CN117331084A - 基于fmcw激光雷达的目标运动参数测量方法和系统 - Google Patents

基于fmcw激光雷达的目标运动参数测量方法和系统 Download PDF

Info

Publication number
CN117331084A
CN117331084A CN202311292754.4A CN202311292754A CN117331084A CN 117331084 A CN117331084 A CN 117331084A CN 202311292754 A CN202311292754 A CN 202311292754A CN 117331084 A CN117331084 A CN 117331084A
Authority
CN
China
Prior art keywords
frequency
sweep
slope
target
sub
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202311292754.4A
Other languages
English (en)
Inventor
林伟
沈俭
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LeiShen Intelligent System Co Ltd
Original Assignee
LeiShen Intelligent System Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LeiShen Intelligent System Co Ltd filed Critical LeiShen Intelligent System Co Ltd
Priority to CN202311292754.4A priority Critical patent/CN117331084A/zh
Publication of CN117331084A publication Critical patent/CN117331084A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/4802—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00 using analysis of echo signal for target characterisation; Target signature; Target cross-section
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/491—Details of non-pulse systems
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
    • Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

本发明属于激光雷达技术领域，涉及一种基于FMCW激光雷达的目标运动参数测量方法和系统，该方法包括：向探测范围内的目标发射周期性调频连续波，一个扫频周期的时频波形包括上扫频段和下扫频段，每个扫频段包括具有不同扫频斜率且扫频斜率从基础扫频斜率依次减小的至少两个子扫频段；基于目标返回的回波信号，分别计算一个扫描周期内上扫频段和下扫频段的至少两个子扫频段对应的拍频信号的频率值的绝对值；根据上扫频段和/或下扫频段对应的拍频信号的频率值的绝对值，确定上扫频段和下扫频段对应的拍频信号的实际频率值；基于实际频率值，计算目标的运动参数。该方法可以准确测量目标在距离激光雷达较近且其径向运动速度较大时的运动参数。

Description

基于FMCW激光雷达的目标运动参数测量方法和系统
技术领域
本申请属于激光雷达技术领域，尤其涉及一种基于FMCW激光雷达的目标运动参数测量方法和系统。
背景技术
激光雷达是目标运动特性测量设备的主流技术方向之一，它运用激光的能量集中、单色性好、相干性好等优异性能，将激光发往被测目标，测量由被测目标反射或（/和）散射回来的光波的物理特性并进行分析，从而获得所需要的目标运动特性。其中，常见的有两种，即基于TOF技术的激光雷达（简称TOF激光雷达）和基于FMCW技术的激光雷达（简称FMCW激光雷达），尤其是FMCW激光雷达，可用于目标的测距、测速，获得了广泛的应用。
目前，FMCW激光雷达的主流模式是对称三角波FMCW激光雷达，基于对称三角波FMCW激光雷达的工作原理，可以得到被测目标的运动信息，如目标物体到激光雷达之间的距离、目标物体相对于激光雷达的径向速度等。然而，在研究中发现，当被测目标距离激光雷达比较近并且其径向运动速度比较大的时候，利用上述的常规处理方式，无法测得正确的目标运动参数，即存在测量结果不准的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种基于FMCW激光雷达的目标运动参数测量方法和系统，尤其可以实现对近程快速运动的目标进行运动参数的准确测量。
第一方面，本发明提供一种基于FMCW激光雷达的目标运动参数测量方法，包括：
向探测范围内的目标发射周期性调频连续波，其中，一个扫频周期的调频连续波的时频波形包括上扫频段和下扫频段，每个扫频段包括具有不同扫频斜率且扫频斜率从基础扫频斜率依次减小的至少两个子扫频段；
基于所述目标返回的回波信号，分别计算一个扫频周期内所述上扫频段和所述下扫频段的至少两个子扫频段对应的拍频信号的频率值的绝对值；
根据所述上扫频段和/或所述下扫频段的所述至少两个子扫频段对应的拍频信号的频率值的绝对值，确定所述上扫频段和所述下扫频段中扫频斜率为基础扫频斜率的子扫频段对应的拍频信号的实际频率值；
基于所述实际频率值，计算所述目标的运动参数。
第二方面，本发明提供一种基于FMCW激光雷达的目标运动参数测量系统，包括：
信号源发射模块，用于向探测范围内的目标发射周期性调频连续波，其中，一个扫频周期的调频连续波的时频波形包括上扫频段和下扫频段，每个扫频段包括具有不同扫频斜率且扫频斜率从基础扫频斜率依次减小的至少两个子扫频段；
拍频信号测量模块，用于基于所述目标返回的回波信号，分别计算一个扫频周期内所述上扫频段和所述下扫频段的至少两个子扫频段对应的拍频信号的频率值的绝对值；
负频率感知模块，用于根据所述上扫频段和/或所述下扫频段的至少两个子扫频段对应的拍频信号的频率值的绝对值，确定所述上扫频段和所述下扫频段中扫频斜率为基础扫频斜率的子扫频段对应的拍频信号的实际频率值；
运动参数获取模块，用于基于所述实际频率值，计算所述目标的运动参数。
第三方面，本发明提供一种FMCW激光雷达，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器用于执行所述计算机程序以实施所述的基于FMCW激光雷达的目标运动参数测量方法。
第四方面，本申请实施例提供一种FMCW激光雷达系统，包括：
如上述的FMCW激光雷达；
上位机，与所述FMCW激光雷达通信连接，用于接收所述FMCW激光雷达发送的所述目标的运动参数。
第五方面，本申请实施例提供一种终端设备，包括上述的FMCW激光雷达。
本发明具有如下有益效果：
本发明提出的基于FMCW激光雷达的目标运动参数测量方法以对称三角波FMCW激光雷达为基础模式，向探测范围内的目标发射周期性调频连续波，其中，一个扫频周期的调频连续波的时频波形包括上扫频段和下扫频段，每个扫频段包括具有不同扫频斜率且扫频斜率从基础扫频斜率依次减小的至少两个子扫频段；基于目标返回的回波信号，分别计算一个扫频周期内该上扫频段和下扫频段的至少两个子扫频段对应的拍频信号的频率值的绝对值，然后根据上扫频段和/或下扫频段对应的该频率值的绝对值，确定上扫频段和下扫频段中扫频斜率为基础扫频斜率的子扫频段对应的拍频信号的实际频率值，进而基于该实际频率值，计算该目标的运动参数。通过对调频连续波进行扫频斜率调整，可以感知近程快速目标所特有的负频率，进而确定目标是否为近程快速目标，以便进行频率值的绝对值的针对性调整并计算出正确的目标运动参数。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对发明中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了本发明实施例的FMCW激光雷达的一种应用示意图；
图2示出了对称三角波FMCW激光雷达在回波信号多普勒频移增大导致上扫频段拍频信号为负的波形分析图；
图3示出了对称三角波FMCW激光雷达在回波信号多普勒频移增大导致下扫频段拍频信号为负的波形分析图；
图4示出了本发明实施例基于FMCW激光雷达的目标运动参数测量方法的流程图；
图5示出了本发明实施例的调频连续波的第一种波形；
图6示出了本发明实施例的调频连续波的第二种波形；
图7示出了本发明实施例的调频连续波的第三种波形；
图8示出了本发明实施例基于FMCW激光雷达的目标运动参数测量方法的第一种负频率判断的流程图；
图9示出了本发明实施例基于FMCW激光雷达的目标运动参数测量方法的第二种负频率判断的流程图；
图10示出了本发明实施例基于FMCW激光雷达的目标运动参数测量方法的第三种负频率判断的流程图；
图11示出了本发明实施例基于FMCW激光雷达的目标运动参数测量系统的结构示意图；
图12示出了FMCW激光雷达的系统框图；
图13示出了本发明实施例的FMCW激光雷达的改进部分的示意图。
实施方式
下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在下文中，可在本申请的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
除非另有限定，否则这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本申请的各种实施例中被清楚地限定。
下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互结合。
图1为本申请实施例的FMCW激光雷达的一种应用示意图。在实际运用中，该FMCW激光雷达可以设置在如车辆、飞行器、路侧监控平台等各种移动式或固定式的设备上，可以利用该FMCW激光雷达对目标物体按照基于本申请实施例的方法进行目标运动参数测量，获得需要的目标运动特性。示范性地，FMCW激光雷达可以安装在移动或固定的载具平台上，向目标物体发射出调频激光光波，当激光光波遇到目标物体时，由目标反射或（/和）散射回来的激光光波在FMCW激光雷达中进行接收并处理，可以计算出当前目标的距离、速度等运动参数，最后可再将这些参数发送给载具平台的上位机，由上位机实现各种应用层功能，如载具平台的自身状态控制、目标追踪等。
常规的对称三角波FMCW激光雷达用于发射连续的激光束，激光束的频率被调制为周期性变化，如图2所示，频率变化的时域波形是对称三角波，对应于三角波上升、下降沿的发射光频率变化过程分别被称为“上扫频”、“下扫频”。具体地，对称三角波FMCW激光雷达把接收到的由目标反射或（/和）散射而返回的发射光信号（称为“回波信号”）与本地参考光（其频率变化过程与发射光同步，称为“本振信号”）进行混频，以获得本振信号与回波信号的拍频信号（为中频段信号），再通过频谱分析算法（以FFT及其变形、拓展等算法为基础）分析分别对应于三角波的上升沿、下降沿时段的拍频信号（又称为“上扫频段中频信号”、“下扫频段中频信号”）的频率，得到目标物体到激光雷达之间的距离、目标物体相对于激光雷达的径向速度。其中，上述常规的对称三角波FMCW激光雷达的工作原理可参考哈尔滨工业大学的2021年硕士学术论文《FMCW激光雷达测距测速信号处理算法研究》等，这里不作进一步具体展开描述。
然而对于测量近程快速目标的应用场景下，上述对称三角波的测量原理并不适用，于是发明人对测量结果出现错误的原因进行了大量分析，然后提出了本申请的基于FMCW激光雷达的目标运动参数测量方法。下面对出现错误的原因进行说明。
在常规FMCW激光雷达中，上、下扫频段的拍频信号的频率值计算公式分别如下：
fbu = fIF – fd ； fbd = fIF + fd ；
式中，fbu和fbd分别为上扫频段和下扫频段的拍频信号的频率值；fIF为目标相对于激光雷达静止的情况下本振信号与回波信号混频而得到的中频信号频率；fd是由目标相对于激光雷达的径向运动而导致的回波信号多普勒频移量，其中，当目标的径向相对运动速度朝向激光雷达时，fd的值为正，而当目标的径向相对运动速度背向激光雷达时，fd的值为负。
如图2所示，当 fd为正值且其值大于fIF 时，fbu将为负值，即，图2中回波信号的虚线三角波因目标朝向激光雷达的径向速度增加而整体向上平移，如图2中的虚线箭头所示，直至其上升沿向上越过了本振信号的上升沿，如图2中位置较高的虚线三角波所示，此时fbu将为负值。其物理意义是，在上扫频段回波信号与本振信号混频时，回波信号由于多普勒效应而增加的频率值，大于目标静止且位于相同位置的情况下得到的上扫频中频信号的频率值fIF，也就是说，在不考虑目标距离变化的情况下，当朝向激光雷达的径向运动速度太快，产生的多普勒频移的绝对值|fd|超过了当前距离下的fIF，即上扫频段回波信号频率向下“回调”的幅度超过了fIF，就会使fbu表现为负值。然而，从基于以FFT（快速傅里叶变换）为基础的频谱分析算法检测拍频信号频率的角度看来，这种“过回调”的效果具体到回波信号与本振信号的拍频结果-负频率-上，这种“负频率”属性是无法直接检测到的，以FFT为基础的频谱分析算法能测得的上扫频段中频信号的频率是|fbu|。进而，由于fbu在常规FMCW激光雷达算法中是作为加/减项计入测距及测速公式的，所以其值在测量阶段即被取反将导致后续计算结果的错误。
同理，如图3所示，对应于fd值为负的情况，当 fd为负值且其绝对值大于fIF 时，fbd将为负值。同样，由于以FFT为基础的频谱分析算法只能测得下扫频段中频信号的频率是|fbd|，fbd在常规FMCW激光雷达算法中是作为加/减项计入测距及测速公式的，所以其值在测量阶段即被取反将导致后续计算结果的错误。
综上，当目标对象与FMCW激光雷达之间的距离较近且具有较高的径向运动速度时，以至于使fbu/fbd中的一个成为负值，并且，由于混频处理、以FFT为基础的频谱分析算法的固有属性，这种“负频率”属性在常规FMCW激光雷达算法中是无法直接感知的，只能测量得到频率的绝对值，从而导致基于fbu、fbd计算得到错误的距离、速度值。基于此，以对称三角波FMCW激光雷达的原理为基础，本申请提出一种感知负频率并进行频率值的绝对值调整的方法来解决上述问题，不仅可以适用于距离较远或（/和）运动速度较慢的目标对象，尤其还可以适用于距离激光雷达比较近并且其径向运动速度比较大的目标对象（简称“近程快速目标”），以测量得到准确的目标运动参数。
可以理解的是，本申请主要针对的是单回波检测，关于多回波问题，这里暂不考虑。由于激光雷达的光束发散角比较小，探测目标时以点云模式工作，尤其是在其常用的目标速度范围内（上限约为几十米每秒），导致负频率的距离一般来说在几十米之内，从而使打在目标上的光斑的等效直径比较小，光斑覆盖多个目标的情况不会很严重。
下面对本申请中提及的一些术语进行解释。
基础扫频斜率Gm：常规的对称三角波FMCW激光雷达中定义的扫频斜率，即指发射激光频率在单位时间内的变化量的绝对值；
基础斜率上扫频段Mu：采用基础扫频斜率Gm的上扫频时段，即，未改变扫频斜率的上扫频时段；
基础斜率下扫频段Md：采用基础扫频斜率Gm的下扫频时段，即，未改变扫频斜率的下扫频时段；
偏置斜率上扫频段Nu：上述在扫频周期的上扫频段中设置的采用不同于基础扫频斜率Gm的扫频斜率的上扫频段；
偏置斜率下扫频段Nd：上述在扫频周期的下扫频段中设置的采用不同于基础扫频斜率Gm的扫频斜率的下扫频段；
偏置上扫频斜率Gun：偏置斜率上扫频段Nu的扫频斜率；
偏置下扫频斜率Gdn：偏置斜率下扫频段Nd的扫频斜率；
基础斜率上扫频段的拍频信号频率fbum：在基础斜率上扫频段Mu测得的（中频）拍频信号的频率；
基础斜率下扫频段的拍频信号频率fbdm：在基础斜率下扫频段Md测得的（中频）拍频信号的频率；
基础斜率扫频段的路程频差fIFm：在当前目标距离（在扫频周期时长数量级的时段内可以忽略目标距离的变化）下，在基础斜率上、下扫频段Mu、Md内，拍频信号的频率值中由飞行时间、扫频斜率产生的一维频率分量；
偏置斜率上扫频段的拍频信号频率fbun：在偏置斜率上扫频段Nu测得的（中频）拍频信号的频率；
偏置斜率下扫频段的拍频信号频率fbdn：在偏置斜率下扫频段Nd测得的（中频）拍频信号的频率；
偏置斜率扫频段路程频差fIFn：在当前目标距离（在扫频周期时长数量级的时段内可以忽略目标距离的变化）下，在偏置斜率上、下扫频段Nu、Nd内，拍频信号的频率值中由飞行时间、扫频斜率产生的一维频率分量；
当前多普勒频移fd：在当前目标速度（在扫频周期时长数量级的时段内可以忽略目标速度的变化）下，在基础斜率上、下扫频段Mu、Md以及偏置斜率上、下扫频段Nu、Nd内，拍频信号的频率值中由多普勒频移产生的一维频率分量。
下面结合具体的实施例，对本申请的基于FMCW激光雷达的目标运动参数测量方法进行说明。示范性地，如图4所示，该基于FMCW激光雷达的目标运动参数测量方法包括步骤S110~S140：
S110，向探测范围内的目标发射周期性调频连续波，其中，一个扫频周期的调频连续波包括上扫频段和下扫频段，每个扫频段包括具有不同扫频斜率且扫频斜率从基础扫频斜率依次减小的至少两个子扫频段。
其中，周期性调频连续波是指以设定的扫频周期连续发射的调制激光光波。参照对称三角波FMCW激光雷达，在一种实施例中，一个扫频周期的调频连续波的时频波形同样包括上扫频段和下扫频段，其中，上扫频段和下扫频段为扫频方向相反的两种扫频区间。值得注意的是，与常规的对称三角波不同，本申请中的调频连续波在单个扫频周期内，每个扫频段包括至少两个子扫频段，其中一个子扫频段的扫频斜率为基础扫频斜率，而其他子扫频段的扫频斜率不同于基础扫频斜率，换言之，上、下扫频段中各自设置有至少两种不同的扫频斜率。可以理解，这里对同一扫频段按照扫频斜率的不同划分成不同的子扫频段。
通常地，在周期性对称三角波的一个扫频周期内，上、下扫频段中只有一个基础扫频斜率Gm，为得到本实施例中的调频连续波，此时需要在上扫频段和下扫频段对扫频斜率分别进行调整，调整后的扫频斜率称为偏置扫频斜率。于是，上扫频段将包括由基础扫频斜率和偏置上扫频斜率构成的至少两个子扫频段，同理，下扫频段将包括由基础扫频斜率和偏置下扫频斜率构成的至少两个子扫频段。值得注意的是，在本实施例中，每个扫频段的至少两个子扫频段的扫频斜率从基础斜率依次减小，即偏置上扫频斜率和偏置下扫频斜率均会小于基础扫频斜率。可以理解，基础扫频斜率、偏置上扫频斜率和偏置下扫频斜率的大小可根据实际需求取值，当选取不同的取值时，对应的调频连续波的波形也会存在差异。
对于调频连续波的上扫频段和下扫频段，例如，可以设置为每个扫频段的至少两个子扫频段中扫频斜率等于基础扫频斜率的子扫频段的时长大于其他子扫频段的时长，当然也可以是每个扫频段内所有子扫频段的时长相等，这里不作限定。进一步可选地，每个扫频段的至少两个子扫频段在时域上连续。
下面以每个扫频段包括两个子扫频段为例，示范性地，一个扫频周期内的每个扫频段包括第一子扫频段和第二子扫频段，其中，第一子扫频段的扫频斜率为基础扫频斜率，其会大于第二子扫频段的扫频斜率（即为偏置扫频斜率）。
在一种实施方式中，在调频连续波的一个扫频周期内，上扫频段的第二子扫频段与下扫频段的第一子扫频段在时域上连续，并且偏置上扫频斜率和偏置下扫频斜率均不为零。如图5所示，实线表示的是发射激光时-频波形，相同波形的虚线是其回波时-频波形。可以看到，上扫频段包括线段L1和L2，其中，第一子扫频段（对应于第一条实线线段L1）的斜率为基础扫频斜率Gm，第二子扫频段（对应于实线线段L2）的斜率为偏置上扫频斜率Gun；且符合扫频斜率依次减小的规律，即Gm>Gun；同样，下扫频段包括线段L3和L4，其中，第三子扫频段（对应于实线线段L3）的斜率为负的基础扫频斜率Gm，第四子扫频段（对应于实线线段L4）的斜率为偏置下扫频斜率Gdn，且满足Gm>Gdn。可以理解，在一个扫频周期内，扫频斜率不等于基础扫频斜率的子扫频段的时长至少可以完成一次拍频信号频率值的绝对值的测量，换言之，单个扫频周期至少应当确保在此线性扫频段内能够完成一次回波拍频中频频率的测量。
在另一种实施方式中，在调频连续波的一个扫频周期内，上扫频段的第二子扫频段与下扫频段的第二子扫频段在时域上连续，并且偏置上扫频斜率Gun、偏置下扫频斜率Gdn均设置为0，即形成如图6所示的波形。可以理解，本实施方式将调频连续波的扫频周期波形划分为四个子扫频段。
在又一种实施方式中，调频连续波还可以为变周期三角波，具体地，上扫频段的第一子扫频段与下扫频段的第一子扫频段在时域上连续，并且上扫频段的第二子扫频段与下扫频段的第二子扫频段在时域上连续，如图7所示，一个扫频周期将包括两个三角尖峰，这两个尖峰的线段斜率不同，即相当于将偏置斜率上扫频段Nu移到了基础斜率下扫频段Md的后面；把偏置斜率下扫频段Nd移到了基础斜率上扫频段Mu的后面。
对于上述步骤S110，示范性地，FMCW激光雷达向目标周期性发射上述调频连续波后，会接收由目标反射回来的激光光波，以用于目标运动参数的计算。
S120，基于目标返回的回波信号，分别计算一个扫频周期内上扫频段和下扫频段的至少两个子扫频段对应的拍频信号的频率值的绝对值。
参照对称三角波FMCW激光雷达的测量原理，示范性地，当FMCW激光雷达接收到由目标反射和/或返回的发射光信号（即回波信号）后，将回波信号与本振信号进行混频，从而获得位于中频段的拍频信号；再通过基于FFT类算法的频谱分析，可分别得到每个扫频周期内上扫频段、下扫频段的拍频信号的频率（即上述频率值的绝对值）。其中，关于基于FFT类算法的频谱获取与分析同样可参考已公开文献，如上述论文《FMCW激光雷达测距测速信号处理算法研究》、期刊论文《基于FPGA的LFMCW雷达信号处理算法及实现》、《基于多相滤波结构的ZoomFFT及其FPGA实现》等，故这里不再展开描述。
S130，根据上扫频段和/或下扫频段的至少两个子扫频段对应的拍频信号的频率值的绝对值，确定上扫频段和下扫频段中扫频斜率为基础扫频斜率的子扫频段对应的拍频信号的实际频率值。
本实施例中，通过感知目标对应的拍频信号中是否存在“负频率”以及是哪一个扫频段具备“负频率”属性，其中，所述的负频率是近程快速目标特有的一种频率属性，进而基于这个感知结果针对性地对相应扫频段（上或下扫频段）中扫频斜率为基础扫频斜率的子扫频段对应的拍频信号的频率值的绝对值做出调整处理，使后续算法模块可以最终获得正确的距离、速度等目标运动参数。
示范性地，对于上述步骤S130，可先计算上扫频段的至少两个子扫频段对应的拍频信号的频率值的绝对值的上扫频频率序列和下扫频段的至少两个子扫频段对应的拍频信号的频率值的绝对值的下扫频频率序列；然后根据上扫频频率序列和/或下扫频频率序列，确定上扫频段和下扫频段中扫频斜率为基础扫频斜率的子扫频段对应的拍频信号的实际频率值。可选地，在确定实际频率值之前，可选取上扫频段或下扫频段作为目标扫频段，以判定出该扫频段中是否存在“负频率”。当然也可以根据两个扫频段各自的频率序列来分别判定，换言之，本实施例中可以不限定是对上扫频段和下扫频段的频率序列的判断执行顺序，可以是两者中择一作为目标扫频段来判定，也可以是同时对两者均进行判定，这里不作限定。
例如，对于选取的目标扫频段，判定该目标扫频段的频率序列的变化规律是否为依次增大；若依次增大，则说明该目标扫频频率序列对应的扫频段拍频信号的频率为负频率，故对目标扫频段中扫频斜率为基础扫频斜率的子扫频段对应的拍频信号的频率值的绝对值取反，另一扫频段中扫频斜率为基础扫频斜率的子扫频段对应的拍频信号的频率值的绝对值保持不变，由此得到上扫频段和下扫频段中扫频斜率为基础扫频斜率的子扫频段对应的拍频信号的实际频率值。反之，若没有依次增大，则说明该目标扫频频率序列对应的扫频段拍频信号的频率不为负频率，故需要继续判断另一扫频段的频率序列的变化规律是否为依次增大。
进而，若该另一扫频段的频率序列的变化规律呈依次增大，则说明该另一扫频频率序列对应的扫频段拍频信号的频率为负频率，故对该另一扫频段中扫频斜率为基础扫频斜率的子扫频段对应的拍频信号的频率值的绝对值取反，此时将上述目标扫频段中扫频斜率为基础扫频斜率的子扫频段对应的拍频信号的频率值的绝对值保持不变，由此得到上扫频段和下扫频段中扫频斜率为基础扫频斜率的子扫频段对应的拍频信号的实际频率值。可以理解，若上述的目标扫频段为上扫频段，则该另一扫频段应为下扫频段；若目标扫频段为下扫频段，则该另一扫频段应为上扫频段。
仍以每个扫频段包括两个子扫频段为例，假设每个扫频段包括沿时间轴方向依次设置的第一子扫频段和第二子扫频段，其中，第一子扫频段的扫频斜率为基础扫频斜率，第二子扫频段的扫频斜率小于基础扫频斜率，于是，对于上述步骤S130，包括：
通过比较上扫频段和/或下扫频段的第一子扫频段和第二子扫频段对应的拍频信号的频率值的绝对值的大小，确定上扫频段和下扫频段中扫频斜率为基础扫频斜率的子扫频段对应的拍频信号的实际频率值。
具体地，可选取上扫频段或下扫频段作为目标扫频段；然后，判断该目标扫频段的第二子扫频段对应的拍频信号的频率值的绝对值是否大于目标扫频段的第一子扫频段对应的拍频信号的频率值的绝对值；若是，则对目标扫频段的第一子扫频段对应的拍频信号的频率值的绝对值取反，另一扫频段的第一子扫频段对应的拍频信号的频率值的绝对值保持不变，得到上扫频段和下扫频段的第一子扫频对应的拍频信号的实际频率值；若否，继续判断另一扫频段的第二子扫频段对应的拍频信号的频率值的绝对值是否大于另一扫频段的第一子扫频段对应的拍频信号的频率值的绝对值；若是，则对另一扫频段的第一子扫频段对应的拍频信号的频率值的绝对值取反，目标扫频段的第一子扫频段对应的拍频信号的频率值的绝对值保持不变，得到上扫频段和下扫频段的第一子扫频对应的拍频信号的实际频率值。
如图8所示，以对称三角波为基础，设置上扫频段的两个子扫频段依次为基础扫频斜率Gm和偏置上扫频斜率Gun，且Gun<Gm（呈依次减小趋势）；以及，设置下扫频段的两个子扫频段依次为偏置下扫频斜率Gdn和基础扫频斜率Gm，且Gdn<Gm（呈依次减小趋势）；接着，按照上述的调频连续波对各个扫频段拍频信号进行测量，基于常规FMCW激光雷达的方法测量得到每个扫频周期内各个子扫频段的拍频信号频率的绝对值，如图8所示，分别包括：基础斜率上扫频段的频率值的绝对值|fbum|、基础斜率下扫频段的频率值的绝对值|fbdm|、偏置斜率上扫频段的频率值的绝对值|fbun|、偏置斜率下扫频段的频率值的绝对值|fbdn|。于是，对每个扫频周期的上和/或下扫频段进行负频率判断，例如，以上扫频段作为目标扫频段为例，在由基础扫频斜率Gm切换到偏置上扫频斜率Gun时，将第一和第二子扫频段分别获得的频率值的绝对值|fbum|和|fbun|进行大小比较；若|fbun|>|fbum|，则判定该上扫频段中扫频斜率为基础扫频斜率的子扫频段对应的拍频信号的实际频率值fbum小于0，即对应的拍频信号频率值的绝对值为负频率，此时将第一子扫频段对应的拍频信号的频率值的绝对值取反（即令fbum= -|fbum|），而下扫频段的第一子扫频段对应的拍频信号的频率值的绝对值保持不变（即fbdm= |fbdm|），由此得到上扫频段和下扫频段的第一子扫频对应的拍频信号的实际频率值；反之，则判定不为负频率。于是，接着对下扫频段进行相同判定操作，若|fbdn|>|fbdm|，则判定下扫频段中扫频斜率为基础扫频斜率的子扫频段对应的拍频信号的实际频率值fbum小于0，即判定为负频率，此时对下扫频段中第一子扫频段对应的拍频信号的频率值的绝对值取反（即令fbdm= -|fbdm|），同时使上扫频段有fbum= |fbum|，由此得到上扫频段和下扫频段的第一子扫频对应的拍频信号的实际频率值。进一步可选地，若下扫频段不满足|fbdn|>|fbdm|，则表明上、下扫频段均不为负频率，此时即有fbdm= |fbdm|、fbum= |fbum|。最后，参照对称三角波FMCW激光雷达的原理，将上扫频段与下扫频段各自第一子扫频对应的拍频信号的实际值代入相应的公式，即可计算得到目标距离和目标速度。
经原理分析知，在目标的距离、速度近似不变的前提下，fbum、fbdm之中最多存在一个负频率。作为一种可选的方案，在判定负频率时，若确定一个扫频周期内的上扫频段或下扫频段的拍频信号频率值的绝对值为负频率，则可直接确定同一扫频周期内的另一扫频方向的扫频段的拍频信号频率值的绝对值不为负频率。例如，如图8所示，若判定有fbum<0，则可确定下扫频段不为负频率。
需要明白的是，在对上、下扫频段进行负频率判定时，其判断的步骤顺序并不作限定，图8所示的方案是先对上扫频段进行判定，并在上扫频段不为负频率时再对下扫频段判定，在其他实施方式中，也可以先对下扫频段进行判定，并在下扫频段不为负频率时再对上扫频段判定，如图9所示；又或者，还可以同时对上、下扫频段进行判定，如图10所示。可以理解的是，图8、图9和图10所示的直接得到最后一步的三个分支之间是互斥的，即对于同一扫频周期的拍频信号频率，只会出现其中的一种情况。
S140，基于所述实际频率值，计算目标的运动参数。
示范性地，可将上述确定的各扫频段对应的该实际频率值分别代入距离、速度各自的计算公式中，即可计算出该目标的距离、速度等参数。例如，在计算目标的距离时，根据上扫频段或下扫频段对应的该实际频率值之和（即fbum和fbdm之和）、调频连续波的调频带宽B以及扫频周期T，按照已知的距离计算公式，计算目标与激光雷达的距离。可选地，若均不存在负频率，则可直接根据获取的两个扫频段的拍频信号频率值的绝对值，以及调频连续波的调频带宽以及扫频周期等参数来计算距离。又例如，在计算目标的速度时，可以根据一个扫频段和另一扫频段对应的实际频率值之差（即fbum和fbdm之差），以及调频连续波的中频信号频率fIF，按照已知的速度计算公式，计算出该目标的运动速度。关于上述的距离及速度计算公式可参见已有的相关文献，如上述论文《FMCW激光雷达测距测速信号处理算法研究》等，这里不展开描述。
本实施例通过在上、下扫频段中分别设置具有不同扫频斜率且扫频斜率依次减小（如偏置扫频斜率会小于基础扫频斜率）的至少两个子扫频段，基于目标距离、速度在扫频周期级别的时长内没有明显改变这一前提，推定在减小斜率之后的扫频段内测得的拍频信号频率中所包含的多普勒频移分量相比于减小斜率之前近似不变、所包含的距离分量的变化率与扫频斜率的变化率近似成正比，即存在当同一个扫频周期内同扫频方向的子扫频段的扫频斜率减小时，若扫频斜率变化前后所获取的拍频信号的频率值的绝对值相应增大，则判定当前扫频段的拍频信号频率值的绝对值为负频率，否则不为负频率。通过上述方法可以使激光雷达能够感知近程快速目标在上、下扫频回波的拍频信号中是否有一个以及是哪一个具备“负频率”属性，使后续算法模块可以基于这个感知结果有针对性地做出处理，最终获得正确的距离、速度值。
这里对上述负频率的判断依据的由来及合理性进行验证说明。
参照对称三角波MCW激光雷达的测量原理，对于基础斜率上扫频段Mu、偏置斜率上扫频段Nu有：
fbum = fIFm - fd ；fbun = fIFn - fd ；
此时，若在系统设定中令Gun < Gm，则由参考文献《FMCW激光雷达测距测速信号处理算法研究》第2.1节的式（2-3）可知fIFn < fIFm，进而可知fbun < fbum，以上是已知条件。然后，如果fbum < 0，则fbun < fbum< 0，进而有|fbun| > |fbum|，也就是说，在因为Gun < Gm而导致fbun < fbum的情况下，fbum < 0将导致|fbun| > |fbum|，亦即，测得的fbun 的值（绝对值）将大于测得的 fbum的值（绝对值）。也即，在已知Gun < Gm的情况下，|fbun| > |fbum|是判断fbum< 0的必要条件。
反之，在已知Gun < Gm的情况下，如果测得的fbun 的值（绝对值）大于测得的 fbum的值（绝对值），由于上述参考文献的第2.1节的式（2-7）中等号右侧的各项中只有调制斜率（=2*B/T）是可变的，并且只有假设fbum < 0才能如上一段所述的可以由Gun < Gm推导出|fbun| > |fbum|，因此，在已知Gun < Gm的情况下，|fbun| > |fbum|，是判断fbum < 0的充分条件。
综上所述，在已知Gun < Gm的情况下，|fbun| > |fbum|是判断fbum < 0的充分必要条件。即，对于上扫频段包含的两个子扫频段，如果扫频斜率减小，导致拍频信号中包含的距离分量减小，若对应着的拍频信号的频率值的绝对值（绝对值）的增大，就判断在采用原有扫频斜率的上扫频段测得的拍频信号频率本应是负频率。
同理，在本发明实施例所述方法分析的时段内，目标的距离、速度近似不变，对于基础斜率下扫频段Md、偏置斜率下扫频段Nd有：
fbdm = fIFm+ fd ；fbdn = fIFn+ fd ；
此时，如果在系统设定中令Gdn < Gm，则由上述参考文献的第2.1节的式（2-3）可知fIFn < fIFm，进而可知fbdn < fbdm，以上是已知条件。然后，如果fbdm < 0，则fbdn < fbdm< 0，进而有|fbdn| > |fbdm|，也就是说，在因为Gun < Gm而导致fbdn < fbdm的情况下，fbdm < 0将导致|fbdn| > |fbdm|，亦即，测得的fbdn 的值（绝对值）将大于测得的 fbdm的值（绝对值）。即，在已知Gdn < Gm的情况下，|fbdn| > |fbdm|是判断fbdm < 0的必要条件。
反之，在已知Gdn < Gm的情况下，如果测得的fbdn 的值（绝对值）大于测得的 fbdm的值（绝对值），由于上述参考文献的第2.1节的式（2-8）中等号右侧的各项中只有调制斜率（=2*B/T）是可变的，并且只有假设fbdm < 0才能如上一段所述的那样由Gdn < Gm推导出|fbdn| > |fbdm|，因此，在已知Gdn < Gm的情况下，|fbdn| > |fbdm|是判断fbdm < 0的充分条件。
综上所述，在参考对称三角波FMCW激光雷达的计算公式集中，在已知Gdn < Gm的情况下，|fbdn| > |fbdm|是判断fbdm < 0的充分必要条件。即，对于下扫频段包含的两个子扫频段，如果扫频斜率减小，导致拍频信号中包含的距离分量减小，若对应着的拍频信号的频率值的绝对值（绝对值）的增大，就判断在采用原有扫频斜率的下扫频段测得的拍频信号频率本应是负频率。
请参照图11，基于上述实施例的方法，本实施例提出一种基于FMCW激光雷达的目标运动参数测量系统100，示范性地，基于FMCW激光雷达的目标运动参数测量系统100包括：
信号源发射模块110，用于向探测范围内的目标发射周期性调频连续波，其中，一个扫频周期的调频连续波的时频波形包括上扫频段和下扫频段，每个扫频段包括具有不同扫频斜率且扫频斜率从基础扫频斜率依次减小的至少两个子扫频段。
拍频信号测量模块120，用于基于目标返回的回波信号，分别计算一个扫频周期内上扫频段和下扫频段的至少两个子扫频段对应的拍频信号的频率值的绝对值。
负频率感知模块130，用于根据上扫频段和/或下扫频段的至少两个子扫频段对应的拍频信号的频率值的绝对值，确定上扫频段和下扫频段中扫频斜率为基础扫频斜率的子扫频段对应的拍频信号的实际频率值。
运动参数获取模块140，用于基于所述实际频率值，计算目标的运动参数。
可以理解，本实施例的系统中各个模块的功能对应于上述实施例的方法步骤，上述实施例中的可选项同样适用于本实施例，故在此不再重复描述。
本申请还提供了一种FMCW激光雷达，示范性地，该FMCW激光雷达包括处理器和存储器，其中，存储器存储有计算机程序，处理器通过运行所述计算机程序，从而使终端设备执行上述的基于FMCW激光雷达的目标运动参数测量方法或者上述基于FMCW激光雷达的目标运动参数测量系统中的各个模块的功能。
图12所示为常规的FMCW激光雷达的系统框图，其基础工作原理在此不做赘述。而本实施例中，为实现对近程快速目标的运动参数测量，主要对其中的“FMCW调频信号源”、“数字信号处理”两个模块进行了修改。在一种实施方式中，如图13所示，在FMCW调频信号源部分，首先，设计符合要求（上、下扫频段各自包括具有不同扫频斜率的至少两个子扫频段）的单个周期的扫频波形，并将生成的单周期波形序列数据存储于图13的“单周期波形数据存储器”模块中，然后通过由“波形数据读取与DAC驱动”模块循环读取“单周期波形数据存储器”模块中存储的单周期波形序列发给DAC模块，最终由DAC模块将其转换为激光调制电路输出的控制波形。而在数字信号处理部分，主要是通过基于以FFT为基础的频谱获取与分析算法对接收的拍频信号进行分段分析，以获取在各个扫频段的拍频信号频率（fbum、fbdm、fbun、fbdn的绝对值），然后进行负频率感知与纠正，最后计算出扫频频率对应的距离、速度。
本申请还提供了一种FMCW激光雷达系统，如图1所示，包括：上述实施例的FMCW激光雷达；以及上位机，其中，上位机与该FMCW激光雷达通信连接，用于接收FMCW激光雷达发送的目标的运动参数。
本申请还提供了一种终端设备，如车辆、飞行器等，示范性地，其包括上述的FMCW激光雷达，该终端设备可采用上述的基于FMCW激光雷达的目标运动参数测量方法进行目标运动特性的获取等，进而可进行目标跟踪、监控等。
本申请还提供了一种可读存储介质，用于储存上述FMCW激光雷达中使用的所述计算机程序。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和结构图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，结构图和/或流程图中的每个方框、以及结构图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件（例如FPGA或/和ASIC）的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机系统的组合（例如SOC）来实现。
另外，在本申请各个实施例中的各功能模块或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或更多个模块集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个或几个计算机可读取的存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个或几个存储介质中，包括若干指令用以使得一台或几台计算机设备（可以是智能手机、个人计算机、服务器、或者网络设备等）执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、闪存存储器（FLASH）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
与基于计算机软件的实施方法并列，所述功能如果以硬件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个或几个硬件功能模块可读取的存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以硬件配置文件的形式体现出来，该硬件配置文件存储在一个或几个存储介质中，包括若干项对硬件模块的配置信息用以使得一个或几个硬件功能模块（可以是FPGA等）执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random AccessMemory）、闪存存储器（FLASH）、磁碟或者光盘等各种可以存储硬件配置信息的介质。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于FMCW激光雷达的目标运动参数测量方法，其特征在于，包括：
向探测范围内的目标发射周期性调频连续波，其中，一个扫频周期的调频连续波的时频波形包括上扫频段和下扫频段，每个扫频段包括具有不同扫频斜率且扫频斜率从基础扫频斜率依次减小的至少两个子扫频段；
基于所述目标返回的回波信号，分别计算一个扫频周期内所述上扫频段和所述下扫频段的至少两个子扫频段对应的拍频信号的频率值的绝对值；
根据所述上扫频段和/或所述下扫频段的所述至少两个子扫频段对应的拍频信号的频率值的绝对值，确定所述上扫频段和所述下扫频段中扫频斜率为基础扫频斜率的子扫频段对应的拍频信号的实际频率值；
基于所述实际频率值，计算所述目标的运动参数。
2.根据权利要求1所述的基于FMCW激光雷达的目标运动参数测量方法，其特征在于，所述根据所述上扫频段和/或所述下扫频段的至少两个子扫频段对应的拍频信号的频率值的绝对值，确定所述上扫频段和所述下扫频段中扫频斜率为基础扫频斜率的子扫频段对应的拍频信号的实际频率值，包括：
计算所述上扫频段的至少两个子扫频段对应的拍频信号的频率值的绝对值的上扫频频率序列和所述下扫频段的至少两个子扫频段对应的拍频信号的频率值的绝对值的下扫频频率序列；
根据所述上扫频频率序列和/或所述下扫频频率序列，确定所述上扫频段和所述下扫频段中扫频斜率为基础扫频斜率的子扫频段对应的拍频信号的实际频率值。
3.根据权利要求2所述的基于FMCW激光雷达的目标运动参数测量方法，其特征在于，在根据所述上扫频频率序列和/或所述下扫频频率序列，确定所述上扫频段和所述下扫频段中扫频斜率为基础扫频斜率的子扫频段对应的拍频信号的实际频率值之前，所述方法还包括：
选取所述上扫频段或所述下扫频段作为目标扫频段。
4.根据权利要求3所述的基于FMCW激光雷达的目标运动参数测量方法，其特征在于，所述根据所述上扫频频率序列和/或所述下扫频频率序列，确定所述上扫频段和所述下扫频段中扫频斜率为基础扫频斜率的子扫频段对应的拍频信号的实际频率值，包括：
判断所述目标扫频段的频率序列的变化规律是否为依次增大；
若是，则对所述目标扫频段中扫频斜率为基础扫频斜率的子扫频段对应的拍频信号的频率值的绝对值取反，另一扫频段中扫频斜率为基础扫频斜率的子扫频段对应的拍频信号的频率值的绝对值保持不变，得到所述上扫频段和所述下扫频段中扫频斜率为基础扫频斜率的子扫频段对应的拍频信号的实际频率值；
若否，则继续判断另一扫频段的频率序列的变化规律是否为依次增大；
若是，则对所述另一扫频段中扫频斜率为基础扫频斜率的子扫频段对应的拍频信号的频率值的绝对值取反，所述目标扫频段中扫频斜率为基础扫频斜率的子扫频段对应的拍频信号的频率值的绝对值保持不变，得到所述上扫频段和所述下扫频段中扫频斜率为基础扫频斜率的子扫频段对应的拍频信号的实际频率值。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的基于FMCW激光雷达的目标运动参数测量方法，其特征在于，每个所述扫频段的至少两个子扫频段中扫频斜率等于基础扫频斜率的子扫频段的时长大于或等于其他子扫频段的时长。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的基于FMCW激光雷达的目标运动参数测量方法，其特征在于，所述基于所述实际频率值，计算所述目标的运动参数，包括：
根据所述上扫频段和所述下扫频段对应的所述实际频率值之和、所述扫频周期以及所述调频连续波的调频带宽，计算所述目标与激光雷达的距离；
根据所述上扫频段和所述下扫频段对应的所述实际频率值之差，以及所述调频连续波的基础扫频斜率，计算所述目标的运动速度。
7.一种基于FMCW激光雷达的目标运动参数测量系统，其特征在于，包括：
信号源发射模块，用于向探测范围内的目标发射周期性调频连续波，其中，一个扫频周期的调频连续波的时频波形包括上扫频段和下扫频段，每个扫频段包括具有不同扫频斜率且扫频斜率从基础扫频斜率依次减小的至少两个子扫频段；
拍频信号测量模块，用于基于所述目标返回的回波信号，分别计算一个扫频周期内所述上扫频段和所述下扫频段的至少两个子扫频段对应的拍频信号的频率值的绝对值；
负频率感知模块，用于根据所述上扫频段和/或所述下扫频段的至少两个子扫频段对应的拍频信号的频率值的绝对值，确定所述上扫频段和所述下扫频段中扫频斜率为基础扫频斜率的子扫频段对应的拍频信号的实际频率值；
运动参数获取模块，用于基于所述实际频率值，计算所述目标的运动参数。
8.一种FMCW激光雷达，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器用于执行所述计算机程序以实施权利要求1-6中任一项所述的基于FMCW激光雷达的目标运动参数测量方法。
9.一种FMCW激光雷达系统，其特征在于，包括：
如权利要求8所述的FMCW激光雷达；
上位机，与所述FMCW激光雷达通信连接，用于接收所述FMCW激光雷达发送的所述目标的运动参数。
10.一种终端设备，其特征在于，包括如权利要求9所述的FMCW激光雷达。
CN202311292754.4A 2022-12-26 2022-12-26 基于fmcw激光雷达的目标运动参数测量方法和系统 Pending CN117331084A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311292754.4A CN117331084A (zh) 2022-12-26 2022-12-26 基于fmcw激光雷达的目标运动参数测量方法和系统

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211678913.XA CN116047529B (zh) 2022-12-26 2022-12-26 基于fmcw激光雷达的目标运动参数测量方法和系统
CN202311292754.4A CN117331084A (zh) 2022-12-26 2022-12-26 基于fmcw激光雷达的目标运动参数测量方法和系统

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211678913.XA Division CN116047529B (zh) 2022-12-26 2022-12-26 基于fmcw激光雷达的目标运动参数测量方法和系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117331084A true CN117331084A (zh) 2024-01-02

Family

ID=86117375

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311292754.4A Pending CN117331084A (zh) 2022-12-26 2022-12-26 基于fmcw激光雷达的目标运动参数测量方法和系统
CN202211678913.XA Active CN116047529B (zh) 2022-12-26 2022-12-26 基于fmcw激光雷达的目标运动参数测量方法和系统

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211678913.XA Active CN116047529B (zh) 2022-12-26 2022-12-26 基于fmcw激光雷达的目标运动参数测量方法和系统

Country Status (1)

Country Link
CN (2) CN117331084A (zh)

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4468402B2 (ja) * 2007-04-19 2010-05-26 三菱電機株式会社 レーダ装置
JP5578866B2 (ja) * 2010-01-25 2014-08-27 株式会社東芝 レーダ装置
CN103630888B (zh) * 2013-02-27 2017-03-22 中国科学院电子学研究所 基于对称三角lfmcw雷达的高精度实时微波测速测距装置
CN106338727B (zh) * 2016-09-05 2019-03-05 南京理工大学 一种车载辅助驾驶雷达的目标检测方法
JP2018119858A (ja) * 2017-01-25 2018-08-02 日本信号株式会社 Ｆｍｃｗ方式レーダ
CN108008391B (zh) * 2017-11-28 2019-08-06 中南大学 一种基于fmcw的车载雷达多目标识别方法
KR20200109648A (ko) * 2019-03-13 2020-09-23 한국전자통신연구원 Fmcw 레이다의 상호간섭 저감 방법 및 장치
CN113156405B (zh) * 2020-01-22 2022-12-20 苏州一径科技有限公司 Fmcw激光雷达多源串扰解耦方法、fmcw激光雷达及雷达系统
CN115308727A (zh) * 2021-05-07 2022-11-08 华为技术有限公司 探测装置、雷达以及终端
CN115480263A (zh) * 2022-09-30 2022-12-16 深圳市速腾聚创科技有限公司 激光探测装置的探测方法、激光探测装置及存储介质

Also Published As

Publication number Publication date
CN116047529B (zh) 2023-11-03
CN116047529A (zh) 2023-05-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9746546B2 (en) Method and device for sensing surrounding environment based on frequency modulated continuous wave radar
US10036805B2 (en) Method and apparatus for detecting surrounding environment based on sensing signals of frequency-modulated continuous wave radar and continuous wave radar
EP3881099B1 (en) Lidar system that is configured to compute ranges with differing range resolutions
US11099269B2 (en) Radar device for vehicle and target determination method therefor
RU2659331C2 (ru) Гомодинный приемник и способ преодоления шума смещения постоянного тока в гомодинном приемнике
US11112502B2 (en) Laser radar system
CN109154652B (zh) 速度检测装置
JP2017026604A (ja) レーダシステム
EP3594717A1 (en) Radar device
KR101092567B1 (ko) Ｆｍｃｗ 레이더 및 이를 이용한 이동물체의 거리속도 검출방법
CA3034765A1 (en) Method for processing a signal arising from coherent lidar and associated lidar system
US20170146647A1 (en) Radar device for vehicle and target measurement method therefor
JP5097467B2 (ja) 車載用レーダ装置
CN104597452A (zh) 对称三角线性调频连续波激光雷达探测目标的方法
JP2017090220A (ja) レーダ装置
US7312745B2 (en) Radar
KR101705532B1 (ko) 주파수 변조 레이더 및 그것의 제어방법
US11808894B2 (en) LiDAR device using time delayed local oscillator light and operating method thereof
JP2023537329A (ja) 低いシグナル処理負荷において高い距離解像度を有するレーダ変調方法
CN116047529B (zh) 基于fmcw激光雷达的目标运动参数测量方法和系统
JP7336134B2 (ja) 遠隔気流観測装置、遠隔気流観測方法及びプログラム
JP7396630B2 (ja) 測距装置および測距方法
CN116008933A (zh) 回波功率的补偿方法、补偿装置、雷达及存储介质
JP2013113723A (ja) レーダ装置
US20240004043A1 (en) Frequency-modulated coherent lidar

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination