CN108120975A - 基于梯形连续波的雷达测速测距方法 - Google Patents

基于梯形连续波的雷达测速测距方法 Download PDF

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文珺
王伟伟
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Abstract

本发明公开了一种基于梯形连续波的雷达测速测距方法，用于测量多个目标相对雷达的速度和距离，其步骤包括：雷达发射梯形连续波信号，所述梯形连续波包括正线性调频段波形、点频段波形和负线性调频段波形；雷达回波解调后，确定所有待测目标的实际速度值集合；确定每个待测目标的可能速度值；以及将所述每个待测目标的可能速度值与所述所有待测目标的实际速度值集合进行匹配得到待测目标的实际速度并且进一步得到待测目标的实际距离。所述基于梯形连续波的雷达测速测距方法可以有效实现雷达对密集多目标的测距测速，从而极大提高雷达对密集多目标的监视性能。

Description

基于梯形连续波的雷达测速测距方法
技术领域
本发明涉及雷达检测领域，特别涉及一种基于梯形连续波的雷达测速测距方法。
背景技术
连续波雷达具有成本低、重量轻等突出优点，在近作用距离的民用领域具有重要的应用价值。目前连续波雷达发射波形主要包括点频信号、锯齿波信号及三角波信号等。其中点频信号主要用于测量目标的速度，锯齿波信号用于测量目标的距离，而三角波信号可同时进行目标测速和测距。
三角波信号需要对同一目标在正负调频斜率段信号中的不同位置进行正确配对，才能获得目标的正确速度和距离。当雷达波束内目标数目较少时，可以通过比较目标回波的功率信息进行配对，其基本思想是不同目标之间由于距离或雷达截面积的不同会导致回波功率强度不同，从而将功率接近的进行配对处理。但是当目标较为密集时，例如监控路面车辆的交通雷达或者行人的安防类雷达，其目标距离相差不大，并且雷达截面积也十分类似，此时利用回波功率难以区分，因此会导致配对错误。同时也有相关文献提出通过接收回波匹配滤波后的波形形状进行配对，但是实际上当目标类型接近时(例如车辆之间，行人之间)，其雷达回波形状也基本相同，当目标密集时也难以适用。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于梯形连续波的雷达测速测距方法，从而克服雷达对密集多目标无法准确测速测距的缺点。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于梯形连续波的雷达测速测距方法，用于测量多个目标相对雷达的速度和距离。其步骤包括：雷达发射梯形连续波信号，所述梯形连续波包括正线性调频段波形、点频段波形和负线性调频段波形；雷达回波解调后，确定所有待测目标的实际速度值集合；确定每个待测目标的可能速度值；以及将所述每个待测目标的可能速度值与所述所有待测目标的实际速度值集合进行匹配得到待测目标的实际速度并且进一步得到待测目标的实际距离。
优选地，上述技术方案中，梯形连续波波形ST(t)公式如下：
其中k表示雷达发射梯形波的周期；f0为雷达发射信号中心频率；c为光速，波长γ为线性调频段信号的调频斜率；T1为正线性调频段或负线性调频段的持续时间；线性调频段信号的带宽B满足B＝γT1；T2为点频段的持续时间。
优选地，上述技术方案中，所述雷达回波的波形分为正线性调频段，点频段波形，负线性调频段，分别近似表示为SR1(t)，SR2(t)，SR3(t)，波形公式如下：
Ri表示第i个目标相对雷达的初始距离；Vi表示第i个目标相对雷达的初始速度；N为目标数目；ρi为与雷达发射功率、天线增益、目标特性及距离相关的复常数；N1(t)，N2(t)，N3(t)表示接收机噪声。
优选地，上述技术方案中，对所述SR1(t)，SR2(t)，SR3(t)分别进行FFT变换：
其中G1表示线性调频段的相干累积增益，G2表示线性调频段的相干累积增益。
优选地，上述技术方案中，对所述SR1(f1)，SR2(f2)，SR3(f3)进行单元平均恒虚警检测，检测到的目标峰值点在正线性调频段信号、点频段信号及负线性调频段信号的位置分别可表示为：
所述所有待测目标的实际速度值集合的集合为
优选地，上述技术方案中，将所述正线性调频段信号第m个检测的目标与所述负线性调频段信号的第n个目标进行配对，确定所述待测目标的可能速度值为
优选地，上述技术方案中，将Vmn与Vi2集合中所有数值逐一比较找到最接近数值Vp；如果其中K为常数，取值范围为[0,0.5]，表示配对错误，令n＝n+1，继续所述逐一比较过程；表示配对正确，输出该目标的正确速度Vmn和距离Rmn，所述如果m<N，令m＝m+1，n＝1，继续所述逐一比较过程；m≥N，密集目标测速测距结束。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
可以有效实现对密集多目标的雷达测距测速，从而极大提高连续波雷达系统对密集多目标的监视性能。
附图说明
图1是根据本发明一实施方式的雷达发射的梯形连续波的时频图。
图2是根据本发明一实施方式的雷达测距测速仿真结果。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
基于梯形连续波的雷达测速测距方法的原理是通过发射梯形连续波，利用梯形连续波中的点频段信号估计所有目标的速度信息，以此作为目标配对是否正确的检验准则，然后利用正负线调频段信号的回波进行配对并估计目标速度距离信息，如果配对正确则获得的速度信息必定与点频信号段获得的某个目标速度重合，否则就进行重新配对，通过该方法可以有效实现密集目标的正确配对，从而极大提高连续波雷达系统密集目标监视性能。
基于梯形连续波的雷达测速测距方法具体步骤如下：
1，雷达发射梯形连续波信号对密集目标检测，雷达发射梯形连续波包括正线性调频段波形，点频段波形，和负线性调频段波形，梯形连续波波形ST(t)公式如下：
其中k表示雷达发射梯形波的周期；f0为雷达发射信号中心频率；c为光速，对应波长为γ为线性调频段信号的调频斜率；T1为正线性调频段或负线性调频段的持续时间；因此线性调频段信号的带宽B满足B＝γT1；T2为点频段的持续时间。
2，雷达回波解调后，正线性调频段、点频段，负线性调频段的雷达回波分别近似表示为SR1(t)，SR2(t)，SR3(t)，波形公式如下：
Ri表示第i个目标相对雷达的初始距离；Vi表示第i个目标相对雷达的初始速度；N为目标数目；ρi为与雷达发射功率、天线增益、目标特性及距离相关的复常数；N1(t)，N2(t)，N3(t)表示接收机噪声。
3，对SR1(t)，SR2(t)，SR3(t)分别进行FFT变换：
其中G1表示线性调频段的相干累积增益，G2表示线性调频段的相干累积增益。
4，对SR1(f1)，SR2(f2)，SR3(f3)，进行单元平均恒虚警检测，目标峰值点在正线性调频段信号、负线性调频段信号及点频段信号的位置分别可表示为：
5，通过可以确定所有目标的速度值的集合为
6，将正线性调频段信号第m个检测的目标与负线性调频段信号的第n个目标进行配对，得到可能的目标速度和距离分别为 将Vmn与Vi2集合中所有数值进行逐一比较，假设Vi2集合中与Vmn最接近数值为Vp。
7，如果其中K为常数，取值范围为[0,0.5]，表示配对错误，令n＝n+1，返回第6步；表示配对正确，输出该目标的正确速度Vmn和距离Rmn；如果m<N，令m＝m+1，n＝1，返回第6步；m≥N，密集目标测速测距结束。
下面以一个具体实施方式做验证：
假设待测的密集目标实际的情况是：N为30个。Ri实际值(i＝1，2，...30)分别设置为(345.6253，344.5226，244.7528，171.5827，318.9544，98.4815，69.4933，276.6075，295.4367，157.4790，62.6288，262.8239，195.9677，201.8835，303.9411，98.0711，115.9553，114.5254，129.3818，292.8553，287.3594，258.2660，199.8911，204.4307，283.8437，229.5064，222.5229，178.0724，53.6040，59.2983)米。Vi实际值(i＝1，2，...30)分别设置为(106.9501，118.6260，74.9322，115.1183，80.8346，121.1538，105.1768，79.7366，101.5018，123.1792，84.5725，81.7519，94.2987，84.9611，109.8040，125.9196，84.5647，100.9914，89.5191，77.1490，100.7747，123.0129，86.8843，117.8698，78.0492，74.9271，76.4098，118.3363，111.3115，108.6568)千米/小时。
在该实施方式中，k取值为1；f0取值为24×109赫兹；c取值为3×108米/秒；λ为0.0125米；γ取值为5×109赫兹/秒；T1取值为10毫秒；B为50兆赫兹；T2取值为20毫秒；G1取值为5×104；G2取值为1×105；便于计算，ρi均统一取值为1，N1(t)，N2(t)，N3(t)均满足均值为零，方差为100的高斯分布。
图1是该实施方式的雷达发射的梯形连续波的时频图。
图2是该实施方式的雷达测距测速的仿真结果。其中“*”表示目标真实距离和速度，“o”表示雷达测量获得的目标速度和距离，根据仿真结果显示，30个目标均获得精确的速度和距离信息，测速精度均优于1千米/小时，测距精度优于1米。
上述基于梯形连续波的雷达测速测距方法可以有效实现雷达对密集多目标的测距测速，从而极大提高雷达对密集多目标的监视性能。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (7)

1.一种基于梯形连续波的雷达测速测距方法，用于测量多个目标相对雷达的速度和距离，其特征在于，步骤包括：
雷达发射梯形连续波信号，所述梯形连续波包括正线性调频段波形、点频段波形和负线性调频段波形；
雷达回波解调后，确定所有待测目标的实际速度值集合；
确定每个待测目标的可能速度值；以及
将所述每个待测目标的可能速度值与所述所有待测目标的实际速度值集合进行匹配得到待测目标的实际速度并且进一步得到待测目标的实际距离。
2.根据权利要求1所述的基于梯形连续波的雷达测速测距方法，其特征在于，梯形连续波波形ST(t)公式如下：
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其中k表示雷达发射梯形波的周期；f0为雷达发射信号中心频率；c为光速，波长γ为线性调频段信号的调频斜率；T1为正线性调频段或负线性调频段的持续时间；线性调频段信号的带宽B满足B＝γT1；T2为点频段的持续时间。
3.根据权利要求2所述的基于梯形连续波的雷达测速测距方法，其特征在于，所述雷达回波的波形分为正线性调频段，点频段波形，负线性调频段，分别近似表示为SR1(t)，SR2(t)，SR3(t)，波形公式如下：
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Ri表示第i个目标相对雷达的初始距离；Vi表示第i个目标相对雷达的初始速度；N为目标数目；ρi为与雷达发射功率、天线增益、目标特性及距离相关的复常数；N1(t)，N2(t)，N3(t)表示接收机噪声。
4.根据权利要求3所述的基于梯形连续波的雷达测速测距方法，其特征在于，对所述SR1(t)，SR2(t)，SR3(t)分别进行FFT变换：
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其中G1表示线性调频段的相干累积增益，G2表示线性调频段的相干累积增益。
5.根据权利要求4所述的基于梯形连续波的雷达测速测距方法，其特征在于，对所述SR1(f1)，SR2(f2)，SR3(f3)进行单元平均恒虚警检测，检测到的目标峰值点在正线性调频段信号、点频段信号及负线性调频段信号的位置分别可表示为：
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所述所有待测目标的实际速度值集合的集合为
6.根据权利要求4所述的基于梯形连续波的雷达测速测距方法，其特征在于，将所述正线性调频段信号第m个检测的目标与所述负线性调频段信号的第n个目标进行配对，确定所述待测目标的可能速度值为
7.根据权利要求5所述的基于梯形连续波的雷达测速测距方法，其特征在于，将Vmn与Vi2集合中所有数值逐一比较找到最接近数值Vp；如果其中K为常数，取值范围为[0,0.5]，表示配对错误，令n＝n+1，继续所述逐一比较过程；表示配对正确，输出该目标的正确速度Vmn和距离Rmn，所述如果m<N，令m＝m+1，n＝1，继续所述逐一比较过程；m≥N，密集目标测速测距结束。
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