CN110018468A - 一种基于频率步进lfmcw的高重频测速方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于频率步进LFMCW的高重频测速方法，利用高重频获得较大的不模糊测速范围，同时利用频率步进LFMCW信号的特性，对信号进行拼接，获得较高的距离分辨力；较传统的高距离分辨力、低不模糊测速范围或低距离分辨力、高不模糊测速范围相比，本发明的方法更具有应用优势。

Description

一种基于频率步进LFMCW的高重频测速方法

技术领域

本发明属于汽车防撞雷达技术领域，具体涉及一种基于频率步进LFMCW的高重频测速方法。

背景技术

由于采用连续波线性调频体制(LFMCW)的毫米波雷达具有较高的距离分辨力、发射功率小、体积小、重量轻、抗干扰能力强等特点，在汽车雷达等许多领域中已经有着广泛的应用。

汽车防撞雷达必须具有精确的测距功能，并且能够测速和测角。在测距、测速和测角三大功能中，测距是核心，测距功能实现后就能实现防撞雷达的报警和制动等基本功能。汽车防撞雷达之所以要测量目标车辆的速度，是为了通过两车当前距离和相对速度来计算下一时刻两车距离，从而判断是否需要报警或执行减速、刹车等安全保障措施。

在优先保证测距的前提下进行测速，则LFMCW信号要满足一定的带宽，带宽越大，距离分辨力越高。最大不模糊测速范围由脉冲重复频率(PRF)决定，PRF越大，测速范围越大，要保证汽车雷达的测速范围，需要采用较高的PRF，即高重频测速。由于LFMCW信号的特性，在调频斜率一定时，带宽越大，脉冲重复周期(PRT)越大，则PRF越小，从而限制了最大不模糊测速范围。在不采用其它技术时，较高的距离分辨力与较大的不模糊测速范围是矛盾的，无法同时满足。在满足最大不模糊测速范围，则距离分辨力难以满足实际的应用需要。若满足距离分辨力，则最大不模糊测速范围难以满足实际的应用需要。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于频率步进LFMCW的高重频测速方法，不仅有较高的距离分辨力，同时具备较大的不模糊测速范围，对汽车防撞雷达具有重要意义。

一种基于频率步进LFMCW的高重频测速方法，包括如下步骤：

步骤1、将频率步进的连续波线性调频体制雷达的跳频间隔Δf设置成Δf＝K_r(t₁-T)；其中，t₁表示回波信号的开始采样时间；K_r为LFMCW的调频率；T为脉冲重复周期；然后控制雷达向目标发射雷达波；

步骤2、接收目标回波，对于频点f_i的第n个脉冲重复频率的回波表示为：

其中：i＝0,1，…,M-1，M为跳频；n＝1,2，…,N，N为PRT个数；t为时间，T_p为脉冲宽度，τ为回波延时，K_r为LFMCW调频率，v为目标速度，为初始距离R₀对应的延时，为相应频点下的多普勒频率，c为光速，λ_i为波长；

步骤3、对目标回波进行方位向傅里叶变换处理，表示为：

步骤4、选取同一多普勒通道下的各频点信号，构成新的信号：

其中，A_i表示积累后的信号幅度，同时忽略目标在相参积累周期内的距离变化，即令τ＝τ₀；

步骤5、对步骤4处理后的目标回波进行不同频点的PRT拼接，得到拼接后信号：

步骤6、对拼接后的信号进行逆傅里叶变换：

S_out＝sinc(NT_p(f-K_rτ)) (9)

然后再形成高分辨距离像；

步骤7、对每一个多普勒通道都采用步骤4至步骤6的方法进行处理，对不同速度的目标形成高分辨距离像，从而实现目标的测速。

本发明具有如下有益效果：

本发明的一种基于频率步进LFMCW的高重频测速方法，利用高重频获得较大的不模糊测速范围，同时利用频率步进LFMCW信号的特性，对信号进行拼接，获得较高的距离分辨力。较传统的高距离分辨力、低不模糊测速范围或低距离分辨力、高不模糊测速范围相比，本发明的方法更具有应用优势。

附图说明

图1为频率步进LFMCW处理流程示意图。

图2为各频点的方位FFT处理结果。

图3(a)为100m处目标的距离向切片，图3(b)为200m处目标的距离向切片。

图4(a)为100m处目标的高分辨距离像，图4(b)为200m和205m处目标的高分辨距离像。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明的一种基于频率步进LFMCW的高重频测速方法，如图1所示，具体步骤如下：

频率步进LFMCW向目标发射雷达波，对于频点f_i(i＝0,1，…,M-1，M为跳频)，第n个脉冲重复频率(PRT)(n＝1,2，…,N，N为PRT个数)的回波可以表示为：

其中：t为时间，T_p为脉冲宽度，τ为回波延时，K_r为LFMCW调频率，v为目标速度，为初始距离R₀对应的延时，为相应频点下的多普勒频率，c为光速，λ_i为波长，T为脉冲重复周期；

对回波进行方位向傅里叶变换(FFT)处理，该脉组信号可以表示为：

该结果表明，目标能量被聚集到所在的多普勒通道。由于相对于中心频率，步进频跳频间隔较小，各频点下同一目标一般位于相同的多普勒通道。则选取该多普勒通道下的各频点信号，构成新的输出：

其中：A_i表示积累后的信号幅度，同时忽略目标在相参积累周期内的距离变化，即令τ＝τ₀。

考虑对不同频点下的信号进行拼接，以增加有效脉宽，提高分辨率。由于接收窗宽度影响，假设回波信号从t₁处开始采样。则对于第一个频点，其末尾处的信号相位为：

φ₁＝jπK_rτ²+j2πK_rτT-j2πf_iτ (4)

而第二个频点下，其起始处的相位为：

φ₂＝jπK_rτ²+j2πK_rτt₁-j2π(f_i+Δf)τ (5)

当两个相位相同时，信号可以理想拼接，达到等效延长脉宽的效果，即：

可以看出：通过设计跳频间隔Δf，使其满足如下关系：

Δf＝K_r(t₁-T) (7)

即可对于任意距离处的目标回波，进行不同频点的PRT拼接。

其拼接后信号可以表示为：

对拼接后的信号进行逆傅里叶变换(IFFT)，即可在f＝K_rτ处形成一个sinc峰值，其峰值宽度(分辨率)由有效脉宽决定，即为B＝K_rT_pN。

S_out＝sinc(NT_p(f-K_rτ)) (9)

对每一个多普勒通道都进行上述宽带合成处理，即可对不同速度的目标形成高分辨距离像。

实施例：

在本实例中，相关参数如下：

表1步进频PD波形仿真参数

参数名	参数值	参数名	参数值
				载频(起始)	77GHz	采样率	10MHz
脉宽	9μs	子脉冲带宽	25MHz
				重频	110kHz	同频积累脉冲数	256
跳频间隔	25MHz	跳频数	6
				目标距离(m)	100，200，205	目标速度(m/s)	100，10，10

首先，各频点下的PD处理结果如图2所示。在本实施例的仿真参数下，子脉冲的距离分辨率为6m，因此200m与205m处的两个目标无法分辨。

而不模糊测速范围为±110m/s，速度分辨率为0.85m/s，因此对于三个目标，都没有发生多普勒模糊。图3(a)为100m处目标的距离向切片，图3(b)为200m处目标的距离向切片。

对每一个多普勒通道进行回波拼接与高分辨合成。但是这里仿真仅作原理验证，因此仅挑选了目标所在的两个通道进行处理。相应的处理结果如图4所示；由于宽带合成后的系统带宽为150MHz，其距离分辨率为1m，因此200m与205m处的目标可以进行分辨，从图4(b)中可以看出两个明显的峰值。而对于高速目标，其运动导致各频点下的相差不可忽略，会导致旁瓣的抬高，后续可以考虑进行运动补偿。

通过仿真结果可以看出利用这种基于频率步进LFMCW的高重频测速方法的有效性，因此利用本发明的方法可以实现高分辨力下的高重频测速。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于频率步进LFMCW的高重频测速方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、将频率步进的连续波线性调频体制雷达的跳频间隔Δf设置成Δf＝K_r(t₁-T)；其中，t₁表示回波信号的开始采样时间；K_r为LFMCW的调频率；T为脉冲重复周期；然后控制雷达向目标发射雷达波；

步骤2、接收目标回波，对于频点f_i的第n个脉冲重复频率的回波表示为：

其中：i＝0,1，…,M-1，M为跳频；n＝1,2，…,N，N为PRT个数；t为时间，T_p为脉冲宽度，τ为回波延时，K_r为LFMCW调频率，v为目标速度，为初始距离R₀对应的延时，为相应频点下的多普勒频率，c为光速，λ_i为波长；

步骤3、对目标回波进行方位向傅里叶变换处理，表示为：

步骤4、选取同一多普勒通道下的各频点信号，构成新的信号：

其中，A_i表示积累后的信号幅度，同时忽略目标在相参积累周期内的距离变化，即令τ＝τ₀；

步骤5、对步骤4处理后的目标回波进行不同频点的PRT拼接，得到拼接后信号：

步骤6、对拼接后的信号进行逆傅里叶变换：

S_out＝sinc(NT_p(f-K_rτ)) (9)

然后再形成高分辨距离像；

步骤7、对每一个多普勒通道都采用步骤4至步骤6的方法进行处理，对不同速度的目标形成高分辨距离像，从而实现目标的测速。