CN117686982A - 一种安防毫米波雷达多径抑制方法、系统、设备及终端 - Google Patents

一种安防毫米波雷达多径抑制方法、系统、设备及终端 Download PDF

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Abstract

本发明属于雷达信号处理技术领域，尤其涉及一种安防毫米波雷达多径抑制方法、系统、设备及终端，主要包括目标检测和多径抑制，其中，目标检测包括获取回波信号、距离‑多普勒二维FFT、CFAR检测和目标参数测量；多径抑制包括强反射体空间定位、多径目标判别、多径目标抑制和目标信息输出。本发明通过依据多径效应的传播原理，对所有目标参数测量结果依次假定，在假定的真实目标和多径目标基础上，实现对强反射体目标的空间定位，进一步判断上述三个目标的距离特征是否满足多径效应传播路线，在目标参数测量结果中识别出多径目标。

Description

一种安防毫米波雷达多径抑制方法、系统、设备及终端
技术领域
本发明属于雷达信号处理技术领域，尤其涉及一种安防毫米波雷达多径抑制方法、系统、设备及终端。
背景技术
相比于传统的安防系统如视频监控、红外对射、激光对射、振动光缆等，安防雷达在体积、可靠性、距离盲区、虚警控制、感知信息丰富度以及抗干扰等方面，具有明显优势。安防雷达的作用主要是利用雷达技术实现对监控区域内的目标进行无间断全程覆盖，实时追踪目标。其工作原理是电磁波由发射机通过雷达天线发射，遇到障碍物反射，再由接收机接收，根据收发之间的时间差测得目标距离信息；利用多普勒原理，可以完成目标的速度测量；利用多个天线与目标间的相对位置关系，可以完成角度测量。安防雷达可有效地探测和跟踪监控区域内的目标，感知目标的距离、速度、角度等信息，为场景的安防应用提供更精确和及时的预警信息。
随着安防雷达的作用应用越来越多，应用的环境也越来越复杂，场景中存在如房屋、电线杆、护栏等强反射体，这些强反射体导致安防雷达产生多径效应。多径效应是指雷达信号在传输过程中遇到不同的强反射体表面，导致信号被反射、折射、衍射等方式传播，从而使得雷达接收端接收到的信号不连续或者出现假目标的现象。多径效应会对安防雷达的性能产生不利影响，如导致雷达输出虚假目标，因此需要对安防雷达在强反射体环境中产生的多径目标进行抑制。
由于多径效应产生的多径目标和真实目标在回波特征上具有相似性，一般的信号处理算法无法对多径目标和真实目标进行区分，无法实现多径目标的抑制。
安防毫米波雷达是一种采用毫米波雷达技术的安防设备，主要应用于监控区域内的目标探测、跟踪与定位。毫米波雷达是工作在毫米波频段的探测雷达，具有体积小、质量轻、空间分辨率高、穿透雾霾和灰尘能力强、全天候全天时等特点，因此在安防领域具有广泛的应用前景。安防毫米波雷达可以采用多种技术，如FMCW技术、脉冲压缩技术、多输入多输出(MIMO)技术等，可以实现对监控区域内空间无任何间断全程覆盖。
强反射体是指对雷达信号反射能力较强的目标或物体，其定义主要是基于反射系数或反射截面积与入射波的功率密度或能量密度的比值。在安防毫米波雷达应用环境中，强反射体通常是指建筑物、金属表面、大型车辆、高大建筑物等具有强烈反射特性的目标或物体。
多径效应是指雷达信号在传输过程中遇到不同反射表面，导致信号已被反射、折射、衍射等多种方式传播，被反射回接收机的信号会产生干扰和混淆，导致雷达接收端检测到的目标位置和数量不准确，甚至出现虚假目标。在存在多个强反射体的较为复杂环境中，多径效应是比较常见的问题，会对雷达的可靠性和精度产生不利影响。具体多径效应示意如图1所示。
安防毫米波雷达发射的电磁波信号经过发射路径R1到达真实目标处，电磁波信号在此发射多种反射方式。如通过真实目标回波路径R2直接被雷达直接接收，也经过反射路径R3到达强反射体位置，再由强反射体反射后，通过多径目标路径R4被雷达间接接收。对于真实目标，电磁波传播路径为：R1+R2，对应的真实目标距离为：真实目标的角度为目标与雷达的相对角度α；对于多径目标，电磁波传播路径为：R1+R3+R4，多径目标距离有如下关系：
对应的多径目标则会出现在距离雷达R多径处，多径目标的角度为强反射体与雷达的相对角度β。
现有的技术方案，在对雷达回波信号处理中，由于多径效应产生的多径目标和真实目标在回波特征上具有相似性，一般的信号处理算法无法对多径目标和真实目标进行区分。目前一般采用下述方案实现多径抑制：
1)对单次雷达接收到的所有回波信号分脉冲进行距离维度的快速傅里叶变换(FFT)，得到信号距离维度频谱；再对每个距离维度的信号进行多普勒维度FFT，得到信号多普勒维度频谱；对上述得到的距离-多普勒二维频谱进行恒虚警检测(CFAR)，筛选出目标信号对应的距离维度、速度维度和信号强度；对筛选出的目标信号利用多个接收天线进行角度估计，得到目标的角度；根据目标测量参数特征，从距离、速度和信号强度等特征进行推算，对多径目标进行抑制。具体的算法流程如图2所示。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：由于无法确切的区分多径目标和真实目标，在多径目标抑制的同时会抑制真实目标，导致雷达系统检测概率减低。具体为在传统安防毫米波雷达多径目标抑制方法中，需要从检测到的目标信号中，任意选取两个目标信号进行多径抑制。目标信号可分为真实目标、多径目标和虚假目标，选取的两个目标信号有以下六种情况：1)真实目标与真实目标；2)真实目标与多径目标；3)真实目标与虚假目标；4)多径目标与多径目标；5)多径目标与虚假目标；6)虚假目标与虚假目标。在目标信号距离和速度方面，真实目标、多径目标和虚警目标均存在大量相似的情况，无法单从距离和速度特征进行多径目标抑制，需结合信号强度；但在目标信号强度方面，雷达波反射回来的信号强度，受目标大小、形状、材料、相对雷达角度和相对雷达距离等因素影响，存在较大的波动，选取的两个目标信号会在抑制多径目标的同时错误的抑制真实目标，导致雷达检测概率降低。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种安防毫米波雷达多径抑制方法、系统、设备及终端。
本发明是这样实现的，一种安防毫米波雷达多径抑制方法，主要包括目标检测和多径抑制，其中，目标检测包括获取回波信号、距离-多普勒二维FFT、CFAR检测和目标参数测量；多径抑制包括强反射体空间定位、多径目标判别、多径目标抑制和目标信息输出。本发明基于多径效应传播路线，根据假定检验定位空间强反射体位置，通过比对目标和强反射体间的信号特征，实现多径目标和真实目标的区分以及多径目标抑制。
进一步，安防毫米波雷达多径抑制方法具体步骤包括：
S1，回波信号：雷达发射多个相干的线性调频连续波(FMCW)信号，其中，每个信号之间的时间间隔不同；
S2，距离-多普勒二维FFT：对雷达回波信号进行距离-多普勒二维FFT后，得到距离-多普勒二维频谱；
S3，CFAR检测：对距离-多普勒二维频谱实施CFAR检测，根据期望的误检概率和背景噪声的统计特性在背景噪声中检测出目标信号，构建CFAR检测阈值，当某个维度单元信号频谱高于CFAR检测阈值，则认为该单元上存在目标信号；
S4，目标参数测量：根据CFAR检测结果，进行角度估计及目标信息计算，可得到包含距离、速度、角度、信号强度的目标信息；
S5，反射体空间定位：在安防毫米波雷达测量坐标系中，将雷达位置标记为O，根据目标参数测量结果，对每个目标分别与其它所有目标进行联合对比处理。此时，假设该目标为真实目标(标记为A)，其它目标均为多径目标(标记为B)；根据多径效应的传播路线，在假设的多径目标B方位角度去检测是否存在其它静止(零多普勒维度)目标；当该角度上存在距离小于假设的多径目标距离的目标，且目标信号强度满足一定的阈值条件，则认为该目标为强反射体目标(标记为C)，也就定位了强反射体空间位置；
S6，多径目标判别：根据强反射体空间定位结果，构建由真实目标A，多径目标B，强反射体目标C构成的目标集群；根据多径效应导致的上述三个目标的距离特征，判断是否满足以下关系，确认多径目标B是否为真实多径目标：
S7，多径目标抑制：当选取的真实目标A，多径目标B，强反射体目标C构成的目标集成满足如式(2)所示关系，确认根据多径目标B方位角度检测到的静止目标为强反射体目标，假设的多径目标B为真实多径目标，则清除目标参数测量结果中关于目标B的信息；
S8，目标信息输出：将经过多径目标抑制后的目标信息重新整合后输出。
进一步，对于目标参数测量结果，依次假定选取一个真实目标和一个多径目标，根据多径效应的传播路线，在多径目标的方向角度检测是否存在强反射体目标，通过假定的真实目标、多径目标和检测到的强反射体目标的距离特征，判定目标集群是否满足多径效应的传播规律，可判断假定的多径目标是否为真实多径目标，进一步可实现多径目标抑制，提升安防毫米波雷达在有强反射体的复杂多径环境中的检测性能。
本发明的另一目的在于提供一种应用所述安防毫米波雷达多径抑制方法的安防毫米波雷达多径抑制系统，包括：
回波信号模块：用于令雷达发射多个相干的线性调频连续波(FMCW)信号，其中，每个信号之间的时间间隔不同；
距离-多普勒二维FFT模块：用于对雷达回波信号进行距离-多普勒二维FFT后，得到距离-多普勒二维频谱；
CFAR检测模块：用于对距离-多普勒二维频谱实施CFAR检测，根据期望的误检概率和背景噪声的统计特性在背景噪声中检测出目标信号，构建CFAR检测阈值，当某个维度单元信号频谱高于CFAR检测阈值，则认为该单元上存在目标信号；
目标参数测量模块：用于根据CFAR检测结果，进行角度估计及目标信息计算，可得到包含距离、速度、角度、信号强度的目标信息；
反射体空间定位模块：在安防毫米波雷达测量坐标系中，将雷达位置标记为O，根据目标参数测量结果，对每个目标分别与其它所有目标进行联合对比处理。此时，假设该目标为真实目标(标记为A)，其它目标均为多径目标(标记为B)；根据多径效应的传播路线，在假设的多径目标B方位角度去检测是否存在其它静止(零多普勒维度)目标；当该角度上存在距离小于假设的多径目标距离的目标，且目标信号强度满足一定的阈值条件，则认为该目标为强反射体目标(标记为C)，也就定位了强反射体空间位置；
多径目标判别模块：用于根据强反射体空间定位结果，构建由真实目标A，多径目标B，强反射体目标C构成的目标集群；根据多径效应导致的上述三个目标的距离特征，判断是否满足关系，确认多径目标B是否为真实多径目标；
多径目标抑制模块：用于当选取的真实目标A，多径目标B，强反射体目标C构成的目标集成满足如式(2)所示关系，确认根据多径目标B方位角度检测到的静止目标为强反射体目标，假设的多径目标B为真实多径目标，则清除目标参数测量结果中关于目标B的信息；
目标信息输出模块：用于将经过多径目标抑制后的目标信息重新整合后输出。
本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，计算机设备包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行所述的安防毫米波雷达多径抑制方法的步骤。
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行所述的安防毫米波雷达多径抑制方法的步骤。
本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，信息数据处理终端用于实现所述的安防毫米波雷达多径抑制系统。
结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
第一，本发明通过依据多径效应的传播原理，对所有目标参数测量结果依次假定，在假定的真实目标和多径目标基础上，实现对强反射体目标的空间定位，进一步判断上述三个目标的距离特征是否满足多径效应传播路线，在目标参数测量结果中识别出多径目标。本发明可在抑制多径目标，提升安防毫米波雷达系统的检测准确率的基础上，避免由于抑制多径目标导致的目标漏检问题影响，提升安防毫米波雷达系统的整体检测性能。
第二，本发明方案基于安防毫米波雷达在有强反射体的复杂多径环境中的实际应用，通过依据多径效应的传播原理，对所有目标参数测量结果依次假定，在假定的真实目标和多径目标基础上，实现对强反射体目标的空间定位，进一步判断上述三个目标的距离特征是否满足多径效应传播路线，在目标参数测量结果中识别出多径目标。方案可在抑制多径目标，提升安防毫米波雷达系统的检测准确率的基础上，避免由于抑制多径目标导致的目标漏检问题影响，提升安防毫米波雷达系统的整体检测性能。
第三，本发明的技术方案解决了人们一直渴望解决、但始终未能获得成功的技术难题：本发明基于真实多径效应的传播路线，可在保证多径抑制的效果同时，避免由于多径抑制导致真实目标漏检，在提升安防毫米波雷达系统的检测准确性的基础上，降低安防毫米波雷达系统的漏检概率。
本发明的技术方案克服了技术偏见：传统的多径抑制方法，由于真实目标和多径目标的距离、速度等参数测量结果存在大量相似的情况，雷达波发射回来的信号强度，受目标大小、形状、材料、相对雷达角度和相对雷达距离等因素影响，存在较大波动，在抑制多径目标的同时错误的抑制真实目标，导致雷达检测概率降低。本发明依据多径效应的传播原理，对所有目标参数测量结果依次假定，实现对导致多径目标产生的强反射体假定定位，最后根据假设的真实目标、假设的多径目标和检测到的强反射体目标信号的距离特征，判断是否满足多径效应传播路线规律。如满足多径效应传播路线规律，则认定假设的多径目标为真实多径目标，在目标参数测量结果中清除该目标信息。
第四，针对安防毫米波雷达多径抑制方法的实施，以下是取得的显著技术进步：
1)提高目标检测的准确性：
通过有效抑制多径效应，该方法显著提高了雷达系统在复杂环境中的目标检测准确性，尤其是在城市环境或其他多反射体场景中。
2)减少误报率：
实施多径抑制可以有效减少由于环境反射引起的误报，提高系统的整体可靠性。
3)增强雷达系统的适用性：
该方法使雷达系统更适用于多变的环境条件，扩展了其在安防、监控、交通管理等领域的应用范围。
4)提高信号处理效率：
通过先进的信号处理技术(如二维FFT和CFAR检测)，该方法提高了信号处理的效率，加快了目标检测和参数测量的速度。
5)目标信息的精确获取：
经过多径抑制的目标信息更加准确和详细，包括目标的距离、速度、角度和信号强度，有助于更好地理解和响应检测到的目标。
6)提升了系统的环境适应性：
该方法通过考虑和消除由多种环境因素引起的多径效应，提升了系统在不同环境下的稳定性和适应性。
7)优化资源利用：
多径抑制方法通过准确识别并消除多径信号，避免了资源浪费，确保雷达系统资源被有效利用。
本发明提供的技术进步不仅增强了毫米波雷达在安防领域的应用效果，也为雷达技术在其他领域的应用提供了参考，如无人机监测、交通管理等。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
图1是本发明实施例提供的安防毫米波雷达多径效应示意图；
图2是本发明实施例提供的传统安防毫米波雷达多径目标抑制方法示意图；
图3是本发明实施例提供的安防毫米波雷达多径抑制系统结构图；
图4是本发明实施例提供的安防毫米波雷达多径抑制方法流程图；
图5是本发明实施例提供的距离-多普勒二维FFT示意图；
图6是本发明实施例提供的CFAR检测示意图；
图7是本发明实施例提供的强反射体空间定位流程图；
图8是本发明实施例提供的多径目标判别流程图；
图9示出了对应的回波距离-多普勒二维频谱；
图10示出了零多普勒维度强反射体目标回波信号频谱。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种安防毫米波雷达多径抑制方法、系统、设备及终端，下面结合附图对本发明作详细的描述。
以下是针对安防毫米波雷达多径抑制方法的两个具体实施例及其实现方案：
实施例1：城市环境中的车辆检测
1)雷达信号发射：
安装在城市交通节点的安防毫米波雷达发射多个相干的FMCW信号，各信号间隔时间不同。
2)信号处理：
雷达接收回波信号，并对其执行距离-多普勒二维FFT，获取二维频谱。
3)CFAR检测：
对二维频谱实施CFAR检测，根据城市背景噪声的统计特性设定检测阈值，从而检测出车辆目标。
4)目标参数测量：
对CFAR检测到的目标进行角度估计和其他相关信息的计算，包括距离、速度等。
5)多径抑制：
根据目标参数，判别并抑制由于城市环境中的建筑物引起的多径效应。
6)结果输出：
输出经过多径抑制处理后的车辆目标信息。
实施例2：机场周边的无人机监测
1)信号发射配置：
在机场周边部署毫米波雷达，用于监测潜在的无人机活动。雷达发射具有不同时间间隔的FMCW信号。
2)回波信号分析：
雷达接收并分析回波信号，执行距离-多普勒二维FFT，获得目标频谱。
3)CFAR目标检测：
实施CFAR检测，根据机场周边环境的噪声特征确定检测阈值，识别无人机目标。
4)目标信息提取：
提取无人机的距离、速度、角度等信息。
5)反射体定位与多径判别：
分析并定位的强反射体，如机场建筑物，进行多径目标判别。
6)多径信号消除：
根据多径目标判别结果，清除由多径效应引起的误判信号。
7)最终输出：
输出净化后的无人机监测结果，提高监测的准确性和可靠性。
本发明提供的两个实施例展示了安防毫米波雷达多径抑制方法在不同应用场景中的实际操作流程，包括城市环境的车辆检测和机场周边的无人机监测。通过这些方案，可以有效地提高雷达系统在复杂环境中的检测准确性和可靠性。
如图3所示，本发明实施例提供的安防毫米波雷达多径抑制系统，包括：
回波信号模块：用于令雷达发射多个相干的线性调频连续波(FMCW)信号，其中，每个信号之间的时间间隔不同；
距离-多普勒二维快速傅里叶变换(FFT)模块：用于对雷达回波信号进行距离-多普勒二维FFT后，得到距离-多普勒二维频谱；
恒虚警检测(CFAR)检测模块：用于对距离-多普勒二维频谱实施CFAR检测，根据期望的误检概率和背景噪声的统计特性在背景噪声中检测出目标信号，构建CFAR检测阈值，当某个维度单元信号频谱高于CFAR检测阈值，则认为该单元上存在目标信号；
目标参数测量模块：用于根据CFAR检测结果，进行角度估计及目标信息计算，可得到包含距离、速度、角度、信号强度的目标信息；
反射体空间定位模块：在安防毫米波雷达测量坐标系中，将雷达位置标记为O，根据目标参数测量结果，对每个目标分别与其它所有目标进行联合对比处理。此时，假设该目标为真实目标(标记为A)，其它目标均为多径目标(标记为B)；根据多径效应的传播路线，在假设的多径目标B方位角度去检测是否存在其它静止(零多普勒维度)目标；当该角度上存在距离小于假设的多径目标距离的目标，且目标信号强度满足一定的阈值条件，则认为该目标为强反射体目标(标记为C)，也就定位了强反射体空间位置；
多径目标判别模块：用于根据强反射体空间定位结果，构建由真实目标A，多径目标B，强反射体目标C构成的目标集群；根据多径效应导致的上述三个目标的距离特征，判断是否满足关系，确认多径目标B是否为真实多径目标；
多径目标抑制模块：用于当选取的真实目标A，多径目标B，强反射体目标C构成的目标集成满足如式(2)所示关系，确认根据多径目标B方位角度检测到的静止目标为强反射体目标，假设的多径目标B为真实多径目标，则清除目标参数测量结果中关于目标B的信息；
目标信息输出模块：用于将经过多径目标抑制后的目标信息重新整合后输出。
本发明立足于安防毫米波雷达的具体应用，在存在强反射体的多径环境中，提出一种基于强反射体空间定位的安防毫米波雷达多径抑制方法。方案对应的雷达信号处理整体流程如图4所示。
整体信号处理流程主要包括目标检测和多径抑制。其中，目标检测包括获取回波信号、距离-多普勒二维FFT、CFAR检测和目标参数测量；多径抑制包括强反射体空间定位、多径目标判别、多径目标抑制和目标信息输出。
目标检测：
在安防毫米波雷达系统中，雷达发射多个相干的线性调频连续波(FMCW)信号，其中，每个信号之间的时间间隔不同。当信号发射后，遇到目标物体会产生反射信号，反射信号的频率与发射信号的频率相比，会发生变化，这个变化与目标物体速度及目标物体到雷达的距离相关。对雷达回波信号进行距离-多普勒二维FFT后，得到距离-多普勒二维频谱。如图5所示，距离维度的FFT频谱结果中包含目标物体的距离信息；多普勒维度的FFT频谱结果中包含目标物体的速度信息。
对距离-多普勒二维频谱实施CFAR检测，根据期望的误检概率和背景噪声的统计特性在背景噪声中检测出目标信号，如图6所示，构建CFAR检测阈值，当某个维度单元信号频谱高于CFAR检测阈值，则认为该单元上存在目标信号。
目标参数测量是根据CFAR检测结果，进行角度估计及目标信息计算，可得到包含距离、速度、角度、信号强度等目标信息。
4)多径抑制
如图7所示，强反射体空间定位：在安防毫米波雷达测量坐标系中，将雷达位置标记为O，根据目标参数测量结果，对每个目标分别与其它所有目标进行联合对比处理。此时，假设该目标为真实目标(标记为A)，其它目标均为多径目标(标记为B)。根据多径效应的传播路线，在假设的多径目标B方位角度去检测是否存在其它静止(零多普勒维度)目标。当该角度上存在距离小于假设的多径目标距离的目标，且目标信号强度满足一定的阈值条件，则认为该目标为强反射体目标(标记为C)，也就定位了强反射体空间位置。
如图8所示，多径目标判别：根据强反射体空间定位结果，构建由真实目标A，多径目标B，强反射体目标C构成的目标集群。根据多径效应导致的上述三个目标的距离特征，判断是否满足以下关系，确认多径目标B是否为真实多径目标。
多径目标抑制：当选取的真实目标A，多径目标B，强反射体目标C构成的目标集成满足如式(2)所示关系，确认根据多径目标B方位角度检测到的静止目标为强反射体目标，假设的多径目标B为真实多径目标，则清除目标参数测量结果中关于目标B的信息。
目标信息输出：将经过多径目标抑制后的目标信息重新整合后输出。
通过上述操作，对于目标参数测量结果，依次假定选取一个真实目标和一个多径目标，根据多径效应的传播路线，在多径目标的方向角度检测是否存在强反射体目标，通过假定的真实目标、多径目标和检测到的强反射体目标的距离特征，判定目标集群是否满足多径效应的传播规律，可判断假定的多径目标是否为真实多径目标，进一步可实现多径目标抑制，提升安防毫米波雷达在有强反射体的复杂多径环境中的检测性能。
综上所示，传统的多径抑制方法，由于真实目标和多径目标的距离、速度等参数测量结果存在大量相似的情况，雷达波发射回来的信号强度，受目标大小、形状、材料、相对雷达角度和相对雷达距离等因素影响，存在较大波动，在抑制多径目标的同时错误的抑制真实目标，导致雷达检测概率降低。本发明依据多径效应的传播原理，对所有目标参数测量结果依次假定，每次假定采用目标参数测量结果中的两个目标信号，其中一个假设为真实目标，一个假设为多径目标，在多径目标方位角度上进行静止强反射体目标信号检测，可实现对导致多径目标产生的强反射体假定定位，最后根据假设的真实目标、假设的多径目标和检测到的强反射体目标信号的距离特征，判断是否满足多径效应传播路线规律。如满足多径效应传播路线规律，则认定假设的多径目标为真实多径目标，在目标参数测量结果中清除该目标信息。本发明基于真实多径效应的传播路线，可在保证多径抑制的效果同时，避免由于多径抑制导致真实目标漏检，在提升安防毫米波雷达系统的检测准确性的基础上，降低安防毫米波雷达系统的漏检概率。
本发明的应用实施例提供了一种计算机设备，计算机设备包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行安防毫米波雷达多径抑制方法的步骤。
本发明的应用实施例提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行安防毫米波雷达多径抑制方法的步骤。
本发明的应用实施例提供了一种信息数据处理终端，信息数据处理终端用于实现安防毫米波雷达多径抑制系统。
具体应用实施例如下，采用FMCW调制体制安防雷达，雷达参数配置如下：
中心频率(GHz) 24.0 采样率(MHz) 22
调频斜率 3.214e12 脉冲宽度(us) 52
采样点数 1024 脉冲数 256
上述对应的在目标距离维度上，单点距离精度为：
其中，Fs表示采样率，c表示光速，k为调频斜率，N为距离维度FFT点数。
在室外存在强反射体的复杂环境中，采集真实目标沿着某一角度运动的实时数据，通过本发明说明方法，实现多径目标的抑制。
整体回波处理流程步骤包含：
1)获取回波二维频谱
对应的回波距离-多普勒二维频谱如图9所示。
2)CFAR检测和参数测量
经过CFAR检测后，由于安防雷达的作用是探测运动入侵目标，所以系统不对静止目标进行检测，只能得到运动目标的距离、速度和方位角度：
1.目标A：R＝67m，V＝1.2m/s，A＝30°；
2.目标B：R＝56m，V＝1.5m/s，A＝-20°；
3)强反射体空间定位
假设目标B为真实目标，目标A为多径目标，标记雷达位置为O。根据多径传播路径，在OA方向上存在一个静止强反射体。对处于30°和距离小于67m的零多普勒维度(静止目标处于的维度)回波信号二次检测，检测到一个静止目标C：R＝34m，V＝0m/s，A＝30°。图10示出了零多普勒维度强反射体目标回波信号频谱。
4)多径目标判别
根据上述假设的真实目标B，多径目标A，定位检测到一个静止强反射体目
标C的检测信息，可得到真实目标B到静止强反射体的距离为：
进而有由于距离维度单个距离单元精度为1m，则有：
上述等式在误差范围内，则可判定多径目标A为真实多径目标。
5)多径目标抑制和目标信息输出
根据步骤4)判定的真实多径目标，在目标参数检测信息中，剔除多径目标A的检测值，仅输出目标B的检测信息。
本发明实施例在发明方法的使用过程中，通过对检测到的运动目标信息进行假设，并对空间二维频谱实现精准检测查找，定位出一个静止强反射体坐标位置。进一步，对假设的目标信息和定位的静止强反射体信息集群，根据信号参数特征，实现多径目标判别，最后对判别出的多径目标抑制和目标信息输出。方案可在抑制多径目标，提升安防毫米波雷达系统的检测准确率的基础上，避免由于抑制多径目标导致的目标漏检问题影响，提升安防毫米波雷达系统的整体检测性能。
应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种安防毫米波雷达多径抑制方法，其特征在于，主要包括目标检测和多径抑制，其中，目标检测包括获取回波信号、距离-多普勒二维FFT、CFAR检测和目标参数测量；多径抑制包括强反射体空间定位、多径目标判别、多径目标抑制和目标信息输出。
2.如权利要求1所述的安防毫米波雷达多径抑制方法，其特征在于，包含以下步骤：
S1，雷达发射多个相干的线性调频连续波(FMCW)信号，其中，每个信号之间的时间间隔不同，形成回波信号；
S2，对雷达回波信号进行距离-多普勒二维FFT后，得到距离-多普勒二维频谱；
S3，对距离-多普勒二维频谱实施CFAR检测，构建CFAR检测阈值，检测出目标信号；
S4，根据CFAR检测结果，进行角度估计及目标信息计算，得到包含距离、速度、角度、信号强度的目标信息。
3.如权利要求2所述的安防毫米波雷达多径抑制方法，其特征在于，包含以下步骤：
S5，将雷达位置标记为O，根据目标参数测量结果，对每个目标进行联合对比处理，并根据多径效应的传播路线，在假设的多径目标B方位角度检测是否存在其它静止目标，从而定位强反射体空间位置；
S6，根据强反射体空间定位结果，构建由真实目标A，多径目标B，强反射体目标C构成的目标集群，并判断是否满足特定的距离特征，以确认多径目标B是否为真实多径目标。
4.如权利要求3所述的安防毫米波雷达多径抑制方法，其特征在于，包含以下步骤：
S7，当选取的真实目标A，多径目标B，强反射体目标C构成的目标集成满足特定关系，确认根据多径目标B方位角度检测到的静止目标为强反射体目标，假设的多径目标B为真实多径目标，则清除目标参数测量结果中关于目标B的信息；
S8，将经过多径目标抑制后的目标信息重新整合后输出。
5.如权利要求1所述的安防毫米波雷达多径抑制方法，其特征在于，对于目标参数测量结果，依次假定选取一个真实目标和一个多径目标，根据多径效应的传播路线，在多径目标的方向角度检测是否存在强反射体目标，通过假定的真实目标、多径目标和检测到的强反射体目标的距离特征，判定目标集群是否满足多径效应的传播规律，可判断假定的多径目标是否为真实多径目标，进一步可实现多径目标抑制，提升安防毫米波雷达在有强反射体的复杂多径环境中的检测性能。
6.一种应用如权利要求1～3任意一项所述安防毫米波雷达多径抑制方法的安防毫米波雷达多径抑制系统，包括：
回波信号模块：用于令雷达发射多个相干的线性调频连续波信号，其中，每个信号之间的时间间隔不同；
距离-多普勒二维FFT模块：用于对雷达回波信号进行距离-多普勒二维FFT后，得到距离-多普勒二维频谱；
CFAR检测模块：用于对距离-多普勒二维频谱实施CFAR检测，根据期望的误检概率和背景噪声的统计特性在背景噪声中检测出目标信号，构建CFAR检测阈值，当某个维度单元信号频谱高于CFAR检测阈值，则认为该单元上存在目标信号；
目标参数测量模块：用于根据CFAR检测结果，进行角度估计及目标信息计算，可得到包含距离、速度、角度、信号强度的目标信息；
反射体空间定位模块：在安防毫米波雷达测量坐标系中，将雷达位置标记为O，根据目标参数测量结果，对每个目标分别与其它所有目标进行联合对比处理；此时，假设该目标为真实目标，其它目标均为多径目标；根据多径效应的传播路线，在假设的多径目标B方位角度去检测是否存在其它静止目标；当该角度上存在距离小于假设的多径目标距离的目标，且目标信号强度满足一定的阈值条件，则认为该目标为强反射体目标，也就定位了强反射体空间位置；
多径目标判别模块：用于根据强反射体空间定位结果，构建由真实目标A，多径目标B，强反射体目标C构成的目标集群；根据多径效应导致的上述三个目标的距离特征，判断是否满足关系，确认多径目标B是否为真实多径目标；
多径目标抑制模块：用于当选取的真实目标A，多径目标B，强反射体目标C构成的目标集成满足如式(2)所示关系，确认根据多径目标B方位角度检测到的静止目标为强反射体目标，假设的多径目标B为真实多径目标，则清除目标参数测量结果中关于目标B的信息；
目标信息输出模块：用于将经过多径目标抑制后的目标信息重新整合后输出。
7.一种计算机设备，计算机设备包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行如权利要求1～3任意一项所述的安防毫米波雷达多径抑制方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行如权利要求1～3任意一项所述的安防毫米波雷达多径抑制方法的步骤。
9.一种信息数据处理终端，信息数据处理终端用于实现如权利要求4所述的安防毫米波雷达多径抑制系统。
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