，如何降低相关交通事故的发生率已成为全社会关注的话题。在这一背景下，汽车预警技术的研究开发成为热点，其中汽车防撞系统的研制开发具有非常重要的现实意义与应用价值。

汽车防撞雷达可采用超声波、激光、红外和微波技术来实现，但前三种容易受到恶劣天气及环境因素的影响，无法确保探测精度，因而国内外专家将注意力集中放在微波雷达上。

在智能交通系统中，汽车防撞雷达通常采用线性持续雷达波调制，在雷达接收机产生的雷达中频信号中，不但含有目标的中频频率，还含有雷达噪声信号和干扰信号，如邻近车道上的车辆、车道间的护拦、路旁的树木以及空中和远处的建筑物等，这些都会对雷达系统形成干扰，导致雷达做出错误判断。而多目标检测能力较低、大量的遗漏目标、虚假目标是制约其应用和普及的关键问题。

目前汽车主动防撞预警系统的重点仍在于如何识别出目标的运动状态信息，而忽略了安全车辆间隔模型及控制策略的建立，或者统一建立安全车辆间隔模型和控制策略，因此降低了系统的可靠性。

根据德国Daimler-Benz公司的研究表明:驾驶员只要能提前0.5秒得到“预警”，就可以避免50％的尾撞事故、30％的迎面碰撞事故；若能提前1秒采取措施，则可避免90％的交通事故发生。这就要求雷达测距防撞系统具有实时性强，处理速度快的特点。但是目前的测距系统时序控制较弱，且对于运算复杂，计算量大的算法往往难以满足实时性需求，也不利于汽车雷达的控制。

发明内容

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

根据本发明的实施方式，提出一种宽范围微波雷达测距装置，所述系统包括电性耦接的线性持续雷达波调制发射单元、双通道接收单元、车辆间隔计算单元、宽范围对象识别单元、数控单元、以及待机电压电流生成单元。

根据本发明的实施方式，所述宽范围对象识别单元包括：加窗处理单元、距离域快速傅氏变换单元、速度域快速傅氏变换单元、目标匹配单元、目标信息识别单元以及误差函数判断单元；所述宽范围对象识别单元用于对回返信号进行相应的识别处理，对两种不同周期三角波调制信号进行距离域快速傅氏变换、速度域快速傅氏变换、目标匹配以及目标信息识别，最后经误差函数判断得到最终目标信息。

根据本发明的实施方式，所述宽范围对象识别单元在执行宽范围内的多个对象识别时，首先由三角波发生器发射调制三角波并由双通道接收单元采集回返信号数据；

所述加窗处理单元用于对回返信号数据进行加窗处理；

所述距离域快速傅氏变换单用于执行距离域的快速傅氏变换；

所述速度域快速傅氏变换单元用于执行速度域快速傅氏变换；

所述目标匹配单元用于执行目标匹配；

所述目标信息识别单元用于计算目标的实际距离和速度信息；

所述误差函数判断单元通过误差函数判断最终目标的信息。

根据本发明的实施方式，所述车辆间隔计算单元根据双通道接收单元接收的回返信号计算安全车辆间隔，计算公式可以表示为：

d＝d1-d2+d0，其中d为安全车辆间隔，d1为自车所驶过的距离，d2为目标所驶过的距离，d0为表示两车所要保留的最小安全车辆间隔。

根据本发明的实施方式，所述双通道接收单元包括：多个接收天线、两路并行的回返信号噪声消除单元、两路并行的低噪声放大器、两路并行的混频器、两路并行的相移器、第四增益缓冲跟随器、第五增益缓冲跟随器、跨阻抗放大器、模拟基带单元以及数模转换器。

根据本发明的实施方式，所述线性持续雷达波调制发射单元，包括：多个发射天线、相位锁定回路、功率放大器、第一增益缓冲跟随器、第二增益缓冲跟随器以及第三增益缓冲跟随器，所述线性持续雷达波调制发射单元用于产生线性持续雷达波调制信号，依次经第三增益缓冲跟随器、功率放大器放大后，再经发射天线发射出去。

根据本发明的实施方式，所述相位锁定回路包括：相频检测器、开关电容式电压变换器、回环滤波器、电压控制振荡器、依次1/2分频的第一分频器、第二分频器、第三分频器和第四分频器、可配置整数分频的第五分频器以及△∑调制器，其中，所述相频检测器、开关电容式电压变换器、回环滤波器、电压控制振荡器以及五个分频器依次串接成环状，所述相频检测器的第一输入端输入参考频率信号，第二输入端则与第五分频器分频后的分频信号输出端相连，所述第五分频器的分频控制信号输入端与△∑调制器的调制信号输出端相连，所述电压控制振荡器的输出端依次连接第一增益缓冲跟随器以及放大增益可调的第三增益缓冲跟随器。

本发明的宽范围微波雷达测距装置可以应用于近距离、远距离以及不同角度的多个目标的检测，增大了雷达测距装置的探测范围，通过对雷达回返信号进行噪声消除，可以针对不同的应用实现较高的探测精度，可靠性高，可以最大程度的降低安全事故。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

附图1示出了根据本发明实施方式的宽范围微波雷达测距装置结构示意图；

附图2示出了根据本发明实施方式的线性持续雷达波调制发射单元结构示意图；

附图3示出了根据本发明实施方式的双通道接收单元结构示意图；

附图4示出了根据本发明实施方式的数控单元结构示意图；

附图5示出了根据本发明实施方式的宽范围对象识别单元结构示意图；

附图6示出了根据本发明实施方式的回返信号噪声消除单元结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

根据本发明的实施方式，提出一种宽范围微波雷达测距装置，如附图1所示，所述系统包括电性耦接的线性持续雷达波调制发射单元、双通道接收单元、车辆间隔计算单元、宽范围对象识别单元、数控单元、以及待机电压电流生成单元，其中：

如附图2所示，所述线性持续雷达波调制发射单元，包括：多个发射天线、相位锁定回路、功率放大器、第一增益缓冲跟随器、第二增益缓冲跟随器以及第三增益缓冲跟随器，所述线性持续雷达波调制发射单元用于产生线性持续雷达波调制信号，依次经第三增益缓冲跟随器、功率放大器放大后，再经发射天线发射出去；

所述相位锁定回路包括：相频检测器、开关电容式电压变换器、回环滤波器、电压控制振荡器、依次1/2分频的第一分频器、第二分频器、第三分频器和第四分频器、可配置整数分频的第五分频器以及△∑调制器，其中，所述相频检测器、开关电容式电压变换器、回环滤波器、电压控制振荡器以及五个分频器依次串接成环状，所述相频检测器的第一输入端输入参考频率信号，第二输入端则与第五分频器分频后的分频信号输出端相连，所述第五分频器的分频控制信号输入端与△∑调制器的调制信号输出端相连，所述电压控制振荡器的输出端依次连接第一增益缓冲跟随器以及放大增益可调的第三增益缓冲跟随器；

所述功率放大器，输入端与所述第三增益缓冲跟随器的输出端相连，用于将产生的线性持续雷达波调制信号进行功率放大，再通过发射天线发射出去；

所述双通道接收单元，用于对接收到的回返信号进行噪声消除、下变频、放大和滤波，再转换为数字信号供外部的数字处理部分处理，如附图3所示，所述双通道接收单元包括：

多个接收天线、两路并行的回返信号噪声消除单元、两路并行的低噪声放大器、两路并行的混频器、两路并行的相移器、第四增益缓冲跟随器、第五增益缓冲跟随器、跨阻抗放大器、模拟基带单元以及数模转换器，其中：

所述两路并行的回返信号噪声消除单元，用于对从接收天线接收到的两路回返信号执行噪声消除；

所述两路并行的低噪声放大器，用于对噪声消除后的两路信号进行放大，向所述两路并行的混频器对应的提供输入信号；

所述两路并行的混频器，分别对输入的信号进行混频后得到中频信号，该混频器均为无源混频器，两个混频器的差分输出的正端之间相连接，差分输出的负端之间也相连接；

所述第二增益缓冲跟随器的输入与第一增益缓冲跟随器的输出端相连，对输入的所述线性持续雷达波调制发射单元产生的本振信号进行缓冲放大后，同时传送到第四增益缓冲跟随器和第五增益缓冲跟随器的输入端，分别各自经放大之后分别送往相应的第一相移器和第二相移器；

所述两路并行的相移器，分别对各自输入的所述线性持续雷达波调制发射单元产生的本振信号进行单端到差分的转换，同时分别在输入的第一移相控制信号、第二移相控制信号的控制下完成移相功能，结果输出给对应的第一混频器和第二混频器；

所述跨阻抗放大器，由跨导放大器及两个反馈电阻构成，所述跨导放大器的正负两个输入端分别与所述两路并行的混频器相对应的正负输出端相连接，并将其输出的电流信号转化为电压信号；

模拟基带单元，包括：第一可编程增益放大器、第二可编程增益放大器、第三可编程增益放大器、低通滤波器、第一直流偏移校准模块、第二直流偏移校准模块、以及第三直流偏移校准模块；

其中，所述第一可编程增益放大器、第二可编程增益放大器、第三可编程增益放大器的增益依次设置为6dB、12dB、18dB或者24dB，所述低通滤波器的带宽依次设置为200kHz、500kHz、1MHz或者2MHz，第一可编程增益放大器、低通滤波器、第二可编程增益放大器以及第三可编程增益放大器依次连接，所述第一可变成增益放大器的输入端与跨导放大器的输出端相连接，所述的输出连接到数字模拟转换的输入端，第一直流偏移校准模块的输入端与所述低通滤波器的输出端连接，所述第一直流偏移校准模块的输出端与第一可编程增益放大器的输入端相连，第二直流偏移校准模块的输入端与第二可编程增益放大器的输出端连接，所述第二直流偏移校准模块的输出端与第二可编程增益放大器的输入端相连，第三直流偏移校准模块的输入端与第三可编程增益放大器的输出端连接，所述第三直流偏移校准模块的输出端与第三可编程增益放大器的输入端相连，从而实现对整个接收通路的直流偏移的校准；

所述数控单元，为所述外部数字处理部分提供接口，并对所有可配置变量进行控制，包括：所述线性持续雷达波调制信号的扫频周期、扫频带宽、发射信号的功率、接收支路的增益、低通滤波器的带宽以及相移器的移相值，如附图4所示，所述数控单元包括：串行数据接口、寄存器堆以及三角波发生器，其中：

所述串行数据接口，用于与所述外部数字处理部分通信，将控制信号写入内部寄存器堆，所述串行数据接口的输入端分别为外部时钟、外部状态翻转时钟、外部片选信号S以及外部串行输入数据，所述串行数据接口的第一输出端为串行数据输出端，所述串行数据接口的第二输出端连接到寄存器堆的输入，用于控制寄存器堆中的寄存器存储的数值；

所述寄存器堆，用于控制三角波发生器的状态以及为此雷达中所有可配置变量提供控制，包括：所述线性持续雷达波调制信号的扫频周期、扫频带宽、发射信号的功率、接收支路的增益、低通滤波器的带宽以及相移器的移相值，所述寄存器堆的输入端与串行数据接口的输出端相连接，所述寄存器堆的输出端与三角波发生器的输入端以及其余可配置变量的控制端相连接；

所述三角波发生器，用于产生三角波波形，给线性持续雷达波调制发射单元中的△∑调制器提供控制信号，从而产生线性持续雷达波调制的信号，所述三角波发生器的输入端与寄存器堆相连接，所述三角波发生器的输出端与线性持续雷达波调制发射单元中的△∑调制器的输入端相连接；

所述待机电压电流生成单元，为所述宽范围微波雷达测距装置提供所需的待机电压以及待机电流。

所述车辆间隔计算单元根据双通道接收单元接收的回返信号计算安全车辆间隔，计算公式可以表示为：

d＝d1-d2+d0，其中d为安全车辆间隔，d1为自车所驶过的距离，d2为目标所驶过的距离，d0为表示两车所要保留的最小安全车辆间隔，一般取2～5m。

本发明根据车辆制动学理论建立了四种安全车辆间隔模型：安全边界车辆间隔、安全冗余车辆间隔、危险临界车辆间隔和极限临界车辆间隔。

安全边界车辆间隔是预判车辆的运行状况是否安全的指标，高于此值便安全；对应的危险临界车辆间隔预判车辆的运行工况是否危险，低于此值则危险。安全冗余车辆间隔是在安全边界车辆间隔上增加一段距离，根据驾驶员的熟练程度自行通过人机交互模块设定；极限临界车辆间隔是汽车不发生追尾事故所需维持的极限车辆间隔。

安全边界车辆间隔为:

$\mathrm{ds}=\frac{1}{3.6}(t1+t2)u1+\frac{t3}{3.6\×2}{u}_{\mathrm{rel}}+\frac{{\mathrm{ul}}^2-{(u1-u_{\mathrm{rel}})}^2}{25.92\mathrm{a\μ}}+d0$

其中，ds为安全边界车辆间隔，u1为自车的运动速度；u2为目标的运动速度；u_rel＝u1-u2，为两车的相对速度；t1为自车驾驶员反应时间，该时间长短因人而异；t2为自车消除制动间隙时间；t3为两车的制动力增长时间，假设相同；a1＝a2＝aμ，为两车的制动减速度均是来自地面的最大制动减速度，由地面附着系数决定，aμ＝μ·g，μ为地面附着系数，g为重力加速度。

安全冗余车辆间隔为：

$\mathrm{dt}=\frac{1}{3.6}(t0+t1+t2)u1+\frac{t3}{3.6\×2}{u}_{\mathrm{rel}}+\frac{{\mathrm{ul}}^2-{(u1-u_{\mathrm{rel}})}^2}{25.92\mathrm{a\μ}}+d0$

其中，dt为安全冗余车辆间隔，t0为提前预告的时间，是依据驾驶员特性和驾驶习惯所设定的，驾龄较短或驾驶技术欠缺的驾驶员希望这段时间长些，以便帮助预告即将出现的不安全状况；技术娴熟或反应敏捷的驾驶员希望这段时间短些，甚至是消除这段时间，以便降低主动防撞预警系统的灵敏度和减少不必要的告警次数，建议t0取0～1s。

危险临界车辆间隔为：

$\mathrm{dd}=\frac{t2}{3.6}u1+\frac{t3}{3.6\×2}{u}_{\mathrm{rel}}+\frac{{\mathrm{ul}}^2-{(u1-u_{\mathrm{rel}})}^2}{25.92\mathrm{a\μ}}+d0$

极限临界车辆间隔为：

$\mathrm{dL}=\left\{\begin{array}{cc}\frac{1}{3.6}(t2+\frac{t3}{2})u1+\frac{1}{25.92}[\frac{{u1}^2}{\mathrm{a\&mu;}}-\frac{{(u1-u_{\mathrm{rel}})}^2}{a2}]+d0& a2>\frac{u1-u_{\mathrm{rel}}}{u1}\mathrm{a\&mu;}\\ \frac{1}{3.6}(t2+\frac{t3}{2})u1+\frac{u_{\mathrm{rel}}^2}{25.92(\mathrm{a\&mu;}-a2)}+d0& a2<\frac{u1-u_{\mathrm{rel}}}{u1}\mathrm{a\&mu;}\end{array}\right.$

其中，a2为目标的制动减速度。

所述车辆间隔计算单元可以根据上述不同距离模型进行不同的测距计算，并将结果提醒驾驶员或采取紧急制动措施。

所述宽范围对象识别单元，用于对回返信号进行相应的识别处理，对两种不同周期三角波调制信号进行距离域快速傅氏变换、速度域快速傅氏变换、目标匹配以及目标信息识别，最后经误差函数判断得到最终目标信息；如附图5所示，所述宽范围对象识别单元包括：加窗处理单元、距离域快速傅氏变换单元、速度域快速傅氏变换单元、目标匹配单元、目标信息识别单元以及误差函数判断单元；

所述宽范围对象识别单元在执行宽范围内的多个对象识别时，首先由三角波发生器发射调制三角波并由双通道接收单元采集回返信号数据，所述调制三角波的调制周期有2种，为T1和T2。在调制三角波T1与T2之间留有间隔时间、不产生调制信号，周期T1的三角波产生后间隔时间为t1，周期T2的三角波后的间隔时间为t2。所述T2＜T1，T1＞t1≥T1/2，T2＞t2≥T2/2。

即在周期T1的三角波产生后间隔时间t1，再产生周期T2的三角波，间隔时间t2之后，进入下一循环，又产生T1周期的三角波……如此循环往复。2种周期的调制三角波之间的间隔时间留给系统足够的时间进行信号调制发射，也便于后续的信号处理，降低本发明的复杂度，减轻执行系统负担。

本发明的调制三角波信号不同于传统的固定周期三角波调制信号，是有周期T1和T2的变周期三角波调制信号。真实目标的距离和速度的计算和调制信号的周期T无关，而虚假目标的距离和速度计算值和调制信号的周期T相关，根据不同调制周期T1和T2虚假目标的回返信号计算所得的目标距离、速度值不同，可以有效排除虚假目标，即有效解决多目标探测中地物回返信号、干扰和噪声的影响。

当发射T1周期的调制三角波，返回的信号为第一回返信号，当发射T2周期的调制三角波，返回的信号为第二回返信号。

所采集的回返信号数据有I、Q两路信号，分别为回返信号数据的实部和虚部。以下分别对第一回返信号和第二回返信号的I、Q两路信号进行处理。采样频率为fs，fs的取值满足以下条件：满足奈奎斯特采样定律，即fs≥2fmax,其中fm为雷达中频频率，fmax为雷达中频频率最大值，B为调制信号带宽，R为目标的距离，C为光速，T为调制信号周期，v为目标速度，fo为发射信号的载频中心频率。

所述加窗处理单元用于对回返信号数据进行加窗处理；

本发明的加窗处理采用的是hamming窗，hamming窗具有优秀的旁瓣衰减和相对较窄的主瓣宽度，相对于矩形窗、三角窗和hanning窗，降低旁瓣对目标判断的影响，可有效减少频谱泄露。

当发射调制周期为T1的三角信号时，对第一回返信号的数据中的实数部分进行如下的处理：

采集到的m个周期第一回返信号数据组成一个矩阵A1

$A1=\left[\begin{array}{ccc}{a}_{11}& L& a_{{1n}_1}\\ M& 0& M\\ a_{m1}& L& a_{{\mathrm{mn}}_1}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{a}_1\left(n_1\right)\\ a_2\left(n_1\right)\\ \\ a_m\left(n_1\right)\end{array}\right]$

式中m表示所采集到的第一回返信号的周期个数，m为8～16的整数；n1表示在对其中一个周期的第一回返信号以采样频率fs采样的采样点数。a(n1)表示对第一回返信号进行模数转换后的数据。

对第一回返信号的数据中的虚数部分的加窗处理与前述实数部分的加窗处理相同。

当发射调制周期为T2的三角信号时，对第二回返信号的数据中的实数部分和虚数部分的加窗处理与前述对第一回返信号的加窗处理相同。采集到的m个周期第二回返信号数据组成一个矩阵A2。

所述距离域快速傅氏变换单用于执行距离域的快速傅氏变换；

所述距离域的快速傅氏变换是指对T1或T2周期的调制三角波所采集到的m个周期的第一回返信号或第二回返信号进行加窗处理后，进行第一次快速傅氏变换后得到的对应目标在距离域上的频谱，每一根谱线对应一个距离单元。

本发明一个周期距离域快速傅氏变换的点数与一个周期采样点数相等，对于第一回返信号，距离域快速傅氏变换点数为T1×fs，对于第二回返信号，距离域快速傅氏变换点数为T2×fs。

对第一个周期的第一回返信号加窗处理数据进行距离域快速傅氏变换得到：

X1(m₁)＝FFT[a₁(n₁)·w(n₁)]，

式中w(n₁)为hamming窗的窗函数。

依次对m个周期的第一回返信号数据重复进行上述的处理后组成一个矩阵B1，

$B1=\left[\begin{array}{c}{X}_1\left(m_1\right)\\ X_2\left(m_1\right)\\ \\ X_m\left(m_1\right)\end{array}\right]$

对第一回返信号的数据中的虚数部分的距离域快速傅氏变换的处理与前述实数部分的距离域快速傅氏变换的处理相同。

第二回返信号的距离域的快速傅氏变换与第一回返信号相同，得到矩阵B2。

所述速度域快速傅氏变换单元用于执行速度域快速傅氏变换；

所述速度域快速傅氏变换是指对T1或T2周期的调制三角波所采集到的m个周期的第一回返信号或第二回返信号进行距离域快速傅氏变换处理后，对同一距离单元上的数据进行16点的第二次快速傅氏变换，即速度域快速傅氏变换。

本发明中m为8～16的整数。当m≠16，即m为除16外的8至16之间的某个整数时，先对m个周期的数据进行处理，即在同一距离单元的数据后面补16-m个零，补至16位，再进行16点的速度域快速傅氏变换。

对步所得矩阵B1每一列数进行快速傅氏变换即速度域的快速傅氏变换,即

对第一回返信号的数据中的虚数部分的速度域快速傅氏变换的处理与前述实数部分的速度域快速傅氏变换的处理相同。

最后对上述处理后的第一回返信号实数部分数据和虚数部分数据进行取模处理输出得到第一回返信号的频谱。

对第二回返信号的速度域快速傅氏变换处理和取模处理与第一回返信号相同，得到第二回返信号的频谱。

因雷达采样的回返信号数据除了包括目标回返信号，还有地物回返信号、干扰和噪声，故此步所得的频谱包含有目标以及杂波噪声的频率。有待以下的目标匹配的处理，才能有效地提取出目标回返信号。

所述目标匹配单元用于执行目标匹配；

本发明根据调制信号上下扫频段得到的上下峰值差的绝对值判断谱线幅度值，根据目标的模糊多普勒频率判断模糊速度通道。当所得的第一回返信号的模糊多普勒频率的谱线满足上下峰值差的绝对值小于或等于5，则判断它们的谱线幅度值相等，初步判断为同一个目标的谱线，待后续的判定。当同时目标谱线的模糊多普勒频率相等则判断它们的模糊速度通道相等，那么这些谱线为同一个目标在上下扫频段产生的差频信号。

目标谱线的模糊多普勒频率为该谱线的运算点数M除以16所得的余数，余数范围为0～15，计算所得余数相等的目标谱线即模糊多普勒频率相等、也就是模糊速度通道相等。

同一目标在调制信号上下扫频段得到的频谱和其它目标得到的频谱，在幅度和形状上具有最大相似性。上、下扫频段的频谱峰值的对比过程为：将上扫频段某个目标i的谱线峰值与下扫频段各目标的的谱线峰值进行逐个对比，若上扫频段目标i的谱线峰值与下扫频段目标j的谱线峰值差的绝对值在所有对比中最小，再进行模糊多普勒频率的比较，若目标i和目标j的模糊多普勒频率相等，则认为目标i和目标j是同一目标。

对第二回返信号的频谱的目标匹配与上述第一回返信号的处理过程相同。

所述目标信息识别单元用于计算目标的实际距离和速度信息；

对T1或T2周期的调制三角波所采集到的第一回返信号或第二回返信号数据经目标匹配处理后分别计算各自的每个目标距离和目标速度。

所述误差函数判断单元通过误差函数判断最终目标的信息；根据第一回返信号和第二回返信号的信号处理后分别计算得到的各个目标的距离速度组合如果满足一定的误差范围即认为该目标距离速度组合是相等的，确定为最终目标信息。

本发明设置的宽范围对象识别单元，针对多目标检测，从发射波形改进和雷达信号处理两方面着手解决，设计易于产生、抗干扰性能强、具有良好多目标检测性能的雷达发射波形，配以相应的多目标判决算法，有效地保留真实的目标距离和速度值，排除虚假目标，提升在强背景杂波噪声下检测多个运动目标的能力，提高了检测多目标的准确度。

如附图6所示，所述回返信号噪声消除单元具体包括：目标距离成像获取模块、超分辨率基和矩阵构造模块、系数向量更新模块、误差判断模块、以及距离成像恢复模块；

所述目标距离成像获取模块对微波雷达目标的时域回返信号做脉冲压缩，得到微波雷达目标的距离成像，并确定微波雷达目标的距离成像的系数向量和消噪因子：

所述目标距离成像获取模块确定微波雷达目标的距离成像的系数向量和消噪因子具体包括：

(1)对微波雷达目标的距离成像做N点的快速傅立叶变换，得到微波雷达目标的距离成像的复频谱，将该复频谱做K点的快速逆傅立叶变换，得到微波雷达目标的距离成像的系数向量，其中N表示微波雷达目标的距离成像的长度，K表示微波雷达目标的距离成像的系数向量的长度；

(2)根据微波雷达目标的距离成像估计噪声功率；

(3)根据噪声功率确定消噪因子。

所述超分辨率基和矩阵构造模块用于构造超分辨率基和矩阵，具体包括：

(1)设定误差门限β＝10-6；

(2)按照下式，获得超分辨率基和矩阵的元素，构造超分辨率基和矩阵：

$R_{m,l}=e^{-j\frac{2\mathrm{\&pi;}}{N}(m-1)(l-1)}$

其中，R_m,l表示超分辨率基和矩阵的第m列第l行的元素；m＝1,...,M，M表示超分辨率基和矩阵的总列数；l＝1,...,L，L表示超分辨率基和矩阵的总行数；e表示自然常数；j表示虚数单位；π表示圆周率；N表示微波雷达目标的距离成像的长度；

(3)按照下式，构造微波雷达目标回返信号去噪性能评估函数：

$J\left(a\right)={\left|\right|Z-\mathrm{Ea}\left|\right|}_2^2+f{\left|\right|a\left|\right|}_0$

其中，J(a)表示微波雷达目标复回返信号去噪性能评估函数，a表示微波雷达目标的距离成像的系数向量，Z表示微波雷达目标的距离成像的复频谱，E表示超分辨率基和矩阵，||·||₂表示求向量的2-范数，f表示消噪因子，||a||₀表示微波雷达目标的距离成像的系数向量a中非零元素的个数。

所述系数向量更新模块用于更新系数向量，具体包括：

(1)对微波雷达目标的距离成像的系数向量求导，得到微波雷达目标复回返信号去噪性能评估函数的梯度向量；

(2)对微波雷达目标的距离成像的系数向量求二阶导，得到微波雷达目标复回返信号去噪性能评估函数的海森矩阵；

(3)用微波雷达目标复回返信号去噪性能评估函数的梯度向量更新微波雷达目标的距离成像的系数向量，得到更新后的微波雷达目标距离成像的系数向量；

(4)计算微波雷达目标距离成像系数向量的相对误差。

所述误差判断模块用于判断相对误差是否大于误差门限：

判断微波雷达目标的距离成像的系数向量的相对误差是否大于误差门限，如果是，则由系数向量更新模块更新系数向量，否则，由距离成像恢复模块恢复距离成像。

所述距离成像恢复模块用于恢复距离成像，具体包括：

(1)将超分辨率基和矩阵与微波雷达目标的距离成像的系数向量的系数向量做内积，得到去噪的微波雷达目标的距离成像的复频谱；

(2)对去噪的微波雷达目标的距离成像的复频谱做快速逆傅立叶变换，得到恢复的微波雷达目标的距离成像。

通过本发明设置的回返信号噪声消除单元，可以对微波雷达回返信号进行去噪，提高了回返接收信号的信噪比。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种宽范围微波雷达测距装置，所述系统包括电性耦接的线性持续雷达波调制发射单元、双通道接收单元、车辆间隔计算单元、宽范围对象识别单元、数控单元、以及待机电压电流生成单元。

2.一种如权利要求1所述的装置，所述宽范围对象识别单元包括：加窗处理单元、距离域快速傅氏变换单元、速度域快速傅氏变换单元、目标匹配单元、目标信息识别单元以及误差函数判断单元；所述宽范围对象识别单元用于对回返信号进行相应的识别处理，对两种不同周期三角波调制信号进行距离域快速傅氏变换、速度域快速傅氏变换、目标匹配以及目标信息识别，最后经误差函数判断得到最终目标信息。

3.一种如权利要求2所述的装置，所述宽范围对象识别单元在执行宽范围内的多个对象识别时，首先由三角波发生器发射调制三角波并由双通道接收单元采集回返信号数据；

所述加窗处理单元用于对回返信号数据进行加窗处理；

所述距离域快速傅氏变换单用于执行距离域的快速傅氏变换；

所述速度域快速傅氏变换单元用于执行速度域快速傅氏变换；

所述目标匹配单元用于执行目标匹配；

所述目标信息识别单元用于计算目标的实际距离和速度信息；

所述误差函数判断单元通过误差函数判断最终目标的信息。

4.一种如权利要求3所述的装置，所述车辆间隔计算单元根据双通道接收单元接收的回返信号计算安全车辆间隔，计算公式可以表示为：

d＝d1-d2+d0，其中d为安全车辆间隔，d1为自车所驶过的距离，d2为目标所驶过的距离，d0为表示两车所要保留的最小安全车辆间隔。

5.一种如权利要求4所述的装置，所述双通道接收单元包括：多个接收天线、两路并行的回返信号噪声消除单元、两路并行的低噪声放大器、两路并行的混频器、两路并行的相移器、第四增益缓冲跟随器、第五增益缓冲跟随器、跨阻抗放大器、模拟基带单元以及数模转换器。

6.一种如权利要求5所述的装置，所述线性持续雷达波调制发射单元，包括：多个发射天线、相位锁定回路、功率放大器、第一增益缓冲跟随器、第二增益缓冲跟随器以及第三增益缓冲跟随器，所述线性持续雷达波调制发射单元用于产生线性持续雷达波调制信号，依次经第三增益缓冲跟随器、功率放大器放大后，再经发射天线发射出去。

7.一种如权利要求6所述的装置，所述相位锁定回路包括：相频检测器、开关电容式电压变换器、回环滤波器、电压控制振荡器、依次1/2分频的第一分频器、第二分频器、第三分频器和第四分频器、可配置整数分频的第五分频器以及△∑调制器，其中，所述相频检测器、开关电容式电压变换器、回环滤波器、电压控制振荡器以及五个分频器依次串接成环状，所述相频检测器的第一输入端输入参考频率信号，第二输入端则与第五分频器分频后的分频信号输出端相连，所述第五分频器的分频控制信号输入端与△∑调制器的调制信号输出端相连，所述电压控制振荡器的输出端依次连接第一增益缓冲跟随器以及放大增益可调的第三增益缓冲跟随器。