CN114624694A - 一种基于非等间隔调制ddma-mimo的雷达信号处理方法 - Google Patents

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Bit Raco Electronic Information Technology Co ltd
Chongqing Ruixing Electronic Technology Co ltd
Beijing Science And Technology Ruihang Electronic Technology Co ltd
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Abstract

本发明提供了一种基于非等间隔调制DDMA‑MIMO的雷达信号处理方法，一方面由于在门限检测时分别对Q个大小为1/Q RD图的子RD图的非相参积累结果进行门限检测，因此检测运算量并没有增加，但由于采用非相参积累，检测性能得到明显提升；另一方面，由于通过比较Q个积累结果中目标位置对应的峰值幅度来确定不同TX对应的峰值位置，进而解算速度模糊和测角，其可靠性明显高于现有技术中角度域比幅的方法，提高了检测性能。

Description

一种基于非等间隔调制DDMA-MIMO的雷达信号处理方法
技术领域
本发明涉及雷达技术领域，尤其涉及一种基于非等间隔调制DDMA-MIMO的雷达信号处理方法。
背景技术
车载毫米波雷达通过发射调频连续波(FMCW)，利用目标反射回来的回波信号来估计目标的距离、速度、角度等信息，在自动驾驶系统中发挥着极其重要的作用。
多普勒频分多址多发多收(DDMA-MIMO)雷达通过不同发射天线(TX)同时发射信号，并对每个发射天线进行线性相位调制，从而使得不同发射天线波形能够在多普勒域直接分离。相比传统时分MIMO雷达，DDMA-MIMO雷达具有更强的目标检测性能和抗干扰能力，近年来受到各界的广泛关注。非等间隔调制DDMA-MIMO雷达由于不同发射天线TX信号在多普勒维度非等间隔分布，可快捷地利用不同峰值在多普勒维度中的相对位置来区分不同发射天线TX的信号，克服了等间隔调制DDMA-MIMO雷达由于不同发射天线TX信号在频谱中等间隔分布导致难以正确区分的问题。在非等间隔调制DDMA-MIMO雷达中，第m根发射天线TX在第n个脉冲重复周期内发射信号的调制相位可表示为
Figure BDA0003449988280000011
其中，m＝1,2,…,M，Q为DDMA调制时对多普勒维等分的个数，且Q为大于M的整数，M为发射天线个数，bm取0～M-1之间的整数，bm≤Q根据调制相位确定。
由于非等间隔调制雷达频谱划分数量Q多于发射天线数量M，若直接对Q个不同区域的频谱进行非相参积累，无法使检测性能达到最优。
发明内容
本发明提出了一种基于非等间隔调制DDMA-MIMO的雷达信号处理方法，可在不增加运算量的条件下，更准确的计算速度模糊和测角。
一种基于非等间隔调制DDMA-MIMO的雷达信号处理方法，包括以下步骤：
步骤S1：对不同接收通道的回波信号进行二维傅里叶变换，得到分别对应于N个接收通道的N个距离-多普勒RD图；N为接收通道数量；
步骤S2：将分别对应于N个不同接收通道的N个RD图进行第一次非相参积累，得到第一次非相参积累后的RD图；
步骤S3：根据非等间隔调制DDMA-MIMO信号在发射端的具体调制方式，将第一次非相参积累后的RD图在多普勒维度平均分成Q份，得到Q个子RD图；其中Q为发射信号在DDMA调制时对多普勒维等分的个数；
步骤S4：从所述Q个子RD图中提取出其中M个连续分布的子RD图形成一个子RD图组合，总共形成Q种不同的子RD图组合；
S5：针对每种子RD图组合，将所有M个子RD图进行第二次非相参积累，得到各组合对应的非相参积累后的子RD图，总共得到Q个非相参积累后的子RD图；
S6：将S5所得非相参积累后的子RD图分别进行门限检测，获得目标在每个非相参积累后的子RD图中距离索引Irange和多普勒索引Idop_sub，并根据距离索引Irange确定目标距离信息；
步骤S7：比较S5获得的每个目标在Q个非相参积累后的子RD图中的幅值大小，选取其中幅值最大的目标作为真实目标；根据所得的真实目标所在的非相参积累后的子RD图的序号和其多普勒索引Idop_sub确定目标的真实速度；
步骤S8：对目标进行角度估计。
较佳的，步骤S4中，同一目标在每个非相参积累后的子RD图中的位置Int1,Int2,…,IntQ都是相同的。
较佳的，所述步骤S7中，确定目标的真实速度的方法为：
假设目标在子RD图Intq中的幅值最大，则该目标真实速度对应的多普勒维索引为Idop_total＝Idop_sub+(q-1)·Nfft_dop/Q，其中，q为1～Q之间的整数；Nfft_dop为多普勒维FFT点数；进一步根据Idop_total确定目标的真实速度。
较佳的，所述步骤S8中，对目标进行角度估计的方法为：
步骤S81：结合信号发射时的不同发射天线TX的发射信号相位调制方式，根据目标的真实多普勒索引Idop_total确定各发射天线TX1～TXM对应的多普勒索引；
步骤S82：按照目标距离索引Irange和不同发射天线TX对应的多普勒索引，在每个接收天线RX对应的RD图中提取不同发射天线TX对应的数据，根据天线布局对不同接收天线RX和发射天线TX构成的收发通道对应的数据值依次排列，得到长度为N·M的虚拟接收天线的信号，对其进行角度域傅里叶变换，在角度进行目标检测，得到目标角度信息。
较佳的，所述步骤S8中，确定各发射天线TX1～TXM对应的多普勒索引的方法为：
假设在发射端，发射天线TXm在不同PRT间调制相位的步长为2πbm/Q，发射天线TXm对应的多普勒索引Idop_m表示为：
Figure BDA0003449988280000031
其中，Nfft_dop为多普勒维FFT点数，m＝1,2,...,M，M为发射天线TX数量。
较佳的，在所述步骤S2和S5中，非相参积累方法采用取幅值求平均、取模方求平均或者取对数求平均。
较佳的，所述步骤S6中，门限检测的方法为恒虚警率CFAR检测方法。
本发明具有如下有益效果：
本发明提供了一种基于非等间隔调制DDMA-MIMO的雷达信号处理方法，一方面由于在门限检测时分别对Q个大小为1/Q RD图的子RD图的非相参积累结果进行门限检测，因此检测运算量并没有增加，但由于采用非相参积累，检测性能得到明显提升；另一方面，由于通过比较Q个积累结果中目标位置对应的峰值幅度来确定不同TX对应的峰值位置，进而解算速度模糊和测角，其可靠性明显高于现有技术中角度域比幅的方法。
附图说明
图1为本发明提供的一种基于非等间隔调制DDMA-MIMO的雷达信号处理方法处理流程示意图。
图2为不同RX非相参积累后的RD图中TX1～TXM对应的目标峰值分布示例。
图3为Q种不同的子RD图组合对应的非相参积累结果示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做详细的描述：
如图1所示为本发明提供的一种基于非等间隔调制DDMA-MIMO的雷达信号处理方法流程示意图，具体包括如下步骤：
步骤S1：对不同接收通道(RX)的回波信号进行二维傅里叶变换(2DFFT)，得到分别对应于N个接收通道的N个距离-多普勒RD图；
步骤S2：将分别对应于N个不同接收通道的N个RD图进行第一次非相参积累，得到第一次非相参积累后的RD图；
步骤S3：根据非等间隔调制DDMA-MIMO信号在发射端的具体调制方式，将第一次非相参积累后的RD图在多普勒维度平均分成Q份，得到Q个子RD图，依次记作RD1，RD2，……，RDQ，其中Q为发射信号在DDMA调制时对多普勒维等分的个数。
步骤S4：从所述Q个子RD图中提取出其中M个连续分布的子RD图形成一个子RD图组合，总共可以形成Q种不同的子RD图组合，包括：
第一种子RD图组合：RD1,RD2,…,RDM；
第二种子RD图组合：RD2,RD3,…,RDM+1；
……
第Q-M+1种子RD图组合：RDQ-M+1,RDQ-M+2,…,RDQ；
第Q-M+2种子RD图组合：RDQ-M+2,RDQ-M+3,…,RDQ,RD1；
……
第Q种子RD图组合：RDQ,RD1,…,RDM-1。
此时，对于同一个目标，M根发射天线对应的M个峰值分别分布在其中的M个子RD图中，且在每个子RD图中的位置相同，如图2所示。
步骤S5：针对每种子RD图组合，将所有M个子RD图进行第二次非相参积累，得到各组合对应的非相参积累后的子RD图，总共得到Q个积累后的子RD图，如图3所示，分别记作Int1,Int2,…,IntQ；
步骤S6：若目标对应的M个峰值刚好分布在所选取的M个子RD图中，则这M个子RD图的非相参积累结果中的目标的峰值达到最大。将S5所得非相参积累后的子RD图分别进行门限检测，获得目标在每个非相参积累后的子RD图中距离索引Irange和多普勒索引Idop_sub，并根据距离索引Irange确定目标距离信息，这里不限定采用恒虚警率(CFAR)检测或其它检测方式。需要说明的是，同一目标在每个非相参积累后的子RD图中的位置Int1,Int2,…,IntQ都是相同的。
步骤S7：比较S5获得的每个目标在Q个非相参积累后的子RD图Int1,Int2,…,IntQ中的幅值大小，选取其中幅值最大的目标作为真实目标；根据所得的真实目标所在的非相参积累后的子RD图的序号和其多普勒索引Idop_sub确定目标的真实速度，具体如下：
假设目标在子RD图Intq(q为1～Q之间的整数)中的幅值最大，则可确定该目标真实速度对应的多普勒维索引为Idop_total＝Idop_sub+(q-1)·Nfft_dop/Q，其中Nfft_dop为多普勒维FFT点数；进一步根据Idop_total确定目标的真实速度。
步骤S8：对目标进行角度估计，具体包括以下步骤：
步骤S81：结合信号发射时的不同发射天线TX的发射信号相位调制方式，根据目标的真实多普勒索引确定发射天线TX1～TXM对应的多普勒索引。
示例性的，由于本发明要求所处理的雷达发射信号采用非等间隔调制的DDMA-MIMO波形，假设在发射端，发射天线TXm在不同PRT间调制相位的步长为2πbm/Q，发射天线TXm对应的多普勒索引Idop_m可表示为：
Figure BDA0003449988280000051
其中，Nfft_dop为多普勒维FFT点数，m＝1,2,...,M，M为发射天线TX数量；
步骤S82：按照目标距离索引Irange和不同发射天线TX对应的多普勒索引，在每个接收天线RX对应的RD图中提取不同发射天线TX对应的数据，根据天线布局对不同接收天线RX和发射天线TX构成的收发通道对应的数据值依次排列，得到长度为N·M的虚拟接收天线的信号，对其进行角度域FFT，在角度维进行目标检测，得到目标角度信息，这里不再赘述。
其中，在所述步骤S2和S5中，非相参积累方法包括但不限于取幅值求平均、取模方求平均、取对数求平均等。

Claims (7)

1.一种基于非等间隔调制DDMA-MIMO的雷达信号处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：对不同接收通道的回波信号进行二维傅里叶变换，得到分别对应于N个接收通道的N个距离-多普勒RD图；N为接收通道数量；
步骤S2：将分别对应于N个不同接收通道的N个RD图进行第一次非相参积累，得到第一次非相参积累后的RD图；
步骤S3：根据非等间隔调制DDMA-MIMO信号在发射端的具体调制方式，将第一次非相参积累后的RD图在多普勒维度平均分成Q份，得到Q个子RD图；其中Q为发射信号在DDMA调制时对多普勒维等分的个数；
步骤S4：从所述Q个子RD图中提取出其中M个连续分布的子RD图形成一个子RD图组合，总共形成Q种不同的子RD图组合；
S5：针对每种子RD图组合，将所有M个子RD图进行第二次非相参积累，得到各组合对应的非相参积累后的子RD图，总共得到Q个非相参积累后的子RD图；
S6：将S5所得非相参积累后的子RD图分别进行门限检测，获得目标在每个非相参积累后的子RD图中距离索引Irange和多普勒索引Idop_sub，并根据距离索引Irange确定目标距离信息；
步骤S7：比较S5获得的每个目标在Q个非相参积累后的子RD图中的幅值大小，选取其中幅值最大的目标作为真实目标；根据所得的真实目标所在的非相参积累后的子RD图的序号和其多普勒索引Idop_sub确定目标的真实速度；
步骤S8：对目标进行角度估计。
2.如权利要求1所述的一种基于非等间隔调制DDMA-MIMO的雷达信号处理方法，其特征在于，步骤S4中，同一目标在每个非相参积累后的子RD图中的位置Int1,Int2,…,IntQ都是相同的。
3.如权利要求1所述的一种基于非等间隔调制DDMA-MIMO的雷达信号处理方法，其特征在于，所述步骤S7中，确定目标的真实速度的方法为：
假设目标在子RD图Intq中的幅值最大，则该目标真实速度对应的多普勒维索引为Idop_total＝Idop_sub+(q-1)·Nfft_dop/Q，其中，q为1～Q之间的整数；Nfft_dop为多普勒维FFT点数；进一步根据Idop_total确定目标的真实速度。
4.如权利要求1所述的一种基于非等间隔调制DDMA-MIMO的雷达信号处理方法，其特征在于，所述步骤S8中，对目标进行角度估计的方法为：
步骤S81：结合信号发射时的不同发射天线TX的发射信号相位调制方式，根据目标的真实多普勒索引Idop_total确定各发射天线TX1～TXM对应的多普勒索引；
步骤S82：按照目标距离索引Irange和不同发射天线TX对应的多普勒索引，在每个接收天线RX对应的RD图中提取不同发射天线TX对应的数据，根据天线布局对不同接收天线RX和发射天线TX构成的收发通道对应的数据值依次排列，得到长度为N·M的虚拟接收天线的信号，对其进行角度域傅里叶变换，在角度进行目标检测，得到目标角度信息。
5.如权利要求4所述的一种基于非等间隔调制DDMA-MIMO的雷达信号处理方法，其特征在于，所述步骤S8中，确定各发射天线TX1～TXM对应的多普勒索引的方法为：
假设在发射端，发射天线TXm在不同PRT间调制相位的步长为2πbm/Q，发射天线TXm对应的多普勒索引Idop_m表示为：
Figure FDA0003449988270000021
其中，Nfft_dop为多普勒维FFT点数，m＝1,2,...,M，M为发射天线TX数量。
6.如权利要求1所述的一种基于非等间隔调制DDMA-MIMO的雷达信号处理方法，其特征在于，在所述步骤S2和S5中，非相参积累方法采用取幅值求平均、取模方求平均或者取对数求平均。
7.如权利要求1所述的一种基于非等间隔调制DDMA-MIMO的雷达信号处理方法，其特征在于，所述步骤S6中，门限检测的方法为恒虚警率CFAR检测方法。
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