CN111103580B - 雷达信号处理方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种雷达信号处理方法和装置，涉及毫米波雷达领域。该雷达信号处理方法应用于第一装置，例如毫米波雷达，包括：在第一频段发射第一雷达信号；在第二频段发射第二雷达信号；接收第一反射信号和第二反射信号，其中，所述第一反射信号为所述第一雷达信号被目标物体反射后的电磁波，所述第二反射信号为所述第二雷达信号被所述目标物体反射后的电磁波；获得所述目标物体的距离信息、速度信息和角度信息中的至少一个。上述方案涉及毫米波雷达信号的波形设计，能扩大雷达的扫频带宽，提高雷达的距离分辨率。进一步提升了自动驾驶或高级驾驶辅助系统ADAS能力，可以应用于车联网，例如车辆外联V2X、车间通信长期演进技术LTE‑V、车辆‑车辆V2V等。

Description

雷达信号处理方法和装置
技术领域
本申请涉及微波雷达领域，尤其涉及一种雷达信号处理方法和装置。
背景技术
随着社会的发展，现代生活中越来越多的机器向自动化、智能化发展，移动出行用的汽车也不例外，智能汽车正在逐步进入人们的日常生活中。近些年，高级驾驶辅助系统(advanced driving assistant system，ADAS)在智能汽车中发挥着十分重要的作用，它是利用安装在车上的各式各样传感器，在汽车行驶过程中随时来感应周围的环境，收集数据，进行静止、移动物体的辨识、侦测与追踪，并结合导航仪地图数据，进行系统的运算与分析，从而预先让驾驶者察觉到可能发生的危险，有效增加汽车驾驶的舒适性和安全性。
现有技术中，受法律法规的限制，雷达所能够使用的带宽有限，如何能有效利用有限的带宽资源实现雷达高效的工作，是一个亟需解决的技术问题。
发明内容
本申请实施例提供一种雷达信号处理方法和装置，用于提高雷达的扫频带宽。
为达到上述目的，本申请的实施例采用如下技术方案：
第一方面，提供了一种雷达信号处理方法，应用于第一装置中，该方法包括：在第一频段发射第一雷达信号；在第二频段发射第二雷达信号；接收第一反射信号和第二反射信号，其中，第一反射信号为第一雷达信号被目标物体反射后的电磁波，第二反射信号为第二雷达信号被目标物体反射后的电磁波；获得目标物体的距离信息、速度信息和角度信息中的至少一个。本申请实施例提供的雷达信号处理方法，在不同频段发射两个雷达信号，相应地分别接收两个雷达信号的反射信号，进而获得目标物体的距离信息、速度信息和角度信息中的至少一个。由于可以利用不连续的频域资源来发射雷达信号，扩大了雷达的扫频带宽，因此，提高了雷达的距离分辨率。
在一种可能的实施方式中，获得目标物体的距离信息、速度信息和角度信息中的至少一个，包括：根据第一雷达信号和第一反射信号，获得距离信息、速度信息和角度信息中的至少一个；或者，根据第二雷达信号和第二反射信号，获得距离信息、速度信息和角度信息中的至少一个；或者，根据第一雷达信号、第一反射信号、第二雷达信号和第二反射信号，获得距离信息、速度信息和角度信息中的至少一个。该实施方式提供了可以根据雷达信号和对应的反射信号获取目标物体的距离信息、速度信息和角度信息中的至少一个。
在一种可能的实施方式中，第一雷达信号和第二雷达信号在第一时间单元内发射；第一雷达信号和第二雷达信号的持续时间相同，且第一时间单元的长度等于持续时间。即第一雷达信号和第二雷达信号的持续时间可以相同，持续时间也可以称为扫频时间，持续时间或扫频时间为雷达信号从初始频率线性增加至最大频率的持续时间。例如，对于锯齿波，持续时间可以为一个发射周期的时长，对于三角波，持续时间可以理解为半个发射周期的时长。
在一种可能的实施方式中，第一频段和第二频段在频域上不完全重叠。即第一频段和第二频段可以在频域上部分重叠。
在一种可能的实施方式中，第一雷达信号和第二雷达信号中的至少一个为线性调频连续波，其中，线性调频连续波为频率随时间线性增加或减小的电磁波。第一雷达信号或第二雷达信号可以为锯齿波，或者第一雷达信号或第二雷达信号分别为三角波的一半。
在一种可能的实施方式中，第一雷达信号和第二雷达信号在单位时间内的频率变化量互为相反数。或者，可以表述为：第一雷达信号的频率的斜率与第二雷达信号的频率的斜率互为相反数。
在一种可能的实施方式中，第一雷达信号和第二雷达信号在单位时间内的频率变化量的符号相反。或者，可以表述为：第一雷达信号的频率的斜率的符号与第二雷达信号的频率的斜率的符号相反。或者，也可以表述为：第一雷达信号的频率在单位时间内随时间线性增加，第二雷达信号的频率在单位时间内随时间线性减小；或者，第一雷达信号的频率在单位时间内随时间线性减小，第二雷达信号的频率在单位时间内随时间线性增加。在测量目标物体的距离信息时，或者测量目标物体的速度信息时，耗时将减少一半。
在一种可能的实施方式中，第一雷达信号的频率和第二雷达信号的频率在单位时间内随时间增加而增加；或者，第一雷达信号的频率和第二雷达信号的频率在单位时间内随时间增加而减小。或者，也可以表述为：第一雷达信号的频率的斜率的符号与第二雷达信号的频率的斜率的符号相同。即第一雷达信号的频率和第二雷达信号的频率可以同增减。
在一种可能的实施方式中，第一雷达信号和第二雷达信号在单位时间内的频率变化量相同。或者，可以表述为：第一雷达信号的频率的斜率与第二雷达信号的频率的斜率相同。或者，也可以表述为：在单位时间内，第一雷达信号的频率随时间变化的绝对值与第二雷达信号的频率随时间变化的绝对值相同。即第一雷达信号的频率和第二雷达信号的频率的变化量的绝对值可以相同。
第二方面，提供了一种雷达信号处理装置，包括：发射单元，用于在第一频段发射第一雷达信号；发射单元，还用于在第二频段发射第二雷达信号；接收单元，用于接收第一反射信号和第二反射信号，其中，第一反射信号为第一雷达信号被目标物体反射后的电磁波，第二反射信号为第二雷达信号被目标物体反射后的电磁波；获取单元，用于获得目标物体的距离信息、速度信息和角度信息中的至少一个。
在一种可能的实施方式中，获取单元，具体用于：根据第一雷达信号和第一反射信号，获得距离信息、速度信息和角度信息中的至少一个；或者，根据第二雷达信号和第二反射信号，获得距离信息、速度信息和角度信息中的至少一个；或者，根据第一雷达信号、第一反射信号、第二雷达信号和第二反射信号，获得距离信息、速度信息和角度信息中的至少一个。
在一种可能的实施方式中，第一雷达信号和第二雷达信号在第一时间单元内发射；第一雷达信号和第二雷达信号的持续时间相同，且第一时间单元的长度等于持续时间。
在一种可能的实施方式中，第一频段和第二频段在频域上不完全重叠。
在一种可能的实施方式中，第一雷达信号和第二雷达信号中的至少一个为线性调频连续波，其中，线性调频连续波为频率随时间线性增加或减小的电磁波。第一雷达信号或第二雷达信号可以为锯齿波，或者第一雷达信号或第二雷达信号分别为三角波的一半。
在一种可能的实施方式中，第一雷达信号和第二雷达信号在单位时间内的频率变化量互为相反数。或者，可以表述为：第一雷达信号的频率的斜率与第二雷达信号的频率的斜率互为相反数。
在一种可能的实施方式中，第一雷达信号和第二雷达信号在单位时间内的频率变化量的符号相反。或者，可以表述为：第一雷达信号的频率的斜率的符号与第二雷达信号的频率的斜率的符号相反。或者，也可以表述为：第一雷达信号的频率在单位时间内随时间线性增加，第二雷达信号的频率在单位时间内随时间线性减小；或者，第一雷达信号的频率在单位时间内随时间线性减小，第二雷达信号的频率在单位时间内随时间线性增加。在测量目标物体的距离信息时，或者测量目标物体的速度信息时，耗时将减少一半。
在一种可能的实施方式中，第一雷达信号的频率和第二雷达信号的频率在单位时间内随时间增加而增加；或者，第一雷达信号的频率和第二雷达信号的频率在单位时间内随时间增加而减小。或者，也可以表述为：第一雷达信号的频率的斜率的符号与第二雷达信号的频率的斜率的符号相同。即第一雷达信号的频率和第二雷达信号的频率可以同增减。
在一种可能的实施方式中，第一雷达信号和第二雷达信号在单位时间内的频率变化量相同。或者，可以表述为：第一雷达信号的频率的斜率与第二雷达信号的频率的斜率相同。或者，也可以表述为：在单位时间内，第一雷达信号的频率随时间变化的绝对值与第二雷达信号的频率随时间变化的绝对值相同。即第一雷达信号的频率和第二雷达信号的频率的变化量的绝对值可以相同。
第三方面，提供了一种雷达信号处理装置，应用于第一方面和第一方面的各种可能实施方式所述的雷达信号处理方法。
第四方面，提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现第一方面和第一方面的各种可能实施方式所述的雷达信号处理方法。
第五方面，提供了一种雷达信号处理装置，包括：处理器和存储器，存储器用于存储程序，处理器调用存储器存储的程序，以执行上述第一方面和第一方面的各种可能实施方式所述的雷达信号处理方法。
第六方面，本申请实施例提供一种计算机程序产品，当该计算机程序产品在控制装置上运行时，使得雷达信号处理装置执行上述第一方面和第一方面的各种可能实施方式所述的雷达信号处理方法。
第七方面，本申请实施例提供一种芯片系统，包括：处理器，用于支持雷达信号处理执行上述第一方面和第一方面的各种可能实施方式所述的雷达信号处理方法。
第二方面至第七方面的技术效果可以参照第一方面和第一方面的各种可能实施方式所述内容。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种雷达系统的示意图；
图2为本申请实施例提供的一种雷达的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的一种三角波形式的调频连续波的时间幅度的示意图；
图4为本申请实施例提供的一种三角波形式的调频连续波的时间频率的示意图；
图5为本申请实施例提供的一种相对静止的目标物体的调频连续波与反射波的示意图；
图6为本申请实施例提供的一种相对运动的目标物体的调频连续波与反射波的示意图；
图7为本申请实施例提供的一种锯齿波测距原理的示意图；
图8为本申请实施例提供的一种锯齿波测速原理的示意图；
图9为本申请实施例提供的一种锯齿波测角原理的示意图；
图10为本申请实施例提供的一种雷达信号处理方法的流程示意图；
图11为本申请实施例提供的雷达信号与反射信号的示意图一；
图12为本申请实施例提供的雷达信号与反射信号的示意图二；
图13为本申请实施例提供的雷达信号与反射信号的示意图三；
图14为本申请实施例提供的雷达信号与反射信号的示意图四；
图15为本申请实施例提供的雷达信号与反射信号的示意图五；
图16为本申请实施例提供的雷达信号与反射信号的示意图六；
图17为本申请实施例提供的雷达信号与反射信号的示意图七；
图18为本申请实施例提供的雷达信号与反射信号的示意图八；
图19为本申请实施例提供的一种雷达信号处理装置的结构示意图一；
图20为本申请实施例提供的一种雷达信号处理装置的结构示意图二；
图21为本申请实施例提供的一种雷达信号处理装置的结构示意图三。
具体实施方式
本申请实施例涉及的雷达可以应用于车联网(vehicle-to-everything，V2X)、车与车通信(vehicle-to-vehicle，V2V)、车与路边设施通信(vehicle-to-infrastructure，V2I)、车与行人通信(vehicle-to-pedestrian，V2P)等等。本申请对雷达应用的场景不作限定。
如图1所示，本申请实施例涉及的雷达可以安装于机动车辆11、无人机12、轨道车13、自行车14、信号灯15、测速装置16、雷达站17或基站18，等等。本申请对雷达安装的位置和所应用的具体的领域不作限定。另外，需要说明的是，本申请实施例所涉及的雷达，又可以称为探测器或者探测装置，其工作原理是通过发射信号(或者称为探测信号)，并接收经过目标物体反射的反射信号，来探测相应的目标物体。其中，所述信号可以为无线电信号或者电磁波信号，为方便阐述，可以统一称为雷达信号。进一步，所述雷达信号的发射是周期性的。例如，对于锯齿波来说，一个完整的锯齿波形的持续时间可以理解为锯齿波雷达信号的发射周期；又如，对于三角波来说，一个完整的三角波形的持续时间可以理解为三角波雷达信号的发射周期。
本申请实施例涉及的雷达可以应用于车辆与车辆之间、车辆与无人机等其他装置之间的雷达测速、测距、测角度等。例如，可以应用于自适应巡航控制(adaptive cruisecontrol，ACC)、自动紧急制动(autonomous emergency braking，AEB)、变道辅助(lanechange assist，LCA)、盲点检测(blind spot monitoring，BSM)、泊车辅助(parkingassistance，PA)、行人检测(pedestrian detection，PD)等等。本申请对雷达应用的功能不作限定。
本申请实施例涉及的雷达可以为毫米波(millimeter wave，mmWave)雷达、微米波雷达等等，本申请对雷达发射的电磁波的属性不作限定。
具体来说，毫米波是指波长为1-10mm的电磁波，所对应的频率范围为30-300GHz。毫米波相关的特性非常适合应用于车载领域。带宽大：频域资源丰富，天线副瓣低，有利于实现成像或准成像。波长短：雷达设备体积和天线口径得以减小，重量减轻。波束窄：在相同天线尺寸下毫米波的波束要比微米波的波束窄得多，雷达分辨率高。穿透强：相比于激光雷达和光学系统，具有更好的穿透烟、灰尘和雾的能力，可全天候工作。
如图2中所示，本申请实施例提供了一种雷达，包括：振荡器201、定向耦合器202、发射天线203、接收天线204、混频器205和处理器206。为清楚阐述方案，本申请实施例以雷达信号为调频连续波为例进行说明。
振荡器201会产生调频连续波(frequency modulated continuous wave，FMCW)并输出给定向耦合器202。
其中，该调频连续波可以为线性调频连续波。线性调频连续波为频率随时间线性增加或减小的电磁波，即在一时间单元内，调频连续波的频率与时间呈线性关系，或者说，单位时间内，所述调频连续波的频率变化量的绝对值相同(对于锯齿波来说，频率变化量相同；对于三角波来说，上升沿和下降沿的频率变化量的绝对值相同)。在本申请实施例中，调频连续波的频率的斜率指调频连续波的频率与时间之间的线性关系的斜率(具体可以参考图4)。斜率的符号用于指示斜率为正或负。当频率随时间线性增加时为上升沿，斜率的符号为正。当频率随时间线性减小时为下降沿，斜率的符号为负。在本申请实施例中，示例性的以线性调频连续波为例进行说明，但不限定调频连续波必须为线性调频连续波。
定向耦合器202一方面将调频连续波输出给混频器205作为本振信号，另一方面将调频连续波输出给发射天线203，通过发射天线203发射出去。调频连续波经目标物体反射后成为调频连续波的反射波。
接收天线204接收调频连续波的反射波后输出给混频器205。
混频器205将调频连续波与调频连续波的反射波进行混频，得到中频(intermediate frequency，IF)信号，其中，中频信号为调频连续波与调频连续波的反射波在同一时刻的频率之差所形成的信号，即中频信号的频率为调频连续波与调频连续波的反射波在同一时刻的频率之差。
混频器205将混频得到的中频信号经过低通滤波器进行滤波，再经过放大后输出给处理器206，处理器206对中频信号进行处理(例如，对中频信号进行快速傅里叶变换，进行频谱分析等)后得到目标物体的距离信息、速度信息和角度信息中的至少一个。
本申请实施例中，目标物体的距离信息、速度信息和角度信息，或者，目标物体的距离、速度和角度，或者，目标物体的相对距离、相对速度和相对角度，都是指目标物体相对发射调频连续波的雷达而言，本申请并不限定具体名称。
需要说明的是，当该雷达安装在车辆上时，处理器206可以将目标物体的距离信息、速度信息和角度信息中的至少一个发送给车辆上的控制器用于控制车辆。
调频连续波的波形一般是锯齿波或者三角波，下面以调频连续波为三角波为例详细介绍一下雷达的工作原理。
如图3所示，为三角波形式的调频连续波的时间幅度的示意图。调频连续波的频率在时间单元[0,T/2]内随着时间增加逐渐增加，而幅度保持不变，其中，T为三角波的周期。如图4所示，为三角波形式的调频连续波的时间频率的示意图，调频连续波的频率在时间单元[0,T/2]内随着时间增加线性增加ΔF，调频连续波的频率在时间单元[T/2,T]内随着时间增加线性减小ΔF，其中，ΔF为调频连续波的频率的最大变化范围。
如图5所示，如果目标物体相对于雷达处于相对静止中，则调频连续波与调频连续波的反射波的形状相同，但是在时间上有一个时延Δt。
调频连续波x1为：
Figure BDA0001842834030000051
调频连续波的反射波x2为：
Figure BDA0001842834030000052
其中，ω1(t)为调频连续波x1的角速度，
Figure BDA0001842834030000053
为调频连续波x1的初相。ω2(t)为调频连续波x2的角速度，/>
Figure BDA0001842834030000054
为调频连续波的反射波x2的初相。
调频连续波x1与调频连续波的反射波x2之间的时延Δt和目标物体的距离R满足：
Figure BDA0001842834030000055
其中，c为光速。
调频连续波和调频连续波的反射波在混频器205中进行混频，得到的中频信号xout为：
Figure BDA0001842834030000056
另外，如图5所示，中频信号的频率IF为调频连续波的频率的斜率s与时延Δt的乘积，即：
Figure BDA0001842834030000061
其中，T为三角波的周期，ΔF为调频连续波的最大变化范围。
所以目标物体的距离R为：
Figure BDA0001842834030000062
通过上面的推导可以看出，对于相对于雷达处于相对静止的目标物体来说，调频连续波与调频连续波的反射波在同一时刻的频率之差(中频信号的频率IF)和调频连续波与调频连续波的反射波之间的时延Δt呈线性关系，即目标物体的距离越远，雷达接收到的调频连续波的反射波的时间就越晚，调频连续波与调频连续波的反射波在同一时刻的频率之差(中频信号的频率IF)越大，因此通过判断中频信号频率IF的大小就可以得到目标物体的距离。
如图6所示，如果目标物体相对于雷达处于相对运动中，则调频连续波的反射波的频率中包括由目标物体的相对运动所引起的多普勒频移fd。
因此，与三角波的上升沿对应的中频信号的频率fb+为：
fb+＝IF-fd 公式7
与三角波的下降沿对应的中频信号的频率fb-为：
fb-＝IF+fd 公式8
其中，IF为目标物体相对于雷达处于相对静止时的中频信号的频率，
Figure BDA0001842834030000063
为多普勒频移，其符号与目标物体相对于雷达的相对运动方向有关，其中，f为调频连续波中心频率，v为目标物体的速度。
公式7、8结合公式5可以得到相对于雷达处于相对运动的目标物体的距离R为：
Figure BDA0001842834030000064
还可以得到相对于雷达处于相对运动的目标物体的速度为：
Figure BDA0001842834030000065
通过上面的推导可以看出，对于相对于雷达处于相对运动的目标物体来说，通过检测三角波上升沿的中频信号的频率fb+和下降沿的中频信号的频率fb-，就可以得到目标物体的距离信息或速度信息。
下面以调频连续波为锯齿波为例详细介绍一下雷达的工作原理。
对于锯齿波来说，其测距原理与三角波类似。如图7中所示，调频连续波与调频连续波的反射波之间的时延τ，锯齿波的周期为Tc。
调频连续波x1为：
x1(t)＝sin(ω1t+φ1) 公式11
调频连续波的反射波x2为：
x2(t)＝sin(ω1(t-τ)+φ1)＝sin(ω1t-2πfcτ+φ1) 公式12
其中，ω1为调频连续波x1的角速度，φ1为调频连续波x1的初相。
中频信号的初始相位φ0为调频连续波的相位x1与调频连续波的反射波x2的相位之差：
φ0＝2πfcτ 公式13
又由于公式3所示
Figure BDA0001842834030000071
因此，进一步可以得到中频信号的初始相位φ0：
Figure BDA0001842834030000072
则目标物体的距离：
Figure BDA0001842834030000073
其中，
Figure BDA0001842834030000074
为调频连续波的波长，R为目标物体的距离，fc为调频连续波中心频率。
通过上面的推导可以看出，通过检测中频信号的相位可以得到目标物体与雷达的相对距离。
为了测量物体的速度，如图8所示，雷达按照间隔时间Tc发射两个调频连续波，并分别接收这两个调频连续波的反射波，从而得到两个中频信号。由于目标物体在时间Tc内移动了ΔR＝vTc的距离，其中，v为目标物体的移动速度，所以根据公式14得到两个中频信号的相位差Δφ为：
Figure BDA0001842834030000075
其中，λ为调频连续波的波长。所以目标物体的速度v为：
Figure BDA0001842834030000076
雷达的测角原理同样为测距原理的扩展，如图9所示，雷达可以具有第一接收天线91和第二接收天线92，两个接收天线之间的距离为l。调频连续波的反射波到达两个接收天线的距离是不同的，由于两个接收天线之间的距离l远远小于目标物体至雷达间的距离，所以两个接收天线所接收的反射波的方向可近似为平行，并且可以得到两个中频信号。根据测距原理即得两个中频信号的相位不同，通过两者相位的差值即可推算出发射角度。
如公式16中所述的，两个中频信号的相位差
Figure BDA0001842834030000077
并且ΔR＝lsin(θ)，所以得到目标物体的角度θ为：
Figure BDA0001842834030000078
在本申请的实施例中，可以使用同一个雷达在不同频段发射两个调频连续波，相应地分别接收两个调频连续波的反射波，采用前文所述的方法分别获得两个调频连续波对应的中频信号，从而获得目标物体的距离信息、速度信息和角度信息中的至少一个。
需要说明的是，本申请实施例中所提到的频段可以替换为频带。两个频段相同意味两个频段的带宽、最低频率、最高频率均相同。
本申请实施例提供了一种雷达信号处理方法，应用于第一装置中，其中，第一装置可以为前文所述的雷达，或者为其他具有控制功能的装置，该装置可以独立或者集成于雷达。如图10中所示，该雷达信号处理方法包括：
S101、在第一频段发射第一雷达信号。
可选的，所述第一雷达信号为第一调频连续波。
一种可选的设计中，所述第一雷达信号的初始频率为所述第一频段的最低频率。该设计中，所述第一雷达信号的发射功率随时间变化而增加。
又一种可选的设计中，所述第一雷达信号的初始频率为所述第一频段的最高频率。该设计中，所述第一雷达信号的发射功率随时间变化而降低。
可选的，所述发射第一雷达信号为在第一时间单元内发射所述第一雷达信号。进一步可选的，所述发射第一雷达信号的初始时刻为所述第一时间单元的起始时刻。
S102、在第二频段发射第二雷达信号。
可选的，所述第二雷达信号为第二调频连续波。
一种可选的设计中，所述第二雷达信号的初始频率为所述第二频段的最低频率。该设计中，所述第二雷达信号的发射功率随时间变化而增加。
又一种可选的设计中，所述第二雷达信号的初始频率为所述第二频段的最高频率。该设计中，所述第二雷达信号的发射功率随时间变化而降低。
可选的，所述发射第二雷达信号为在第一时间单元内发射所述第二雷达信号。进一步可选的，所述发射第二雷达信号的初始时刻为所述第一时间单元的起始时刻。
一种可选的设计中，第一频段和第二频段在频域上可以不完全重叠。如图11所示。这里的不完全重叠是指所述第一频段和第二频段不相同，且其中的任一个频段不包含于另一个频段中。具体的，还可以如图12所示，第一频段和第二频段在频域上完全不重叠。
在一种可能的实施方式中，如图11和图12所示，第一雷达信号和第二雷达信号在第一时间单元Tc1内发射，第一雷达信号和第二雷达信号的持续时间可以相同，且第一时间单元Tc1的长度等于上述持续时间。例如，所述第一时间单元为所述第一雷达信号和所述第二雷达信号的扫频时间。这里需要说明的是，所述第一时间单元还可以理解为一个“扫频周期”，即所述第一雷达信号和所述第二雷达信号同时完成一次扫频的时间单元。进一步，所述第一时间单元可以理解为每一次扫频周期。
又一种可能的实施方式中，如图13所示，第一雷达信号和第二雷达信号的持续时间可以不同，例如第一雷达信号在第二时间单元Tc2内发射，第二时间单元Tc2的长度等于第一雷达信号的持续时间；第二雷达信号在第三时间单元Tc3内发射，第三时间单元Tc3的长度等于第二雷达信号的持续时间，其中，Tc2≠Tc3。进一步，所述第一时间单元Tc1的长度大于或者等于所述第二时间单元Tc2的长度，且大于或者等于第三时间单元Tc3的长度。
需要说明的是，持续时间也可以称为扫频时间等，本申请实施例对具体名称不作限定。以线性调频连续波为例，在每个发射周期，信号发射从初始频率开始，经过一定时长线性增加至该发射周期内的最大频率(或者线性减少到该发射周期内的最小频率)。其中，该时长可以称作所述线性调频连续波的持续时间或扫频时间。可选的，对于周期发射的调频连续波来说，持续时间或扫频时间可以为一个发射周期或者半个发射周期，例如，对于锯齿波来说，持续时间或扫频时间可以为一个周期的时间长度或者符号个数；对于三角波来说，持续时间或扫频时间可以为一个周期的时间长度的一半或者符号个数的一半，即半个周期。
以下可能的实施方式中引入了特征“单位时间”，所述单位时间可以为所述第一时间单元，或者，可以为所述第一时间单元内任一段作为一个计算单位的时间段，例如一个符号、多个符号、一个间隙(slot)，或者一个子帧等。本申请实施例中不对单位时间进行具体限定，以清楚描述雷达信号或调频连续波的频率和时间之间的变化关系为准。
在一种可能的实施方式中，第一雷达信号的频率的斜率的符号与第二雷达信号的频率的斜率的符号相同。这里的斜率可以描述为单位时间内线性调频连续波的频率的变化量。或者说，所述第一雷达信号和所述第二雷达信号的频率在单位时间单元内随时间增加而增加，或者，所述第一雷达信号和所述第二雷达信号的频率在单位时间单元内随时间增加而减少。示例性的，如图11-图13所示，在单位时间内，第一雷达信号的频率和第二雷达信号的频率随时间线性增加，频率变化量为正值。或者，如图14所示，在单位时间内，第一雷达信号的频率和第二雷达信号的频率随时间线性减小，频率变化量为负值。
在一种可能的实施方式中，所述第一雷达信号的频率的斜率与所述第二雷达信号的频率的斜率的绝对值相同。或者说，在单位时间内，第一雷达信号的频率变化量的绝对值与第二雷达信号的频率的频率变化量的绝对值相同。
进一步，以所述第一时间单元的开始时刻为初始时刻，发射所述第一雷达信号和所述第二雷达信号，并且，所述第一雷达信号和所述第二雷达信号的频率以单位时间内相同的频率变化量变化。可以理解为，所述第一雷达信号和所述第二雷达信号分别在所述第一和第二频段中发射，但是在所述第一时间单元内的波形相同。进一步，所述第一雷达信号和所述第二雷达信号的持续时间相同(均为所述第一时间单元的长度)，则所述第一雷达信号和所述第二雷达信号可以以所述第一时间单元的长度为周期，分别在各自的频段上周期的发射。
在该可能的实施方式中，可选的，第一雷达信号的频率的斜率与第二雷达信号的频率的斜率相同。或者说，第一雷达信号与第二雷达信号在单位时间内的频率变化量相同。示例性的，第一雷达信号的频率的斜率和第二雷达信号的频率的斜率均为1。
在该可能的实施方式中，又一可选的，第一雷达信号的频率的斜率的符号与第二雷达信号的频率的斜率的符号相反。或者说，第一雷达信号与第二雷达信号在单位时间内的频率变化量互为相反数。示例性的，如图15所示，第一雷达信号的频率随时间线性增加，第二雷达信号的频率随时间线性减小，此时第一雷达信号的频率的斜率的符号为正，第二雷达信号的频率的斜率的符号为负。或者，如图16所示，第一雷达信号的频率随时间线性减小，第二雷达信号的频率随时间线性增加，此时第一雷达信号的频率的斜率的符号为负，第二雷达信号的频率的斜率的符号为正。或者，如图17所示，在前一时间单元里，第一雷达信号的频率随时间线性增加，第二雷达信号的频率随时间线性减小；在后一时间单元里，第一雷达信号的频率随时间线性减小，第二雷达信号的频率随时间线性增加。或者，如图18所示，在前一时间单元里，第一雷达信号的频率随时间线性减小，第二雷达信号的频率随时间线性增加；在后一时间单元里，第一雷达信号的频率随时间线性增加，第二雷达信号的频率随时间线性减小。
当第一雷达信号的频率的斜率的符号与第二雷达信号的频率的斜率的符号相反时，可以在一个时间单元里将三角波的上升沿和下降沿发送出去，而不需要如图4所示，在一个时间单元里先发送上升沿，再在下一个时间单元里发送下降沿，即将发送三角波的上升沿和下降沿的时间减少一半。相应地，接收上升沿的反射波和下降沿的反射波的时间也将减少一半，得到上升沿对应的中频信号并得到下降沿对应的中频信号的总时间也将减少一半。因此，在采用公式9测量目标物体的距离信息时，或者采用公式10测量目标物体的速度信息时，耗时也将减少一半。另外，还使雷达测量距离信息和速度信息的分辨率保持不变。
进一步的，在一种可能的实施方式中，第一雷达信号的频率的斜率与第二雷达信号的频率的斜率互为相反数。示例性的，第一雷达信号的频率的斜率为1，第二雷达信号的频率的斜率为-1。
S103、接收第一反射信号和第二反射信号。
其中，第一反射信号为第一雷达信号或第一调频连续波被目标物体反射后的电磁波，第二反射信号为第二雷达信号或第二调频连续波被目标物体反射后的电磁波。
S104、获得目标物体的距离信息、速度信息和角度信息中的至少一个。
在一种可能的实施方式中，根据第一雷达信号和第一反射信号，获得距离信息、速度信息和角度信息中的至少一个。示例性的，根据第一雷达信号和第一反射信号得到第一中频信号；根据第一中频信号，获得距离信息、速度信息和角度信息中的至少一个。
或者，在另一种可能的实施方式中，根据第二雷达信号和第二反射信号，获得距离信息、速度信息和角度信息中的至少一个。示例性的，根据第二雷达信号和第二反射信号得到第二中频信号；根据第二中频信号，获得距离信息、速度信息和角度信息中的至少一个。
或者，在又一种可能的实施方式中，根据第一雷达信号、第一反射信号、第二雷达信号和第二反射信号，获得距离信息、速度信息和角度信息中的至少一个。示例性的，根据第一雷达信号和第一反射信号得到第一中频信号；根据第二雷达信号和第二反射信号得到第二中频信号；根据第一中频信号和第二中频信号，获得距离信息、速度信息和角度信息中的至少一个。
关于如何根据中频信号获得距离信息、速度信息和角度信息中的至少一个，可以参照前文描述，在此不再重复。
本申请实施例提供的雷达信号处理方法，在不同频段发射两个雷达信号，相应地分别接收两个雷达信号的反射信号，进而获得目标物体的距离信息、速度信息和角度信息中的至少一个。由于可以利用不连续的频域资源来发射雷达信号，扩大了雷达的扫频带宽，因此，提高了雷达的距离分辨率。
本申请实施例还提供一种雷达信号处理装置，可以用于执行上述实施方式中的雷达信号处理方法。本申请实施例可以根据上述方法示例对雷达信号处理装置进行功能模块的划分，例如，可以对应各个功能划分各个功能模块，也可以将两个或两个以上的功能集成在一个处理模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。需要说明的是，本申请中对模块的划分是示意性的，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。
在采用对应各个功能划分各个功能模块的情况下，图19示出了上述实施例中所涉及的雷达信号处理装置的一种可能的结构示意图，雷达信号处理装置19可以包括：接收单元1911、获取单元1912和发射单元1913。上述各单元用于支持雷达信号处理装置执行图10中的相关方法。本申请提供的雷达信号处理装置用于执行上述雷达信号处理方法，因此，其相应的特征和所能达到的有益效果可参考上文所提供的对应的实施方式中的有益效果，此处不再赘述。
示例性的，接收单元1911用于支持雷达信号处理装置19执行图10中的过程S103。获取单元1912用于支持雷达信号处理装置19执行图10中的过程S104。发射单元1913用于支持雷达信号处理装置19执行图10中的过程S101和S102。其中，上述方法实施例涉及的各步骤的所有相关内容均可以援引到对应功能模块的功能描述，在此不再赘述。
一种可能的实施方式中，发射单元1913，用于在第一频段发射第一雷达信号。发射单元，还用于在第二频段发射第二雷达信号。接收单元1911，用于接收第一反射信号和第二反射信号，其中，第一反射信号为第一雷达信号被目标物体反射后的电磁波，第二反射信号为第二雷达信号被目标物体反射后的电磁波。获取单元1912，用于获得目标物体的距离信息、速度信息和角度信息中的至少一个。
一种可能的实施方式中，获取单元1912，具体用于：根据第一雷达信号和第一反射信号，获得距离信息、速度信息和角度信息中的至少一个；或者，根据第二雷达信号和第二反射信号，获得距离信息、速度信息和角度信息中的至少一个；或者，根据第一雷达信号、第一反射信号、第二雷达信号和第二反射信号，获得距离信息、速度信息和角度信息中的至少一个。
一种可能的实施方式中，第一雷达信号和第二雷达信号在第一时间单元内发射；第一雷达信号和第二雷达信号的持续时间相同，且第一时间单元的长度等于持续时间。
一种可能的实施方式中，第一频段和第二频段在频域上不完全重叠。
一种可能的实施方式中，第一雷达信号和第二雷达信号中的至少一个为线性调频连续波，其中，线性调频连续波为频率随时间线性增加或减小的电磁波。
一种可能的实施方式中，第一雷达信号和第二雷达信号在单位时间内的频率变化量互为相反数。
一种可能的实施方式中，第一雷达信号和第二雷达信号的频率在单位时间内随时间增加而增加，或者，第一雷达信号和第二雷达信号的频率在单位单元内随时间增加而减少。
一种可能的实施方式中，第一雷达信号和第二雷达信号在单位时间内的频率变化量相同。
图20示出了上述实施例中所涉及的雷达信号处理装置的又一种可能的结构示意图。雷达信号处理装置20包括：处理模块2022、通信模块2023。可选的，雷达信号处理装置20还可以包括存储模块2021。上述各模块用于支持雷达信号处理装置执行图10中的相关方法。
一种可能的方式，处理模块2022用于对雷达信号处理装置20的动作进行控制管理或者执行相应的处理功能，例如执行获取单元1912的功能。通信模块2023用于支持雷达信号处理装置20与其他设备通信的功能，例如执行接收单元1911和发射单元1913的功能。存储模块2021用于存储雷达信号处理装置的程序代码和/或数据。
其中，处理模块2022可以是处理器或控制器，例如可以是中央处理器(centralprocessing unit，CPU)，通用处理器，数字信号处理器(digital signal processor，DSP)，专用集成电路(application-specific integrated circuit，ASIC)，现场可编程门阵列(field programmable gate array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件、硬件部件或者其任意组合。其可以实现或执行结合本申请公开内容所描述的各种示例性的逻辑方框，模块和电路。所述处理器也可以是实现计算功能的组合，例如包含一个或多个微处理器组合，DSP和微处理器的组合等等。通信模块2023可以是网络接口或通信接口等。存储模块2021可以是存储器。
一种可能的方式，处理模块2022可以为图21中的处理器2132，通信模块2023可以为图21中的RF电路2133，存储模块2021可以为图21中的存储器2131。其中，一个或多个程序被存储在存储器中，一个或多个程序包括指令，指令当被雷达信号处理装置执行时使雷达信号处理装置执行图10中的相关方法。
本申请实施例还提供一种雷达信号处理装置，包括：处理器和存储器，所述存储器用于存储程序，所述处理器调用存储器存储的程序，以使雷达信号处理装置执行图10中的相关方法。
本申请实施例还提供一种存储一个或多个程序的计算机存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，使雷达信号处理装置执行图10中的相关方法。
本申请实施例还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当该计算机程序产品在雷达信号处理装置上运行时，使得雷达信号处理装置执行图10中的相关方法。
本申请实施例提供了一种芯片系统，该芯片系统包括处理器，用于支持雷达信号处理装置执行图10中的相关方法。例如，在第一频段发射第一雷达信号；在第二频段发射第二雷达信号；接收第一反射信号和第二反射信号，其中，第一反射信号为第一雷达信号被目标物体反射后的电磁波，第二反射信号为第二雷达信号被目标物体反射后的电磁波；获得目标物体的距离信息、速度信息和角度信息中的至少一个。在一种可能的设计中，该芯片系统还包括存储器，该存储器，用于保存终端设备必要的程序指令和数据。该芯片系统，可以包括芯片，集成电路，也可以包含芯片和其他分立器件，本申请实施例对此不作具体限定。
其中，本申请提供的雷达信号处理装置、计算机存储介质、计算机程序产品或者芯片系统均用于执行上文所述的雷达信号处理方法，因此，其所能达到的有益效果可参考上文所提供的实施方式中的有益效果，此处不再赘述。
应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件程序实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式来实现。该计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或者数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(Digital Subscriber Line，DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可以用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质(例如，软盘、硬盘、磁带)，光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘(Solid State Disk，SSD))等。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种毫米波雷达信号处理方法，应用于毫米波雷达中，其特征在于，包括：
在第一频段发射第一雷达信号；
在第二频段发射第二雷达信号，所述第一雷达信号和所述第二雷达信号在第一时间单元内发射；所述第一雷达信号和所述第二雷达信号的持续时间不同；
接收第一反射信号和第二反射信号，其中，所述第一反射信号为所述第一雷达信号被目标物体反射后的电磁波，所述第二反射信号为所述第二雷达信号被所述目标物体反射后的电磁波；
获得所述目标物体的距离信息、速度信息和角度信息，其中，所述第一频段和第二频段为不连续的频域资源，且在频域上不重叠，所述第一雷达信号和所述第二雷达信号为线性调频连续波，所述线性调频连续波为频率随时间线性增加或减小的电磁波。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获得所述目标物体的距离信息、速度信息和角度信息中的至少一个，包括：
根据所述第一雷达信号和所述第一反射信号，获得所述距离信息、速度信息和角度信息中的至少一个；或者，
根据所述第二雷达信号和所述第二反射信号，获得所述距离信息、速度信息和角度信息中的至少一个；或者，
根据所述第一雷达信号、所述第一反射信号、所述第二雷达信号和所述第二反射信号，获得所述距离信息、速度信息和角度信息中的至少一个。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一雷达信号和所述第二雷达信号的频率在单位时间内随时间增加而增加，或者，所述第一雷达信号和所述第二雷达信号的频率在单位单元内随时间增加而减少。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一雷达信号和所述第二雷达信号在单位时间内的频率变化量相同。
5.一种毫米波雷达信号处理装置，其特征在于，包括：
发射单元，用于在第一频段发射第一雷达信号；
所述发射单元，还用于在第二频段发射第二雷达信号，所述第一雷达信号和所述第二雷达信号在第一时间单元内发射；所述第一雷达信号和所述第二雷达信号的持续时间不同；
接收单元，用于接收第一反射信号和第二反射信号，其中，所述第一反射信号为所述第一雷达信号被目标物体反射后的电磁波，所述第二反射信号为所述第二雷达信号被所述目标物体反射后的电磁波；
获取单元，用于获得所述目标物体的距离信息、速度信息和角度信息，其中，所述第一频段和第二频段为不连续的频域资源，且在频域上不重叠，所述第一雷达信号和所述第二雷达信号为线性调频连续波，所述线性调频连续波为频率随时间线性增加或减小的电磁波。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述获取单元，具体用于：
根据所述第一雷达信号和所述第一反射信号，获得所述距离信息、速度信息和角度信息中的至少一个；或者，
根据所述第二雷达信号和所述第二反射信号，获得所述距离信息、速度信息和角度信息中的至少一个；或者，
根据所述第一雷达信号、所述第一反射信号、所述第二雷达信号和所述第二反射信号，获得所述距离信息、速度信息和角度信息中的至少一个。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一雷达信号和所述第二雷达信号的频率在单位时间内随时间增加而增加，或者，所述第一雷达信号和所述第二雷达信号的频率在单位单元内随时间增加而减少。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一雷达信号和所述第二雷达信号在单位时间内的频率变化量相同。
9.一种雷达信号处理装置，其特征在于，应用于如权利要求1-4任一项所述的雷达信号处理方法。
10.一种存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-4任一项所述的雷达信号处理方法。
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