CN111257861B - 一种24GHz连续波雷达测角方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种24GHz连续波雷达测角方法，属于雷达测量领域。雷达发射锯齿状的线性调频信号，它是由连续的线性调频脉冲串组成。天线采用1个发射阵元和8个均匀分布接收线阵组成，对每个接收阵元的每个线性调频连续波脉冲的差拍信号做FFT运算，得到差拍频谱谱峰对应相位信息，根据8个接收天线的相位信息做数字波束形成运算得到Y1(θn)。对每个脉冲所得的波束形成Yi(θn)积累得到Y(θn)，测得目标的角度为θn。本发明通过差拍信号得到多个接收阵元间的相位方向矢量信息，通过数字波束形成的方式测量目标角度，提高了测角的精度。

Description

一种24GHz连续波雷达测角方法
技术领域
本发明属于雷达测量领域，具体涉及一种24GHz连续波雷达测角方法。
背景技术
目前24GHz雷达通常采用一发双收的模式，通过双天线相位差方法测角。这种方法测角精度受噪声、杂波影响较大，目标回波信噪比低时雷达测角精度差，严重影响了雷达的测角性能。
发明内容
为了解决以上的技术问题，本发明提供了一种24GHz连续波雷达测角方法。天线采用1个发射阵元和8个均匀分布接收线阵组成，该方法包括如下步骤：
步骤1：雷达发射线性调频连续波，8个接收阵元同时接收回波，进行混频、模拟滤波放大后，ADC并行采集8个接收阵元的差拍信号，得到：
s(m,i)i∈[1,128],m∈[1,8]
其中，m为接收单元序号，i为线性调频连续波重复周期序号；
步骤2：分别对s(m,1),m∈[1,8]信号进行FFT运算，分别得到频谱MagR(m,1),m∈[1,8]；
步骤3：对频谱MagR(m,1),m∈[1,8]进行非相参积累，得到频谱MagRacc，对MagRacc进行CFAR检测得到频谱峰值点，分别得到谱峰位置对应的相位信息phi(m),m＝1...8；
步骤4：根据相位信息phi(m)进行数字波束形成得到Y1(θn),θn∈[-60°,60°]；
步骤5：分别对s(m,i),i＝2...128进行步骤2～4得到Yi(θn)，然后将Y1(θn)～Y128(θn)进行积累得到Y(θn)，当θn＝θ0时输出响应|Y(θ)|最大，测得目标的角度为θn。
进一步，所述单个接收阵元的单个线性调频周期内的差拍信号，具体表示为：
Figure BDA0001889003240000021
对于均匀分布接收阵元，由于阵元间距d＜＜R0，各接收阵元间的电磁波存在里程差ΔR，因此各接收阵元间的信号存在相位差
Figure BDA0001889003240000022
Figure BDA0001889003240000023
其中：θ为入射角度、c为光速传播速率，d为阵元间距。
进一步，所述步骤4中根据相位信息phi(m)进行数字波束形成得到Y1(θn)，方法为：
当有入射角为θ0的平面波照射时，取S(θ0)为接收信号矢量，其元素
Figure BDA0001889003240000024
为第m个阵元接收的信号，则一维均匀分布的元线阵合成的输出为：
Figure BDA0001889003240000025
其中：WH为加权矢量、w*(m)为指向θn波束所需加权矢量、am加权矢量的幅度、θn为形成的波束角度。
有益效果：
为了说明该方法的数字波束形成测角度精度的优势，将该方法与相位差法测角方法进行仿真对比，对比结果如下表所示：
表1两种测角方法的测角精度对比
Figure BDA0001889003240000031
通过仿真分析可知，这种数字波束形成的测角精度要比双天线相位差测角的精度高。在实际应用中需要补偿各接收阵元的相位信息，在使用数字波束形成方法进行测角，相位补偿的质量也将对测角精度产生影响。
附图说明
图1为本发明24GHz连续波雷达测角工作原理框图；
图2为本发明24GHz连续波雷达测角方法的流程图；
图3为本发明的一个具体实施例中的24GHz天线阵元分布示意图；
图4为本发明的一个具体实施例中的24GHz连续波雷达测角方法的仿真图；
图5为本发明的一个具体实施例中的24GHz连续波雷达测角方法实际测角结果图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1为24GHz连续波雷达测角工作原理框图。雷达发射锯齿状的线性调频信号，它是由连续的线性调频脉冲串组成。天线采用1个发射阵元和8个均匀分布接收线阵组成，对于每个接收阵元的每个线性调频连续波脉冲的差拍信号做FFT运算，得到差拍频谱谱峰对应相位信息，根据8个接收天线的相位信息做数字波束形成运算得到Y1(θn)。对每个脉冲所得的波束形成Yi(θn)积累得到Y(θn)。
如图2为24GHz连续波雷达测角方法的流程图。
步骤1：雷达发射线性调频连续波，8个接收阵元同时接收回波，进行混频、模拟滤波放大后，ADC并行采集8个接收阵元的差拍信号，得到：
s(m,i)i∈[1,128],m∈[1,8]
其中，m为接收单元序号，i为线性调频连续波重复周期序号。
所述雷达发射线性调频连续波为锯齿状的线性调频信号，它是由连续的线性调频脉冲串组成。对于单个线性调频周期内的信号可以表示为：
Figure BDA0001889003240000041
其中f0为载频频率、K为调制斜率、φ0为初始相位、Tchirp为调制周期
假设一个匀速运动的目标，以径向速度v0远离雷达，在t＝0的时刻，目标与雷达斜距为R0。接收天线接收回波信号，经过低噪放、混频、正交解调后的复信号表示为：
Figure BDA0001889003240000042
对于均匀分布间距为d＝7.1mm的接收阵元，由于阵元间距d＜＜R0。各接收阵元间的电磁波存在里程差ΔR，因此各接收阵元间的信号存在相位差
Figure BDA0001889003240000043
相位差与雷达波里程差的关系如下：
Figure BDA0001889003240000051
其中：θ为入射角度、c为光速传播速率
由于阵元间距d＞λ/2，在测角时存在模糊的现象，此时的最大不模糊入射角度θmax＝arcsin(λ/2d)。只有入射角度θ∈[-60°,60°]以下条件，才能避免模糊现象。
步骤2：分别对s(m,1),m∈[1,8]信号进行FFT运算，分别得到频谱MagR(m,1),m∈[1,8]。
步骤3：分别对8个接收阵元的频谱MagR(m,1)进行非相参积累，得到频谱MagRacc。对MagRacc进行CFAR检测得到频谱峰值点，分别得到谱峰位置对应的相位信息phi(m),m＝1...8。
步骤4：根据相位信息phi(m)进行数字波束形成得到Y1(θn),θn∈[-60°,60°]。
当有入射角为θ0的平面波照射时，取S为接收信号矢量，其元素
Figure BDA0001889003240000052
为第m个阵元接收的信号，则一维均匀分布的元线阵合成的输出为：
Figure BDA0001889003240000053
其中：WH为加权矢量、w*(m)为指向θn波束所需加权矢量、am加权矢量的幅度、θn为形成的波束角度。
|Y1(θn)|就是在θn方向形成的接收波束。当θn＝θ0时，阵列接收信号变成同相相加，系统输出响应|Y1(θ)|最大，从而可以实现对目标角度的测量。
步骤5：分别对s(m,i),i＝2...128进行步骤2～4得到Yi(θn)，然后将Y1(θn)～Y128(θn)进行积累得到Y(θn)。当θn＝θ0时输出响应|Y(θn)|最大，测得目标的角度为θn。
如图3为24GHz天线阵元分布示意图，采用一个发射阵元，发射3dB方位波束宽度90°，俯仰宽度10°。接收阵元为均匀分布的一维线阵，共8个接收阵元，接收天线间距d＝7.1mm。校准天线用来测量微带电路中的相位，然后进行补偿。
对于24GHz线性调频连续波雷达进行系统建模，假设回波信噪比为-20dB，目标位于雷达法线方向10度。发射128个相参脉冲。如图4(a)对每个Tchirp进行步骤2～4得到Yi(θn)的仿真图，如图4(b)128个相参脉冲进行步骤5积累的效果。在信噪比恶劣的情况下，单个调制周期内的数字波束形成存在多个周期内侧角错误，经过多周期积累后可以保证该方法测角的正确性。
如图5为24GHz连续波雷达测角方法实际测角结果图将雷达安装在空旷场地上，测试人员手持角反射器在方位角为50度的路线上行走。雷达测量输出结果为距离14.84m，速度-3.897m/s，方位角-49.59。图为采用24GHz连续波雷达测角方法输出的|Y(θn)|结果。

Claims (3)

1.一种24GHz连续波雷达测角方法，天线采用1个发射阵元和8个均匀分布接收线阵组成，包括如下步骤：
步骤1：雷达发射线性调频连续波，8个接收阵元同时接收回波，进行混频、模拟滤波放大后，ADC并行采集8个接收阵元的差拍信号，得到：
s(m,i)i∈[1,128],m∈[1,8]
其中，m为接收单元序号，i为线性调频连续波重复周期序号；
步骤2：分别对s(m,1),m∈[1,8]信号进行FFT运算，分别得到频谱MagR(m,1),m∈[1,8]；
步骤3：对频谱MagR(m,1),m∈[1,8]进行非相参积累，得到频谱MagRacc，对MagRacc进行CFAR检测得到频谱峰值点，分别得到谱峰位置对应的相位信息phi(m),m＝1...8；
步骤4：根据相位信息phi(m)进行数字波束形成得到Y1(θn),θn∈[-60°,60°]；
步骤5：分别对s(m,i),i＝2...128进行步骤2～4得到Yi(θn)，然后将Y1(θn)～Y128(θn)进行积累得到Y(θn)，当θn＝θ0时，θ0为平面波照射入射角，输出响应|Y(θ)|最大，测得目标的角度为θn。
2.根据权利要求1所述的一种24GHz连续波雷达测角方法，其特征在于，单个接收阵元的单个线性调频周期内的差拍信号，表示为：
Figure FDA0004141855980000011
对于均匀分布接收阵元，由于阵元间距d＜＜R0，R0为目标与雷达斜距，各接收阵元间的电磁波存在里程差ΔR，因此各接收阵元间的信号存在相位差
Figure FDA0004141855980000012
Figure FDA0004141855980000021
其中：θ为入射角度、c为光速传播速率，d为阵元间距，f0为载频频率。
3.根据权利要求1所述的一种24GHz连续波雷达测角方法，其特征在于，所述步骤4中根据相位信息phi(m)进行数字波束形成得到Y1(θn)，方法为：
当有入射角为θ0的平面波照射时，取S(θ0)为接收信号矢量，其元素
Figure FDA0004141855980000022
为第m个阵元接收的信号，则一维均匀分布的元线阵合成的输出为：
Figure FDA0004141855980000023
其中：WH为加权矢量、w*(m)为指向θn波束所需加权矢量、am为加权矢量的幅度、θn为形成的波束角度、d为阵元间距。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2195925A1 (en) * 1997-01-24 1998-07-24 Peter R. Moosbrugger Fmcw radar with angular position detection
JP2007263574A (ja) * 2006-03-27 2007-10-11 Fujitsu Ten Ltd レーダ装置
CN107037396A (zh) * 2016-01-22 2017-08-11 通用汽车环球科技运作有限责任公司 到达角估计
CN107688178A (zh) * 2017-08-25 2018-02-13 上海通趣科技有限公司 一种基于77GHz毫米波雷达的锯齿波测距测速方法
CN107884758A (zh) * 2017-09-28 2018-04-06 北京华航无线电测量研究所 一种面向主动相控阵雷达的解相干谱估计方法
CN108226871A (zh) * 2018-01-18 2018-06-29 西安电子工程研究所 基于毫米波避撞雷达的分集相控阵设计方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050156780A1 (en) * 2004-01-16 2005-07-21 Ghz Tr Corporation Methods and apparatus for automotive radar sensors

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2195925A1 (en) * 1997-01-24 1998-07-24 Peter R. Moosbrugger Fmcw radar with angular position detection
JP2007263574A (ja) * 2006-03-27 2007-10-11 Fujitsu Ten Ltd レーダ装置
CN107037396A (zh) * 2016-01-22 2017-08-11 通用汽车环球科技运作有限责任公司 到达角估计
CN107688178A (zh) * 2017-08-25 2018-02-13 上海通趣科技有限公司 一种基于77GHz毫米波雷达的锯齿波测距测速方法
CN107884758A (zh) * 2017-09-28 2018-04-06 北京华航无线电测量研究所 一种面向主动相控阵雷达的解相干谱估计方法
CN108226871A (zh) * 2018-01-18 2018-06-29 西安电子工程研究所 基于毫米波避撞雷达的分集相控阵设计方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"A Novel DFT-Based DOA Estimation by a Virtual Array Extension Using Simple Multiplications for FMCW Radar";Bongseok Kim et al.;《Sensors. 2018》;20180514;第18卷(第5期);1-17 *
"基于波束形成技术的旋转机械噪声源定位研究";郑玉伟;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》;20150215;214-217 *
77GHz多载频MIMO汽车雷达信号处理方法的研究;季晓宇等;《微波学报》;20171229;第33卷;214-217 *

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