CN111679259A - 一种提高毫米波雷达动目标检测信噪比的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高毫米波雷达动目标检测信噪比的方法、系统、介质及设备，此方法包括步骤：1)获取二维检测矩阵后，将二维检测矩阵中的速度维数组进行分段；2)分别对分段后的各速度维数组进行投影处理，得到累加后的距离维处理数组，进行恒虚警检测，得到检测结果；3)对各检测结果进行融合处理。本发明具有降低低速目标投影后的噪声值、提高低速运动目标的检测信噪比、提高低速运动目标的检测概率等优点。

Description

一种提高毫米波雷达动目标检测信噪比的方法及系统
技术领域
本发明涉及雷达技术领域，具体涉及一种提高毫米波雷达动目标检测信噪比的方法、系统、介质及设备。
背景技术
毫米波雷达检测目标的信号处理方式可以简单概括为在噪声中提取出目标的回波信号，如图1所示，图1中的实线即为回波信号频谱，共有512个点，其中标记的两个点为真实目标，分别为23点和491点(X轴)，剩下的点为噪声。雷达要检测出真实的目标，就是在实线中利用CFAR(恒虚警检测)方法找出明显强于噪声的点。显而易见的是，如果真实目标信号与噪声区别越大，则雷达越容易检测出真实的目标。然而在实际的应用中，目标和噪声的区别不总是那么明显，尤其是环境比较复杂(如草树植被比较多的场景检测移动的行人)或者目标距离雷达比较远的情况。如图2所示，该图为目标在远距离移动的回波信号频谱，图2中的标注的X轴为180的点为真实的目标信号点，周围点为噪声信号，可以看出真实目标信号与噪声信号的区别很小。
传统雷达的检测过程如图3所示，图3中的第二步(回波信号对消)，是为了去除掉回波信号中的静止目标(如墙壁、路灯等)的干扰，只保留动目标的回波信号。而进行该目标的操作后，目标回波信号在进行到第五步的时候，也就是速度维投影时，其速度维形状一定是图4所示的样子，即其速度维具有两边低，中间高的特点。该特点是由于对消操作引起的，为成熟的传统信号处理知识，不进行详细解释。其中图4中X＝111的点为目标信号最强的点，所谓的速度维投影就是将图1中的512个速度点全部加在一起，得到一个数值，然后在距离维进行CFAR检测。图4中，X＝110和X＝115代表了该目标信号的速度具有一定的宽度，这也是为什么要进行速度维投影原因，因为将目标信号累加在一起可以提高信号的强度。但是在实现本专利申请的过程中，本专利申请人发现，直接将速度维所有的点进行累加处理，会对真实目标速度点不处在速度维频谱中间的情况，会增加噪声信号的强度，不利于目标的检测。
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，本发明提供一种降低低速目标投影后的噪声值、提高低速运动目标的检测信噪比、提高低速运动目标的检测概率的提高毫米波雷达动目标检测信噪比的方法、系统、介质及设备。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种提高毫米波雷达动目标检测信噪比的方法，包括步骤：
1)获取二维检测矩阵后，将二维检测矩阵中的速度维数组进行分段；
2)分别对分段后的各速度维数组进行投影处理，得到累加后的距离维处理数组，进行恒虚警检测，得到检测结果；
3)对各检测结果进行融合处理。
优选地，先对中间段的速度维数组进行投影处理，得到累加后的距离维处理数组，进行恒虚警检测，得到检测结果；再对其它扣除中间段的速度维数组进行投影处理，得到累加后的距离维处理数组，进行恒虚警检测，得到检测结果。
优选地，在步骤1)中，将二维检测矩阵中的速度维数组分成四段，分别为第一段
Figure BDA0002546022060000021
第二段
Figure BDA0002546022060000022
第三段
Figure BDA0002546022060000023
第四段
Figure BDA0002546022060000024
其中速度维的长度为L1，扣除的速度维点长度为M。
优选地，在步骤2)中，先将分段后的速度维数组的第二段和第三段一起进行累加投影处理，得到累加后的距离维处理数组，进行恒虚警检测；
再将分段后的速度维数组的第一段和第四段一起进行累加投影处理，得到累加后的距离维处理数组，进行恒虚警检测。
优选地，在步骤2)中，先将分段后的速度维数组的第二段先进行累加投影处理，得到累加后的距离维处理数组，进行恒虚警检测；再将第三段段进行累加投影处理，得到累加后的距离维处理数组，进行恒虚警检测；
将分段后的速度维数组的第一段先进行累加投影处理，得到累加后的距离维处理数组，进行一次恒虚警检测；然后再将第四段进行累加投影处理，得到累加后的距离维处理数组，进行一次恒虚警检测。
优选地，在步骤3)中，如不需要速度分辨的场景，可对相同距离点进行融合。
本发明还公开了一种提高毫米波雷达动目标检测信噪比的系统，包括：
第一模块，用于获取二维检测矩阵后，将二维检测矩阵中的速度维数组进行分段；
第二模块，用于分别对分段后的各速度维数组进行投影处理，得到累加后的距离维处理数组，进行恒虚警检测，得到检测结果；
第三模块，用于对各检测结果进行融合处理。
本发明进一步公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述的提高毫米波雷达动目标检测信噪比的方法的步骤。本发明还公开了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述的提高毫米波雷达动目标检测信噪比的方法的步骤。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明采用分段投影操作，如先对中间部分的速度点进行累加，检测对应速度的目标；之后在对其余的点也就是扣除中间部分的速度点进行累加，再进行目标检测；既保证了对每种速度的目标都进行了检测，而且在扣除中间部分的速度点进行累加投影的处理操作，相对传统的全部累加处理操作，可以降低低速目标投影后的噪声值，提高低速运动目标的检测信噪比，从而提高低速运动目标的检测概率。
附图说明
图1为雷达检测目标原理示意图。
图2为远处行人回波信号频谱图。
图3为毫米波雷达动目标检测过程原理流程图。
图4为对消操作后的速度维频谱形状。
图5为两种投影处理方式对比图；其中处于上方深色的曲线对应未扣除中间部分；其中处于下方的浅色曲线对应扣除中间部分。
图6为本发明的方法在实施例的流程图。
图7为本发明的二维检测矩阵示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
在本实施例中，对上述“速度维所有的点进行累加处理，会对真实目标速度点不处在速度维频谱中间的情况，会增加噪声信号的强度，不利于目标的检测”这一技术问题进行深入分析发现：以图4为例进行说明，由于不知道目标的真实速度出现在图4中的什么位置(图4中不同的X轴的点可以代表不同的速度，点数越大代表的速度越大)，因为运动目标的速度可以快，也可以很慢。所以需要将所有的速度点都加在一起。然而从图4中可以看出，X轴200点到400点的噪声信号的强度是要比其余位置点的噪声信号强度高出许多。如果目标的速度点位置不在200点400点的区间内时(图4的所示的情况就满足这种情况)，这时将所有的速度点加在一起，与扣除200点到400点的噪声信号后再进行相加相比，前者与后者对真实目标信号的强度的增益是相同的，但是前者的处理方式中噪声信号水平会明显比后者更高，图5对比了两种处理方式下的同一目标信号的距离维频谱表现效果。可以看出，扣除200点到400点再进行速度维投影后，在保持真实目标信号强度基本不变情况下，降低了噪声信号的强度。
基于上述技术问题的分析，本实施例的提高毫米波雷达动目标检测信噪比的方法，包括：
1)获取二维检测矩阵后，将二维检测矩阵中的速度维数组进行分段；
2)分别对分段后的各速度维数组进行投影处理，得到累加后的距离维处理数组，进行恒虚警检测(CFAR)，得到检测结果；
3)对各检测结果进行融合处理。
具体地，在步骤2)中，先对速度维中间部分的点进行一次累加投影处理，得到一个距离维检测频谱，进行一次CFAR检测处理；然后再对扣除上述已经处理过的中间点后，对剩余的点再进行投影处理，然后再进行CFAR检测处理；上述方法的分开处理方式，在没有漏检的情况下(因为分开处理并没有丢掉任何一个速度点对应的信号，也就不会漏检对应速度的目标)，会提高目标速度点不处在速度维频谱中间情况下的目标信噪比。
下面结合一具体的实施例对上述方法做进一步说明：
步骤一、进行常规的雷达信号处理流程，得到二维检测矩阵后；将速度维数组进行分段，假设速度维的长度为L1，则其中间的位置为
Figure BDA0002546022060000041
设定扣除的速度维点长度为M(其值可根据实际应用范围调整)，则速度维数组分成了四段，第一段
Figure BDA0002546022060000042
第二段
Figure BDA0002546022060000043
第三段
Figure BDA0002546022060000044
第四段
Figure BDA0002546022060000045
当然，在其它实施例中，可以根据实际情况选择三段、五段、六段或者更多段；
步骤二、将分段后的速度维数组的第二段和第三段一起进行累加投影处理，得到累加后的距离维处理数组，进行CFAR检测。在其它实施例中，也可将分段后的速度维数组的第二段先进行累加投影处理，得到累加后的距离维处理数组，进行CFAR检测；然后再将第三段段进行累加投影处理，得到累加后的距离维处理数组，进行CFAR检测；
步骤三、将分段后的速度维数组的第一段和第四段一起进行累加投影处理，得到累加后的距离维处理数组，进行CFAR检测。在其它实施例中，也可将分段后的速度维数组的第一段先进行累加投影处理，得到累加后的距离维处理数组，进行一次CFAR检测。然后再将第四段进行累加投影处理，得到累加后的距离维处理数组，进行一次CFAR检测；
步骤四、对上述的检测结果进行融合处理。如不需要速度分辨的场景，可对相同距离点进行融合。
本发明先对X轴中间部分的速度点进行累加，检测对应速度的目标；之后在对其余的点也就是扣除X轴中间部分的速度点进行累加，再进行目标检测；采用这种分段投影操作，既保证了对每种速度的目标都进行了检测，而且在扣除X轴中间部分的速度点进行累加投影的处理操作，相对传统的全部累加处理操作，可以降低低速目标投影后的噪声值，提高低速运动目标的检测信噪比，从而提高低速运动目标的检测概率。
其中关于距离维和速度维的解释为：雷达在检测目标时，会获得一个二维检测矩阵，如图7所示。两个维度分别取名为速度维和距离维，是根据其检测意义进行的命名，即该维度可以用来获取目标的速度，则将该维度的数组取名为距离维。关于“速度维所有点累加到一起会获得一个点，如果进行目标检测的问题”，因为每一个距离维点对应一个速度维数组，投影操作对每个距离维的点的操作是相同的，所以，速度维投影后会获得一个距离维长度的一个一维数组，然后进行CFAR检测，即图1和图2的检测频谱图。
本发明还公开了一种提高毫米波雷达动目标检测信噪比的系统，包括：
第一模块，用于获取二维检测矩阵后，将二维检测矩阵中的速度维数组进行分段；
第二模块，用于分别对分段后的各速度维数组进行投影处理，得到累加后的距离维处理数组，进行恒虚警检测，得到检测结果；
第三模块，用于对各检测结果进行融合处理。
本发明的系统，用于执行如上所述的方法，同样具有如上方法所述的优点。
本发明还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述的提高毫米波雷达动目标检测信噪比的方法的步骤。本发明进一步公开了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述的提高毫米波雷达动目标检测信噪比的方法的步骤。本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于一个计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。存储器可用于存储计算机程序和/或模块，处理器通过运行或执行存储在存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现各种功能。存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(SmartMedia Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其它易失性固态存储器件等。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种提高毫米波雷达动目标检测信噪比的方法，其特征在于，包括步骤：
1)获取二维检测矩阵后，将二维检测矩阵中的速度维数组进行分段；
2)分别对分段后的各速度维数组进行投影处理，得到累加后的距离维处理数组，进行恒虚警检测，得到检测结果；
3)对各检测结果进行融合处理。
2.根据权利要求1所述的提高毫米波雷达动目标检测信噪比的方法，其特征在于，在步骤2)中，先对中间段的速度维数组进行投影处理，得到累加后的距离维处理数组，进行恒虚警检测，得到检测结果；再对其它扣除中间段的速度维数组进行投影处理，得到累加后的距离维处理数组，进行恒虚警检测，得到检测结果。
3.根据权利要求2所述的提高毫米波雷达动目标检测信噪比的方法，其特征在于，在步骤1)中，将二维检测矩阵中的速度维数组分成四段，分别为第一段
Figure FDA0002546022050000011
第二段
Figure FDA0002546022050000012
第三段
Figure FDA0002546022050000013
第四段
Figure FDA0002546022050000014
其中速度维的长度为L1，扣除的速度维点长度为M。
4.根据权利要求3所述的提高毫米波雷达动目标检测信噪比的方法，其特征在于，在步骤2)中，先将分段后的速度维数组的第二段和第三段一起进行累加投影处理，得到累加后的距离维处理数组，进行恒虚警检测；
再将分段后的速度维数组的第一段和第四段一起进行累加投影处理，得到累加后的距离维处理数组，进行恒虚警检测。
5.根据权利要求3所述的提高毫米波雷达动目标检测信噪比的方法，其特征在于，在步骤2)中，先将分段后的速度维数组的第二段先进行累加投影处理，得到累加后的距离维处理数组，进行恒虚警检测；再将第三段段进行累加投影处理，得到累加后的距离维处理数组，进行恒虚警检测；
将分段后的速度维数组的第一段先进行累加投影处理，得到累加后的距离维处理数组，进行一次恒虚警检测；然后再将第四段进行累加投影处理，得到累加后的距离维处理数组，进行一次恒虚警检测。
6.根据权利要求1～5中任意一项所述的提高毫米波雷达动目标检测信噪比的方法，其特征在于，在步骤3)中，如不需要速度分辨的场景，可对相同距离点进行融合。
7.一种提高毫米波雷达动目标检测信噪比的系统，其特征在于，包括：
第一模块，用于获取二维检测矩阵后，将二维检测矩阵中的速度维数组进行分段；
第二模块，用于分别对分段后的各速度维数组进行投影处理，得到累加后的距离维处理数组，进行恒虚警检测，得到检测结果；
第三模块，用于对各检测结果进行融合处理。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序在被处理器运行时执行如权利要求1～6中任意一项所述的提高毫米波雷达动目标检测信噪比的方法的步骤。
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序在被处理器运行时执行如权利要求1～6中任意一项所述的提高毫米波雷达动目标检测信噪比的方法的步骤。
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