CN110554378B - 单通道多普勒雷达径向运动方向识别方法及装置 - Google Patents

单通道多普勒雷达径向运动方向识别方法及装置 Download PDF

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CN110554378B CN201910857390.7A CN201910857390A CN110554378B CN 110554378 B CN110554378 B CN 110554378B CN 201910857390 A CN201910857390 A CN 201910857390A CN 110554378 B CN110554378 B CN 110554378B
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Abstract

本发明公开一种单通道多普勒雷达径向运动方向识别方法及装置，该单通道多普勒雷达径向运动方向识别方法包括采集回波信号得到噪声信号功率值和回波信号功率值；当回波信号功率值与噪声信号功率值的差值大于预设功率阈值时，将对应的回波信号功率值存入回波信号功率向量，并记录相邻计算周期之间的相对时序值存入相对时序向量；当小于或者等于预设功率阈值时，更新噪声信号功率值，并返回继续采集直至记录的相对时序值等于预设回波信号功率向量的最大长度；根据回波信号功率向量和相对时序向量进行线性拟合，以得到回波信号功率向量的斜率。本发明技术方案降低了多普勒雷达推测运动目标在径向上运动方向的运算量。

Description

单通道多普勒雷达径向运动方向识别方法及装置
技术领域
本发明涉及雷达技术领域，特别涉及一种单通道多普勒雷达径向运动方向识别方法及装置。
背景技术
多普勒效应使得运动目标在接近和远离多普勒雷达时，回波频率分别表现为升高和降低，对应的多普勒频率为fd和-fd。目标的反射回波信号与雷达本振信号混频并通过低通滤波器，经模数转换器ADC采样后就能得到多普勒信号序列。若雷达本振信号为正交IQ双通道，由两路采样信号构建复信号，经快速傅里叶变换FFT能够判断多普勒频率的正负。
然而正交IQ双通道多普勒雷达在推测目标在径向上的运动方向时，涉及到的部件较多，运算过程比较复杂。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种单通道多普勒雷达径向运动方向识别方法及装置，旨在降低多普勒雷达推测运动目标在径向上运动方向的运算量。
为实现上述目的，本发明提出的单通道多普勒雷达径向运动方向识别方法包括：
按照预设的采样频率和采样点数采集单通道多普勒雷达的回波信号，并得到噪声信号功率值和回波信号功率值；
当所述回波信号功率值与所述噪声信号功率值的差值大于预设功率阈值时，将对应的回波信号功率值存入回波信号功率向量，以计算一次回波功率值作为一个计算周期记录相邻周期之间的相对时序值并存入相对时序向量；
当所述回波信号功率值与所述噪声信号功率值的差值小于或者等于预设功率阈值时，按照预设的噪声更新公式更新噪声信号功率值，并返回继续采集回波信号，直至记录的相对时序值等于预设回波信号功率向量的最大长度；
根据所述回波信号功率向量和所述相对时序向量进行线性拟合，以得到回波信号功率向量的斜率；
当得到的回波信号功率向量的斜率小于预设的斜率区间的最小值时，则表示目标远离单通道多普勒雷达，当得到的回波信号功率向量的斜率大于预设的斜率区间的最大值时，则表示目标靠近单通道多普勒雷达，当得到的回波信号功率向量的斜率处于预设的斜率区间内，则表示为单通道多普勒雷达的干扰噪声。
可选地，所述按照预设的采样频率和采样点数采集单通道多普勒雷达的回波信号，并得到噪声信号功率值和回波信号功率值的步骤包括：
按照预设的采样频率和采样点数采集单通道多普勒雷达的回波信号，得到若干离散点回波信号；
通过所述回波信号序列计算得到回波信号序列的均值。
可选地，所述按照预设的采样频率和采样点数采集单通道多普勒雷达的回波信号，并得到噪声信号功率值和回波信号功率值具体为：
通过第一公式
Figure BDA0002197932130000021
计算得到所述噪声信号功率值和所述回波信号功率值，其中，x[n](n＝0,1,2…,N-1)，N为采样点数，Pwr为信号功率值，x为回波信号，ave为回波信号序列的均值。
可选地，所述按照预设的采样频率和采样点数采集单通道多普勒雷达的回波信号，并得到噪声信号功率值和回波信号功率值的步骤还包括：
当当采集的是第一计算周期的回波信号时，则Pwr为噪声信号功率值，并返回继续采集回波信号；
否则，Pwr为回波信号功率值。
可选地，所述当所述回波信号功率值与所述噪声信号功率值的差值小于或者等于预设功率阈值时，按照预设的噪声更新公式更新噪声信号功率，并返回继续采集回波信号，直至记录的相对时序值等于预设回波信号功率向量的最大长度的步骤包括：
预设的噪声更新公式为NPg＝B*NP+(1-B)*SP；其中，NPg为更新后的噪声信号功率值，B为预设更新因子，NP为更新前噪声信号功率值，SP为回波信号功率值。
可选地，所述根据所述回波信号功率向量和所述相对时序向量进行线性拟合，以得到回波信号功率向量的斜率的步骤之前包括：
当相对时序的值不等于预设回波信号功率向量的最大长度时，则返回继续采集回波信号；
当相对时序的值等于预设回波信号功率向量的最大长度时，对所述回波信号功率向量的长度进行判断。
可选地，所述根据所述回波信号功率向量和所述相对时序向量进行线性拟合，以得到回波信号功率向量的斜率的步骤之前包括：
当相对时序的值不等于预设回波信号功率向量的最大长度时，则返回继续采集回波信号；
当相对时序的值等于预设回波信号功率向量的最大长度，且回波信号功率向量的长度不等于预设回波信号功率向量的最大长度时，则所述单通道多普勒雷达的输出斜率为0；
当相对时序的值等于预设回波信号功率向量的最大长度，且回波信号功率向量的长度等于预设回波信号功率向量的最大长度时，则将回波信号功率向量和相对时序向量代入线性拟合函数进行计算。
可选地，所述当相对时序的值等于预设回波信号功率向量的最大长度，且回波信号功率向量的长度等于预设回波信号功率向量的最大长度时，则将回波信号功率向量和相对时序向量代入线性拟合函数进行计算具体为：
定义所述相对时序向量为X，将所述回波信号功率向量进行归一化处理得到Y；
计算X的均值ave(X)、Y的均值ave(Y)、X与Y的数量积的均值ave(XY)和X与X的数量积的均值ave(X2)，则单通道多普勒雷达的斜率为
Figure BDA0002197932130000031
可选地，所述将所述回波信号功率向量进行归一化处理得到Y具体为：
通过第二公式
Figure BDA0002197932130000032
获得所述回波信号功率向量归一化处理后Y的值；其中，SPV[k]为回波信号功率向量在k点时的值，max(SPV)为回波信号功率向量的最大长度，min(SPV)为回波信号功率向量的最小值，k＝0,1,2…,L-1，L为预设回波信号功率向量的最大长度。
可选地，所述预设的斜率区间包括第一预设斜率阈值和第二预设斜率阈值，所述第一预设斜率阈值的值为-0.5，所述第二预设斜率阈值的值为0.5。
本发明还提出一种单通道多普勒雷达径向运动方向识别装置，所述单通道多普勒雷达径向运动方向识别装置包括如上所述的单通道多普勒雷达径向运动方向识别方法。
本发明技术方案通过按照预设的采样频率和采样点数采集单通道多普勒雷达的回波信号，这里采集的回波信号即是多次采集预设采集点数的回波信号构成多个回波信号序列，根据每一回波信号序列计算得到噪声信号功率值和回波信号功率值。再通过回波信号功率值和噪声信号功率值的差值与预设功率阈值进行比较，当回波信号功率值和噪声信号功率值的差值大于预设功率阈值时，就将计算得出的对应回波信号功率值存入回波信号功率向量，以计算一次回波功率值作为一个计算周期记录相邻计算周期之间的相对时序值并存入相对时序向量；当回波信号功率值和噪声信号功率值的差值小于或等于预设功率阈值时，就按照预设的噪声更新公式更新噪声信号功率值，并返回继续采集回波信号，在记录的相对时序值小于预设回波信号功率向量的最大长度时，就一直返回采集回波信号对噪声信号进行更新，直至记录的相对时序等于预设回波信号功率向量的最大长度时，就跳出循环，进行下一步的线性拟合运算。可以理解的是，根据相对时序值等于预设回波信号功率向量的最大长度时的回波信号功率向量和相对时序向量进行线性拟合运算，得到回波信号功率向量的斜率。通过回波信号功率向量的斜率与预设的斜率区间的最大值和预设的斜率区间的最小值进行比较，当得到的回波信号功率向量的斜率小于预设的斜率区间的最小值时，则表示目标远离单通道多普勒雷达，当得到的回波信号功率向量的斜率大于预设的斜率区间的最大值时，则表示目标靠近单通道多普勒雷达，当得到的回波信号功率向量的斜率处于预设的斜率区间内，则表示为单通道多普勒雷达的干扰噪声。以此就通过单通道多普勒雷达即判断出了目标在径向上的运动方向，而不需要正交IQ双通道的两路采样信号构建复信号及经快速傅里叶变换通过判断多普勒频率的正负来识别目标在径向上的运动方向，降低了硬件成本，降低了多普勒雷达推测运动目标在径向上运动方向的运算量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明单通道多普勒雷达径向运动方向识别方法一实施例的流程示意图；
图2为本发明单通道多普勒雷达径向运动方向识别方法步骤S200一实施例的流程示意图；
图3为本发明单通道多普勒雷达径向运动方向识别方法步骤S500一实施例的流程示意图。
本发明目的的实现、功能特点及可点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种单通道多普勒雷达径向运动方向识别方法。本发明中涉及到的多普勒效应，主要内容为物体辐射的波长因为波源和观测者的相对运动而产生变化。在运动的波源前面，波被压缩，波长变得较短，频率变得较高(蓝移blue shift)；在运动的波源后面时，会产生相反的效应。波长变得较长，频率变得较低(红移red shift)；波源的速度越高，所产生的效应越大。根据波红(蓝)移的程度，可以计算出波源循着观测方向运动的速度。以声波为例，声源完成一次全振动，向外发出一个波长的波，频率表示单位时间内完成的全振动的次数，因此波源的频率等于单位时间内波源发出的完全波的个数，而观察者听到的声音的音调，是由观察者接受到的频率，即单位时间接收到的完全波的个数决定的。当波源和观察者有相对运动时，观察者接收到的频率会改变.在单位时间内，观察者接收到的完全波的个数增多，即接收到的频率增大.同样的道理，当观察者远离波源，观察者在单位时间内接收到的完全波的个数减少，即接收到的频率减小。
而多普勒雷达即是利用上述多普勒效应制造而成，当雷达发射一固定频率的脉冲波对空扫描时，如遇到活动目标，回波的频率与发射波的频率出现频率差，称为多普勒频率。根据多普勒频率的大小，可测出目标对雷达的径向相对运动速度；根据发射脉冲和接收的时间差，可以测出目标的距离。同时用频率过滤方法检测目标的多普勒频率谱线，滤除干扰杂波的谱线，可使雷达从强杂波中分辨出目标信号。多普勒雷达比普通雷达的抗杂波干扰能力强，能探测出隐蔽在背景中的活动目标。
在本发明一实施例中，参照如图1所示，该单通道多普勒雷达径向运动方向识别方法包括：
步骤S100，按照预设的采样频率和采样点数采集单通道多普勒雷达的回波信号，并得到噪声信号功率值和回波信号功率值；
步骤S200，当所述回波信号功率值与所述噪声信号功率值的差值大于预设功率阈值时，将对应的回波信号功率值存入回波信号功率向量，以计算一次回波功率值作为一个计算周期记录相邻周期之间的相对时序值并存入相对时序向量；
步骤S300，当所述回波信号功率值与所述噪声信号功率值的差值小于或者等于预设功率阈值时，按照预设的噪声更新公式更新噪声信号功率值，并返回继续采集回波信号，直至记录的相对时序值等于预设回波信号功率向量的最大长度；
步骤S400，根据所述回波信号功率向量和所述相对时序向量进行线性拟合，以得到回波信号功率向量的斜率；
步骤S500，当得到的回波信号功率向量的斜率小于预设的斜率区间的最小值时，则表示目标远离单通道多普勒雷达，当得到的回波信号功率向量的斜率大于预设的斜率区间的最大值时，则表示目标靠近单通道多普勒雷达，当得到的回波信号功率向量的斜率处于预设的斜率区间内，则表示为单通道多普勒雷达的干扰噪声。
本实施例中，对单通道多普勒雷达的预设功率阈值、更新因子、回波信号功率向量最大长度、第一斜率阈值及第二斜率阈值进行初始化赋值。在对单通道多普勒雷达的的特征参数进行初始化赋值后，就以预设采样频率按照预设的采样点数采集回波信号，可以理解的是，例如预设采样点数为N，当采集了N个采样点数构成一个回波信号序列，并对采集的回波信号序列进行计算，以得到此回波信号序列的噪声信号功率值和回波信号功率值。这里以计算一次回波功率值作为一个计算周期，也即是以预设采样点数对回波信号进行采样构成了多个回波信号序列。
基于上述实施例，由于按照预设采样率采集的预设采样点数的回波信号对噪声信号功率值和回波信号功率值进行计算，这样可以方便回波信号采集步骤之后的功率差值计算，即是计算回波信号功率值与噪声信号功率值的差值，再通过计算的差值与预设功率阈值进行比较。当差值大于预设功率阈值时，将计算的对应回波信号功率值存入回波信号功率向量，记录相邻计算周期之间的相对时序值存入相对时序向量。可以理解的是，本方案还包括对回波信号功率向量和相对时序向量计算操作，以使得可以将计算的对应回波信号功率值存入回波信号功率向量及将相邻计算周期之间的相对时序值存入相对时序向量。
需要说明的是，以预设采样点数采集回波信号构成一个回波信号序列，并计算回波信号序列的回波信号功率值，以计算一次回波信号功率值为一个计算周期，多个回波信号序列即是多个计算周期，可以理解的是，每个回波信号序列具有预设采样点数的回波信号，相邻计算周期之间具有相对时序。在此步骤回波信号功率值和噪声信号功率值的差值中大于预设功率阈值的回波信号功率值，就可以得到具有回波信号功率的回波信号功率向量和具有相对时序的相对时序向量。
当回波信号功率值与噪声信号功率值的差值小于或者等于预设功率阈值时，按照预设的噪声更新公式更新噪声信号功率值，并返回继续采集回波信号，直至记录的相对时序值等于预设回波信号功率向量的最大长度。可以理解的是，本方案中需要按照预设的噪声更新公式更新信号功率中包括的噪声功率值，在更新了噪声功率值之后返回继续采集回波信号，返回采集的回波信号继续进行信号功率的计算，计算后的回波信号功率值与噪声信号功率值的差值大于预设功率阈值时，又将计算的对应回波信号功率值存入回波信号功率向量，并记录相邻计算周期之间的相对时序值存入相对时序向量，以此循环采集，计算并存入对应回波信号功率值和相对时序值。这里每计算一次回波信号功率值并存入回波信号功率向量，相对时序值就会加1，直至记录的相对时序值等于预设的回波信号功率向量的最大长度时，就从循环中跳出，进入下一步骤对回波信号功率向量斜率的计算操作。
回波信号功率向量的斜率是根据上述方案中的回波信号的功率向量和相对时序向量进行线性拟合而计算得出，在得出回波信号功率向量的斜率后，就通过与预设的斜率区间进行比较。当得到的回波信号功率向量的斜率小于预设的斜率区间的最小值时，则表示目标远离单通道多普勒雷达，当得到的回波信号功率向量的斜率大于预设的斜率区间的最大值时，则表示目标靠近单通道多普勒雷达，当得到的回波信号功率向量的斜率处于预设的斜率区间内，则表示为单通道多普勒雷达的干扰噪声。可以理解的是，当得到的回波信号功率向量的斜率处于预设的斜率区间内，需要返回继续采集回波信号，以计算获得噪声信号功率值、回波信号功率值、回波信号功率向量和相对时序向量，从而根据回波信号功率向量的斜率与预设的斜率区间的比较对单通道多普勒雷达在径向运动方向的识别判断。
需要说明的是，预设功率阈值可以是4dB、5dB、6dB等；预设斜率区间的最小值可以是-0.5，预设斜率区间的最大值可以是0.5；本方案中对于预设功率阈值，预设斜率区间的最大值和最小值不做具体限定，可以根据实际应用场景设定。进一步地，在通过回波信号的功率向量和相对时序向量进行线性拟合，计算得出回波信号功率向量的斜率时，同时将相对时序值归零处理，并开始重新采集回波信号，计算回波信号功率值及存储回波信号功率向量，如此循环，每次相对时序值达到回波信号功率向量的最大长度时就开始计算回波信号功率向量斜率，并判断运动目标在径向上运动的方向。
本实施例中，单通道多普勒雷达相比于正交IQ双通道多普勒雷达，单通道处理所得的频谱为对称双边谱，无法获悉目标多普勒频率的正负。相较于正交IQ双通道多普勒雷达，单通道雷达虽然无法实时获取目标在径向上的运动方向，但在根据预设计算公式，单通道多普勒雷达接收到目标的回波信号功率与两者距离的四次方成反比，若认为短时间内目标是匀速运动的，则距离与时间成正比，将回波功率取对数，则目标回波信号的对数功率值与时间是一次函数的关系，因此通过线性拟合的方式可以推测目标在径向上的运动方向，以此实现降低单通道多普勒雷达的成本，同时降低了多普勒雷达推测运动目标在径向上运动方向的运算量。
本发明技术方案通过按照预设的采样频率和采样点数采集单通道多普勒雷达的回波信号，这里采集的回波信号即是多次采集预设采集点数的回波信号构成多个回波信号序列，根据每一回波信号序列计算得到噪声信号功率值和回波信号功率值。再通过回波信号功率值和噪声信号功率值的差值与预设功率阈值进行比较，当回波信号功率值和噪声信号功率值的差值大于预设功率阈值时，就将计算得出的对应回波信号功率值存入回波信号功率向量，以计算一次回波功率值作为一个计算周期记录相邻计算周期之间的相对时序值并存入相对时序向量；当回波信号功率值和噪声信号功率值的差值小于或等于预设功率阈值时，就按照预设的噪声更新公式更新噪声信号功率值，并返回继续采集回波信号，在记录的相对时序值小于预设回波信号功率向量的最大长度时，就一直返回采集回波信号对噪声信号进行更新，直至记录的相对时序等于预设回波信号功率向量的最大长度时，就跳出循环，进行下一步的线性拟合运算。可以理解的是，根据相对时序值等于预设回波信号功率向量的最大长度时的回波信号功率向量和相对时序向量进行线性拟合运算，得到回波信号功率向量的斜率。通过回波信号功率向量的斜率与预设的斜率区间的最大值和预设的斜率区间的最小值进行比较，当得到的回波信号功率向量的斜率小于预设的斜率区间的最小值时，则表示目标远离单通道多普勒雷达，当得到的回波信号功率向量的斜率大于预设的斜率区间的最大值时，则表示目标靠近单通道多普勒雷达，当得到的回波信号功率向量的斜率处于预设的斜率区间内，则表示为单通道多普勒雷达的干扰噪声。以此就通过单通道多普勒雷达即判断出了目标在径向上的运动方向，而不需要正交IQ双通道的两路采样信号构建复信号及经快速傅里叶变换通过判断多普勒频率的正负来识别目标在径向上的运动方向，降低了硬件成本，降低了多普勒雷达推测运动目标在径向上运动方向的运算量。
在一实施例中，参照如图2所示，所述按照预设的采样频率和采样点数采集单通道多普勒雷达的回波信号，并得到噪声信号功率值和回波信号功率值的步骤包括：
步骤S101，按照预设的采样频率和采样点数采集单通道多普勒雷达的回波信号，得到回波信号序列；
步骤S102，通过所述回波信号序列计算得到回波信号序列的均值。
本实施例中，以预设采样频率按照预设采样点数采集多个回波信号构成回波信号序列，再计算回波信号序列的均值及回波信号功率值。计算出来的每一回波信号序列均值代入预设的公式计算信号功率，从而得出每一回波信号序列的噪声信号功率值和回波信号功率值。这里以计算一次回波信号功率值为一个计算周期，对多个信号序列计算回波信号功率值，即是有多个计算周期。
本实施例中，所述按照预设的采样频率和采样点数采集单通道多普勒雷达的回波信号，并得到噪声信号功率值和回波信号功率值具体为：
通过第一公式
Figure BDA0002197932130000101
计算得到所述噪声信号功率值和所述回波信号功率值，其中，x[n](n＝0,1,2…,N-1)，N为采样点数，Pwr为信号功率值，x为回波信号，ave为回波信号序列的均值。
可以理解的是，在每一回波信号序列中，计算出来的每一回波信号序列均值就可以代入第一公式进行计算，其中采样点数N为大于等于1的整数。进一步地，当N为32时，即表示以预设频率采集32个点的回波信号，回波信号序列中包括x[0]、x[1]、x[2]、...x[31]，此时回波信号的均值为
Figure BDA0002197932130000111
信号功率为
Figure BDA0002197932130000112
当采样点数N为64时，即表示以预设频率采集64个点的回波信号，回波信号序列中包括x[0]、x[1]、x[2]、...x[63]，此时回波信号的均值为
Figure BDA0002197932130000113
信号功率为
Figure BDA0002197932130000114
当采样点数为N时，即表示以预设频率采集N个点的回波信号，回波信号序列中包括x[0]、x[1]、x[2]、...x[N-1]，此时回波信号的均值为
Figure BDA0002197932130000115
信号功率为
Figure BDA0002197932130000116
Figure BDA0002197932130000117
基于上述实施例，所述按照预设的采样频率和采样点数采集单通道多普勒雷达的回波信号，并得到噪声信号功率值和回波信号功率值的步骤还包括：
当采集的是第一计算周期的回波信号时，则Pwr为噪声信号功率值，并返回继续采集回波信号；
否则，Pwr为回波信号功率值。
可以理解的是，当采集的是第一计算周期的回波信号时，则表示第一次采集，而以计算一次回波功率值作为一个计算周期。则在第一计算周期计算得到的信号功率值
Figure BDA0002197932130000118
为噪声信号功率值；否则，计算得到的信号功率值
Figure BDA0002197932130000119
为回波信号功率值，其中，x[n](n＝0,1,2…,N-1)。
在一实施例中，所述当所述回波信号功率值与所述噪声信号功率值的差值小于或者等于预设功率阈值时，按照预设的噪声更新公式更新噪声信号功率，并返回继续采集回波信号，直至记录的相对时序值等于预设回波信号功率向量的最大长度的步骤包括：
预设的噪声更新公式为NPg＝B*NP+(1-B)*SP；其中，NPg为更新后的噪声信号功率值，B为预设更新因子，NP为更新前噪声信号功率值，SP为回波信号功率值。
本实施例中，根据预设的更新公式更新噪声信号功率，是在所述回波信号功率值与所述噪声信号功率值的差值小于或者等于预设功率阈值时才会进行更新，直至记录的相对时序等于预设回波信号功率向量的最大长度。可以理解的是，在噪声信号更新公式中，SP为回波信号功率值，也即是SP为所述当所述回波信号功率值与所述噪声信号功率值的差值小于或者等于预设功率阈值时的Pwr；预设更新因子B是一个常数，预设更新因子B的数值范围处于0-1之间，可以是0.2、0.5、0.95、1等，此处不做限制。以此使得记录的相对时序还不等于预设回波信号功率向量的最大长度时，对噪声信号功率进行循环更新，以使得单通道多普勒雷达推测目标在径向上的运动方向更加准确。
在一实施例中，参照如图3所示，所述根据所述回波信号功率向量和所述相对时序向量进行线性拟合，以得到回波信号功率向量的斜率的步骤之前包括：
步骤S401，当相对时序的值不等于预设回波信号功率向量的最大长度时，则返回继续采集回波信号；
步骤S402，当相对时序的值等于预设回波信号功率向量的最大长度，且回波信号功率向量的长度不等于预设回波信号功率向量的最大长度时，则所述单通道多普勒雷达的输出斜率为0；
步骤S403，当相对时序的值等于预设回波信号功率向量的最大长度，且回波信号功率向量的长度等于预设回波信号功率向量的最大长度时，则将回波信号功率向量和相对时序向量代入线性拟合函数进行计算。
本实施例中，当相对时序的值不等于预设回波信号功率向量的最大长度时，返回继续采集回波信号，继续将回波信号功率值存入回波信号功率向量，将相对时序的值存入相对时序向量，以及对噪声信号功率进行更新。
当相对时序的值等于预设回波信号功率向量的最大长度时，就对回波信号功率向量的长度和预设回波信号功率向量的最大长度进行判断。当回波信号功率向量的长度不等于预设回波信号功率向量的最大长度时，单通道多普勒雷达的输出斜率为0，表示干扰噪声信号，同时将相对时序值归零处理，返回继续采集回波信号；当回波信号功率向量的长度等于预设回波信号功率向量的最大长度时，则将本方案上述实施例中存入了回波信号功率值的回波信号功率向量与存入了相对时序值的相对时序向量代入线性拟合函数进行计算，以得到回波信号功率向量的斜率。在计算得到回波信号功率向量的斜率时，同时将相对时序值归零处理，并开始重新采集回波信号，计算回波信号功率值及存储回波信号功率向量，如此循环，每次相对时序值达到回波信号功率向量的最大长度时就开始计算回波信号功率向量斜率，并判断运动目标在径向上运动的方向。
本实施例中，所述当相对时序的值等于预设回波信号功率向量的最大长度，且回波信号功率向量的长度等于预设回波信号功率向量的最大长度时，则将回波信号功率向量和相对时序向量代入线性拟合函数进行计算具体为：
定义所述相对时序向量为X，将所述回波信号功率向量进行归一化处理得到Y；
计算X的均值ave(X)、Y的均值ave(Y)、X与Y的数量积的均值ave(XY)和X与X的数量积的均值ave(X2)，则单通道多普勒雷达的斜率为
Figure BDA0002197932130000131
可以理解的是，本方案中定义的相对时序向量X为记录的相邻周期的相对时序存入的相对时序向量；回波信号功率向量为当回波信号功率值与噪声信号功率值的差值大于预设功率阈值时，存入了对应的回波信号功率值的回波信号功率向量，再对此回波信号功率向量进行归一化处理得到Y的值。
本实施例中，所述将所述回波信号功率向量进行归一化处理得到Y具体为：
通过第二公式
Figure BDA0002197932130000132
获得所述回波信号功率向量归一化处理后Y的值；其中，SPV[k]为回波信号功率向量在k点时的值，max(SPV)为回波信号功率向量的最大值，min(SPV)为回波信号功率向量的最小值，k＝0,1,2…,L-1，L为预设回波信号功率向量的最大长度。
需要说明的是，预设回波信号功率向量的最大长度L可以是16，根据单通道多普勒雷达的对回波信号进行采样时的采样频率设定。当预设回波信号功率向量的最大长度为16时，即k的值可以是0至15，在循环采集回波信号计算存储回波信号功率向量时，即是计算周期的大小为16，回波功率向量是一直在更新的，可以理解的是，当预设的重叠值为8个点，第一次可以用时序为0-15中的回波信号功率值来存入回波信号功率向量，第二次可以用时序为8-23中的回波信号功率值来存入回波信号功率向量，第三次可以用时序为16-31中的回波信号功率值来存入回波信号功率向量等。即每一次对回波信号功率值的计算并存入回波信号功率向量中，有回波信号序列中都重叠了8个点；当预设的重叠值为12个点，第一次可以用时序为0-15中的回波信号功率值来存入回波信号功率向量，第二次可以用时序为4-19中的回波信号功率值来存入回波信号功率向量，第三次可以用时序为8-23中的回波信号功率值来存入回波信号功率向量。回波信号序列中都重叠点的数量可以根据实际应用设置，以此来提升回波信号的完整性和准确性。
在一实施例中，所述预设的斜率区间包括第一预设斜率阈值和第二预设斜率阈值，所述第一预设斜率阈值的值为-0.5，所述第二预设斜率阈值的值为0.5。需要说明的是，第一斜率阈值即是预设斜率区间的最小值，可以为-0.5，第二斜率阈值即是预设斜率区间的最大值，可以为0.5，此处不做限定。
本发明还提出一种单通道多普勒雷达径向运动方向识别装置，所述单通道多普勒雷达径向运动方向识别装置包括如上所述的单通道多普勒雷达径向运动方向识别方法。该单通道多普勒雷达径向运动方向识别装置的具体结构参照上述实施例，由于本单通道多普勒雷达径向运动方向识别装置采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种单通道多普勒雷达径向运动方向识别方法，其特征在于，所述单通道多普勒雷达径向运动方向识别方法包括：
按照预设的采样频率和采样点数采集单通道多普勒雷达的回波信号，并得到噪声信号功率值和回波信号功率值；
当所述回波信号功率值与所述噪声信号功率值的差值大于预设功率阈值时，将对应的回波信号功率值存入回波信号功率向量，以计算一次回波功率值作为一个计算周期，记录相邻计算周期之间的相对时序值并存入相对时序向量，所述相对时序值为在一个计算周期中所处的序数，每计算一次回波信号功率值，所述相对时序值增加1；
当所述回波信号功率值与所述噪声信号功率值的差值小于或者等于预设功率阈值时，按照预设的噪声更新公式更新噪声信号功率值，并返回继续采集回波信号，直至记录的相对时序值等于预设回波信号功率向量的最大长度；
根据所述回波信号功率向量和所述相对时序向量进行线性拟合，以得到回波信号功率向量的斜率；其中，定义所述相对时序向量为X，将所述回波信号功率向量进行归一化处理得到Y；计算X的均值ave(X)、Y的均值ave(Y)、X与Y的数量积的均值ave(XY)和X与X的数量积的均值ave(X2)，则单通道多普勒雷达的斜率为
Figure FDA0002900311990000011
当得到的回波信号功率向量的斜率小于预设的斜率区间的最小值时，则表示目标远离单通道多普勒雷达，当得到的回波信号功率向量的斜率大于预设的斜率区间的最大值时，则表示目标靠近单通道多普勒雷达，当得到的回波信号功率向量的斜率处于预设的斜率区间内，则表示为单通道多普勒雷达的干扰噪声。
2.如权利要求1所述的单通道多普勒雷达径向运动方向识别方法，其特征在于，所述按照预设的采样频率和采样点数采集单通道多普勒雷达的回波信号，并得到噪声信号功率值和回波信号功率值的步骤包括：
按照预设的采样频率和采样点数采集单通道多普勒雷达的回波信号，得到回波信号序列；
通过所述回波信号序列计算得到回波信号序列的均值。
3.如权利要求2所述的单通道多普勒雷达径向运动方向识别方法，其特征在于，所述按照预设的采样频率和采样点数采集单通道多普勒雷达的回波信号，并得到噪声信号功率值和回波信号功率值具体为：
通过第一公式
Figure FDA0002900311990000021
计算得到所述噪声信号功率值和所述回波信号功率值，其中，x[n](n＝0,1,2…,N-1)，N为采样点数，Pwr为信号功率值，x为回波信号，ave为回波信号序列的均值。
4.如权利要求3所述的单通道多普勒雷达径向运动方向识别方法，其特征在于，所述按照预设的采样频率和采样点数采集单通道多普勒雷达的回波信号，并得到噪声信号功率值和回波信号功率值的步骤还包括：
当采集的是第一计算周期的回波信号时，则Pwr为噪声信号功率值，并返回继续采集回波信号；
否则，Pwr为回波信号功率值。
5.如权利要求1所述的单通道多普勒雷达径向运动方向识别方法，其特征在于，所述当所述回波信号功率值与所述噪声信号功率值的差值小于或者等于预设功率阈值时，按照预设的噪声更新公式更新噪声信号功率，并返回继续采集回波信号，直至记录的相对时序值等于预设回波信号功率向量的最大长度的步骤包括：
预设的噪声更新公式为NPg＝B*NP+(1-B)*SP；其中，NPg为更新后的噪声信号功率值，B为预设更新因子，NP为更新前噪声信号功率值，SP为回波信号功率值。
6.如权利要求1所述的单通道多普勒雷达径向运动方向识别方法，其特征在于，所述根据所述回波信号功率向量和所述相对时序向量进行线性拟合，以得到回波信号功率向量的斜率的步骤之前包括：
当相对时序的值不等于预设回波信号功率向量的最大长度时，则返回继续采集回波信号；
当相对时序的值等于预设回波信号功率向量的最大长度，且回波信号功率向量的长度不等于预设回波信号功率向量的最大长度时，则所述单通道多普勒雷达的输出斜率为0；
当相对时序的值等于预设回波信号功率向量的最大长度，且回波信号功率向量的长度等于预设回波信号功率向量的最大长度时，则将回波信号功率向量和相对时序向量代入线性拟合函数进行计算。
7.如权利要求1所述的单通道多普勒雷达径向运动方向识别方法，其特征在于，所述将所述回波信号功率向量进行归一化处理得到Y具体为：
通过第二公式
Figure FDA0002900311990000031
获得所述回波信号功率向量归一化处理后Y的值；其中，SPV[k]为回波信号功率向量在k点时的值，max(SPV)为回波信号功率向量的最大长度，min(SPV)为回波信号功率向量的最小值，k＝0,1,2…,L-1，L为预设回波信号功率向量的最大长度。
8.如权利要求1所述的单通道多普勒雷达径向运动方向识别方法，其特征在于，所述预设的斜率区间包括第一预设斜率阈值和第二预设斜率阈值，所述第一预设斜率阈值的值为-0.5，所述第二预设斜率阈值的值为0.5。
9.一种单通道多普勒雷达径向运动方向识别装置，其特征在于，所述单通道多普勒雷达径向运动方向识别装置包括如权利要求1-8任一所述的单通道多普勒雷达径向运动方向识别方法。
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