CN115267698B - Fmcw雷达移动和微动目标检测和识别方法和系统 - Google Patents

Fmcw雷达移动和微动目标检测和识别方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种FMCW雷达移动和微动目标检测和识别方法和系统，涉及雷达探测技术领域。FMCW雷达移动和微动目标检测和识别方法包括以下步骤：FMCW雷达间隔发出一个chirp信号，并获取每次探测得到的回波chirp信号；其中，每相邻两个chirp信号发出的时间间隔按照预设规律进行变化；对回波chirp信号进行加窗和快速傅里叶变换，得到距离谱；对历史距离谱进行慢时间IIR滤波和慢时间相位预测，得到预测序列；用当前距离谱减去预测序列得到目标序列，用目标序列更新慢时间IIR滤波状态和慢时间相位预测状态；对目标序列进行检测，并在检测到目标时进行报警动作。根据本发明的FMCW雷达移动和微动目标检测和识别方法，能够在有效抑制静态物体的回波的同时，满足低功耗的需求。

Description

FMCW雷达移动和微动目标检测和识别方法和系统
技术领域
本发明涉及雷达探测技术领域，尤其是涉及一种FMCW雷达移动和微动目标检测和识别方法和系统。
背景技术
在智能物联网应用场景中，常常采用毫米波FMCW（Frequency-ModulatedContinuous Wave，调频连续波）雷达进行移动和微动检测。移动和微动检测的一个重要工作就是抑制静态物体回波，同时避免对移动和微动物体回波的抑制。目前常用的移动和微动检测方法是回波间差分，即估计出静态物体回波后，将其从当前回波中减掉；然而，所有瞬态径向速率接近n
Figure DEST_PATH_IMAGE001
T（/>
Figure DEST_PATH_IMAGE002
为毫米波FMCW雷达发射信号的载波波长，T为两次探测之间的时间间隔，n为正整数）的物体的表现特征都十分近似于静态物体，在抑制静态物体回波的时候，这些物体的回波也会被显著抑制，从而造成探测盲区。此外，基准频率漂移导致的静态物体回波的相位变化，进一步恶化了静态物体回波抑制效果。为了改善探测盲区的问题，通常采用的手段是减小T，这也就意味着单位时间内需要更多的探测次数，这会显著增加功耗，降低整个系统的待机时长。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出了一种FMCW雷达移动和微动目标检测和识别方法和系统，能够提升检测性能并降低功耗。
一方面，根据本发明实施例的FMCW雷达移动和微动目标检测和识别方法，包括以下步骤：
FMCW雷达间隔发出一个chirp信号，并获取每次探测得到的回波chirp信号；其中，每相邻两个chirp信号发出的时间间隔按照预设规律进行变化；
对所述回波chirp信号进行加窗和快速傅里叶变换，得到距离谱；
对历史距离谱进行慢时间IIR滤波和慢时间相位预测，得到预测序列；
用当前距离谱减去所述预测序列得到目标序列，用所述目标序列更新慢时间IIR滤波状态和慢时间相位预测状态；
对所述目标序列进行检测，并在检测到目标时进行报警动作。
根据本发明的一些实施例，所述对历史距离谱进行慢时间IIR滤波和慢时间相位预测，得到预测序列，包括：
将之前的所有回波chirp信号的距离谱作为历史距离谱，将当前的回波chirp信号的距离谱作为当前距离谱；
获取当前发出的chirp信号与上一个chirp信号之间的时间差，作为预测时长；
对所述历史距离谱进行慢时间IIR滤波和慢时间相位预测，并根据慢时间IIR滤波的输出、慢时间相位预测的输出以及所述预测时长，运算得到所述预测序列，所述预测序列的第k个元素的运算表达式为
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，其中/>
Figure DEST_PATH_IMAGE004
表示慢时间相位预测的输出，s表示慢时间IIR滤波的输出，/>
Figure DEST_PATH_IMAGE005
表示所述预测时长。
根据本发明的一些实施例，所述慢时间IIR滤波状态表示慢时间IIR滤波器中的所有累加器的值，所述慢时间相位预测状态表示距离谱的整体相位漂移速率；
所述用所述目标序列更新慢时间IIR滤波状态和慢时间相位预测状态，包括：
将所述目标序列发送至慢时间IIR滤波器中进行滤波，以更新慢时间IIR滤波状态；
计算所述目标序列的相位漂移量，并将计算结果发送至慢时间相位预测滤波器中进行滤波，以更新慢时间相位预测状态。
根据本发明的一些实施例，所述慢时间相位预测滤波器采用的传递函数为
Figure DEST_PATH_IMAGE006
，/>
Figure DEST_PATH_IMAGE007
为预测步长，相位漂移量的计算方法为：/>
Figure DEST_PATH_IMAGE008
，其中f表示距离谱，N表示距离谱的长度，fk表示距离谱中的第k个元素，τ表示当前探测和上一次探测之间的时间差，angle表示求复数的相位的函数。
根据本发明的一些实施例，所述对所述目标序列进行检测，并在检测到目标时进行报警动作，包括：
当在所述目标序列中检测到存在大于第一阈值的能量时，确定所述目标序列中存在所述目标，触发报警动作；
当在所述目标序列中检测到存在大于第二阈值但小于所述第一阈值的能量时，进行虚警识别，以判断是否为虚警事件；其中，所述第二阈值小于所述第一阈值；
如果判定为不是虚警事件，则确定所述目标序列中存在所述目标，触发报警动作；
如果判定为虚警事件，或者是所述目标序列中不存在大于所述第二阈值的能量，则开始下一个探测周期。
另一方面，根据本发明实施例的FMCW雷达移动和微动目标检测和识别系统，包括：发射模块，用于向外界间隔发出chirp信号，且每相邻两个chirp信号发出的时间间隔按照预设规律进行变化；接收模块，用于接收外界反射回来的回波chirp信号；混频器，用于对所述chirp信号和所述回波chirp信号进行混频，得到拍频信号；滤波器，用于对所述拍频信号进行滤波；模数转换器，用于对过滤后的所述拍频信号进行模数转换，得到回波序列；转换模块，用于对所述回波序列进行加窗和快速傅里叶变换，得到距离谱；滤波模块，包括慢时间IIR滤波器及慢时间相位预测滤波器，用于对所述距离谱进行慢时间IIR滤波和慢时间相位预测，以获得目标序列，实现对静态物体回波的抑制；检测模块，用于对所述目标序列进行峰值检测；虚警识别模块，用于在所述检测模块检测到所述目标序列中存在大于第二阈值但小于所述第一阈值的能量时，进行虚警识别，以判断是否为虚警事件；报警模块，用于在所述检测模块检测到所述目标序列中存在大于第一阈值的能量，或者是所述虚警识别模块判定为不是虚警事件的情况下，进行报警动作；其中，所述第一阈值大于所述第二阈值。
根据本发明的一些实施例，所述发射模块包括：定时器；信号发生器，所述定时器用于触发所述信号发生器间隔生成所述chirp信号，且每相邻两次chirp信号发出的时间间隔按照预设规律进行变化；发射天线，所述探测信号通过所述发射天线发射到外界。
本发明提出的FMCW雷达移动和微动目标检测和识别方法和系统，至少具有以下有益效果：通过将任意两次探测的时间间隔设置为动态变化的，能够有效改善探测盲区的问题，优化检测性能；通过采用慢时间IIR滤波和慢时间相位预测的方法，能够在有效抑制静态物体的回波的同时，减少探测次数，缓解低速域盲区，满足低功耗的需求。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明实施例的FMCW雷达移动和微动目标检测和识别方法的步骤流程图；
图2为图1示出的步骤S500的具体流程图；
图3为本发明实施例的FMCW雷达移动和微动目标检测和识别系统的结构示意图；
附图标记：
发射模块100、定时器110、信号发生器120、发射天线130、接收模块200、混频器300、滤波器400、模数转换器500、转换模块600、滤波模块700、检测模块800、报警模块900、虚警识别模块1000。
具体实施方式
本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
chirp信号：线性调频信号。
一方面，如图1所示，根据本发明实施例的FMCW雷达移动和微动目标检测和识别方法，包括以下步骤：
步骤S100：FMCW雷达间隔发出一个chirp信号，并获取每次探测得到的回波chirp信号；其中，每相邻两个chirp信号发出的时间间隔按照预设规律进行变化。
具体的，在本示例中，当雷达开机后，每隔一段时间发起一次探测，且任意相邻两次探测之间的时间间隔为按照预设规律进行变化的，每次探测的时刻可以通过下式表达：
Figure DEST_PATH_IMAGE009
；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE010
表示第i次探测的时刻，i取正整数，/>
Figure DEST_PATH_IMAGE011
=0；/>
Figure DEST_PATH_IMAGE012
表示相邻两次探测之间的时间间隔，/>
Figure DEST_PATH_IMAGE013
表示第i次与第i-1次探测之间的时间间隔，/>
Figure 185131DEST_PATH_IMAGE012
的取值可以以T为期望值且随时间变化，其中一种典型的/>
Figure 102272DEST_PATH_IMAGE012
的取值可以是{T/2，3T/2，T/2，3T/2…}这样一个二值交替序列。当然，/>
Figure 757375DEST_PATH_IMAGE012
的取值也可以按照其他的规律进行变化，而不限于此。/>
步骤S200：对回波chirp信号进行加窗和快速傅里叶变换，得到距离谱。
具体的，在本示例中，对获得的回波序列进行加窗，并做快速傅里叶变换，便得到距离谱。距离谱的索引表示距离，幅度代表对应距离上物体的回波能量，相位代表对应距离上物体的回波相位。其中，对回波序列进行加窗可以采用矩形窗、hanning窗（汉宁窗）、hamming窗（汉明窗）、blackman窗（布莱克曼窗）等窗函数，从而降低频谱泄露。在快速傅里叶变换过程中，如果快速傅里叶变换的长度超过N，则对加窗后的序列补零至快速傅里叶变换的长度。第i次探测得到的距离谱可以表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE014
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE015
表示第i次探测得到的距离谱/>
Figure DEST_PATH_IMAGE016
的第n个采样点，N表示采样点的总个数，n和N取正整数，且1≤n≤N。
步骤S300：对历史距离谱进行慢时间IIR滤波和慢时间相位预测，得到预测序列。
步骤S400：用当前距离谱减去预测序列得到目标序列，用目标序列更新慢时间IIR滤波状态和慢时间相位预测状态。
具体的，历史距离谱指的是以往的探测次数中所获得的距离谱，当前距离谱指的是最近一次探测所获得的距离谱。在本示例中，采用慢时间IIR滤波器和慢时间相位预测滤波器，来对之前所获得的所有距离谱进行慢时间IIR滤波和慢时间相位预测。步骤S300和步骤S400的具体流程如下：
慢时间IIR滤波的初始状态为第0个回波chirp信号对应的距离谱，慢时间相位预测的初始状态为0；
将之前的所有回波chirp信号的距离谱作为历史距离谱，将当前的回波chirp信号的距离谱作为当前距离谱；
获取当前发出的chirp信号与上一个chirp信号之间的时间差，作为预测时长；
对历史距离谱进行慢时间IIR滤波和慢时间相位预测，并根据慢时间IIR滤波的输出、慢时间相位预测的输出以及预测时长，运算得到预测序列，预测序列的第k个元素的运算表达式为
Figure 27951DEST_PATH_IMAGE003
，其中/>
Figure 717689DEST_PATH_IMAGE004
表示慢时间相位预测的输出，s表示慢时间IIR滤波的输出，/>
Figure 540151DEST_PATH_IMAGE005
表示预测时长，运算过程如式（1）和式（2）所示：
Figure DEST_PATH_IMAGE017
（1）
Figure DEST_PATH_IMAGE018
（2）
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE019
表示第i次探测的目标序列，通过当前距离谱与预测序列作差而得到；/>
Figure DEST_PATH_IMAGE020
表示预测序列；/>
Figure DEST_PATH_IMAGE021
是第i次探测和第i-1次探测之间的时间间隔，S表示慢时间IIR滤波的输出，
Figure 557917DEST_PATH_IMAGE004
表示慢时间相位预测的输出。其中，S和/>
Figure DEST_PATH_IMAGE022
的计算方法如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE023
（3）
Figure DEST_PATH_IMAGE024
(4)
Figure DEST_PATH_IMAGE025
表示慢时间IIR滤波器的系数，N表示距离谱的长度，/>
Figure DEST_PATH_IMAGE026
是慢时间相位预测滤波器的预测步长，angle表示求复数的相位的函数。
步骤S500：对目标序列进行检测，并在检测到目标时进行报警动作。
具体的，在本示例中，为了检测目标序列中是否存在移动或微动目标，可以检测目标序列中是否有峰值出现（此处的峰值定义为当前点的幅度与其附近局域内点的幅度的比值，这个比值和给定的阈值比较，超过则认为有峰值出现），或者检测是否有超过给定阈值的大能量出现；检测方法包括但不限于CFAR（Constant False Alarm Rate ，恒虚警率）及其变形方法，或者是RCS（Radar Cross Section，雷达截面积）阈值判别算法等，以此来判断目标序列中是否存在移动或微动目标信号。
在本发明的一些实施例中，在对目标序列进行峰值检测时，给定的阈值包括第一阈值和第二阈值，其中第一阈值大于第二阈值，第二阈值表示宽松的门限，第一阈值表示严苛的门限。如图2所示，当检测到目标序列中存在大于第二阈值但小于第一阈值的能量时，便触发虚警识别动作，以判断是否为虚警事件；若不是虚警事件，则确定目标序列中存在目标，并触发报警动作；若是虚警事件，则不进行报警动作，并开始下一个探测周期。当检测到目标序列中存在大于第一阈值的能量时，则无需进行虚警识别，而是直接触发报警动作。其中，虚警识别动作包括但不限于进一步的俯仰角过滤、方位角过滤、径向速率过滤、能量抖动过滤、笛卡尔坐标系区间过滤等操作，甚至借助辅助系统提供额外信息量，从而有效排除虚警事件，降低系统功耗；报警动作包括但不限于亮灯、点亮屏幕、发出响声、启动摄像头录像、警示主控设备或模块开启特定操作等。
为了节省功耗，雷达在发出探测信号的过程中，可以仅开启部分甚至是仅开启一路发射机与一路接收机。而在虚警识别过程中，FMCW雷达的所有发射机和接收机均开机工作且切换至最高性能工作状态（即采用更大的发射功率、更长的探测时间、更多的探测次数、更多的天线开机、电路进入更高性能的工作状态等，也包括但不限于激活摄像头、NFC、麦克风、磁感应、PIR等辅助系统提供额外信息量），以获取最佳探测能力，有效排除虚警事件。
对于FMCW雷达系统来说，其所发出的chirp信号，可以表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE027
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE028
表示该信号的实频点，w表示扫频速度，/>
Figure DEST_PATH_IMAGE029
表示初始相位。
探测信号被环境中物体反射回来的回波信号，被FMCW雷达接收后，回波信号与发射信号进行混频得到拍频信号，拍频信号经过滤波器过滤掉拍频信号后，进入ADC（模数转换器）中进行模数转换，得到的数字信号即是回波序列；对回波序列进行加窗和快速傅里叶变换，则得到距离谱。考虑到普通环境中的物体速度都远小于光速，可以将第i次探测的距离谱
Figure 258282DEST_PATH_IMAGE016
的表达式推导出来并近似表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE030
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE031
（5）
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE032
表示第p个物体在第i次探测中的回波分量；/>
Figure DEST_PATH_IMAGE033
、/>
Figure DEST_PATH_IMAGE034
分别表示第p个物体在第i次探测时的初始距离和径向速度；T表示ADC的采样周期；C表示光速。从式（5）中可以明显看出两个问题：
①当
Figure 553260DEST_PATH_IMAGE034
等于或者接近/>
Figure DEST_PATH_IMAGE035
的整数倍且不足够大到可以引起/>
Figure 421990DEST_PATH_IMAGE033
的显著变化时，
Figure DEST_PATH_IMAGE036
近似成立，这表示当前的微动物体的回波十分近似为静态物体，从而造成了探测盲区的出现。
②式（5）中的频率部分
Figure DEST_PATH_IMAGE037
可以表示为/>
Figure DEST_PATH_IMAGE038
，这意味着在单次探测中一个物体的距离和速度在回波中的表现是等价的，使得静态物体回波可以对微动检测造成虚警干扰，因此要对回波中的静态部分进行抑制。
为了解决上述两个问题，在本发明实施例的FMCW雷达移动和微动目标检测和识别方法中，采用了动态探测间隔、慢时间IIR滤波和慢时间相位预测的机制，从而抑制探测盲区和静态物体回波的干扰，并降低系统功耗。
具体的，根据问题①的描述，本发明实施例的FMCW雷达移动和微动目标检测和识别方法，通过将任意相邻两次探测的时间间隔设置为动态变化的，防止物体速度
Figure DEST_PATH_IMAGE039
在连续两次或者更多次探测中都等于或者接近/>
Figure 927051DEST_PATH_IMAGE035
的整数倍的情况发生，此时第i+1次探测的物体p的回波表达式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE040
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE041
表示第i+1次探测与第i次探测之间的时间间隔。在通常情况下，/>
Figure DEST_PATH_IMAGE042
在两次探测之间近似不变且/>
Figure DEST_PATH_IMAGE043
成立，则上式可简化为：
Figure DEST_PATH_IMAGE044
（6）
比较式（5）和式（6）可以发现，第i+1次探测的回波相对于第i次探测的回波的相位增加量为
Figure DEST_PATH_IMAGE045
，该相位增加量与时间间隔/>
Figure DEST_PATH_IMAGE046
线性相关，这意味着时变的探测间隔引起了时变的相位差，从而使得/>
Figure DEST_PATH_IMAGE047
不会长时间成立，进而规避了问题①。时间间隔/>
Figure DEST_PATH_IMAGE048
的生成方法包括但不限于在0~2T之间均匀分布、在有限取值集合/>
Figure DEST_PATH_IMAGE049
中等概率随机选择或者依次循环选择等。
为了解决问题②，在现有技术中，通常采用的方法是降低探测的时间间隔，增加探测次数，而这种方法会显著增加功耗，不满足低功耗产品的需求。而在本发明实施例中，通过采用慢时间IIR滤波和慢时间相位预测的方式来抑制静态回波，具体过程可以参考上文的描述。为了进行慢时间IIR滤波，可以采用以
Figure DEST_PATH_IMAGE050
为代表的IIR滤波器；其中，/>
Figure 916260DEST_PATH_IMAGE025
表示IIR滤波器的极点位置同时也决定了IIR滤波器的带宽。将上文提到的相位增加量/>
Figure DEST_PATH_IMAGE051
除以时间间隔/>
Figure DEST_PATH_IMAGE052
，得到归一化频率/>
Figure DEST_PATH_IMAGE053
，对于慢速移动物体而言，其归一化频率接近于0。因此，为了区分慢速移动物体和静止物体，进行慢时间IIR滤波所采用的低通滤波器便需要具备极低的截止频率。而IIR滤波器的优点就在于其截止频率仅由/>
Figure 315012DEST_PATH_IMAGE025
决定，改变带宽不会导致资源需求的增加。此外，相位预测机制也对基准频率漂移导致的静态物体回波相位漂移进行了有效的跟踪和预测，使得超低截止频率的低通IIR滤波器具备工程可行性。
综上所述，本发明实施例的FMCW雷达移动和微动目标检测和识别方法，通过采用动态探测间隔、慢时间IIR滤波和慢时间相位预测的方式，既能够抑制探测盲区，优化检测性能，又能够在抑制静态物体的回波的同时，满足低功耗的需求。
另一方面，如图2所示，本发明还提出了一种FMCW雷达移动和微动目标检测和识别系统，包括：
发射模块100，用于向外界间隔发出chirp信号，且每相邻两个chirp信号发出的时间间隔按照预设规律进行变化；
接收模块200，用于接收外界反射回来的回波chirp信号；
混频器300，用于对所述chirp信号和所述回波chirp信号进行混频，得到拍频信号；
滤波器400，用于对拍频信号进行滤波；
模数转换器500，用于对过滤后的拍频信号进行模数转换，得到回波序列；
转换模块600，用于对回波序列进行加窗和快速傅里叶变换，得到距离谱；
滤波模块700，包括慢时间IIR滤波器及慢时间相位预测滤波器，用于对距离谱进行慢时间IIR滤波和慢时间相位预测，以获得目标序列，实现对静态物体回波的抑制；
检测模块800，用于对目标序列进行峰值检测；
虚警识别模块1000，用于在检测模块800检测到目标序列中存在大于第二阈值但小于第一阈值的能量时，进行虚警识别，以判断是否为虚警事件；
报警模块900，用于在检测模块800检测到目标序列中存在大于第一阈值的能量，或者是虚警识别模块1000判定为不是虚警事件的情况下，进行报警动作；其中，第一阈值大于第二阈值。
具体的，如图2所示，在本发明实施例中，发射模块100包括定时器110、信号发生器120和发射天线130，定时器110用于触发信号发生器120间隔生成chirp信号，且每相邻两次chirp信号发出的时间间隔按照预设规律进行变化；发射天线130用于将chirp信号发射到外界。在雷达开机后，信号发生器120在定时器110的触发下，每隔一段时间发送chirp信号到发射天线130，进而辐射到外界环境中，chirp信号可由下式定义：
Figure 620222DEST_PATH_IMAGE027
chirp信号被外界物体反射回来的回波被接收模块200所接收；其中，如图2所示，接收模块200包括若干个接收天线。在这个探测过程中，为了节省功耗，雷达系统可以只开启部分甚至仅开启一路发射机与接收机。
接收模块200所接收的回波chirp信号，与信号发生器120生成的chirp信号，在混频器300中进行混频，从而得到拍频信号；随后，滤波器400对拍频信号进行滤波，此处的滤波器400可以采用带通滤波器，从而从拍频信号中过滤掉拍频信号，并送入模数转换器500中进行模数转换；模数转换器500生成的数字信号便是回波序列；对回波序列进行加窗和快速傅里叶变换，即可得到距离谱。通过上文的分析可以知道，第i次探测的距离谱
Figure 861848DEST_PATH_IMAGE016
可以表示为：/>
Figure 136971DEST_PATH_IMAGE030
其中，
Figure 632371DEST_PATH_IMAGE031
当
Figure 967538DEST_PATH_IMAGE039
等于或者接近/>
Figure 571825DEST_PATH_IMAGE035
的整数倍且不足够大到可以引起/>
Figure DEST_PATH_IMAGE054
的显著变化时，
Figure DEST_PATH_IMAGE055
近似成立，这表示当前的微动物体的回波十分近似为静态物体，从而造成了探测盲区的出现。而通过将任意两次探测的时间间隔设置为动态变化的，便能够引入时变的相位差，使得/>
Figure 526006DEST_PATH_IMAGE055
不会长时间成立，进而有效改善探测盲区的问题。
模数转换器500生成回波序列后，所有的回波序列会在转换模块600中经过加窗和快速傅里叶变换后，得到距离谱。距离谱进入滤波模块700中，进行慢时间IIR滤波和慢时间相位预测，实现对静态物体反射回波的抑制，并得到目标序列。通过上述的分析可以知道，通过采用慢时间IIR滤波和慢时间相位预测的方式，可以有效抑制静态回波，并减少探测次数，缓解盲区，满足低功耗的需求。
检测模块800检测目标序列中是否存在移动和微动目标信号，采用的检测方法包括但不限于CFAR（Constant False Alarm Rate ，恒虚警率）及其变形方法，或者是RCS（Radar Cross Section，雷达截面积）阈值判别算法等，以此来判断距离谱中是否存在超过给定阈值的能量。
报警模块900用于在检测模块800检测到目标序列中存在大于第一阈值的能量，或者是虚警识别模块1000判定为不是虚警事件的情况下，进行报警动作，报警动作包括但不限于亮灯、点亮屏幕、发出响声、启动摄像头录像、警示主控设备或模块开启特定操作等。
在本发明实施例中，为了避免虚警问题，FMCW雷达移动和微动目标检测和识别系统还设置了虚警识别模块1000。在检测模块800的检测方法中，预先设定了第一阈值和第二阈值，第二阈值大于第一阈值；如果检测模块800检测到距离谱中存在大于第二阈值但小于第一阈值的能量时，为了避免虚警问题，便会触发虚警识别模块1000进行虚警识别动作，虚警识别动作包括但不限于俯仰角过滤、方位角过滤、径向速率过滤等操作，从而有效排除虚警事件；而当检测模块800检测到距离谱中存在大于第一阈值的能量时，便无需触发虚警识别模块1000，而是直接触发报警模块900进行报警动作。
综上所述，根据本发明实施例的FMCW雷达移动和微动目标检测和识别系统，通过采用动态探测间隔、慢时间IIR滤波和慢时间相位预测的方式，既能够抑制探测盲区，优化检测性能，又能够降低系统功耗，满足低功耗产品的需求；同时，通过设置虚警识别模块1000，还能够有效避免虚警事件。
尽管本文描述了具体实施方案，但是本领域中的普通技术人员将认识到，许多其它修改或另选的实施方案同样处于本公开的范围内。例如，结合特定设备或组件描述的功能和/或处理能力中的任一项可以由任何其它设备或部件来执行。另外，虽然已根据本公开的实施方案描述了各种示例性具体实施和架构，但是本领域中的普通技术人员将认识到，对本文所述的示例性具体实施和架构的许多其它修改也处于本公开的范围内。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (6)

1.一种FMCW雷达移动和微动目标检测和识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
FMCW雷达间隔发出一个chirp信号，并获取每次探测得到的回波chirp信号；其中，每相邻两个chirp信号发出的时间间隔按照预设规律进行变化；
对所述回波chirp信号进行加窗和快速傅里叶变换，得到距离谱；
对历史距离谱进行慢时间IIR滤波和慢时间相位预测，得到预测序列；
用当前距离谱减去所述预测序列得到目标序列，用所述目标序列更新慢时间IIR滤波状态和慢时间相位预测状态；
对所述目标序列进行检测，并在检测到目标时进行报警动作；
其中，所述对历史距离谱进行慢时间IIR滤波和慢时间相位预测，得到预测序列，包括：
将之前的所有回波chirp信号的距离谱作为历史距离谱，将当前的回波chirp信号的距离谱作为当前距离谱；
获取当前发出的chirp信号与上一个chirp信号之间的时间差，作为预测时长；
对所述历史距离谱进行慢时间IIR滤波和慢时间相位预测，并根据慢时间IIR滤波的输出、慢时间相位预测的输出以及所述预测时长，运算得到所述预测序列，所述预测序列的第k个元素的运算表达式为ejkτθsk，其中θ表示慢时间相位预测的输出，s表示慢时间IIR滤波的输出，τ表示所述预测时长。
2.根据权利要求1所述的FMCW雷达移动和微动目标检测和识别方法，其特征在于，所述慢时间IIR滤波状态表示慢时间IIR滤波器中的所有累加器的值，所述慢时间相位预测状态表示距离谱的整体相位漂移速率；
所述用所述目标序列更新慢时间IIR滤波状态和慢时间相位预测状态，包括：
将所述目标序列发送至慢时间IIR滤波器中进行滤波，以更新慢时间IIR滤波状态；
计算所述目标序列的相位漂移量，并将计算结果发送至慢时间相位预测滤波器中进行滤波，以更新慢时间相位预测状态。
3.根据权利要求2所述的FMCW雷达移动和微动目标检测和识别方法，其特征在于，所述慢时间相位预测滤波器采用的传递函数为μ/(1-z-1)，μ为预测步长，相位漂移量的计算方法为：
Figure QLYQS_1
其中f表示距离谱，N表示距离谱的长度，fk表示距离谱中的第k个元素，τ表示当前探测和上一次探测之间的时间差，angle表示求复数的相位的函数。
4.根据权利要求1所述的FMCW雷达移动和微动目标检测和识别方法，其特征在于，所述对所述目标序列进行检测，并在检测到目标时进行报警动作，包括：
当在所述目标序列中检测到存在大于第一阈值的能量时，确定所述目标序列中存在所述目标，触发报警动作；
当在所述目标序列中检测到存在大于第二阈值但小于所述第一阈值的能量时，进行虚警识别，以判断是否为虚警事件；其中，所述第二阈值小于所述第一阈值；
如果判定为不是虚警事件，则确定所述目标序列中存在所述目标，触发报警动作；
如果判定为虚警事件，或者是所述目标序列中不存在大于所述第二阈值的能量，则开始下一个探测周期。
5.一种FMCW雷达移动和微动目标检测和识别系统，其特征在于，包括：
发射模块，用于向外界间隔发出chirp信号，且每相邻两个chirp信号发出的时间间隔按照预设规律进行变化；
接收模块，用于接收外界反射回来的回波chirp信号；
混频器，用于对所述chirp信号和所述回波chirp信号进行混频，得到拍频信号；
滤波器，用于对所述拍频信号进行滤波；
模数转换器，用于对过滤后的所述拍频信号进行模数转换，得到回波序列；
转换模块，用于对所述回波序列进行加窗和快速傅里叶变换，得到距离谱；
滤波模块，包括慢时间IIR滤波器及慢时间相位预测滤波器，用于对所述距离谱进行慢时间IIR滤波和慢时间相位预测，以获得目标序列，实现对静态物体回波的抑制；
检测模块，用于对所述目标序列进行峰值检测；
虚警识别模块，用于在所述检测模块检测到所述目标序列中存在大于第二阈值但小于第一阈值的能量时，进行虚警识别，以判断是否为虚警事件；
报警模块，用于在所述检测模块检测到所述目标序列中存在大于第一阈值的能量，或者是所述虚警识别模块判定为不是虚警事件的情况下，进行报警动作；其中，所述第一阈值大于所述第二阈值。
6.根据权利要求5所述的FMCW雷达移动和微动目标检测和识别系统，其特征在于，所述发射模块包括：
定时器；
信号发生器，所述定时器用于触发所述信号发生器间隔生成所述chirp信号，且每相邻两次chirp信号发出的时间间隔按照预设规律进行变化；
发射天线，所述chirp信号通过所述发射天线发射到外界。
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