CN112230223B - 一种用于车辆高精度定位的微波雷达装置 - Google Patents

一种用于车辆高精度定位的微波雷达装置 Download PDF

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Abstract

公开了一种用于车辆高精度定位的微波雷达装置，包括：被设置为其法向与道路方向成夹角且包括至少1个阵元的发射天线阵列和包括至少2个阵元的接收天线阵列；在第1模式下，全部发射阵元依次发射信号，全部接收阵元接收回波信号，在第2模式下，1个发射阵元发射信号，1个接收阵元接收回波信号；数字信号处理器，被配置为：针对第1模式下的第1数字信号，执行二维傅里叶变换、非相干积累、目标检测、角度测量和目标跟踪操作，从而获得目标信息；针对第2模式下的第2数字信号，执行一维傅里叶变换，然后根据目标信息，执行后向投影算法，获得地面坐标系中各点的图像信息；针对图像信息执行车辆轮廓提取及定位算法，获得车辆轮廓和位置信息。

Description

一种用于车辆高精度定位的微波雷达装置
技术领域
本发明涉及微波测距测速领域，具体涉及用于交通控制的微波雷达系统，更具体涉及一种用于车辆高精度定位的微波雷达装置。
背景技术
对车辆的定位技术，在交通违法取证、车路协同等智能交通场景中的具有广阔的应用空间。目前，存在以下几种车辆定位技术：
1、通过视觉传感器获取图像数据，图像数据富含丰富的目标特征信息，可以利用图像数据对车辆定位。然而，这种方法严重依赖于光照条件和气候条件，在暴雨、大雪、大雾等极端天气下，或在黑夜等低光照条件下，摄像机无法获取有效的图像数据，定位功能失效。
2、利用射频识别技术实现对车辆的定位。这种方法要求目标车辆安装射频识别标签和相应的无线数据传输设备。
3、利用卫星定位方法，实现对车辆定位。这种方法的定位精度较差，定位误差通常超过10m，且要求目标车辆安装卫星定位接收器和相应的无线数据传输设备。
4、利用车联网技术改善卫星定位方法，能够降低卫星定位误差30%左右，但仍然面临着定位精度差，且要求目标车辆安装卫星定位接收器和相应的无线数据传输设备。
可见，本领域中需要一种改进的用于车辆高精度定位的技术方案。
发明内容
根据本发明的实施例，提供了一种用于车辆高精度定位的微波雷达装置，包括：
数字信号处理器，包括微处理器CPU、模数转换器ADC、数模转换器DAC、静态随机存取存储器SRAM，且被配置为通过数模转换器DAC调制压控振荡器发射波形，通过模数转换器ADC将中频模拟信号转换成数字信号，并将该数字信号存储在静态随机存取存储器SRAM内，以及通过微处理器CPU对数字信号进行算法处理；
压控振荡器，被配置为将模拟电压信号转换成高频振荡的电磁波；
功率放大器，被配置为提高压控振荡器输出的能量；
发射天线阵列，包括至少1个发射天线阵元，被配置为发射探测目标的电磁波信号；
接收天线阵列，包括至少2个接收天线阵元，被配置为接收目标散射的电磁波信号；
低噪声放大器，被配置为提高目标散射的电磁波信号的能量，在这个过程中引入较低的噪声；
混频器，被配置为将接收的目标散射电磁波信号，与发射的探测目标电磁波信号做混频，输出中频信号，
其中，所述发射天线阵列和接收天线阵列被设置为其法向与道路方向成夹角，
其中，所述微波雷达装置包括按时间切换的第1工作模式和第2工作模式，在第1工作模式下，全部发射天线阵元依次发射电磁波信号，全部接收天线阵元接收回波信号，在第2工作模式下，1个发射天线阵元发射电磁波信号，1个接收天线阵元接收回波信号，并且
其中，所述数字信号处理器被配置为执行如下算法处理：
针对在第1工作模式下接收到的第1数字信号，执行二维傅里叶变换、非相干积累、目标检测、角度测量和目标跟踪操作，从而获得车辆目标信息；
针对在第2工作模式下接收到的第2数字信号，执行一维傅里叶变换；
根据所述车辆目标信息，针对所述一维傅里叶变换的结果执行后向投影算法，获得地面坐标系中各点的图像信息；
针对所述图像信息执行车辆轮廓提取及定位算法，从而获得各车辆目标的轮廓和位置信息。
在一些实施例中，所述第1数字信号记为
Figure 548447DEST_PATH_IMAGE001
，表示第
Figure 187983DEST_PATH_IMAGE002
个接收通道、第
Figure 575102DEST_PATH_IMAGE003
个宽带调制信号的第
Figure 476062DEST_PATH_IMAGE004
个采样点的采样值，
所述二维傅里叶变换表示如下：
Figure 897816DEST_PATH_IMAGE005
，其中，
Figure 226029DEST_PATH_IMAGE006
表示二维窗函数，N 1 表示在第1工作模式下采样点的数量，K 1 表示在第1工作模式下宽带调制信号的数量，n 1 、k 1 表示该二维傅里叶变换引入的新变量；
所述非相干积累操作表示如下：
Figure 834865DEST_PATH_IMAGE007
，其中M T 表示发射天线阵元的数量，M R 表示接收天线阵元的数量；
所述目标检测操作表示如下：
如果满足
Figure 290248DEST_PATH_IMAGE008
，则在距离
Figure 832088DEST_PATH_IMAGE009
、速度
Figure 331202DEST_PATH_IMAGE010
处，存在目标，其中
Figure 958493DEST_PATH_IMAGE011
和
Figure 951988DEST_PATH_IMAGE012
为检测算法参数，
Figure 817175DEST_PATH_IMAGE013
表示电磁波传播速度，B 1 表示第1工作模式下发射信号带宽，
Figure 487191DEST_PATH_IMAGE014
表示雷达工作波长，T 1 表示第1工作模式下的宽带调制信号的时间间隔；
所述角度测量操作如下：
对于
Figure 601778DEST_PATH_IMAGE015
处的目标，其角度由下式计算得到：
Figure 382652DEST_PATH_IMAGE016
，其中
Figure 367925DEST_PATH_IMAGE017
表示第
Figure 959575DEST_PATH_IMAGE018
个接收通道的横向位置，
Figure 561457DEST_PATH_IMAGE019
表示第
Figure 146023DEST_PATH_IMAGE020
个接收通道的初始相位；以及
所述目标跟踪包括对目标的距离
Figure 516961DEST_PATH_IMAGE021
、速度
Figure 100801DEST_PATH_IMAGE022
和角度
Figure 924400DEST_PATH_IMAGE023
进行平滑滤波。
在一些实施例中，所述第2数字信号记为
Figure 781498DEST_PATH_IMAGE024
，表示第
Figure 6943DEST_PATH_IMAGE025
个宽带调制信号的第
Figure 189663DEST_PATH_IMAGE026
个采样点的采样值，
所述一维傅里叶变换表示如下：
Figure 516870DEST_PATH_IMAGE027
，其中
Figure 443238DEST_PATH_IMAGE028
表示一维窗函数，N 2 表示在第2工作模式下采样点的数量，K 2 表示在第2工作模式下宽带调制信号的数量，
Figure 992031DEST_PATH_IMAGE029
为该一维傅里叶变换引入的新变量；
所述后向投影算法表示如下：
Figure 611231DEST_PATH_IMAGE030
其中，
Figure 409422DEST_PATH_IMAGE031
，
B 2 表示第2工作模式下发射信号带宽，T 2 表示第2工作模式下的宽带调制信号的时间间隔，
Figure 890213DEST_PATH_IMAGE032
表示所述发射天线阵列和接收天线阵列的法向与道路方向的夹角，
Figure 293513DEST_PATH_IMAGE033
表示地面坐标系中各点的图像信息；
所述车辆轮廓提取及定位算法包括通过如下操作获得车长
Figure 83614DEST_PATH_IMAGE034
、车宽
Figure 369102DEST_PATH_IMAGE035
、车辆位置
Figure 637273DEST_PATH_IMAGE036
和
Figure 160658DEST_PATH_IMAGE037
：
Figure 872393DEST_PATH_IMAGE038
其中，
Figure 379598DEST_PATH_IMAGE039
表示图像
Figure 451459DEST_PATH_IMAGE040
的检测阈值。
根据本发明的实施例的用于车辆高精度定位的微波雷达装置结合了微波雷达的合成孔径技术，利用目标的相对运动等效为一个大型天线孔径，并创造性地引入分时切换的跟踪模式和成像模式，利用对特定车辆目标的跟踪参数进行成像，从成像结果提取车辆轮廓并进行车辆定位，实现了对车辆的高角度分辨率的跟踪，以及厘米级高精度车辆轮廓识别和定位。与其它车辆定位技术相比，具有低成本、高精度、高可靠性、且能够在各种天气和光照条件下工作的优点。
附图说明
图1示出了根据本发明的实施例的一种用于车辆高精度定位的微波雷达装置的安装示意图。
图2示出了根据本发明的实施例的用于车辆高精度定位的微波雷达装置的结构示意图。
图3示出了根据本发明的实施例的用于车辆高精度定位的微波雷达装置中的数字信号处理器的结构示意图。
图4示出了根据本发明的实施例的用于车辆高精度定位的微波雷达装置中的发射天线阵列和接收天线阵列的布置示意图。
图5示出了根据本发明的实施例的用于车辆高精度定位的微波雷达装置的工作模式。
图6示出了根据本发明的实施例的用于车辆高精度定位的微波雷达装置中的数字信号处理器所执行的具体算法。
具体实施方式
下面参照附图详细描述本发明的实施例。在附图及下面的描述中，阐述了许多具体细节以便使所属技术领域的技术人员更全面地了解本发明。但是，对于所属技术领域内的技术人员明显的是，本发明的实现可不具有这些具体细节中的一些。此外，应当理解的是，本发明并不限于所图示和介绍的特定实施例。相反，可以考虑用图示和描述的特征和要素的任意组合来实施本发明，而无论它们是否涉及不同的实施例。因此，图示和描述的方面、特征、实施例和优点仅作说明之用而不应被看作是权利要求的要素或限定，除非在权利要求中明确提出。
本发明提出了一种用于车辆高精度定位的微波雷达装置，其结合微波雷达的合成孔径成像技术，利用目标的相对运动等效为一个大型天线孔径，实现对车辆的高角度分辨率观测，获得雷达图像，再提取轮廓特征并进行车辆定位。与其它车辆定位技术相比，具有低成本、高可靠性、高精度、以及不论天气、光照条件工作的优点。
微波雷达的角度分辨率与天线口径尺寸成反比，如下式如示：
Figure 94930DEST_PATH_IMAGE041
其中，
Figure 961255DEST_PATH_IMAGE042
表示角度分辨率，
Figure 969137DEST_PATH_IMAGE043
表示电磁波波长，
Figure 47952DEST_PATH_IMAGE044
表示天线口径尺寸。
合成孔径技术，通过目标的相对运动等效为一个大天线孔径，有效提升了雷达角度分辨率。例如，利用该技术，低轨道星载雷达能够实现对地观测0.3m的分辨率，相当于0.000032deg，远优于激光雷达0.08deg。
现参照图1，其示出了根据本发明的实施例的一种用于车辆高精度定位的微波雷达装置100的安装示意图。
如图1中所示，根据本发明的实施例的用于车辆高精度定位的微波雷达装置100安装在路侧，微波雷达装置100的天线阵列的法向与道路方向之间存在一个夹角，即图中的
Figure 77088DEST_PATH_IMAGE045
，该角度
Figure 114314DEST_PATH_IMAGE045
的范围可以为大于0度且小于180度，从而使得该微波雷达装置100发射的电磁波能够到达道路上的车辆并从车辆反射回波。
现参照图2和图3，其中图2示出了根据本发明的实施例的用于车辆高精度定位的微波雷达装置100的结构示意图，图3示出了根据本发明的实施例的用于车辆高精度定位的微波雷达装置100中的数字信号处理器110的结构示意图。如图2和图3中所示，该微波雷达装置100包括如下部件：
数字信号处理器110，其包括微处理器CPU 111（例如ARM、DSP、FPGA等架构的微控制器、微处理器、数字信号处理器等）、模数转换器ADC 112、数模转换器DAC 113以及静态随机存取存储器SRAM 114，且被配置为通过数模转换器DAC 113调制压控振荡器120发射波形，通过模数转换器ADC 112将中频模拟信号转换成数字信号，并将该数字信号存储在静态随机存取存储器SRAM 114内，以及对数字信号进行相应的算法处理；
压控振荡器120，被配置为将模拟电压信号转换成高频振荡的电磁波；
功率放大器130，被配置为提高压控振荡器120输出的能量；
发射天线阵列140，包括至少1个发射天线阵元141，被配置为发射探测目标的电磁波信号；
接收天线阵列150，包括至少2个接收天线阵元151，被配置为接收目标散射的电磁波信号；
低噪声放大器160，被配置为提高目标散射的电磁波信号的能量，在这个过程中引入较低的噪声；
混频器170，被配置为将接收的目标散射电磁波信号，与发射的探测目标电磁波信号做混频，输出中频信号。
现参照图4，其示出了根据本发明的实施例的用于车辆高精度定位的微波雷达装置100中的发射天线阵列140和接收天线阵列150的布置示意图。
如图4中所示，所述发射天线阵列140包含M T 个发射阵元141，所述接收天线阵列150包含M R 个接收阵元151，并且满足：
Figure 861690DEST_PATH_IMAGE046
雷达天线阵列的法向与道路方向之间存在一个夹角，即
Figure 26086DEST_PATH_IMAGE047
。
现参照图5，其示出了根据本发明的实施例的用于车辆高精度定位的微波雷达装置100的工作模式。
如图5中所示，该微波雷达装置100包括交替切换的以下两个工作模式：
a) 模式1，即跟踪模式，由全部 M T 个发射阵元发射电磁波信号、全部M R 个接收阵元接收回波信号，并记该模式下模数转换器ADC采集到的信号为“中频信号1”，用于对目标车辆的位置进行连续跟踪；
b) 模式2，即成像模式，由1个发射阵元发射电磁波信号、1个接收阵元接收回波信号，并记该模式下模数转换器ADC采集到的信号为“中频信号2”，用于对指定目标进行成像。
在模式1和模式2下，发射信号都是一组多个宽带调制信号，包括但不限于线性调频信号、非线性调频信号、巴克码信号等。每个模式例如可持续若干毫秒。
现参照图6，其示出了根据本发明的实施例的用于车辆高精度定位的微波雷达装置100中的数字信号处理器110所执行的具体算法。
如图6中所示，该算法包括以下步骤601-608，其中步骤601-605针对中频信号1执行，用于进行目标跟踪。中频信号1，即模式1（跟踪模式）下接收到的数字信号，可记为
Figure 378570DEST_PATH_IMAGE048
，表示第
Figure 852277DEST_PATH_IMAGE049
个接收通道、第
Figure 821370DEST_PATH_IMAGE050
个宽带调制信号的第
Figure 773145DEST_PATH_IMAGE051
个采样点的采样值。在本文中，一个接收通道为一个发射阵元和一个接收阵元的组合。
步骤606针对中频信号2执行一维傅里叶变换。中频信号2，即模式2（成像模式）下接收到的数字信号，可记为
Figure 527606DEST_PATH_IMAGE052
，表示第
Figure 375476DEST_PATH_IMAGE053
个宽带调制信号的第
Figure 831865DEST_PATH_IMAGE054
个采样点的采样值。步骤607基于步骤605产生的目标跟踪信息，针对步骤606产生的一维傅里叶变换结果，执行合成孔径技术中的后向投影算法，获得目标的图像信息，即地面坐标系中包含目标的各点的回波强度信息。在步骤608，根据目标的图像信息进行车辆轮廓提取和定位。
具体地，在步骤601，针对中频信号1，执行二维傅里叶变换，即对
Figure 587332DEST_PATH_IMAGE055
进行以下操作，得到
Figure 445566DEST_PATH_IMAGE056
：
Figure 729917DEST_PATH_IMAGE057
，
其中，
Figure 424335DEST_PATH_IMAGE058
表示二维窗函数，包括但不限于切比雪夫窗函数、汉明窗函数等，N 1 表示在模式1下采样点的数量，K 1 表示在模式1下宽带调制信号的数量，n 1 、k 1 表示该二维傅里叶变换引入的新变量。
在步骤602，执行非相干积累操作，即对
Figure 717913DEST_PATH_IMAGE059
进行以下操作，得到
Figure 430654DEST_PATH_IMAGE060
：
Figure 885906DEST_PATH_IMAGE061
。
在步骤603，执行目标检测操作，即对
Figure 316887DEST_PATH_IMAGE062
进行以下操作，若满足下式，则在距离
Figure 161959DEST_PATH_IMAGE063
（其中
Figure 729207DEST_PATH_IMAGE064
表示电磁波传播速度，B 1 表示模式1下发射信号带宽）、速度
Figure 355360DEST_PATH_IMAGE065
（其中
Figure 273638DEST_PATH_IMAGE066
表示雷达工作波长， T 1 表示模式1下宽带调制信号的时间间隔）处，存在目标，其中
Figure 909018DEST_PATH_IMAGE067
和
Figure 347084DEST_PATH_IMAGE068
为检测算法参数：
Figure 144139DEST_PATH_IMAGE069
。
在步骤604，执行角度测量操作，即对于
Figure 284133DEST_PATH_IMAGE070
处的目标，其角度
Figure 988784DEST_PATH_IMAGE071
由下式计算得到，其中
Figure 530624DEST_PATH_IMAGE072
表示第
Figure 498580DEST_PATH_IMAGE073
个接收通道的横向位置，
Figure 876602DEST_PATH_IMAGE074
表示第
Figure 853786DEST_PATH_IMAGE075
个接收通道的初始相位：
Figure 515711DEST_PATH_IMAGE076
，
在这里，角度
Figure 654569DEST_PATH_IMAGE077
是指雷达与目标之间的连线与雷达天线法向之间的夹角。所述第
Figure 769155DEST_PATH_IMAGE078
个接收通道的横向位置是指第
Figure 300762DEST_PATH_IMAGE078
个接收通道的发射天线阵元与接收天线阵元的横向位置之和，所述横向位置是指在以雷达位置（具体地，例如雷达的质心位置）为坐标原点、以道路方向为纵轴方向的地面坐标系中的横坐标。所述第
Figure 817194DEST_PATH_IMAGE078
个接收通道的初始相位
Figure 126952DEST_PATH_IMAGE079
是由第
Figure 728835DEST_PATH_IMAGE080
个接收通道的接收天线阵元与雷达馈线之间的距离等雷达电气特性决定的雷达初始参数。
在步骤605，执行目标跟踪操作，即对目标的距离
Figure 313400DEST_PATH_IMAGE081
、速度
Figure 432141DEST_PATH_IMAGE082
和角度
Figure 912801DEST_PATH_IMAGE083
进行平滑滤波，包括但不限于
Figure 736401DEST_PATH_IMAGE084
滤波、
Figure 124657DEST_PATH_IMAGE085
滤波、卡尔曼滤波、粒子滤波等。
在以上步骤601-605中，针对模式1下的中频信号1执行操作，可产生若干个目标的距离
Figure 350102DEST_PATH_IMAGE086
、速度
Figure 283554DEST_PATH_IMAGE082
和角度
Figure 328870DEST_PATH_IMAGE083
，每个目标代表被雷达跟踪到的道路上的一个车辆。在以下步骤中，根据跟踪到的每一个目标的距离
Figure 255238DEST_PATH_IMAGE086
、速度
Figure 335189DEST_PATH_IMAGE082
和角度
Figure 954389DEST_PATH_IMAGE083
，进行成像和车辆轮廓提取和定位操作。
在步骤606，针对中频信号2，执行一维傅里叶变换，即对
Figure 503314DEST_PATH_IMAGE087
进行以下操作，得到
Figure 967793DEST_PATH_IMAGE088
：
Figure 167830DEST_PATH_IMAGE089
，其中
Figure 426773DEST_PATH_IMAGE090
表示一维窗函数，N 2 表示在模式2下采样点的数量，K 2 表示模式2下宽带调制信号的数量，
Figure 446682DEST_PATH_IMAGE091
为该一维傅里叶变换引入的新变量。
在步骤607，基于步骤605获得的每一个目标的距离
Figure 731164DEST_PATH_IMAGE086
、速度
Figure 785707DEST_PATH_IMAGE082
和角度
Figure 949973DEST_PATH_IMAGE083
，执行后向投影算法，即对
Figure 722756DEST_PATH_IMAGE092
进行一些操作，得到最终图像
Figure 794618DEST_PATH_IMAGE093
，即
Figure 463189DEST_PATH_IMAGE094
其中，
Figure 63935DEST_PATH_IMAGE095
，
B 2 表示模式2下发射信号带宽，T 2 表示模式2下的宽带调制信号的时间间隔，
Figure 58436DEST_PATH_IMAGE096
表示所述雷达天线的法向与道路方向的夹角，
Figure 933988DEST_PATH_IMAGE097
表示地面坐标系中各点的图像信息，该地面坐标系以雷达位置（具体地，例如雷达的质心位置）为坐标原点、以道路方向为纵轴方向。图像信息
Figure 963124DEST_PATH_IMAGE097
表示地面坐标系中各坐标点的雷达回波强度信息。
在步骤608，执行车辆轮廓提取和定位算法，即对
Figure 469191DEST_PATH_IMAGE097
进行以下操作，获得车长
Figure 967300DEST_PATH_IMAGE098
、车宽
Figure 380964DEST_PATH_IMAGE099
、车辆位置
Figure 264606DEST_PATH_IMAGE100
和
Figure 941575DEST_PATH_IMAGE101
：
Figure 910668DEST_PATH_IMAGE102
Figure 878755DEST_PATH_IMAGE103
，
其中，
Figure 616904DEST_PATH_IMAGE104
表示图像
Figure 730354DEST_PATH_IMAGE097
的检测阈值，其可以根据需要设定。
根据本发明的实施例的用于对机动车的定位，还能用于对非机动车、行人等的定位。本发明对雷达工作频段没有任何要求，可以用于各个频段的雷达，包括但不限于P频段、L频段、C频段、X频段、Ku频段、K频段、Ka频段、W频段等。
以上参照附图描述了根据本发明的实施例的用于车辆高精度定位的微波雷达装置100，应指出的是，以上描述和图示仅为示例，而不是对本发明的限制。在本发明的其他实施例中，该用于车辆高精度定位的微波雷达装置100可具有更多、更少或不同的部件，且各部件之间的连接、包含和功能等关系可以与所描述和图示的不同。例如，某些部件可以组合为一个更大的部件，一个部件可以分解为几个较小的部件，由某个部件执行的功能也可能由另一个部件执行。再例如，在一些实施例中，该用于车辆高精度定位的微波雷达装置100中的部件执行的算法中的一些步骤可以与以上描述的不同，等等。所有这些变化都处于本发明的精神和范围之内。
根据本发明的实施例的用于车辆高精度定位的微波雷达装置结合了微波雷达的合成孔径技术，利用目标的相对运动等效为一个大型天线孔径，并创造性地引入分时切换的跟踪模式和成像模式，利用对特定车辆目标的跟踪参数进行成像，从成像结果提取车辆轮廓并进行车辆定位，实现了对车辆的高角度分辨率的跟踪，以及厘米级高精度车辆轮廓识别和定位。与其它车辆定位技术相比，具有低成本、高精度、高可靠性、且能够在各种天气和光照条件下工作的优点。
本说明书中涉及的各术语的含义一般为本领域中的通常含义，或者为本领域技术人员在阅读本说明书之后所正常理解的含义。在此使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，并非对本发明进行限制。正如在此使用的那样，单数形式“一”、“一个”和“所述”旨在同时包括复数形式，除非上下文另外明确指出。将进一步理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定存在所述特性、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但并不排除其中存在或添加一个或多个其他特性、整数、步骤、操作、元件、组件和/或由此构成的组。本说明书中的用语 “连接”、“相连”等类似术语通常包括机械连接、电连接、通信连接或其组合，且通常既可以包括直接连接，也包括经由其他部件的间接连通或连接。本说明书中的用语“第一”、“第二”等仅用于区别不同部件或要素，而不表示这些部件或要素之间的任何重要性或顺序关系。
权利要求中的所有装置功能元件或步骤功能元件（在适用时）的对应结构、材料、操作和等价物旨在包括用于与如具体声明的那样的其他所声明的元件结合执行所述功能的任何结构、材料或操作。出于说明和描述目的给出了对本发明的描述，但是所述描述并非旨在是穷举的或是将本发明限于所公开的形式。在不偏离本发明的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域的技术人员来说都将是显而易见的。实施例的选择和描述是为了最佳地解释本发明的原理和实际应用，并且使得本领域的其他技术人员能够针对具有各种修改的适合于所构想的特定使用的各种实施例理解本发明。因此，尽管根据实施例对本发明进行了描述，但是本领域的技术人员将理解，本发明的实现可以具有修改并且处于所附权利要求的精神和范围中。

Claims (3)

1.一种用于车辆高精度定位的微波雷达装置，包括：
数字信号处理器，包括微处理器CPU、模数转换器ADC、数模转换器DAC、静态随机存取存储器SRAM，且被配置为通过数模转换器DAC调制压控振荡器发射波形，通过模数转换器ADC将中频模拟信号转换成数字信号，并将该数字信号存储在静态随机存取存储器SRAM内，以及通过微处理器CPU对数字信号进行算法处理；
压控振荡器，被配置为将模拟电压信号转换成高频振荡的电磁波；
功率放大器，被配置为提高压控振荡器输出的能量；
发射天线阵列，包括至少1个发射天线阵元，被配置为发射探测目标的电磁波信号；
接收天线阵列，包括至少2个接收天线阵元，被配置为接收目标散射的电磁波信号；
低噪声放大器，被配置为提高目标散射的电磁波信号的能量；
混频器，被配置为将接收的目标散射电磁波信号，与发射的探测目标电磁波信号做混频，输出中频信号，
其中，所述发射天线阵列和接收天线阵列被设置为其法向与道路方向成夹角，
其中，所述微波雷达装置包括按时间切换的第1工作模式和第2工作模式，在第1工作模式下，全部发射天线阵元依次发射电磁波信号，全部接收天线阵元接收回波信号，在第2工作模式下，1个发射天线阵元发射电磁波信号，1个接收天线阵元接收回波信号，并且
其中，所述数字信号处理器被配置为执行如下算法处理：
针对在第1工作模式下接收到的第1数字信号，执行二维傅里叶变换、非相干积累、目标检测、角度测量和目标跟踪操作，从而获得车辆目标信息；
针对在第2工作模式下接收到的第2数字信号，执行一维傅里叶变换；
根据所述车辆目标信息，针对所述一维傅里叶变换的结果执行后向投影算法，获得地面坐标系中各点的图像信息；
针对所述图像信息执行车辆轮廓提取及定位算法，从而获得各车辆目标的轮廓和位置信息。
2.根据权利要求1所述的微波雷达装置，其中：
所述第1数字信号记为
Figure 179928DEST_PATH_IMAGE001
，表示第
Figure 782554DEST_PATH_IMAGE002
个接收通道、第
Figure 93450DEST_PATH_IMAGE003
个宽带调制信号的第
Figure 19818DEST_PATH_IMAGE004
个采样点的采样值，
所述二维傅里叶变换表示如下：
Figure 834190DEST_PATH_IMAGE005
，其中，
Figure 187811DEST_PATH_IMAGE006
表示二维窗函数，N 1 表示在第1工作模式下采样点的数量，K 1 表示在第1工作模式下宽带调制信号的数量，n 1 、k 1 表示该二维傅里叶变换引入的新变量；
所述非相干积累操作表示如下：
Figure 736735DEST_PATH_IMAGE007
，其中M T 表示发射天线阵元的数量，M R 表示接收天线阵元的数量；
所述目标检测操作表示如下：
如果满足
Figure 935635DEST_PATH_IMAGE008
，则在距离
Figure 135672DEST_PATH_IMAGE009
、速度
Figure 660195DEST_PATH_IMAGE010
处，存在目标，其中
Figure 414524DEST_PATH_IMAGE011
和
Figure 682694DEST_PATH_IMAGE012
为检测算法参数，
Figure 487970DEST_PATH_IMAGE013
表示电磁波传播速度，B 1 表示第1工作模式下发射信号带宽，
Figure 917815DEST_PATH_IMAGE014
表示雷达工作波长，T 1 表示第1工作模式下的宽带调制信号的时间间隔；
所述角度测量操作如下：
对于（n 1 , k 1 ）处的目标，其角度由下式计算得到：
Figure 690599DEST_PATH_IMAGE015
，其中
Figure 496881DEST_PATH_IMAGE016
表示第
Figure 140351DEST_PATH_IMAGE017
个接收通道的横向位置，
Figure 6676DEST_PATH_IMAGE018
表示第
Figure 14559DEST_PATH_IMAGE019
个接收通道的初始相位；以及
所述目标跟踪包括对目标的距离
Figure 93374DEST_PATH_IMAGE020
、速度
Figure 122509DEST_PATH_IMAGE021
和角度
Figure 425315DEST_PATH_IMAGE022
进行平滑滤波。
3.根据权利要求2所述的微波雷达装置，其中，
所述第2数字信号记为
Figure 375953DEST_PATH_IMAGE023
，表示第
Figure 789617DEST_PATH_IMAGE024
个宽带调制信号的第
Figure 830517DEST_PATH_IMAGE025
个采样点的采样值，
所述一维傅里叶变换表示如下：
Figure 304223DEST_PATH_IMAGE026
，其中
Figure 273316DEST_PATH_IMAGE027
表示一维窗函数，N 2 表示在第2工作模式下采样点的数量，K 2 表示在第2工作模式下宽带调制信号的数量，
Figure 693933DEST_PATH_IMAGE028
为该一维傅里叶变换引入的新变量；
所述后向投影算法表示如下：
Figure 448394DEST_PATH_IMAGE029
其中，
Figure 93002DEST_PATH_IMAGE030
，
B 2 表示第2工作模式下发射信号带宽，T 2 表示第2工作模式下的宽带调制信号的时间间隔，
Figure 549391DEST_PATH_IMAGE031
表示所述发射天线阵列和接收天线阵列的法向与道路方向的夹角，
Figure 773699DEST_PATH_IMAGE032
表示地面坐标系中各点的图像信息；
所述车辆轮廓提取及定位算法包括通过如下操作获得车长
Figure 366354DEST_PATH_IMAGE033
、车宽
Figure 929666DEST_PATH_IMAGE034
、车辆位置
Figure 342193DEST_PATH_IMAGE035
和
Figure 901350DEST_PATH_IMAGE036
：
Figure 614091DEST_PATH_IMAGE037
Figure 334923DEST_PATH_IMAGE038
其中，
Figure 516636DEST_PATH_IMAGE039
表示图像
Figure 82747DEST_PATH_IMAGE040
的检测阈值。
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