CN109828268A - 一种降低多径效应影响的雷达目标检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种降低多径效应影响的雷达目标检测方法及装置，该方法步骤包括：S1.在待检测区域中配置一组以上的雷达检测单元以进行目标检测，每组雷达检测单元配置一个主雷达以及与主雷达对应的一个以上的从雷达，由主雷达发射信号，主雷达以及各对应的从雷达分别接收回波信号；S2.分别对各主雷达、从雷达接收到的回波信号进行目标检测信号处理，每路回波信号对应得到一组目标检测结果；S3.将各组目标检测结果进行融合，得到最终的目标检测结果输出。本发明具有实现方法简单、检测成功率高、漏检率低，能够降低多径效应的影响，提高雷达目标检测成功概率，同时能够避免信号饱和问题，且目标信号信噪比不受影响等优点。

Description

一种降低多径效应影响的雷达目标检测方法及装置

技术领域

本发明涉及毫米波雷达检测技术领域，尤其涉及一种降低多径效应影响的雷达目标检测方法及装置。

背景技术

在毫米波雷达中，如要地防护雷达(即安全防护雷达)等是通过运用雷达对某些重要的区域进行持续检测监视，用于以有效发现外来目标如车辆、行人、飞行器等的入侵，降低安全风险。利用雷达进行目标检测时，由雷达发射机先向空间发射具有一定带宽的电磁波信号，电磁波到达被检测目标后，目标会将该信号散射到空间各个方向，一部分信号沿发射信号路径直接回到雷达接收机，雷达接收机利用发射信号和接收信号的波程差，再通过一定的信号处理方法提取目标的距离、速度、方位等信息，实现目标检测。雷达使用时，雷达安装会具有一定的架设高度，一般为离地面3-10米，而被监视目标(如车、人、飞行器等)的高度基本也在1.5米以上。

如图1所示，理想情况下，空间只有雷达和目标两个物体，雷达接收信号所经过的传播路径为“雷达-目标-雷达”，例如图1中所示的“T11-R11”路径，此时接收信号与发射信号具有单一波程差，该接收信号即为真实目标信号，目标信息可以由此唯一确定。然而，在上述应用安全防护环境下，由于被监视区域中通常还会存在地面、建筑物等大型反射体，会使得雷达发射信号可能沿不同的传播路径进行传播，如“雷达-地面-目标-雷达”或“雷达-目标-地面-雷达”等，由地面等反射体会形成多径效应，例如图1中的“T21-T22-R21-R22”路径，此时不同路径的接收信号具有不同的波程差，此时接收信号为多径目标信号。

根据信号理论，具有不同接收波程差的多径目标信号和真实目标信号在到达雷达接收机时，会因为不同波程差的叠加而产生相互抵消的作用，从而导致真实目标出现漏检的情况。上述图1中传统雷达系统所得到的不同距离上的回波信号强度图如图2所示，从图2中可以看出，雷达回波信号在多个距离段的回波信号相当弱，甚至不足以被雷达接收机检测到。即在不同距离上，由于多径反射信号的不同相位叠加，使得目标回波信号被削弱甚至抵消，导致目标漏测，引起雷达目标检测性能的下降。

针对上述多径效应引起的目标漏测问题，目前通常的解决方法是通过提高雷达发射机的发射功率，以提高回波信号功率及回波信号增益，目标即使在衰减距离区域，也能够产生可以被雷达接收机检测出来的回波信号，使得即使在多径衰减区域，目标也能够被检测到，从而达到减弱多径盲区的目的。但是上述提高雷达发射机发射功率的方式，需要要求雷达发射机部件及雷达接收机部件具有更高的功率容限，以避免雷达发射机和接收机出现功率饱和失真的问题，这就增加了雷达系统设计的难度，且通常情况下，增加雷达发射功率后，还需要对回波的近距离目标做抑制处理，即需要降低近距离目标的回波信号强度，同时，由于增加了发射功率，雷达接收机噪声也会显著增加，此时目标信噪比SNR会显著下降。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种实现方法简单、检测成功率高、漏检率低的雷达目标检测方法及装置，能够降低多径效应的影响，提高雷达目标检测成功率，同时能够避免信号饱和问题，且目标信号信噪比不受影响。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种降低多径效应影响的雷达目标检测方法，步骤包括：

S1.在待检测区域中配置一组以上的雷达检测单元以进行目标检测，每组所述雷达检测单元配置一个主雷达以及与所述主雷达对应的一个以上的从雷达，由所述主雷达发射信号，所述主雷达以及各对应的所述从雷达分别接收回波信号；

S2.分别对各所述主雷达、从雷达接收到的回波信号进行目标检测信号处理，每路回波信号对应得到一组目标检测结果；

S3.将所述步骤S2检测到的各组目标检测结果进行融合，得到最终的目标检测结果输出。

作为本发明方法的进一步改进：所述步骤S1中，每组所述雷达检测单元中主雷达与各从雷达按照不同高度进行布置。

作为本发明方法的进一步改进，所述步骤S2的步骤包括：

S21.对雷达接收到的回波信号进行频谱提取，得到频谱信号；

S22.根据所述频谱信号进行目标检测，得到包括距离、角度、多普勒速度中一种或多种目标信息的目标检测结果。

作为本发明方法的进一步改进：所述步骤S3中，通过将所述步骤S2检测到的各组目标检测结果中重复的相同或相似的目标剔除、保留不同的目标，得到最终的目标检测结果输出。

作为本发明方法的进一步改进：所述步骤S3中，通过查找所述步骤S2检测到的各组目标检测结果中相同或相似目标被检测到次数超过预设阈值，得到初始融合结果；再将所述初始融合结果中重复的相同或相似的目标剔除、保留不同的目标，得到最终的目标检测结果输出。

一种降低多径效应影响的雷达目标检测装置，包括：

一组以上的雷达检测单元，用于对待检测区域进行目标检测，每组所述雷达检测单元包括个主雷达以及与所述主雷达对应的一个以上的从雷达，所述主雷达发射信号，所述主雷达以及各对应的所述从雷达分别接收回波信号；

信号处理单元，用于分别对各所述主雷达、从雷达接收到的回波信号进行目标检测信号处理，每路回波信号对应得到一组目标检测结果；

信号融合单元，用于将所述信号处理单元检测到的各组目标检测结果进行融合，得到最终的目标检测结果输出。

作为本发明装置的进一步改进：每组所述雷达检测单元中主雷达与各从雷达按照不同高度进行布置。

作为本发明装置的进一步改进，所述信号处理单元包括：

目标频谱提取单元，用于对雷达接收到的回波信号进行频谱提取，得到频谱信号；

目标检测单元，用于根据所述频谱信号进行目标检测，得到包括距离、角度、多普勒速度中一种或多种目标信息的目标检测结果。

作为本发明装置的进一步改进：所述信号融合单元通过剔除所述信号处理单元检测到的各组所述目标检测结果中重复的相同或相似的目标、保留不同的目标，得到最终的目标检测结果。

作为本发明装置的进一步改进，所述信号融合单元包括：

查找模块，用于通过查找所述信号处理单元检测到的各组目标检测结果中相同或相似目标被检测到次数超过预设阈值，得到初始融合结果；

筛选模块，用于将所述初始融合结果中重复的相同或相似的目标剔除、保留不同的目标，得到最终的目标检测结果输出。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明通过采用主从雷达的方式，在主雷达的基础上配置从雷达同时进行目标检测，主雷达发射信号以及接收回波信号，从雷达仅接收回波信号，分别对主雷达、从雷达接收到的回波信号进行信号处理后，由各组目标检测结果融合得到最终的目标检测结果，可以由主、从雷达的检测结果相互补充，从而降低多径效应的影响，减少目标漏检的发生，有效提高雷达目标检测成功率，且相比于传统的简单提高雷达发射功率的方式，能够避免增加发射功率带来的一系列信号饱和问题，同时又能保证目标信号信噪比不受到影响。

2、本发明进一步通过将主雷达与从雷达的安装高度错开，通过调整主从雷达的高度差，实现多径盲区的交错分布，能够进一步降低多径盲区对目标检测削弱的影响，提高雷达目标检测成功率。

附图说明

图1是多径环境中目标反射雷达信号的原理示意图。

图2是目标不同距离雷达接收信号强度的原理示意图。

图3是本发明实施例1中雷达目标检测方法的实现流程示意图。

图4是本发明实施例1中实现雷达目标检测的结构原理示意图。

图5是本发明实施例1中得到的各距离段信号回波强度的结果示意图。

图6是本发明实施例2中实现雷达目标检测的结构原理示意图。

图7是本发明实施例3中实现雷达目标检测的结构原理示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

实施例1：

本实施例雷达检测单元具体配置一组，每组雷达检测单元具体配置一个主雷达以及对应的一个从雷达，如图3、4所示，本实施例降低多径效应影响的雷达目标检测方法，步骤包括：

S1.在待检测区域中配置一组雷达检测单元以进行目标检测，雷达检测单元具体配置一个主雷达以及与主雷达对应的一个从雷达，由主雷达发射信号，主雷达以及各对应的从雷达分别接收回波信号；

S2.分别对各主雷达、从雷达接收到的回波信号进行目标检测信号处理，每路回波信号对应得到一组目标检测结果；

S3.将步骤S2检测到的各组目标检测结果进行融合，得到最终的目标检测结果输出。

本实施例通过采用主从雷达的方式，在主雷达的基础上配置一个从雷达形成双接收雷达同时进行目标检测，主雷达发射信号以及接收回波信号，从雷达仅接收回波信号，分别对主雷达、从雷达接收到的回波信号进行信号处理后得到两组目标检测结果，由两组目标检测结果融合得到最终的目标检测结果，可以由主、从雷达的检测结果相互补充，从而降低多径效应的影响，减少目标漏检的发生，有效提高雷达目标检测成功率，且相比于传统的简单提高雷达发射功率的方式，能够避免增加发射功率带来的一系列信号饱和问题，同时又能保证目标信号信噪比不受到影响。

本实施例步骤S1中，每组雷达检测单元中主雷达与从雷达按照不同高度进行布置，即主雷达与从雷达的安装高度错开，高度差Hd可以根据实际需求进行设置，具体可以根据主雷达高度H1，通过计算从雷达的最优安装高度差得到，以配置使得主雷达和从雷达能够进行互相补充，Hd可以为正值或者负值。雷达安装高度不同，多径效应引起的漏检目标也不同，通过调整主从雷达的高度差，实现多径盲区的交错分布，能够进一步降低多径盲区对目标检测削弱的影响，避免多径效应引起目标漏检，提高雷达目标检测成功率。

本实施例中，步骤S2的步骤包括：

S21.对雷达接收到的回波信号进行频谱提取，得到频谱信号；

S22.根据频谱信号进行目标检测，得到包括距离、角度、多普勒速度等目标信息的目标检测结果。

本实施例对主雷达、从雷达接收到的回波信号进行数字信号处理时，步骤S21具体先经过数字信号采样、动目标显示、傅里叶变换提取得到频谱信号，步骤S22中具体使用恒虚警检测方法进行目标检测，检测到的距离、角度、多普勒速度等多种目标信息。

本实施例步骤S3中，通过将步骤S2检测到的各组目标检测结果中重复的相同或相似的目标剔除、保留不同的目标，得到最终的目标检测结果输出。将主雷达、从雷达的回波信号得到两组目标检测结果后，按照剔除重复的相同或相似目标、保留不同目标的融合准则进行融合，具体若两个目标的检测距离、速度、速度等都相近或相同时，判定为相同或相似的两个目标，将相似或相同的两个目标中重复的一个目标记录删除，最终保留得到主、从雷达检测到的所有目标，由主、从雷达的检测结果相互补充，有效减小多径效应引起的目标漏检。

如图3、4所示，本实施例实现雷达目标检测的详细流程为：

首先在原有的雷达主雷达基础上，新增一个从雷达，从雷达不发射信号、只接收信号，主雷达安装高度为H1，从雷达安装高度为H2，主雷达和从雷达在安装高度上相差Hd以使得主雷达和从雷达能够进行互相补充；

主雷达和从雷达分别同时进行目标检测，由主雷达发射信号，同时主雷达的接收部分和从雷达一起接收回波信号，形成双雷达接收；

主从雷达分别检测完毕后进行通信以将主从雷达接收机的检测结果进行融合，通信方式可采用通用的数据传输协议；

对主雷达、从雷达的雷达回波数据分别进行数字信号处理，雷达回波数据经过数字信号采样、动目标显示、傅里叶变换、恒虚警检测等信号处理后得到两组目标检测结果，被测目标可能被主雷达、从雷达其中之一或同时检测到，每个被测目标t_i的检测结果包括距离、角度、多普勒速度，表示为{r_i,v_i,θ_i}，设定主雷达的检测结果为m个目标，集合为{t₁t₂…t_m}，从雷达的检测结果为n个目标，集合为{t₁t₂…t_n}；

将主从雷达的检测结果集合{t₁t₂…t_m}、{t₁t₂…t_n}进行数据融合，融合时通过剔除重复的目标的检测距离、速度、角度都相近或相同的目标，同时保留不同目标，设融合得到最终检测结果集合为{t₁t₂…t_k}，其中，k与m、n的关系为max(m,n)≤k≤m+n，即目标个数大于m、n其中的较大值，小于等于m、n之和，融合得到最终检测结果。

在具体应用实施例中采用上述方法雷达信号获得的各个距离段的信号回波强度如图5所示，从图5可以看出，在各个距离段上的信号强度相比于如图2所示的传统方案都具有更高的目标检测概率，在某些距离上目标回波强度甚至能提升20dB以上，即本实施例上述方案可以有效减小多径效应对目标信号削弱的影响，可以保证目标的不漏报，具有很好的增强目标检测成功率的效果。

本实施例降低多径效应影响的雷达目标检测装置，包括：

一组以上的雷达检测单元，用于对待检测区域进行目标检测，每组雷达检测单元包括个主雷达以及与主雷达对应的一个以上的从雷达，主雷达发射信号，主雷达以及各对应的从雷达分别接收回波信号；

信号处理单元，用于分别对各主雷达、从雷达接收到的回波信号进行目标检测信号处理，每路回波信号对应得到一组目标检测结果；

信号融合单元，用于将信号处理单元检测到的各组目标检测结果进行融合，得到最终的目标检测结果输出。

本实施例中，每组雷达检测单元中主雷达与各从雷达按照不同高度进行布置。

本实施例中，信号处理单元包括：

目标频谱提取单元，用于对雷达接收到的回波信号进行频谱提取，得到频谱信号；

目标检测单元，用于根据频谱信号进行目标检测，得到包括距离、角度、多普勒速度中一种或多种目标信息的目标检测结果。

本实施例中，信号融合单元通过剔除信号处理单元检测到的各组目标检测结果中重复的相同或相似的目标、保留不同的目标，得到最终的目标检测结果。

本实施例雷达目标检测装置与上述雷达目标检测方法对应，具有相同的实现原理，在此不再赘述。

实施例2：

本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于从雷达配置为多个，本实施例中雷达部署方式如图6所示，各从雷达与主雷达在垂直方向上错开布置，即各雷达之间具有高度差，各个从雷达之间的高度差可设置为多个不同的差值，使得能够补偿不同多径波程差所导致的目标漏检，对不同高度上的多个从雷达接收到的回波信号同时进行目标检测，得到多组目标检测结果，最后融合主雷达与各从雷达的目标检测结果得到最终系统的检测结果。本实施例通过结合多个不同高度的雷达可以进一步减少目标漏检，提高检测概率，同时对复杂环境中的物理遮挡导目标漏检也具有一定的补偿作用。

当配置多个从雷达时，将主雷达、从雷达接收到的回波信号进行处理后，得到多组目标检测结果，对该多组目标检测结果进行融合时可以采用与实施例1相同的方式，即将各组目标检测结果中重复的相同或相似的目标剔除、保留不同的目标，得到最终的目标检测结果输出，还可以采用以下方式：通过查找步骤S2检测到的各组目标检测结果中被检测到次数超过预设阈值的相同或相似目标，得到初始融合结果；再将初始融合结果中重复的相同或相似的目标剔除、保留不同的目标，得到最终的目标检测结果输出。同时布置多个从雷达时，若主雷达漏检的目标同时被两个以上的从雷达检测到，则该漏检目标为真实目标的可能性较大，反之可能为误检，本实施例充分利用多组目标检测结果，由各组目标检测结果中相同或相似目标进行比较，查找出多次被检测到的目标，可以减少雷达漏检的同时减小雷达误检的情况，进一步提高检测成功率。

本实施例中，信号融合单元具体包括：

查找模块，用于通过查找信号处理单元检测到的各组目标检测结果中存在次数超过指定阈值的相同或相似目标，得到初始融合结果；

筛选模块，用于将初始融合结果中重复的相同或相似的目标剔除、保留不同的目标，得到最终的目标检测结果输出。

实施例3：

如图7所示，本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于雷达检测单元配置为多组，各组雷达检测单元分别位于不同的安装高度，即各组雷达单元具有不同的高度差，以补偿不同多径波程差所导致的目标漏检，每组雷达检测单元配置一个主雷达以及一个以上从雷达，目标检测时先由每组雷达检测单元融合主雷达、各雷达的检测结果得到目标检测结果，再由各雷达检测单元的目标检测结果进行二次融合得到最终检测目标，可以充分融合多组雷达的目标检测结果，使用多次检查剔除冗余目标，能够获得更多有效目标，实现对监测区域内目标更完备的检测，进一步提高雷达目标检测的成功率。

本实施例上述将多组雷达检测结果进行融合时，可采用与实施例2相同的方式，即通过查找各组目标检测结果中被检测到次数超过指定阈值的相同或相似目标，得到初始融合结果；再将初始融合结果中重复的相同或相似的目标剔除、保留不同的目标，得到最终的目标检测结果输出，可以充分融合多雷达的目标检测结果减少雷达漏检，同时减小雷达误检，提高检测成功率。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种降低多径效应影响的雷达目标检测方法，其特征在于，步骤包括：

S1.在待检测区域中配置一组以上的雷达检测单元以进行目标检测，每组所述雷达检测单元配置一个主雷达以及与所述主雷达对应的一个以上的从雷达，由所述主雷达发射信号，所述主雷达以及各对应的所述从雷达分别接收回波信号；

S2.分别对各所述主雷达、从雷达接收到的回波信号进行目标检测信号处理，每路回波信号对应得到一组目标检测结果；

S3.将所述步骤S2检测到的各组目标检测结果进行融合，得到最终的目标检测结果输出。

2.根据权利要求1所述的降低多径效应影响的雷达目标检测方法，其特征在于，所述步骤S1中，每组所述雷达检测单元中主雷达与各从雷达按照不同高度进行布置。

3.根据权利要求1所述的降低多径效应影响的雷达目标检测方法，其特征在于，所述步骤S2的步骤包括：

S21.对雷达接收到的回波信号进行频谱提取，得到频谱信号；

S22.根据所述频谱信号进行目标检测，得到包括距离、角度、多普勒速度中一种或多种目标信息的目标检测结果。

4.根据权利要求1或2或3所述的降低多径效应影响的雷达目标检测方法，其特征在于，所述步骤S3中，通过将所述步骤S2检测到的各组目标检测结果中重复的相同或相似的目标剔除、保留不同的目标，得到最终的目标检测结果输出。

5.根据权利要求1或2或3所述的降低多径效应影响的雷达目标检测方法，其特征在于，所述步骤S3中，通过查找所述步骤S2检测到的各组目标检测结果中相同或相似目标被检测到次数超过预设阈值，得到初始融合结果；再将所述初始融合结果中重复的相同或相似的目标剔除、保留不同的目标，得到最终的目标检测结果输出。

6.一种降低多径效应影响的雷达目标检测装置，其特征在于，包括：

一组以上的雷达检测单元，用于对待检测区域进行目标检测，每组所述雷达检测单元包括个主雷达以及与所述主雷达对应的一个以上的从雷达，所述主雷达发射信号，所述主雷达以及各对应的所述从雷达分别接收回波信号；

信号处理单元，用于分别对各所述主雷达、从雷达接收到的回波信号进行目标检测信号处理，每路回波信号对应得到一组目标检测结果；

信号融合单元，用于将所述信号处理单元检测到的各组目标检测结果进行融合，得到最终的目标检测结果输出。

7.根据权利要求6所述的降低多径效应影响的雷达目标检测装置，其特征在于，每组所述雷达检测单元中主雷达与各从雷达按照不同高度进行布置。

8.根据权利要求6所述的降低多径效应影响的雷达目标检测装置，其特征在于，所述信号处理单元包括：

目标频谱提取单元，用于对雷达接收到的回波信号进行频谱提取，得到频谱信号；

目标检测单元，用于根据所述频谱信号进行目标检测，得到包括距离、角度、多普勒速度中一种或多种目标信息的目标检测结果。

9.根据权利要求6或7或8所述的降低多径效应影响的雷达目标检测装置，其特征在于，所述信号融合单元通过剔除所述信号处理单元检测到的各组所述目标检测结果中重复的相同或相似的目标、保留不同的目标，得到最终的目标检测结果。

10.根据权利要求6或7或8所述的降低多径效应影响的雷达目标检测装置，其特征在于，所述信号融合单元包括：

查找模块，用于通过查找所述信号处理单元检测到的各组目标检测结果中相同或相似目标被检测到次数超过预设阈值，得到初始融合结果；

筛选模块，用于将所述初始融合结果中重复的相同或相似的目标剔除、保留不同的目标，得到最终的目标检测结果输出。