WO2020107138A1 - 一种微波雷达和无人飞行器 - Google Patents
一种微波雷达和无人飞行器 Download PDFInfo
- Publication number
- WO2020107138A1 WO2020107138A1 PCT/CN2018/117372 CN2018117372W WO2020107138A1 WO 2020107138 A1 WO2020107138 A1 WO 2020107138A1 CN 2018117372 W CN2018117372 W CN 2018117372W WO 2020107138 A1 WO2020107138 A1 WO 2020107138A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- angle
- detection
- echo
- detection target
- information
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C1/00—Fuselages; Constructional features common to fuselages, wings, stabilising surfaces or the like
- B64C1/36—Fuselages; Constructional features common to fuselages, wings, stabilising surfaces or the like adapted to receive antennas or radomes
-
- 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
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
- G01S13/06—Systems determining position data of a target
- G01S13/08—Systems for measuring distance only
- G01S13/32—Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
- G01S13/34—Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated using transmission of continuous, frequency-modulated waves while heterodyning the received signal, or a signal derived therefrom, with a locally-generated signal related to the contemporaneously transmitted signal
- G01S13/345—Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated using transmission of continuous, frequency-modulated waves while heterodyning the received signal, or a signal derived therefrom, with a locally-generated signal related to the contemporaneously transmitted signal using triangular modulation
-
- 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
- G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
- G01S7/41—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00 using analysis of echo signal for target characterisation; Target signature; Target cross-section
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
提供了一种微波雷达、微波雷达的信号处理方法、无人飞行器以及无人飞行器的控制方法。其中,微波雷达包括:天线装置(542),用于以不同角度发射微波信号,和/或接收微波信号的回波信号(702);以及雷达控制器(544),与天线装置(542)通信连接,雷达控制器(544)用于执行如下操作:获取多个回波信号;根据回波信号对应的观测角度,对多个回波信号进行角度分组,其中,每个角度分组对应于预设观测角度范围的回波信号(704);对每个角度分组中的回波信号,进行相干累加得到回波积累信号(706);根据回波积累信号,计算与回波积累信号对应的检测目标的相关信息(708)。该微波雷达对多个回波信号进行分组后相干累加,以提高信噪比,进而提高弱目标检测概率,提升微波雷达避障性能。
Description
本发明涉及飞行器技术领域,具体而言,涉及一种微波雷达和无人飞行器。
旋转雷达在使用过程中旋转频率不能太高,否则会导致轴承的使用寿命缩短,且旋转带来的震动太大也会影响雷达使用寿命。而低转速带来的问题是雷达单俯仰角刷新率不足,这种情况在旋转雷达中普遍存在。
相关技术中,旋转雷达采用三角波调频连续波和OS-CFAR(Ordered Statistic Constant FALSE Alarm Rate,有序统计恒虚警概率检测)。如图1所示,实线表示发射信号、虚线表示运动目标回波信号、点划线表示静止目标回波信号、T
CPI表示三角波周期、f表示频率、B表示带宽、f
0表示中心频率、t
d表示发射信号与回波信号的时间差、f
B表示发射信号与回波信号混频后的差频,对称三角波调制的FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave,调频连续波)雷达可以同时测速、测距,其不具有距离模糊等优点,常用三角波作为防撞雷达调制波形。OS-CFAR算法的主要目的是抑制遮蔽效应引起的性能恶化,它保留了平均恒虚概率检测使用的一维或二维滑窗结果,如果需要也可以使用保护单元,但是彻底摈弃了后者通过参考单元的数据进行平均,从而直接估计干扰功率电平的方法,取而代之的是,OS CFAR对参考单元的数据进行排序,形成一个升序排列的新序列,选取第k个有序统计量的值作为干扰功率电平的估计,并设阈值为该值和一个因子的乘积。
而上述相关技术针对弱目标检测存在较大的漏检概率,不能够建立稳定的观测,导致航迹建立失败,对无人飞行器自主避障功能有较大的影响。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
为此,本发明的第一个方面在于提出了一种微波雷达。
本发明的第二个方面在于提出了一种无人飞行器。
本发明的第三个方面在于提出了一种微波雷达的信号处理方法。
本发明的第四个方面在于提出了一种无人飞行器的控制方法。
本发明的第五个方面在于提出了一种计算机存储介质。
有鉴于此,根据本发明的第一个方面,提出了一种微波雷达,包括:天线装置,用于以不同角度发射微波信号,和/或接收微波信号的回波信号;以及雷达控制器,与天线装置通信连接,雷达控制器用于执行如下操作:获取多个回波信号;根据回波信号对应的观测角度,对多个回波信号进行角度分组,其中,每个角度分组对应于预设观测角度范围的回波信号;对每个角度分组中的回波信号,进行相干累加得到回波积累信号;根据回波积累信号,计算与回波积累信号对应的检测目标的相关信息。
本发明采用由雷达控制器配置的光栅刻度来控制微波雷达发射的微波信号方向,例如微波雷达可配置触发射频板来发射该光栅刻度,微波雷达的天线装置连续发射M个三角波,接收到检测目标返回的M个回波信号后,将连续的M个回波信号进行分组后相干累加,以提高信噪比,进而提高弱目标检测概率,提升微波雷达避障性能。
在一些实施例中,天线装置绕一转轴连续转动。
在一些实施例中,天线装置在转动时连续发射微波信号。
在一些实施例中,雷达控制器根据回波积累信号,计算与回波积累信号对应的检测目标的相关信息包括:去除回波积累信号中的直流分量;采用预设截短函数,对去除直流分量后的回波积累信号进行截短处理;对截短处理后的回波积累信号进行快速傅里叶,获取快速傅里叶后的回波积累信号的频谱信息;根据预设检测阈值,对频谱信息进行恒虚警处理;根据恒虚警处理的频谱信息,获取波峰信息;根据波峰信息,进行抛物线拟合处理;根据抛物线拟合处理后的波峰信息,计算与回波积累信号对应的检测目标的相关信息。
在一些实施例中,雷达控制器还用于:对多个角度分组中的检测目标的相关信息进行融合。
在一些实施例中,雷达控制器对多个角度分组中的检测目标的相关信息进行融合包括:根据多个角度分组中的检测目标的相关信息,确定多个角度分组中的检测目标是否为同一检测目标;若为同一检测目标,则根据检测目标的检测能量大小,选择检测能量大小最大的检测目标的相关信息,作为同一检测目标的相关信息。
在该实施例中,根据回波信号的中频信号进行目标检测和提取,包括去直流、加窗、FFT(Fast Fourier Transformation,快速傅里叶变换)、CFAR(恒虚警处理)检测、以及抛物线拟合等,获取角度分组内的目标物信息。得到每一个角度分组检测结果后再对所有结果进行融合处理,融合的原则按照无损失任何探测原则,按照目标的索引(检测峰值位置)进行合并,合并后根据距离由近到远排列作为微波雷达的目标物信息。需要说明的是,如果不同的观测角度,检测到相同的目标则根据其能量大小作为取舍依据,选择能量大的作为检测结果。
在一些实施例中,雷达控制器还用于根据微波雷达的移动速度确定补偿频率,并根据补偿频率对回波积累信号进行多普勒频移补偿。
在该实施例中,如果目标是运动的,则在回波信号的信号分量的测量结果中将会呈现一个多普勒频率,因此必须对信号进行频移补偿以保证信号分量的相位一致,以便获得相干积累增益。
在一些实施例中,雷达控制器还用于配置获取的多个回波信号的数量和相干累加参数,其中,相干累加参数为每个角度分组中回波信号的数量,获取的多个回波信号的数量为相干累加参数的整数倍。
在该实施例中,雷达控制器配置获取的多个回波信号的数量和相干累加参数,获取的多个回波信号的数量与相干累加参数的比值即为对回波信号进行角度分组的分组数量,将一个角度分组内的多个回波信号进行相干累加,以增大弱目标检测概率。
在一些实施例中,还包括:与雷达控制器通信连接的角度传感器,角度传感器用于检测微波信号以及回波信号的观测角度。
在一些实施例中,角度传感器包括光栅角度传感器。
在一些实施例中,雷达控制器还用于根据载具的姿态信息,对角度传感器获取的观测角度进行修正,其中,载具用于承载微波雷达。
在一些实施例中,载具为无人飞行器,或地面车辆。
在一些实施例中,雷达控制器还用于利用姿态信息对角度传感器的零度刻度位置进行调整。
在一些实施例中,姿态信息包括俯仰角信息,角度传感器的零度刻度位置平行于载具的平移轴设置。
在一些实施例中,天线装置的转轴垂直于载具的平移轴设置。
在该实施例中,无人飞行器的飞行过程中会出现倾斜情况,利用姿态信息补偿对角度传感器的零度刻度位置,进而提高目标检测的准确性。
在一些实施例中,检测目标的相关信息包括以下一种或其组合:微波雷达与检测目标之间的距离、微波雷达与检测目标之间的角度、检测目标数量、检测目标位置、回波能量。
在一些实施例中,雷达控制器对多个角度分组中的检测目标的相关信息进行融合,具体包括:建立融合变量;针对任一角度分组,判断角度分组内的检测目标数量是否大于零,当角度分组内的检测目标数量小于等于零时进入下一角度分组,当角度分组内的检测目标数量大于零时判断融合变量中的检测目标数量是否为零;当融合变量中的检测目标数量为零时将角度分组内的检测目标的相关信息复制给融合变量,并进入下一角度分组,当融合变量中的检测目标数量不为零时将角度分组内的检测目标的相关信息与融合变量中的检测目标信息进行合并,直至融合变量中的检测目标数量大于预设数量阈值。
在一些实施例中,雷达控制器将角度分组内的检测目标的相关信息与融合变量中的检测目标信息进行合并,具体包括:按照微波雷达与检测目标之间的距离,将角度分组内的检测目标的相关信息与融合变量中的检测目标信息进行合并。
根据本发明的第二个方面,提出了一种无人飞行器,包括:机架;微波雷达,安装在机架上,微波雷达包括:天线装置,用于以不同角度发射 微波信号,和/或接收微波信号的回波信号;以及雷达控制器,与天线装置通信连接,雷达控制器获取多个回波信号,根据回波信号对应的观测角度,对多个回波信号进行角度分组,其中,每个角度分组对应于预设观测角度范围的回波信号,对每个角度分组中的回波信号,进行相干累加得到回波积累信号,根据回波积累信号,计算与回波积累信号对应的检测目标的相关信息。
本发明采用由雷达控制器配置的光栅刻度来控制微波雷达发射的微波信号方向,例如微波雷达可配置触发射频板来发射该光栅刻度,微波雷达的天线装置连续发射M个三角波,接收到检测目标返回的M个回波信号后,将连续的M个回波信号进行分组后相干累加,以提高信噪比,进而提高弱目标检测概率,提升微波雷达避障性能。
在一些实施例中,天线装置绕一转轴连续转动。
在一些实施例中,天线装置在转动时连续发射微波信号。
在一些实施例中,雷达控制器根据回波积累信号,计算与回波积累信号对应的检测目标的相关信息包括:去除回波积累信号中的直流分量;采用预设截短函数,对去除直流分量后的回波积累信号进行截短处理;对截短处理后的回波积累信号进行快速傅里叶,获取快速傅里叶后的回波积累信号的频谱信息;根据预设检测阈值,对频谱信息进行恒虚警处理;根据恒虚警处理的频谱信息,获取波峰信息;根据波峰信息,进行抛物线拟合处理;根据抛物线拟合处理后的波峰信息,计算与回波积累信号对应的检测目标的相关信息。
在一些实施例中,雷达控制器还用于:对多个角度分组中的检测目标的相关信息进行融合。
在一些实施例中,雷达控制器对多个角度分组中的检测目标的相关信息进行融合包括:根据多个角度分组中的检测目标的相关信息,确定多个角度分组中的检测目标是否为同一检测目标;若为同一检测目标,则根据检测目标的检测能量大小,选择检测能量大小最大的检测目标的相关信息,作为同一检测目标的相关信息。
在该实施例中,根据回波信号的中频信号进行目标检测和提取,包括 去直流、加窗、FFT(快速傅里叶变换)、CFAR(恒虚警处理)检测、以及抛物线拟合等,获取角度分组内的目标物信息。得到每一个角度分组检测结果后再对所有结果进行融合处理,融合的原则按照无损失任何探测原则,按照目标的索引(检测峰值位置)进行合并,合并后根据距离由近到远排列作为微波雷达的目标物信息。需要说明的是,如果不同的观测角度,检测到相同的目标则根据其能量大小作为取舍依据,选择能量大的作为检测结果。
在一些实施例中,雷达控制器还用于根据微波雷达的移动速度确定补偿频率,并根据补偿频率对回波积累信号进行多普勒频移补偿。
在该实施例中,如果目标是运动的,则在回波信号的信号分量的测量结果中将会呈现一个多普勒频率,因此必须对信号进行频移补偿以保证信号分量的相位一致,以便获得相干积累增益。
在一些实施例中,雷达控制器还用于配置获取的多个回波信号的数量和相干累加参数,其中,相干累加参数为每个角度分组中回波信号的数量,获取的多个回波信号的数量为相干累加参数的整数倍。
在该实施例中,雷达控制器配置获取的多个回波信号的数量和相干累加参数,获取的多个回波信号的数量与相干累加参数的比值即为对回波信号进行角度分组的分组数量,将一个角度分组内的多个回波信号进行相干累加,以增大弱目标检测概率。
在一些实施例中,还包括:与雷达控制器通信连接的角度传感器,角度传感器用于检测微波信号以及回波信号的观测角度。
在一些实施例中,角度传感器包括光栅角度传感器。
在一些实施例中,雷达控制器还用于根据载具的姿态信息,对角度传感器获取的观测角度进行修正,其中,载具用于承载微波雷达。
在一些实施例中,载具为无人飞行器,或地面车辆。
在一些实施例中,雷达控制器还用于利用姿态信息对角度传感器的零度刻度位置进行调整。
在一些实施例中,姿态信息包括俯仰角信息,角度传感器的零度刻度位置平行于载具的平移轴设置。
在一些实施例中,天线装置的转轴垂直于载具的平移轴设置。
在该实施例中,无人飞行器的飞行过程中会出现倾斜情况,利用姿态信息补偿对角度传感器的零度刻度位置,进而提高目标检测的准确性。
在一些实施例中,检测目标的相关信息包括以下一种或其组合:微波雷达与检测目标之间的距离、微波雷达与检测目标之间的角度、检测目标数量、检测目标位置、回波能量。
在一些实施例中,雷达控制器对多个角度分组中的检测目标的相关信息进行融合,具体包括:建立融合变量;针对任一角度分组,判断角度分组内的检测目标数量是否大于零,当角度分组内的检测目标数量小于等于零时进入下一角度分组,当角度分组内的检测目标数量大于零时判断融合变量中的检测目标数量是否为零;当融合变量中的检测目标数量为零时将角度分组内的检测目标的相关信息复制给融合变量,并进入下一角度分组,当融合变量中的检测目标数量不为零时将角度分组内的检测目标的相关信息与融合变量中的检测目标信息进行合并,直至融合变量中的检测目标数量大于预设数量阈值。
在一些实施例中,雷达控制器将角度分组内的检测目标的相关信息与融合变量中的检测目标信息进行合并,具体包括:按照微波雷达与检测目标之间的距离,将角度分组内的检测目标的相关信息与融合变量中的检测目标信息进行合并。
在一些实施例中,还包括:飞行器控制器,用于根据融合后的检测目标的相关信息控制无人飞行器的航迹。
在该实施例中,飞行器控制器根据融合后的检测目标的相关信息控制无人飞行器的航迹,例如,控制无人飞行器在检测目标前停止飞行或者绕过目标物飞行。
根据本发明的第三个方面,提出了一种微波雷达的信号处理方法,包括:控制微波雷达的天线装置以不同角度发射微波信号,和/或接收微波信号的回波信号;获取多个回波信号,根据回波信号对应的观测角度,对多个回波信号进行角度分组,其中,每个角度分组对应于预设观测角度范围的回波信号;对每个角度分组中的回波信号,进行相干累加得到回波积累 信号;根据回波积累信号,计算与回波积累信号对应的检测目标的相关信息。
本发明采用由配置的光栅刻度来控制微波雷达发射的微波信号方向,例如微波雷达可配置触发射频板来发射该光栅刻度,微波雷达的天线装置连续发射M个三角波,接收到检测目标返回的M个回波信号后,将连续的M个回波信号进行分组后相干累加,以提高信噪比,进而提高弱目标检测概率,提升微波雷达避障性能。
在一些实施例中,还包括:控制天线装置绕一转轴连续转动。
在一些实施例中,还包括:控制天线装置在转动时连续发射微波信号。
在一些实施例中,根据回波积累信号,计算与回波积累信号对应的检测目标的相关信息的步骤包括:去除回波积累信号中的直流分量;采用预设截短函数,对去除直流分量后的回波积累信号进行截短处理;对截短处理后的回波积累信号进行快速傅里叶,获取快速傅里叶后的回波积累信号的频谱信息;根据预设检测阈值,对频谱信息进行恒虚警处理;根据恒虚警处理的频谱信息,获取波峰信息;根据波峰信息,进行抛物线拟合处理;根据抛物线拟合处理后的波峰信息,计算与回波积累信号对应的检测目标的相关信息。
在一些实施例中,还包括:对多个角度分组中的检测目标的相关信息进行融合。
在一些实施例中,对多个角度分组中的检测目标的相关信息进行融合的步骤包括:根据多个角度分组中的检测目标的相关信息,确定多个角度分组中的检测目标是否为同一检测目标;若为同一检测目标,则根据检测目标的检测能量大小,选择检测能量大小最大的检测目标的相关信息,作为同一检测目标的相关信息。
在该实施例中,根据回波信号的中频信号进行目标检测和提取,包括去直流、加窗、FFT(快速傅里叶变换)、CFAR(恒虚警处理)检测、以及抛物线拟合等,获取角度分组内的目标物信息。得到每一个角度分组检测结果后再对所有结果进行融合处理,融合的原则按照无损失任何探测原则,按照目标的索引(检测峰值位置)进行合并,合并后根据距离由近到 远排列作为微波雷达的目标物信息。需要说明的是,如果不同的观测角度,检测到相同的目标则根据其能量大小作为取舍依据,选择能量大的作为检测结果。
在一些实施例中,还包括:根据微波雷达的移动速度确定补偿频率,并根据补偿频率对回波积累信号进行多普勒频移补偿。
在该实施例中,如果目标是运动的,则在回波信号的信号分量的测量结果中将会呈现一个多普勒频率,因此必须对信号进行频移补偿以保证信号分量的相位一致,以便获得相干积累增益。
在一些实施例中,还包括:配置获取的多个回波信号的数量和相干累加参数,其中,相干累加参数为每个角度分组中回波信号的数量,获取的多个回波信号的数量为相干累加参数的整数倍。
在该实施例中,配置获取的多个回波信号的数量和相干累加参数,获取的多个回波信号的数量与相干累加参数的比值即为对回波信号进行角度分组的分组数量,将一个角度分组内的多个回波信号进行相干累加,以增大弱目标检测概率。
在一些实施例中,还包括:控制微波雷达的角度传感器检测微波信号以及回波信号的观测角度。
在一些实施例中,角度传感器包括光栅角度传感器。
在一些实施例中,还包括:根据载具的姿态信息,对角度传感器获取的观测角度进行修正,其中,载具用于承载微波雷达。
在一些实施例中,载具为无人飞行器,或地面车辆。
在一些实施例中,还包括:利用姿态信息对角度传感器的零度刻度位置进行调整。
在一些实施例中,姿态信息包括俯仰角信息,角度传感器的零度刻度位置平行于载具的平移轴设置。
在该实施例中,无人飞行器的飞行过程中会出现倾斜情况,利用姿态信息补偿角度传感器的零度刻度位置,进而提高目标检测的准确性。
在一些实施例中,天线装置的转轴垂直于载具的平移轴设置。
在一些实施例中,检测目标的相关信息包括以下一种或其组合:微波 雷达与检测目标之间的距离、微波雷达与检测目标之间的角度、检测目标数量、检测目标位置、回波能量。
在一些实施例中,对多个角度分组中的检测目标的相关信息进行融合的步骤包括:建立融合变量;针对任一角度分组,判断角度分组内的检测目标数量是否大于零,当角度分组内的检测目标数量小于等于零时进入下一角度分组,当角度分组内的检测目标数量大于零时判断融合变量中的检测目标数量是否为零;当融合变量中的检测目标数量为零时将角度分组内的检测目标的相关信息复制给融合变量,并进入下一角度分组,当融合变量中的检测目标数量不为零时将角度分组内的检测目标的相关信息与融合变量中的检测目标信息进行合并,直至融合变量中的检测目标数量大于预设数量阈值。
在一些实施例中,将角度分组内的检测目标的相关信息与融合变量中的检测目标信息进行合并的步骤包括:按照微波雷达与检测目标之间的距离,将角度分组内的检测目标的相关信息与融合变量中的检测目标信息进行合并。
根据本发明的第四个方面,提出了一种无人飞行器的控制方法,包括:控制无人飞行器的微波雷达的天线装置以不同角度发射微波信号,和/或接收微波信号的回波信号;获取多个回波信号,根据回波信号对应的观测角度,对多个回波信号进行角度分组,其中,每个角度分组对应于预设观测角度范围的回波信号;对每个角度分组中的回波信号,进行相干累加得到回波积累信号;根据回波积累信号,计算与回波积累信号对应的检测目标的相关信息。
本发明采用由配置的光栅刻度来控制微波雷达发射的微波信号方向,例如微波雷达可配置触发射频板来发射该光栅刻度,微波雷达的天线装置连续发射M个三角波,接收到检测目标返回的M个回波信号后,将连续的M个回波信号进行分组后相干累加,以提高信噪比,进而提高弱目标检测概率,提升微波雷达避障性能。
在一些实施例中,控制天线装置绕一转轴连续转动。
在一些实施例中,还包括:控制天线装置在转动时连续发射微波信号。
在一些实施例中,根据回波积累信号,计算与回波积累信号对应的检测目标的相关信息的步骤包括:去除回波积累信号中的直流分量;采用预设截短函数,对去除直流分量后的回波积累信号进行截短处理;对截短处理后的回波积累信号进行快速傅里叶,获取快速傅里叶后的回波积累信号的频谱信息;根据预设检测阈值,对频谱信息进行恒虚警处理;根据恒虚警处理的频谱信息,获取波峰信息;根据波峰信息,进行抛物线拟合处理;根据抛物线拟合处理后的波峰信息,计算与回波积累信号对应的检测目标的相关信息。
在一些实施例中,还包括:对多个角度分组中的检测目标的相关信息进行融合。
在一些实施例中,对多个角度分组中的检测目标的相关信息进行融合的步骤包括:根据多个角度分组中的检测目标的相关信息,确定多个角度分组中的检测目标是否为同一检测目标;若为同一检测目标,则根据检测目标的检测能量大小,选择检测能量大小最大的检测目标的相关信息,作为同一检测目标的相关信息。
在该实施例中,根据回波信号的中频信号进行目标检测和提取,包括去直流、加窗、FFT(快速傅里叶变换)、CFAR(恒虚警处理)检测、以及抛物线拟合等,获取角度分组内的目标物信息。得到每一个角度分组检测结果后再对所有结果进行融合处理,融合的原则按照无损失任何探测原则,按照目标的索引(检测峰值位置)进行合并,合并后根据距离由近到远排列作为微波雷达的目标物信息。需要说明的是,如果不同的观测角度,检测到相同的目标则根据其能量大小作为取舍依据,选择能量大的作为检测结果。
在一些实施例中,还包括:根据微波雷达的移动速度确定补偿频率,并根据补偿频率对回波积累信号进行多普勒频移补偿。
在该实施例中,如果目标是运动的,则在回波信号的信号分量的测量结果中将会呈现一个多普勒频率,因此必须对信号进行频移补偿以保证信号分量的相位一致,以便获得相干积累增益。
在一些实施例中,还包括:配置获取的多个回波信号的数量和相干累 加参数,其中,相干累加参数为每个角度分组中回波信号的数量,获取的多个回波信号的数量为相干累加参数的整数倍。
在该实施例中,配置获取的多个回波信号的数量和相干累加参数,获取的多个回波信号的数量与相干累加参数的比值即为对回波信号进行角度分组的分组数量,将一个角度分组内的多个回波信号进行相干累加,以增大弱目标检测概率。
在一些实施例中,控制微波雷达的角度传感器检测微波信号以及回波信号的观测角度。
在一些实施例中,角度传感器包括光栅角度传感器。
在一些实施例中,还包括:根据载具的姿态信息,对角度传感器获取的观测角度进行修正,其中,载具用于承载微波雷达。
在一些实施例中,载具为无人飞行器,或地面车辆。
在一些实施例中,还包括:利用姿态信息对角度传感器的零度刻度位置进行调整。
在一些实施例中,姿态信息包括俯仰角信息,角度传感器的零度刻度位置平行于载具的平移轴设置。
在一些实施例中,天线装置的转轴垂直于载具的平移轴设置。
在该实施例中,无人飞行器的飞行过程中会出现倾斜情况,利用姿态信息补偿角度传感器的零度刻度位置,进而提高目标检测的准确性。
在一些实施例中,检测目标的相关信息包括以下一种或其组合:微波雷达与检测目标之间的距离、微波雷达与检测目标之间的角度、检测目标数量、检测目标位置、回波能量。
在一些实施例中,对多个角度分组中的检测目标的相关信息进行融合的步骤包括:建立融合变量;针对任一角度分组,判断角度分组内的检测目标数量是否大于零,当角度分组内的检测目标数量小于等于零时进入下一角度分组,当角度分组内的检测目标数量大于零时判断融合变量中的检测目标数量是否为零;当融合变量中的检测目标数量为零时将角度分组内的检测目标的相关信息复制给融合变量,并进入下一角度分组,当融合变量中的检测目标数量不为零时将角度分组内的检测目标的相关信息与融合 变量中的检测目标信息进行合并,直至融合变量中的检测目标数量大于预设数量阈值。
在一些实施例中,将角度分组内的检测目标的相关信息与融合变量中的检测目标信息进行合并的步骤包括:按照微波雷达与检测目标之间的距离,将角度分组内的检测目标的相关信息与融合变量中的检测目标信息进行合并。
在一些实施例中,还包括:根据融合后的检测目标的相关信息控制无人飞行器的航迹。
在该实施例中,飞行器控制器根据融合后的检测目标的相关信息控制无人飞行器的航迹,例如,控制无人飞行器在目标物前停止飞行或者绕过检测目标飞行。
根据本发明的第五个方面,提出了一种计算机存储介质,计算机存储介质中存储有程序指令,程序指令用于实现:控制微波雷达的天线装置以不同角度发射微波信号,和/或接收微波信号的回波信号;获取多个回波信号,根据回波信号对应的观测角度,对多个回波信号进行角度分组,其中,每个角度分组对应于预设观测角度范围的回波信号;对每个角度分组中的回波信号,进行相干累加得到回波积累信号;根据回波积累信号,计算与回波积累信号对应的检测目标的相关信息。
本发明采用由配置的光栅刻度来控制微波雷达发射的微波信号方向,例如微波雷达可配置触发射频板来发射该光栅刻度,微波雷达的天线装置连续发射M个三角波,接收到检测目标返回的M个回波信号后,将连续的M个回波信号进行分组后相干累加,以提高信噪比,进而提高弱目标检测概率,提升微波雷达避障性能。
在一些实施例中,程序指令还用于实现:控制天线装置绕一转轴连续转动。
在一些实施例中,程序指令还用于实现:控制天线装置在转动时连续发射微波信号。
在一些实施例中,程序指令实现根据回波积累信号,计算与回波积累信号对应的检测目标的相关信息,具体包括:去除回波积累信号中的直流 分量;采用预设截短函数,对去除直流分量后的回波积累信号进行截短处理;对截短处理后的回波积累信号进行快速傅里叶,获取快速傅里叶后的回波积累信号的频谱信息;根据预设检测阈值,对频谱信息进行恒虚警处理;根据恒虚警处理的频谱信息,获取波峰信息;根据波峰信息,进行抛物线拟合处理;根据抛物线拟合处理后的波峰信息,计算与回波积累信号对应的检测目标的相关信息。
在一些实施例中,程序指令还用于实现:对多个角度分组中的检测目标的相关信息进行融合。
在一些实施例中,程序指令实现对多个角度分组中的检测目标的相关信息进行融合,具体包括:根据多个角度分组中的检测目标的相关信息,确定多个角度分组中的检测目标是否为同一检测目标;若为同一检测目标,则根据检测目标的检测能量大小,选择检测能量大小最大的检测目标的相关信息,作为同一检测目标的相关信息。
在该实施例中,根据回波信号的中频信号进行目标检测和提取,包括去直流、加窗、FFT(快速傅里叶变换)、CFAR(恒虚警处理)检测、以及抛物线拟合等,获取角度分组内的目标物信息。得到每一个角度分组检测结果后再对所有结果进行融合处理,融合的原则按照无损失任何探测原则,按照目标的索引(检测峰值位置)进行合并,合并后根据距离由近到远排列作为微波雷达的目标物信息。需要说明的是,如果不同的观测角度,检测到相同的目标则根据其能量大小作为取舍依据,选择能量大的作为检测结果。
在一些实施例中,程序指令还用于实现:根据微波雷达的移动速度确定补偿频率,并根据补偿频率对回波积累信号进行多普勒频移补偿。
在该实施例中,如果目标是运动的,则在回波信号的信号分量的测量结果中将会呈现一个多普勒频率,因此必须对信号进行频移补偿以保证信号分量的相位一致,以便获得相干积累增益。
在一些实施例中,程序指令还用于实现:配置获取的多个回波信号的数量和相干累加参数,其中,相干累加参数为每个角度分组中回波信号的数量,获取的多个回波信号的数量为相干累加参数的整数倍。
在该实施例中,配置获取的多个回波信号的数量和相干累加参数,获取的多个回波信号的数量与相干累加参数的比值即为对回波信号进行角度分组的分组数量,将一个角度分组内的多个回波信号进行相干累加,以增大弱目标检测概率。
在一些实施例中,程序指令还用于实现:控制微波雷达的角度传感器检测微波信号以及回波信号的观测角度。
在一些实施例中,角度传感器包括光栅角度传感器。
在一些实施例中,程序指令还用于实现:根据载具的姿态信息,对角度传感器获取的观测角度进行修正,其中,载具用于承载微波雷达。
在一些实施例中,载具为无人飞行器,或地面车辆。
在一些实施例中,程序指令还用于实现:利用姿态信息对角度传感器的零度刻度位置进行调整。
在一些实施例中,姿态信息包括俯仰角信息,角度传感器的零度刻度位置平行于载具的平移轴设置。
在一些实施例中,天线装置的转轴垂直于载具的平移轴设置。
在该实施例中,无人飞行器的飞行过程中会出现倾斜情况,利用姿态信息补偿角度传感器的零度刻度位置,进而提高目标检测的准确性。
在一些实施例中,检测目标的相关信息包括以下一种或其组合:微波雷达与检测目标之间的距离、微波雷达与检测目标之间的角度、检测目标数量、检测目标位置、回波能量。
在一些实施例中,程序指令实现对多个角度分组中的检测目标的相关信息进行融合,具体包括:建立融合变量;针对任一角度分组,判断角度分组内的检测目标数量是否大于零,当角度分组内的检测目标数量小于等于零时进入下一角度分组,当角度分组内的检测目标数量大于零时判断融合变量中的检测目标数量是否为零;当融合变量中的检测目标数量为零时将角度分组内的检测目标的相关信息复制给融合变量,并进入下一角度分组,当融合变量中的检测目标数量不为零时将角度分组内的检测目标的相关信息与融合变量中的检测目标信息进行合并,直至融合变量中的检测目标数量大于预设数量阈值。
在一些实施例中,程序指令实现将角度分组内的检测目标的相关信息与融合变量中的检测目标信息进行合并,具体包括:按照微波雷达与检测目标之间的距离,将角度分组内的检测目标的相关信息与融合变量中的检测目标信息进行合并。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
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示出了相关技术中的三角波调制波形的示意图;
图2示出了本发明的一个实施例的微波雷达的示意框图;
图3示出了本发明的一个具体实施例的多角度测量方法的流程图;
图4示出了本发明的一个具体实施例的多角度测量结果融合方法的流程图;
图5示出了本发明的一个实施例的无人飞行器的示意框图;
图6示出了本发明的一个实施例的无人飞行器的示意图;
图7示出了本发明的一个实施例的微波雷达的信号处理方法的流程图;
图8示出了本发明的一个实施例的无人飞行器的控制方法的流程图。
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点,下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是,本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施,因此,本发明的保护范围并不限于下面公开的具体实施例的限制。
本发明第一方面的实施例,提出一种微波雷达,图2示出了本发明的 一个实施例的微波雷达20的示意框图。其中,该微波雷达20包括:
天线装置202,用于以不同角度发射微波信号,和/或接收微波信号的回波信号;
雷达控制器204,与天线装置202通信连接,雷达控制器204用于执行如下操作:获取多个回波信号;根据回波信号对应的观测角度,对多个回波信号进行角度分组,其中,每个角度分组对应于预设观测角度范围的回波信号;对每个角度分组中的回波信号,进行相干累加得到回波积累信号;根据回波积累信号,计算与回波积累信号对应的检测目标的相关信息。
本发明采用由雷达控制器204配置的光栅刻度来控制微波雷达发射的微波信号方向,例如微波雷达20可配置触发射频板来发射该光栅刻度,微波雷达20的天线装置202连续发射M个三角波,接收到检测目标返回的M个回波信号后,将连续的M个回波信号进行分组后相干累加,以提高信噪比,进而提高弱目标检测概率,提升微波雷达避障性能。
在一些实施例中,所述微波雷达20可以安装在无人飞行器上,雷达控制器204可以包括一个或多个微处理器。微波雷达20还可以包括信号发射器、信号接收器、滤波器、混频器等。
在一些实施例中,天线装置202绕一转轴连续转动。
在一些实施例中,天线装置202在转动时连续发射微波信号。
在一些实施例中,雷达控制器204根据回波积累信号,计算与回波积累信号对应的检测目标的相关信息包括:去除回波积累信号中的直流分量;采用预设截短函数,对去除直流分量后的回波积累信号进行截短处理;对截短处理后的回波积累信号进行快速傅里叶,获取快速傅里叶后的回波积累信号的频谱信息;根据预设检测阈值,对频谱信息进行恒虚警处理;根据恒虚警处理的频谱信息,获取波峰信息;根据波峰信息,进行抛物线拟合处理;根据抛物线拟合处理后的波峰信息,计算与回波积累信号对应的检测目标的相关信息。
在一些实施例中,雷达控制器204还用于:对多个角度分组中的检测目标的相关信息进行融合。
在一些实施例中,雷达控制器204对多个角度分组中的检测目标的相 关信息进行融合包括:根据多个角度分组中的检测目标的相关信息,确定多个角度分组中的检测目标是否为同一检测目标;若为同一检测目标,则根据检测目标的检测能量大小,选择检测能量大小最大的检测目标的相关信息,作为同一检测目标的相关信息。
在该实施例中,根据回波信号的中频信号进行目标检测和提取,包括去直流、加窗、FFT(Fast Fourier Transformation,快速傅里叶变换)、CFAR(恒虚警处理)检测、以及抛物线拟合等,获取角度分组内的目标物信息。得到每一个角度分组检测结果后再对所有结果进行融合处理,融合的原则按照无损失任何探测原则,按照目标的索引(检测峰值位置)进行合并,合并后根据距离由近到远排列作为微波雷达的目标物信息。需要说明的是,如果不同的观测角度,检测到相同的目标则根据其能量大小作为取舍依据,选择能量大的作为检测结果。
在一些实施例中,雷达控制器204还用于根据微波雷达的移动速度确定补偿频率,并根据补偿频率对回波积累信号进行多普勒频移补偿。
在该实施例中,如果目标是运动的,则在回波信号的信号分量的测量结果中将会呈现一个多普勒频率,因此必须对信号进行频移补偿以保证信号分量的相位一致,以便获得相干积累增益。
本发明采用光栅刻度来控制微波雷达的微波信号方向,并且可配置触发射频板发射三角波的光栅刻度,连续发射M个三角波,接收到M个回波后,将连续的M个回波信号进行相干累加并补偿多普勒平移,提高信噪比,具体做法如下:
(1)相干累加:
假设微波雷达发射一个脉冲,被目标物发射回来一部分能量,在回波从接收机输出时对信号进行测量,测量的信号中包含幅度为e
jφ的复回波,以及加性噪声w,假设加性噪声w是对功率σ
2的随机过程样本。单个脉冲的SNR定义为:
其中,χ
1为SNR,A
2为信号能量,σ
2为噪声功率。
现在假设测量又重复了N-1次(共测量N次),希望测量到的回波响 应是不变的,而每次的噪声样本则是独立的。将这些独立测量值进行积累(求和)产生一个新的测量值z,这些包含相位信息的复样本的求和就是相干积累,如下:
其中,z表示回波积累信号,A表示频率的幅度,φ表示频率的相位,N表示相干累加参数(测量次数)。
显然积累的信号分量的能量为N
2A
2,如果噪声样本w(n)彼此独立且均值为0,则噪声分量的功率是独立噪声样本的功率和。进一步假设每个噪声样本的功率相同为σ
2,则总的噪声功率为Nσ
2,积累后的SNR变成:
将N次测量进行相干积累可以将SNR提高N倍,这种提高称为积累增益,正如希望的那样提高SNR可以改善雷达检测和参数估计的性能。
在相干积累中,信号分量是同相相加的,即相干相加的。因为积累后的信号分量的幅度增加原来N倍,所以信号能量增加到原来的N
2倍,而噪声信号由于其相位是随机变化的,所以称之为功率相加。正是信号相位的一致性使信号功率在积累过程中的增加快于噪声功率。
(2)补偿多普勒平移:
在有些情况下,必须对信号进行预处理以保证信号分量的相位一致,以便获得相干积累增益,如果目标是运动的,则在信号分量的测量结果中将会呈现一个多普勒频率,如下:
其中,f为多普勒归一化频率,在这种情况下,信号的功率依赖于多普勒频移的具体数值,除了少数极为幸运的情况外,信号功率都将小于N
2A
2,然而,如果预先知道多普勒频移,信号分量的相位变化可以在求和之前进行补偿:
因为相位校准使信号分量的相位变得相同,所以信号分量可以相干相加,噪声分量的相位仍然随机的,这样积累后的信号功率又变成了N
2A
2, 而积累后的噪声功率仍为Nσ
2,又得到了相干积累增益N。
在一些实施例中,雷达控制器204还用于配置获取的多个回波信号的数量和相干累加参数,其中,相干累加参数为每个角度分组中回波信号的数量,获取的多个回波信号的数量为相干累加参数的整数倍。
在该实施例中,雷达控制器204配置获取的多个回波信号的数量和相干累加参数,获取的多个回波信号的数量与相干累加参数的比值即为对回波信号进行角度分组的分组数量,将一个角度分组内的多个回波信号进行相干累加,以增大弱目标检测概率。
在一些实施例中,还包括:与雷达控制器204通信连接的角度传感器206,角度传感器206用于检测微波信号以及回波信号的观测角度。
在一些实施例中,角度传感器206包括光栅角度传感器。
在一些实施例中,雷达控制器204还用于根据载具的姿态信息,对角度传感器获取的观测角度进行修正,其中,载具用于承载微波雷达。
在一些实施例中,载具为无人飞行器,或地面车辆。
在一些实施例中,雷达控制器204还用于利用姿态信息对角度传感器的零度刻度位置进行调整。
在一些实施例中,姿态信息包括俯仰角信息,角度传感器的零度刻度位置平行于载具的平移轴设置。
在一些实施例中,天线装置的转轴垂直于载具的平移轴设置。
在该实施例中,无人飞行器的飞行过程中会出现倾斜情况,利用姿态信息补偿对角度传感器的零度刻度位置,进而提高目标检测的准确性。
在一些实施例中,检测目标的相关信息包括以下一种或其组合:微波雷达与检测目标之间的距离、微波雷达与检测目标之间的角度、检测目标数量、检测目标位置、回波能量。
在一些实施例中,雷达控制器204对多个角度分组中的检测目标的相关信息进行融合,具体包括:建立融合变量;针对任一角度分组,判断角度分组内的检测目标数量是否大于零,当角度分组内的检测目标数量小于等于零时进入下一角度分组,当角度分组内的检测目标数量大于零时判断融合变量中的检测目标数量是否为零;当融合变量中的检测目标数量为零 时将角度分组内的检测目标的相关信息复制给融合变量,并进入下一角度分组,当融合变量中的检测目标数量不为零时将角度分组内的检测目标的相关信息与融合变量中的检测目标信息进行合并,直至融合变量中的检测目标数量大于预设数量阈值。
在一些实施例中,雷达控制器204将角度分组内的检测目标的相关信息与融合变量中的检测目标信息进行合并,具体包括:按照微波雷达与检测目标之间的距离,将角度分组内的检测目标的相关信息与融合变量中的检测目标信息进行合并。
本发明通过采用多角度观测目标并利用SNR融合结果,来提高弱目标检测概率,从而提升雷达避障性能。图3示出了本发明的一个具体实施例的多角度测量方法的流程图。其中,该方法包括:
步骤302,配置起始采集光栅刻度、采集回波信号数量M和相干累加参数N,其中,采集回波信号数量M为相干累加参数N的整数倍,观测角度个数为M/N=Y;
步骤304,利用飞控姿态数据对光栅刻度进行补偿,并采集M个回波信号;
步骤306,从M个回波信号中连续的N个信号做相干累加并补偿由于无人飞行器运动而引起的多普勒相位移动;
步骤308,对相干累加后得到的中频数据做目标检测处理(包括获取距离、角度、能量、目标位置、数量);
步骤310,判断是否完成Y个角度检测,若是进入步骤312,若否返回步骤308;
步骤312,进行多个观测角度融合处理。
图4示出了本发明的一个具体实施例的多角度测量结果融合方法的流程图。其中,该方法包括:
步骤402,多角度Y检测数据获取{tgts[1]tgts[2]tgts[3]......tgts[Y]},其中,tgts[i]表示第i个角度中获取的目标集合,该目标集合中包括在第i个角度下获取的所有目标物索引以及该目标物的信息,目标物的信息包括距离、角度、能量、目标位置、目标数量等;
步骤404,新建合并过程变量tgts_temp;
步骤406,i=i+1;
步骤408,判断是否i>Y,若否进入步骤410,若是进入步骤420;
步骤410,判断tgts[i]中的目标数量是否大于0,若是进入步骤412,若否返回步骤406;
步骤412,判断tgts_temp中目标数量是否为0,若是进入步骤414,若否进入步骤416;
步骤414,把tgts[i]复制给tgts_temp,并返回步骤406;
步骤416,判断合并的目标数量是否大于预设数量,例如预设数量为16,若否进入步骤418,若是进入步骤420;
步骤418,对tgts[i]与tgts_temp进行数据合并,并返回步骤406;
步骤420,输出结果数据。
本发明第二方面的实施例,提出一种无人飞行器,图5示出了本发明的一个实施例的无人飞行器50的示意框图。其中,该无人飞行器50包括:
机架502;
微波雷达504,安装在机架502上,微波雷达504包括:
天线装置542,用于以不同角度发射微波信号,和/或接收微波信号的回波信号;以及雷达控制器544,与天线装置542通信连接,雷达控制器544获取多个回波信号,根据回波信号对应的观测角度,对多个回波信号进行角度分组,其中,每个角度分组对应于预设观测角度范围的回波信号,对每个角度分组中的回波信号,进行相干累加得到回波积累信号,根据回波积累信号,计算与回波积累信号对应的检测目标的相关信息。
本发明采用由雷达控制器544配置的光栅刻度来控制微波雷达504发射的微波信号方向,例如微波雷达504可配置触发射频板来发射该光栅刻度,微波雷达504的天线装置542连续发射M个三角波,接收到检测目标返回的M个回波信号后,将连续的M个回波信号进行分组后相干累加,以提高信噪比,进而提高弱目标检测概率,提升微波雷达避障性能。
在一些实施例中,雷达控制器544可以包括一个或多个微处理器。微波雷达504还可以包括信号发射器、信号接收器、滤波器、混频器等。
在一些实施例中,天线装置542绕一转轴连续转动,如图6所示,旋转雷达(微波雷达)具有一转轴,天线装置542绕该转轴连续转动。
在一些实施例中,天线装置542在转动时连续发射微波信号。
在一些实施例中,雷达控制器544根据回波积累信号,计算与回波积累信号对应的检测目标的相关信息包括:去除回波积累信号中的直流分量;采用预设截短函数,对去除直流分量后的回波积累信号进行截短处理;对截短处理后的回波积累信号进行快速傅里叶,获取快速傅里叶后的回波积累信号的频谱信息;根据预设检测阈值,对频谱信息进行恒虚警处理;根据恒虚警处理的频谱信息,获取波峰信息;根据波峰信息,进行抛物线拟合处理;根据抛物线拟合处理后的波峰信息,计算与回波积累信号对应的检测目标的相关信息。
在一些实施例中,雷达控制器还用于:对多个角度分组中的检测目标的相关信息进行融合。
在一些实施例中,雷达控制器544对多个角度分组中的检测目标的相关信息进行融合包括:根据多个角度分组中的检测目标的相关信息,确定多个角度分组中的检测目标是否为同一检测目标;若为同一检测目标,则根据检测目标的检测能量大小,选择检测能量大小最大的检测目标的相关信息,作为同一检测目标的相关信息。
在该实施例中,根据回波信号的中频信号进行目标检测和提取,包括去直流、加窗、FFT(快速傅里叶变换)、CFAR(恒虚警处理)检测、以及抛物线拟合等,获取角度分组内的目标物信息。得到每一个角度分组检测结果后再对所有结果进行融合处理,融合的原则按照无损失任何探测原则,按照目标的索引(检测峰值位置)进行合并,合并后根据距离由近到远排列作为微波雷达的目标物信息。需要说明的是,如果不同的观测角度,检测到相同的目标则根据其能量大小作为取舍依据,选择能量大的作为检测结果。
在一些实施例中,雷达控制器544还用于根据微波雷达的移动速度确定补偿频率,并根据补偿频率对回波积累信号进行多普勒频移补偿。
在该实施例中,如果目标是运动的,则在回波信号的信号分量的测量 结果中将会呈现一个多普勒频率,因此必须对信号进行频移补偿以保证信号分量的相位一致,以便获得相干积累增益。
本发明采用光栅刻度来控制微波雷达的微波信号方向,并且可配置触发射频板发射三角波的光栅刻度,连续发射M个三角波,接收到M个回波后,将连续的M个回波信号进行相干累加并补偿多普勒平移,提高信噪比,具体做法如下:
(1)相干累加:
假设微波雷达发射一个脉冲,被目标物发射回来一部分能量,在回波从接收机输出时对信号进行测量,测量的信号中包含幅度为e
jφ的复回波,以及加性噪声w,假设加性噪声w是对功率σ
2的随机过程样本。单个脉冲的SNR定义为:
其中,χ
1为SNR,A
2为信号能量,σ
2为噪声功率。
现在假设测量又重复了N-1次(共测量N次),希望测量到的回波响应是不变的,而每次的噪声样本则是独立的。将这些独立测量值进行积累(求和)产生一个新的测量值z,这些包含相位信息的复样本的求和就是相干积累,如下:
其中,z表示回波积累信号,A表示频率的幅度,φ表示频率的相位,N表示相干累加参数(测量次数)。
显然积累的信号分量的能量为N
2A
2,如果噪声样本w(n)彼此独立且均值为0,则噪声分量的功率是独立噪声样本的功率和。进一步假设每个噪声样本的功率相同为σ
2,则总的噪声功率为Nσ
2,积累后的SNR变成:
将N次测量进行相干积累可以将SNR提高N倍,这种提高称为积累增益,正如希望的那样提高SNR可以改善雷达检测和参数估计的性能。
在相干积累中,信号分量是同相相加的,即相干相加的。因为积累后的信号分量的幅度增加原来N倍,所以信号能量增加到原来的N
2倍,而噪 声信号由于其相位是随机变化的,所以称之为功率相加。正是信号相位的一致性使信号功率在积累过程中的增加快于噪声功率。
(2)补偿多普勒平移:
在有些情况下,必须对信号进行预处理以保证信号分量的相位一致,以便获得相干积累增益,如果目标是运动的,则在信号分量的测量结果中将会呈现一个多普勒频率,如下:
其中,f为多普勒归一化频率,在这种情况下,信号的功率依赖于多普勒频移的具体数值,除了少数极为幸运的情况外,信号功率都将小于N
2A
2,然而,如果预先知道多普勒频移,信号分量的相位变化可以在求和之前进行补偿:
因为相位校准使信号分量的相位变得相同,所以信号分量可以相干相加,噪声分量的相位仍然随机的,这样积累后的信号功率又变成了N
2A
2,而积累后的噪声功率仍为Nσ
2,又得到了相干积累增益N。
在一些实施例中,雷达控制器544还用于配置获取的多个回波信号的数量和相干累加参数,其中,相干累加参数为每个角度分组中回波信号的数量,获取的多个回波信号的数量为相干累加参数的整数倍。
在该实施例中,雷达控制器配置获取的多个回波信号的数量和相干累加参数,获取的多个回波信号的数量与相干累加参数的比值即为对回波信号进行角度分组的分组数量,将一个角度分组内的多个回波信号进行相干累加,以增大弱目标检测概率。
在一些实施例中,还包括:与雷达控制器544通信连接的角度传感器546,角度传感器546用于检测微波信号以及回波信号的观测角度。
在一些实施例中,角度传感器546包括光栅角度传感器。
在一些实施例中,雷达控制器544还用于根据载具的姿态信息,对角度传感器获取的观测角度进行修正,其中,载具用于承载微波雷达。
在一些实施例中,载具为无人飞行器,或地面车辆。
在一些实施例中,雷达控制器544还用于利用姿态信息对角度传感器 的零度刻度位置进行调整。
在一些实施例中,姿态信息包括俯仰角信息,角度传感器的零度刻度位置平行于载具的平移轴设置(如图6中所示无人飞行器的平移轴)。
在一些实施例中,天线装置542的转轴垂直于载具的平移轴设置。
在该实施例中,无人飞行器50的飞行过程中会出现倾斜情况,利用姿态信息补偿对角度传感器的零度刻度位置,进而提高目标检测的准确性。
在一些实施例中,检测目标的相关信息包括以下一种或其组合:微波雷达与检测目标之间的距离、微波雷达与检测目标之间的角度、检测目标数量、检测目标位置、回波能量。
在一些实施例中,雷达控制器544对多个角度分组中的检测目标的相关信息进行融合,具体包括:建立融合变量;针对任一角度分组,判断角度分组内的检测目标数量是否大于零,当角度分组内的检测目标数量小于等于零时进入下一角度分组,当角度分组内的检测目标数量大于零时判断融合变量中的检测目标数量是否为零;当融合变量中的检测目标数量为零时将角度分组内的检测目标的相关信息复制给融合变量,并进入下一角度分组,当融合变量中的检测目标数量不为零时将角度分组内的检测目标的相关信息与融合变量中的检测目标信息进行合并,直至融合变量中的检测目标数量大于预设数量阈值。
在一些实施例中,雷达控制器544将角度分组内的检测目标的相关信息与融合变量中的检测目标信息进行合并,具体包括:按照微波雷达与检测目标之间的距离,将角度分组内的检测目标的相关信息与融合变量中的检测目标信息进行合并。
本发明通过采用多角度观测目标并利用SNR融合结果,来提高弱目标检测概率,从而提升雷达避障性能。图3示出了本发明的一个具体实施例的多角度测量方法的流程图。其中,该方法包括:
步骤302,配置起始采集光栅刻度、采集回波信号数量M和相干累加参数N,其中,采集回波信号数量M为相干累加参数N的整数倍,观测角度个数为M/N=Y;
步骤304,利用飞控姿态数据对光栅刻度进行补偿,并采集M个回波 信号;
步骤306,从M个回波信号中连续的N个信号做相干累加并补偿由于无人飞行器运动而引起的多普勒相位移动;
步骤308,对相干累加后得到的中频数据做目标检测处理(包括获取距离、角度、能量、目标位置、数量);
步骤310,判断是否完成Y个角度检测,若是进入步骤312,若否返回步骤308;
步骤312,进行多个观测角度融合处理。
图4示出了本发明的一个具体实施例的多角度测量结果融合方法的流程图。其中,该方法包括:
步骤402,多角度Y检测数据获取{tgts[1]tgts[2]tgts[3]......tgts[Y]},其中,tgts[i]表示第i个角度中获取的目标集合,该目标集合中包括在第i个角度下获取的所有目标物索引以及该目标物的信息,目标物的信息包括距离、角度、能量、目标位置、目标数量等;
步骤404,新建合并过程变量tgts_temp;
步骤406,i=i+1;
步骤408,判断是否i>Y,若否进入步骤410,若是进入步骤420;
步骤410,判断tgts[i]中的目标数量是否大于0,若是进入步骤412,若否返回步骤406;
步骤412,判断tgts_temp中目标数量是否为0,若是进入步骤414,若否进入步骤416;
步骤414,把tgts[i]复制给tgts_temp,并返回步骤406;
步骤416,判断合并的目标数量是否大于预设数量,例如预设数量为16,若否进入步骤418,若是进入步骤420;
步骤418,对tgts[i]与tgts_temp进行数据合并,并返回步骤406;
步骤420,输出结果数据。
在一些实施例中,无人飞行器50还包括:飞行器控制器506,用于根据融合后的检测目标的相关信息控制无人飞行器的航迹。
在该实施例中,飞行器控制器506根据融合后的检测目标的相关信息 控制无人飞行器的航迹,例如,控制无人飞行器在目标物前停止飞行或者绕过检测目标飞行。
本发明第三方面的实施例,提出一种微波雷达的信号处理方法,图7示出了本发明的一个实施例的微波雷达的信号处理方法的流程图。其中,该信号处理方法包括:
步骤702,控制微波雷达的天线装置以不同角度发射微波信号,和/或接收微波信号的回波信号;
步骤704,获取多个回波信号,根据回波信号对应的观测角度,对多个回波信号进行角度分组,其中,每个角度分组对应于预设观测角度范围的回波信号;
步骤706,对每个角度分组中的回波信号,进行相干累加得到回波积累信号;
步骤708,根据回波积累信号,计算与回波积累信号对应的检测目标的相关信息。
本发明采用由配置的光栅刻度来控制微波雷达发射的微波信号方向,例如微波雷达可配置触发射频板来发射该光栅刻度,微波雷达的天线装置连续发射M个三角波,接收到检测目标返回的M个回波信号后,将连续的M个回波信号进行分组后相干累加,以提高信噪比,进而提高弱目标检测概率,提升微波雷达避障性能。
在一些实施例中,还包括:控制天线装置绕一转轴连续转动。
在一些实施例中,还包括:控制天线装置在转动时连续发射微波信号。
在一些实施例中,根据回波积累信号,计算与回波积累信号对应的检测目标的相关信息的步骤包括:去除回波积累信号中的直流分量;采用预设截短函数,对去除直流分量后的回波积累信号进行截短处理;对截短处理后的回波积累信号进行快速傅里叶,获取快速傅里叶后的回波积累信号的频谱信息;根据预设检测阈值,对频谱信息进行恒虚警处理;根据恒虚警处理的频谱信息,获取波峰信息;根据波峰信息,进行抛物线拟合处理;根据抛物线拟合处理后的波峰信息,计算与回波积累信号对应的检测目标的相关信息。
在一些实施例中,还包括:对多个角度分组中的检测目标的相关信息进行融合。
在一些实施例中,对多个角度分组中的检测目标的相关信息进行融合的步骤包括:根据多个角度分组中的检测目标的相关信息,确定多个角度分组中的检测目标是否为同一检测目标;若为同一检测目标,则根据检测目标的检测能量大小,选择检测能量大小最大的检测目标的相关信息,作为同一检测目标的相关信息。
在该实施例中,根据回波信号的中频信号进行目标检测和提取,包括去直流、加窗、FFT(快速傅里叶变换)、CFAR(恒虚警处理)检测、以及抛物线拟合等,获取角度分组内的目标物信息。得到每一个角度分组检测结果后再对所有结果进行融合处理,融合的原则按照无损失任何探测原则,按照目标的索引(检测峰值位置)进行合并,合并后根据距离由近到远排列作为微波雷达的目标物信息。需要说明的是,如果不同的观测角度,检测到相同的目标则根据其能量大小作为取舍依据,选择能量大的作为检测结果。
在一些实施例中,还包括:根据微波雷达的移动速度确定补偿频率,并根据补偿频率对回波积累信号进行多普勒频移补偿。
在一些实施例中,还包括:根据微波雷达的移动速度确定补偿频率,并根据补偿频率对回波积累信号进行多普勒频移补偿。
在该实施例中,如果目标是运动的,则在回波信号的信号分量的测量结果中将会呈现一个多普勒频率,因此必须对信号进行频移补偿以保证信号分量的相位一致,以便获得相干积累增益。
在一些实施例中,还包括:配置获取的多个回波信号的数量和相干累加参数,其中,相干累加参数为每个角度分组中回波信号的数量,获取的多个回波信号的数量为相干累加参数的整数倍。
在该实施例中,配置获取的多个回波信号的数量和相干累加参数,获取的多个回波信号的数量与相干累加参数的比值即为对回波信号进行角度分组的分组数量,将一个角度分组内的多个回波信号进行相干累加,以增大弱目标检测概率。
本发明采用光栅刻度来控制微波雷达的微波信号方向,并且可配置触发射频板发射三角波的光栅刻度,连续发射M个三角波,接收到M个回波后,将连续的M个回波信号进行相干累加并补偿多普勒平移,提高信噪比,具体做法如下:
(1)相干累加:
假设微波雷达发射一个脉冲,被目标物发射回来一部分能量,在回波从接收机输出时对信号进行测量,测量的信号中包含幅度为e
jφ的复回波,以及加性噪声w,假设加性噪声w是对功率σ
2的随机过程样本。单个脉冲的SNR定义为:
其中,χ
1为SNR,A
2为信号能量,σ
2为噪声功率。
现在假设测量又重复了N-1次(共测量N次),希望测量到的回波响应是不变的,而每次的噪声样本则是独立的。将这些独立测量值进行积累(求和)产生一个新的测量值z,这些包含相位信息的复样本的求和就是相干积累,如下:
其中,z表示回波信号的中频信号,A表示频率的幅度,φ表示频率的相位,N表示相干累加参数(测量次数)。
显然积累的信号分量的能量为N
2A
2,如果噪声样本w(n)彼此独立且均值为0,则噪声分量的功率是独立噪声样本的功率和。进一步假设每个噪声样本的功率相同为σ
2,则总的噪声功率为Nσ
2,积累后的SNR变成:
将N次测量进行相干积累可以将SNR提高N倍,这种提高称为积累增益,正如希望的那样提高SNR可以改善雷达检测和参数估计的性能。
在相干积累中,信号分量是同相相加的,即相干相加的。因为积累后的信号分量的幅度增加原来N倍,所以信号能量增加到原来的N
2倍,而噪声信号由于其相位是随机变化的,所以称之为功率相加。正是信号相位的一致性使信号功率在积累过程中的增加快于噪声功率。
(2)补偿多普勒平移:
在有些情况下,必须对信号进行预处理以保证信号分量的相位一致,以便获得相干积累增益,如果目标是运动的,则在信号分量的测量结果中将会呈现一个多普勒频率,如下:
其中,f为多普勒归一化频率,在这种情况下,信号的功率依赖于多普勒频移的具体数值,除了少数极为幸运的情况外,信号功率都将小于N
2A
2,然而,如果预先知道多普勒频移,信号分量的相位变化可以在求和之前进行补偿:
因为相位校准使信号分量的相位变得相同,所以信号分量可以相干相加,噪声分量的相位仍然随机的,这样积累后的信号功率又变成了N
2A
2,而积累后的噪声功率仍为Nσ
2,又得到了相干积累增益N。
在一些实施例中,还包括:控制微波雷达的角度传感器检测微波信号以及回波信号的观测角度。
在一些实施例中,角度传感器包括光栅角度传感器。
在一些实施例中,还包括:根据载具的姿态信息,对角度传感器获取的观测角度进行修正,其中,载具用于承载微波雷达。
在一些实施例中,载具为无人飞行器,或地面车辆。
在一些实施例中,利用姿态信息对角度传感器的零度刻度位置进行调整。姿态信息包括俯仰角信息,角度传感器的零度刻度位置平行于载具的平移轴设置。
在该实施例中,无人飞行器的飞行过程中会出现倾斜情况,利用姿态信息补偿角度传感器的零度刻度位置,进而提高目标检测的准确性。
在一些实施例中,天线装置的转轴垂直于载具的平移轴设置。
在一些实施例中,检测目标的相关信息包括以下一种或其组合:微波雷达与检测目标之间的距离、微波雷达与检测目标之间的角度、检测目标数量、检测目标位置、回波能量。
在一些实施例中,对多个角度分组中的检测目标的相关信息进行融合 的步骤包括:建立融合变量;针对任一角度分组,判断角度分组内的检测目标数量是否大于零,当角度分组内的检测目标数量小于等于零时进入下一角度分组,当角度分组内的检测目标数量大于零时判断融合变量中的检测目标数量是否为零;当融合变量中的检测目标数量为零时将角度分组内的检测目标的相关信息复制给融合变量,并进入下一角度分组,当融合变量中的检测目标数量不为零时将角度分组内的检测目标的相关信息与融合变量中的检测目标信息进行合并,直至融合变量中的检测目标数量大于预设数量阈值。
在一些实施例中,将角度分组内的检测目标的相关信息与融合变量中的检测目标信息进行合并的步骤包括:按照微波雷达与检测目标之间的距离,将角度分组内的检测目标的相关信息与融合变量中的检测目标信息进行合并。
本发明通过采用多角度观测目标并利用SNR融合结果,来提高弱目标检测概率,从而提升雷达避障性能。图3示出了本发明的一个具体实施例的多角度测量方法的流程图。其中,该方法包括:
步骤302,配置起始采集光栅刻度、采集回波信号数量M和相干累加参数N,其中,采集回波信号数量M为相干累加参数N的整数倍,观测角度个数为M/N=Y;
步骤304,利用飞控姿态数据对光栅刻度进行补偿,并采集M个回波信号;
步骤306,从M个回波信号中连续的N个信号做相干累加并补偿由于无人飞行器运动而引起的多普勒相位移动;
步骤308,对相干累加后得到的中频数据做目标检测处理(包括获取距离、角度、能量、目标位置、数量);
步骤310,判断是否完成Y个角度检测,若是进入步骤312,若否返回步骤308;
步骤312,进行多个观测角度融合处理。
图4示出了本发明的一个具体实施例的多角度测量结果融合方法的流程图。其中,该方法包括:
步骤402,多角度Y检测数据获取{tgts[1]tgts[2]tgts[3]......tgts[Y]},其中,tgts[i]表示第i个角度中获取的目标集合,该目标集合中包括在第i个角度下获取的所有目标物索引以及该目标物的信息,目标物的信息包括距离、角度、能量、目标位置、目标数量等;
步骤404,新建合并过程变量tgts_temp;
步骤406,i=i+1;
步骤408,判断是否i>Y,若否进入步骤410,若是进入步骤420;
步骤410,判断tgts[i]中的目标数量是否大于0,若是进入步骤412,若否返回步骤406;
步骤412,判断tgts_temp中目标数量是否为0,若是进入步骤414,若否进入步骤416;
步骤414,把tgts[i]复制给tgts_temp,并返回步骤406;
步骤416,判断合并的目标数量是否大于预设数量,例如预设数量为16,若否进入步骤418,若是进入步骤420;
步骤418,对tgts[i]与tgts_temp进行数据合并,并返回步骤406;
步骤420,输出结果数据。
本发明第四方面的实施例,提出一种无人飞行器的控制方法,图8示出了本发明的一个实施例的无人飞行器的控制方法的流程图。其中,该控制方法包括:
步骤802,控制无人飞行器的微波雷达的天线装置以不同角度发射微波信号,和/或接收微波信号的回波信号;
步骤804,获取多个回波信号,根据回波信号对应的观测角度,对多个回波信号进行角度分组,其中,每个角度分组对应于预设观测角度范围的回波信号;
步骤806,对每个角度分组中的回波信号,进行相干累加得到回波积累信号;
步骤808,根据回波积累信号,计算与回波积累信号对应的检测目标的相关信息。
本发明采用由配置的光栅刻度来控制微波雷达发射的微波信号方向, 例如微波雷达可配置触发射频板来发射该光栅刻度,微波雷达的天线装置连续发射M个三角波,接收到检测目标返回的M个回波信号后,将连续的M个回波信号进行分组后相干累加,以提高信噪比,进而提高弱目标检测概率,提升微波雷达避障性能。
在一些实施例中,控制天线装置绕一转轴连续转动。
在一些实施例中,还包括:控制天线装置在转动时连续发射微波信号。
在一些实施例中,根据回波积累信号,计算与回波积累信号对应的检测目标的相关信息的步骤包括:去除回波积累信号中的直流分量;采用预设截短函数,对去除直流分量后的回波积累信号进行截短处理;对截短处理后的回波积累信号进行快速傅里叶,获取快速傅里叶后的回波积累信号的频谱信息;根据预设检测阈值,对频谱信息进行恒虚警处理;根据恒虚警处理的频谱信息,获取波峰信息;根据波峰信息,进行抛物线拟合处理;根据抛物线拟合处理后的波峰信息,计算与回波积累信号对应的检测目标的相关信息。
在一些实施例中,还包括:对多个角度分组中的检测目标的相关信息进行融合。
在一些实施例中,对多个角度分组中的检测目标的相关信息进行融合的步骤包括:根据多个角度分组中的检测目标的相关信息,确定多个角度分组中的检测目标是否为同一检测目标;若为同一检测目标,则根据检测目标的检测能量大小,选择检测能量大小最大的检测目标的相关信息,作为同一检测目标的相关信息。
在该实施例中,根据回波信号的中频信号进行目标检测和提取,包括去直流、加窗、FFT(快速傅里叶变换)、CFAR(恒虚警处理)检测、以及抛物线拟合等,获取角度分组内的目标物信息。得到每一个角度分组检测结果后再对所有结果进行融合处理,融合的原则按照无损失任何探测原则,按照目标的索引(检测峰值位置)进行合并,合并后根据距离由近到远排列作为微波雷达的目标物信息。需要说明的是,如果不同的观测角度,检测到相同的目标则根据其能量大小作为取舍依据,选择能量大的作为检测结果。
在一些实施例中,还包括:根据微波雷达的移动速度确定补偿频率,并根据补偿频率对回波积累信号进行多普勒频移补偿。
在该实施例中,如果目标是运动的,则在回波信号的信号分量的测量结果中将会呈现一个多普勒频率,因此必须对信号进行频移补偿以保证信号分量的相位一致,以便获得相干积累增益。
在一些实施例中,还包括:配置获取的多个回波信号的数量和相干累加参数,其中,相干累加参数为每个角度分组中回波信号的数量,获取的多个回波信号的数量为相干累加参数的整数倍。
在该实施例中,配置获取的多个回波信号的数量和相干累加参数,获取的多个回波信号的数量与相干累加参数的比值即为对回波信号进行角度分组的分组数量,将一个角度分组内的多个回波信号进行相干累加,以增大弱目标检测概率。
本发明采用光栅刻度来控制微波雷达的微波信号方向,并且可配置触发射频板发射三角波的光栅刻度,连续发射M个三角波,接收到M个回波后,将连续的M个回波信号进行相干累加并补偿多普勒平移,提高信噪比,具体做法如下:
(1)相干累加:
假设微波雷达发射一个脉冲,被目标物发射回来一部分能量,在回波从接收机输出时对信号进行测量,测量的信号中包含幅度为e
jφ的复回波,以及加性噪声w,假设加性噪声w是对功率σ
2的随机过程样本。单个脉冲的SNR定义为:
其中,χ
1为SNR,A
2为信号能量,σ
2为噪声功率。
现在假设测量又重复了N-1次(共测量N次),希望测量到的回波响应是不变的,而每次的噪声样本则是独立的。将这些独立测量值进行积累(求和)产生一个新的测量值z,这些包含相位信息的复样本的求和就是相干积累,如下:
其中,z表示回波信号的中频信号,A表示频率的幅度,φ表示频率的 相位,N表示相干累加参数(测量次数)。
显然积累的信号分量的能量为N
2A
2,如果噪声样本w(n)彼此独立且均值为0,则噪声分量的功率是独立噪声样本的功率和。进一步假设每个噪声样本的功率相同为σ
2,则总的噪声功率为Nσ
2,积累后的SNR变成:
将N次测量进行相干积累可以将SNR提高N倍,这种提高称为积累增益,正如希望的那样提高SNR可以改善雷达检测和参数估计的性能。
在相干积累中,信号分量是同相相加的,即相干相加的。因为积累后的信号分量的幅度增加原来N倍,所以信号能量增加到原来的N
2倍,而噪声信号由于其相位是随机变化的,所以称之为功率相加。正是信号相位的一致性使信号功率在积累过程中的增加快于噪声功率。
(2)补偿多普勒平移:
在有些情况下,必须对信号进行预处理以保证信号分量的相位一致,以便获得相干积累增益,如果目标是运动的,则在信号分量的测量结果中将会呈现一个多普勒频率,如下:
其中,f为多普勒归一化频率,在这种情况下,信号的功率依赖于多普勒频移的具体数值,除了少数极为幸运的情况外,信号功率都将小于N
2A
2,然而,如果预先知道多普勒频移,信号分量的相位变化可以在求和之前进行补偿:
因为相位校准使信号分量的相位变得相同,所以信号分量可以相干相加,噪声分量的相位仍然随机的,这样积累后的信号功率又变成了N
2A
2,而积累后的噪声功率仍为Nσ
2,又得到了相干积累增益N。
在一些实施例中,控制微波雷达的角度传感器检测微波信号以及回波信号的观测角度。
在一些实施例中,角度传感器包括光栅角度传感器。
在一些实施例中,还包括:根据载具的姿态信息,对角度传感器获取 的观测角度进行修正,其中,载具用于承载微波雷达。
在一些实施例中,载具为无人飞行器,或地面车辆。
在一些实施例中,利用姿态信息对角度传感器的零度刻度位置进行调整。姿态信息包括俯仰角信息,角度传感器的零度刻度位置平行于载具的平移轴设置。
在一些实施例中,天线装置的转轴垂直于载具的平移轴设置。
在该实施例中,无人飞行器的飞行过程中会出现倾斜情况,利用姿态信息补偿角度传感器的零度刻度位置,进而提高目标检测的准确性。
在一些实施例中,检测目标的相关信息包括以下一种或其组合:微波雷达与检测目标之间的距离、微波雷达与检测目标之间的角度、检测目标数量、检测目标位置、回波能量。
在一些实施例中,对多个角度分组中的检测目标的相关信息进行融合的步骤包括:建立融合变量;针对任一角度分组,判断角度分组内的检测目标数量是否大于零,当角度分组内的检测目标数量小于等于零时进入下一角度分组,当角度分组内的检测目标数量大于零时判断融合变量中的检测目标数量是否为零;当融合变量中的检测目标数量为零时将角度分组内的检测目标的相关信息复制给融合变量,并进入下一角度分组,当融合变量中的检测目标数量不为零时将角度分组内的检测目标的相关信息与融合变量中的检测目标信息进行合并,直至融合变量中的检测目标数量大于预设数量阈值。
在一些实施例中,将角度分组内的检测目标的相关信息与融合变量中的检测目标信息进行合并的步骤包括:按照微波雷达与检测目标之间的距离,将角度分组内的检测目标的相关信息与融合变量中的检测目标信息进行合并。
本发明通过采用多角度观测目标并利用SNR融合结果,来提高弱目标检测概率,从而提升雷达避障性能。图3示出了本发明的一个具体实施例的多角度测量方法的流程图。其中,该方法包括:
步骤302,配置起始采集光栅刻度、采集回波信号数量M和相干累加参数N,其中,采集回波信号数量M为相干累加参数N的整数倍,观测角 度个数为M/N=Y;
步骤304,利用飞控姿态数据对光栅刻度进行补偿,并采集M个回波信号;
步骤306,从M个回波信号中连续的N个信号做相干累加并补偿由于无人飞行器运动而引起的多普勒相位移动;
步骤308,对相干累加后得到的中频数据做目标检测处理(包括获取距离、角度、能量、目标位置、数量);
步骤310,判断是否完成Y个角度检测,若是进入步骤312,若否返回步骤308;
步骤312,进行多个观测角度融合处理。
图4示出了本发明的一个具体实施例的多角度测量结果融合方法的流程图。其中,该方法包括:
步骤402,多角度Y检测数据获取{tgts[1]tgts[2]tgts[3]......tgts[Y]},其中,tgts[i]表示第i个角度中获取的目标集合,该目标集合中包括在第i个角度下获取的所有目标物索引以及该目标物的信息,目标物的信息包括距离、角度、能量、目标位置、目标数量等;
步骤404,新建合并过程变量tgts_temp;
步骤406,i=i+1;
步骤408,判断是否i>Y,若否进入步骤410,若是进入步骤420;
步骤410,判断tgts[i]中的目标数量是否大于0,若是进入步骤412,若否返回步骤406;
步骤412,判断tgts_temp中目标数量是否为0,若是进入步骤414,若否进入步骤416;
步骤414,把tgts[i]复制给tgts_temp,并返回步骤406;
步骤416,判断合并的目标数量是否大于预设数量,例如预设数量为16,若否进入步骤418,若是进入步骤420;
步骤418,对tgts[i]与tgts_temp进行数据合并,并返回步骤406;
步骤420,输出结果数据。
在一些实施例中,还包括:根据融合后的检测目标的相关信息控制无 人飞行器的航迹。
在该实施例中,飞行器控制器根据融合后的检测目标的相关信息控制无人飞行器的航迹,例如,控制无人飞行器在目标物前停止飞行或者绕过检测目标飞行。
本发明第五方面的实施例,提出了一种计算机存储介质,计算机存储介质中存储有程序指令,程序指令用于实现:控制微波雷达的天线装置以不同角度发射微波信号,和/或接收微波信号的回波信号;获取多个回波信号,根据回波信号对应的观测角度,对多个回波信号进行角度分组,其中,每个角度分组对应于预设观测角度范围的回波信号;对每个角度分组中的回波信号,进行相干累加得到回波积累信号;根据回波积累信号,计算与回波积累信号对应的检测目标的相关信息。
本发明采用由配置的光栅刻度来控制微波雷达发射的微波信号方向,例如微波雷达可配置触发射频板来发射该光栅刻度,微波雷达的天线装置连续发射M个三角波,接收到检测目标返回的M个回波信号后,将连续的M个回波信号进行分组后相干累加,以提高信噪比,进而提高弱目标检测概率,提升微波雷达避障性能。
在一些实施例中,程序指令还用于实现:控制天线装置绕一转轴连续转动。
在一些实施例中,程序指令还用于实现:控制天线装置在转动时连续发射微波信号。
在一些实施例中,程序指令实现根据回波积累信号,计算与回波积累信号对应的检测目标的相关信息,具体包括:去除回波积累信号中的直流分量;采用预设截短函数,对去除直流分量后的回波积累信号进行截短处理;对截短处理后的回波积累信号进行快速傅里叶,获取快速傅里叶后的回波积累信号的频谱信息;根据预设检测阈值,对频谱信息进行恒虚警处理;根据恒虚警处理的频谱信息,获取波峰信息;根据波峰信息,进行抛物线拟合处理;根据抛物线拟合处理后的波峰信息,计算与回波积累信号对应的检测目标的相关信息。
在一些实施例中,程序指令还用于实现:对多个角度分组中的检测目 标的相关信息进行融合。
在一些实施例中,程序指令实现对多个角度分组中的检测目标的相关信息进行融合,具体包括:根据多个角度分组中的检测目标的相关信息,确定多个角度分组中的检测目标是否为同一检测目标;若为同一检测目标,则根据检测目标的检测能量大小,选择检测能量大小最大的检测目标的相关信息,作为同一检测目标的相关信息。
在该实施例中,根据回波信号的中频信号进行目标检测和提取,包括去直流、加窗、FFT(快速傅里叶变换)、CFAR(恒虚警处理)检测、以及抛物线拟合等,获取角度分组内的目标物信息。得到每一个角度分组检测结果后再对所有结果进行融合处理,融合的原则按照无损失任何探测原则,按照目标的索引(检测峰值位置)进行合并,合并后根据距离由近到远排列作为微波雷达的目标物信息。需要说明的是,如果不同的观测角度,检测到相同的目标则根据其能量大小作为取舍依据,选择能量大的作为检测结果。
在一些实施例中,所述计算机存储介质可以为易失性存储器,或者非易失性存储器。所述计算机存储介质也可以为串行存储器,或者并行存储器。所述计算机存储介质可以为RAM存储器,或者ROM存储器。
在一些实施例中,程序指令还用于实现:根据微波雷达的移动速度确定补偿频率,并根据补偿频率对回波积累信号进行多普勒频移补偿。
在该实施例中,如果目标是运动的,则在回波信号的信号分量的测量结果中将会呈现一个多普勒频率,因此必须对信号进行频移补偿以保证信号分量的相位一致,以便获得相干积累增益。
本发明采用光栅刻度来控制微波雷达的微波信号方向,并且可配置触发射频板发射三角波的光栅刻度,连续发射M个三角波,接收到M个回波后,将连续的M个回波信号进行相干累加并补偿多普勒平移,提高信噪比,具体做法如下:
(1)相干累加:
假设微波雷达发射一个脉冲,被目标物发射回来一部分能量,在回波从接收机输出时对信号进行测量,测量的信号中包含幅度为e
jφ的复回波, 以及加性噪声w,假设加性噪声w是对功率σ
2的随机过程样本。单个脉冲的SNR定义为:
其中,χ
1为SNR,A
2为信号能量,σ
2为噪声功率。
现在假设测量又重复了N-1次(共测量N次),希望测量到的回波响应是不变的,而每次的噪声样本则是独立的。将这些独立测量值进行积累(求和)产生一个新的测量值z,这些包含相位信息的复样本的求和就是相干积累,如下:
其中,z表示回波信号的中频信号,A表示频率的幅度,φ表示频率的相位,N表示相干累加参数(测量次数)。
显然积累的信号分量的能量为N
2A
2,如果噪声样本w(n)彼此独立且均值为0,则噪声分量的功率是独立噪声样本的功率和。进一步假设每个噪声样本的功率相同为σ
2,则总的噪声功率为Nσ
2,积累后的SNR变成:
将N次测量进行相干积累可以将SNR提高N倍,这种提高称为积累增益,正如希望的那样提高SNR可以改善雷达检测和参数估计的性能。
在相干积累中,信号分量是同相相加的,即相干相加的。因为积累后的信号分量的幅度增加原来N倍,所以信号能量增加到原来的N
2倍,而噪声信号由于其相位是随机变化的,所以称之为功率相加。正是信号相位的一致性使信号功率在积累过程中的增加快于噪声功率。
(2)补偿多普勒平移:
在有些情况下,必须对信号进行预处理以保证信号分量的相位一致,以便获得相干积累增益,如果目标是运动的,则在信号分量的测量结果中将会呈现一个多普勒频率,如下:
其中,f为多普勒归一化频率,在这种情况下,信号的功率依赖于多普勒频移的具体数值,除了少数极为幸运的情况外,信号功率都将小于 N
2A
2,然而,如果预先知道多普勒频移,信号分量的相位变化可以在求和之前进行补偿:
因为相位校准使信号分量的相位变得相同,所以信号分量可以相干相加,噪声分量的相位仍然随机的,这样积累后的信号功率又变成了N
2A
2,而积累后的噪声功率仍为Nσ
2,又得到了相干积累增益N。
在一些实施例中,程序指令还用于实现:配置获取的多个回波信号的数量和相干累加参数,其中,相干累加参数为每个角度分组中回波信号的数量,获取的多个回波信号的数量为相干累加参数的整数倍。
在该实施例中,配置获取的多个回波信号的获取的多个回波信号的数量与相干累加参数的比值即为对回波信号进行角度分组的分组数量,将一个角度分组内的多个回波信号进行相干累加,以增大弱目标检测概率。
在一些实施例中,程序指令还用于实现:控制微波雷达的角度传感器检测微波信号以及回波信号的观测角度。
在一些实施例中,角度传感器包括光栅角度传感器。
在一些实施例中,程序指令还用于实现:根据载具的姿态信息,对角度传感器获取的观测角度进行修正,其中,载具用于承载微波雷达。
在一些实施例中,载具为无人飞行器,或地面车辆。
在一些实施例中,程序指令还用于实现:利用姿态信息对角度传感器的零度刻度位置进行调整。
在一些实施例中,姿态信息包括俯仰角信息,角度传感器的零度刻度位置平行于载具的平移轴设置。
在一些实施例中,天线装置的转轴垂直于载具的平移轴设置。
在该实施例中,无人飞行器的飞行过程中会出现倾斜情况,利用姿态信息补偿角度传感器的零度刻度位置,进而提高目标检测的准确性。
在一些实施例中,检测目标的相关信息包括以下一种或其组合:微波雷达与检测目标之间的距离、微波雷达与检测目标之间的角度、检测目标数量、检测目标位置、回波能量。
在一些实施例中,程序指令实现对多个角度分组中的检测目标的相关 信息进行融合,具体包括:建立融合变量;针对任一角度分组,判断角度分组内的检测目标数量是否大于零,当角度分组内的检测目标数量小于等于零时进入下一角度分组,当角度分组内的检测目标数量大于零时判断融合变量中的检测目标数量是否为零;当融合变量中的检测目标数量为零时将角度分组内的检测目标的相关信息复制给融合变量,并进入下一角度分组,当融合变量中的检测目标数量不为零时将角度分组内的检测目标的相关信息与融合变量中的检测目标信息进行合并,直至融合变量中的检测目标数量大于预设数量阈值。
在一些实施例中,程序指令实现将角度分组内的检测目标的相关信息与融合变量中的检测目标信息进行合并,具体包括:按照微波雷达与检测目标之间的距离,将角度分组内的检测目标的相关信息与融合变量中的检测目标信息进行合并。
本发明通过采用多角度观测目标并利用SNR融合结果,来提高弱目标检测概率,从而提升雷达避障性能。图3示出了本发明的一个具体实施例的多角度测量方法的流程图。其中,该方法包括:
步骤302,配置起始采集光栅刻度、采集回波信号数量M和相干累加参数N,其中,采集回波信号数量M为相干累加参数N的整数倍,观测角度个数为M/N=Y;
步骤304,利用飞控姿态数据对光栅刻度进行补偿,并采集M个回波信号;
步骤306,从M个回波信号中连续的N个信号做相干累加并补偿由于无人飞行器运动而引起的多普勒相位移动;
步骤308,对相干累加后得到的中频数据做目标检测处理(包括获取距离、角度、能量、目标位置、数量);
步骤310,判断是否完成Y个角度检测,若是进入步骤312,若否返回步骤308;
步骤312,进行多个观测角度融合处理。
图4示出了本发明的一个具体实施例的多角度测量结果融合方法的流程图。其中,该方法包括:
步骤402,多角度Y检测数据获取{tgts[1]tgts[2]tgts[3]......tgts[Y]},其中,tgts[i]表示第i个角度中获取的目标集合,该目标集合中包括在第i个角度下获取的所有目标物索引以及该目标物的信息,目标物的信息包括距离、角度、能量、目标位置、目标数量等;
步骤404,新建合并过程变量tgts_temp;
步骤406,i=i+1;
步骤408,判断是否i>Y,若否进入步骤410,若是进入步骤420;
步骤410,判断tgts[i]中的目标数量是否大于0,若是进入步骤412,若否返回步骤406;
步骤412,判断tgts_temp中目标数量是否为0,若是进入步骤414,若否进入步骤416;
步骤414,把tgts[i]复制给tgts_temp,并返回步骤406;
步骤416,判断合并的目标数量是否大于预设数量,例如预设数量为16,若否进入步骤418,若是进入步骤420;
步骤418,对tgts[i]与tgts_temp进行数据合并,并返回步骤406;
步骤420,输出结果数据。
在本说明书的描述中,术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性,除非另有明确的规定和限定;术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解,例如,“连接”可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中,术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且,描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于 本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (92)
- 一种微波雷达,其特征在于,包括:天线装置,用于以不同角度发射微波信号,和/或接收所述微波信号的回波信号;以及雷达控制器,与所述天线装置通信连接,所述雷达控制器用于执行如下操作:获取多个所述回波信号;根据所述回波信号对应的观测角度,对多个所述回波信号进行角度分组,其中,每个所述角度分组对应于预设观测角度范围的所述回波信号;对每个所述角度分组中的所述回波信号,进行相干累加得到回波积累信号;根据所述回波积累信号,计算与所述回波积累信号对应的检测目标的相关信息。
- 根据权利要求1所述的微波雷达,其特征在于,所述天线装置绕一转轴连续转动。
- 根据权利要求2所述的微波雷达,其特征在于,所述天线装置在转动时连续发射所述微波信号。
- 根据权利要求1所述的微波雷达,其特征在于,所述雷达控制器根据所述回波积累信号,计算与所述回波积累信号对应的检测目标的相关信息包括:去除所述回波积累信号中的直流分量;采用预设截短函数,对去除直流分量后的所述回波积累信号进行截短处理;对截短处理后的所述回波积累信号进行快速傅里叶,获取所述快速傅里叶后的所述回波积累信号的频谱信息;根据预设检测阈值,对所述频谱信息进行恒虚警处理;根据恒虚警处理的频谱信息,获取波峰信息;根据所述波峰信息,进行抛物线拟合处理;根据抛物线拟合处理后的波峰信息,计算与所述回波积累信号对应的检测目标的相关信息。
- 根据权利要求1所述的微波雷达,其特征在于,所述雷达控制器还用于:对多个所述角度分组中的检测目标的相关信息进行融合。
- 根据权利要求5所述的微波雷达,其特征在于,所述雷达控制器对多个所述角度分组中的检测目标的相关信息进行融合包括:根据多个所述角度分组中的检测目标的相关信息,确定多个所述角度分组中的检测目标是否为同一检测目标;若为同一检测目标,则根据检测目标的检测能量大小,选择所述检测能量大小最大的检测目标的相关信息,作为所述同一检测目标的相关信息。
- 根据权利要求1所述的微波雷达,其特征在于,所述雷达控制器还用于根据所述微波雷达的移动速度确定补偿频率,并根据所述补偿频率对所述回波积累信号进行多普勒频移补偿。
- 根据权利要求1所述的微波雷达,其特征在于,所述雷达控制器还用于配置获取的多个所述回波信号的数量和相干累加参数,其中,所述相干累加参数为每个所述角度分组中回波信号的数量,所述获取的多个所述回波信号的数量为所述相干累加参数的整数倍。
- 根据权利要求1所述的微波雷达,其特征在于,还包括:与所述雷达控制器通信连接的角度传感器,所述角度传感器用于检测所述微波信号以及所述回波信号的观测角度。
- 根据权利要求9所述的微波雷达,其特征在于,所述角度传感器包括光栅角度传感器。
- 根据权利要求9所述的微波雷达,其特征在于,所述雷达控制器还用于根据载具的姿态信息,对所述角度传感器获取的观测角度进行修正,其中,所述载具用于承载所述微波雷达。
- 根据权利要求11所述的微波雷达,其特征在于,所述载具为无人飞行器,或地面车辆。
- 根据权利要求11所述的微波雷达,其特征在于,所述雷达控制器 还用于利用姿态信息对所述角度传感器的零度刻度位置进行调整。
- 根据权利要求13所述的微波雷达,其特征在于,所述姿态信息包括俯仰角信息,所述角度传感器的零度刻度位置平行于所述载具的平移轴设置。
- 根据权利要求14所述的微波雷达,其特征在于,所述天线装置的转轴垂直于所述载具的平移轴设置。
- 根据权利要求5所述的微波雷达,其特征在于,所述检测目标的相关信息包括以下一种或其组合:所述微波雷达与检测目标之间的距离、所述微波雷达与检测目标之间的角度、检测目标数量、检测目标位置、回波能量。
- 根据权利要求16所述的微波雷达,其特征在于,所述雷达控制器对多个所述角度分组中的检测目标的相关信息进行融合,具体包括:建立融合变量;针对任一所述角度分组,判断所述角度分组内的检测目标数量是否大于零,当所述角度分组内的检测目标数量小于等于零时进入下一所述角度分组,当所述角度分组内的检测目标数量大于零时判断所述融合变量中的检测目标数量是否为零;当所述融合变量中的检测目标数量为零时将所述角度分组内的检测目标的相关信息复制给所述融合变量,并进入下一所述角度分组,当所述融合变量中的检测目标数量不为零时将所述角度分组内的检测目标的相关信息与所述融合变量中的检测目标信息进行合并,直至所述融合变量中的检测目标数量大于预设数量阈值。
- 根据权利要求17所述的微波雷达,其特征在于,所述雷达控制器将所述角度分组内的检测目标的相关信息与所述融合变量中的检测目标信息进行合并,具体包括:按照所述微波雷达与所述检测目标之间的距离,将所述角度分组内的检测目标的相关信息与所述融合变量中的检测目标信息进行合并。
- 一种无人飞行器,其特征在于,包括:机架;微波雷达,安装在所述机架上,所述微波雷达包括:天线装置,用于以不同角度发射微波信号,和/或接收所述微波信号的回波信号;以及雷达控制器,与所述天线装置通信连接,所述雷达控制器获取多个所述回波信号,根据所述回波信号对应的观测角度,对多个所述回波信号进行角度分组,其中,每个所述角度分组对应于预设观测角度范围的所述回波信号,对每个所述角度分组中的所述回波信号,进行相干累加得到回波积累信号,根据所述回波积累信号,计算与所述回波积累信号对应的检测目标的相关信息。
- 根据权利要求19所述的无人飞行器,其特征在于,所述天线装置绕一转轴连续转动。
- 根据权利要求20所述的无人飞行器,其特征在于,所述天线装置在转动时连续发射所述微波信号。
- 根据权利要求19所述的无人飞行器,其特征在于,所述雷达控制器根据所述回波积累信号,计算与所述回波积累信号对应的检测目标的相关信息包括:去除所述回波积累信号中的直流分量;采用预设截短函数,对去除直流分量后的所述回波积累信号进行截短处理;对截短处理后的所述回波积累信号进行快速傅里叶,获取所述快速傅里叶后的所述回波积累信号的频谱信息;根据预设检测阈值,对所述频谱信息进行恒虚警处理;根据恒虚警处理的频谱信息,获取波峰信息;根据所述波峰信息,进行抛物线拟合处理;根据抛物线拟合处理后的波峰信息,计算与所述回波积累信号对应的检测目标的相关信息。
- 根据权利要求19所述的无人飞行器,其特征在于,所述雷达控制器还用于:对多个所述角度分组中的检测目标的相关信息进行融合。
- 根据权利要求23所述的无人飞行器,其特征在于,所述雷达控制器对多个所述角度分组中的检测目标的相关信息进行融合包括:根据多个所述角度分组中的检测目标的相关信息,确定多个所述角度分组中的检测目标是否为同一检测目标;若为同一检测目标,则根据检测目标的检测能量大小,选择所述检测能量大小最大的检测目标的相关信息,作为所述同一检测目标的相关信息。
- 根据权利要求19所述的无人飞行器,其特征在于,所述雷达控制器还用于根据所述微波雷达的移动速度确定补偿频率,并根据所述补偿频率对所述回波积累信号进行多普勒频移补偿。
- 根据权利要求19所述的无人飞行器,其特征在于,所述雷达控制器还用于配置获取的多个所述回波信号的数量和相干累加参数,其中,所述相干累加参数为每个所述角度分组中回波信号的数量,所述获取的多个所述回波信号的数量为所述相干累加参数的整数倍。
- 根据权利要求19所述的无人飞行器,其特征在于,还包括:与所述雷达控制器通信连接的角度传感器,所述角度传感器用于检测所述微波信号以及所述回波信号的观测角度。
- 根据权利要求27所述的无人飞行器,其特征在于,所述角度传感器包括光栅角度传感器。
- 根据权利要求27所述的无人飞行器,其特征在于,所述雷达控制器还用于根据载具的姿态信息,对所述角度传感器获取的观测角度进行修正,其中,所述载具用于承载所述微波雷达。
- 根据权利要求29所述的无人飞行器,其特征在于,所述载具为无人飞行器,或地面车辆。
- 根据权利要求29所述的无人飞行器,其特征在于,所述雷达控制器还用于利用姿态信息对所述角度传感器的零度刻度位置进行调整。
- 根据权利要求31所述的无人飞行器,其特征在于,所述姿态信息包括俯仰角信息,所述角度传感器的零度刻度位置平行于所述载具的平移轴设置。
- 根据权利要求32所述的无人飞行器,其特征在于,所述天线装置的转轴垂直于所述载具的平移轴设置。
- 根据权利要求23所述的无人飞行器,其特征在于,还包括:飞行器控制器,用于根据融合后的所述检测目标的相关信息控制所述无人飞行器的航迹。
- 根据权利要求23所述的无人飞行器,其特征在于,所述检测目标的相关信息包括以下一种或其组合:所述微波雷达与检测目标之间的距离、所述微波雷达与检测目标之间的角度、检测目标数量、检测目标位置、回波能量。
- 根据权利要求35所述的无人飞行器,其特征在于,所述雷达控制器对多个所述角度分组中的检测目标的相关信息进行融合,具体包括:建立融合变量;针对任一所述角度分组,判断所述角度分组内的检测目标数量是否大于零,当所述角度分组内的检测目标数量小于等于零时进入下一所述角度分组,当所述角度分组内的检测目标数量大于零时判断所述融合变量中的检测目标数量是否为零;当所述融合变量中的检测目标数量为零时将所述角度分组内的检测目标的相关信息复制给所述融合变量,并进入下一所述角度分组,当所述融合变量中的检测目标数量不为零时将所述角度分组内的检测目标的相关信息与所述融合变量中的检测目标信息进行合并,直至所述融合变量中的检测目标数量大于预设数量阈值。
- 根据权利要求36所述的无人飞行器,其特征在于,所述雷达控制器将所述角度分组内的检测目标的相关信息与所述融合变量中的检测目标信息进行合并,具体包括:按照所述微波雷达与所述检测目标之间的距离,将所述角度分组内的检测目标的相关信息与所述融合变量中的检测目标信息进行合并。
- 一种微波雷达的信号处理方法,其特征在于,包括:控制所述微波雷达的天线装置以不同角度发射微波信号,和/或接收所述微波信号的回波信号;获取多个所述回波信号,根据所述回波信号对应的观测角度,对多个所述回波信号进行角度分组,其中,每个所述角度分组对应于预设观测角度范围的所述回波信号;对每个所述角度分组中的所述回波信号,进行相干累加得到回波积累信号;根据所述回波积累信号,计算与所述回波积累信号对应的检测目标的相关信息。
- 根据权利要求38所述的微波雷达的信号处理方法,其特征在于,还包括:控制所述天线装置绕一转轴连续转动。
- 根据权利要求39所述的微波雷达的信号处理方法,其特征在于,还包括:控制所述天线装置在转动时连续发射所述微波信号。
- 根据权利要求38所述的微波雷达的信号处理方法,其特征在于,所述根据所述回波积累信号,计算与所述回波积累信号对应的检测目标的相关信息的步骤包括:去除所述回波积累信号中的直流分量;采用预设截短函数,对去除直流分量后的所述回波积累信号进行截短处理;对截短处理后的所述回波积累信号进行快速傅里叶,获取所述快速傅里叶后的所述回波积累信号的频谱信息;根据预设检测阈值,对所述频谱信息进行恒虚警处理;根据恒虚警处理的频谱信息,获取波峰信息;根据所述波峰信息,进行抛物线拟合处理;根据抛物线拟合处理后的波峰信息,计算与所述回波积累信号对应的检测目标的相关信息。
- 根据权利要求38所述的微波雷达的信号处理方法,其特征在于,还包括:对多个所述角度分组中的检测目标的相关信息进行融合。
- 根据权利要求42所述的微波雷达的信号处理方法,其特征在于,所述对多个所述角度分组中的检测目标的相关信息进行融合的步骤包括:根据多个所述角度分组中的检测目标的相关信息,确定多个所述角度分组中的检测目标是否为同一检测目标;若为同一检测目标,则根据检测目标的检测能量大小,选择所述检测能量大小最大的检测目标的相关信息,作为所述同一检测目标的相关信息。
- 根据权利要求38所述的微波雷达的信号处理方法,其特征在于,还包括:根据所述微波雷达的移动速度确定补偿频率,并根据所述补偿频率对所述回波积累信号进行多普勒频移补偿。
- 根据权利要求38所述的微波雷达的信号处理方法,其特征在于,还包括:配置获取的多个所述回波信号的数量和相干累加参数,其中,所述相干累加参数为每个所述角度分组中回波信号的数量,所述获取的多个所述回波信号的数量为所述相干累加参数的整数倍。
- 根据权利要求38所述的微波雷达的信号处理方法,其特征在于,还包括:控制所述微波雷达的角度传感器检测所述微波信号以及所述回波信号的观测角度。
- 根据权利要求46所述的微波雷达的信号处理方法,其特征在于,所述角度传感器包括光栅角度传感器。
- 根据权利要求46所述的微波雷达的信号处理方法,其特征在于,还包括:根据载具的姿态信息,对所述角度传感器获取的观测角度进行修正,其中,所述载具用于承载所述微波雷达。
- 根据权利要求48所述的微波雷达的信号处理方法,其特征在于,所述载具为无人飞行器,或地面车辆。
- 根据权利要求38所述的微波雷达的信号处理方法,其特征在于,还包括:利用姿态信息对所述角度传感器的零度刻度位置进行调整。
- 根据权利要求50所述的微波雷达的信号处理方法,其特征在于,所述姿态信息包括俯仰角信息,所述角度传感器的零度刻度位置平行于所述载具的平移轴设置。
- 根据权利要求51所述的微波雷达的信号处理方法,其特征在于,所述天线装置的转轴垂直于所述载具的平移轴设置。
- 根据权利要求42所述的微波雷达的信号处理方法,其特征在于,所述检测目标的相关信息包括以下一种或其组合:所述微波雷达与检测目标之间的距离、所述微波雷达与检测目标之间的角度、检测目标数量、检测目标位置、回波能量。
- 根据权利要求53所述的微波雷达的信号处理方法,其特征在于,所述对多个所述角度分组中的检测目标的相关信息进行融合的步骤包括:建立融合变量;针对任一所述角度分组,判断所述角度分组内的检测目标数量是否大于零,当所述角度分组内的检测目标数量小于等于零时进入下一所述角度分组,当所述角度分组内的检测目标数量大于零时判断所述融合变量中的检测目标数量是否为零;当所述融合变量中的检测目标数量为零时将所述角度分组内的检测目标的相关信息复制给所述融合变量,并进入下一所述角度分组,当所述融合变量中的检测目标数量不为零时将所述角度分组内的检测目标的相关信息与所述融合变量中的检测目标信息进行合并,直至所述融合变量中的检测目标数量大于预设数量阈值。
- 根据权利要求54所述的微波雷达的信号处理方法,其特征在于,所述将所述角度分组内的检测目标的相关信息与所述融合变量中的检测目标信息进行合并的步骤包括:按照所述微波雷达与所述检测目标之间的距离,将所述角度分组内的检测目标的相关信息与所述融合变量中的检测目标信息进行合并。
- 一种无人飞行器的控制方法,其特征在于,包括:控制所述无人飞行器的微波雷达的天线装置以不同角度发射微波信 号,和/或接收所述微波信号的回波信号;获取多个所述回波信号,根据所述回波信号对应的观测角度,对多个所述回波信号进行角度分组,其中,每个所述角度分组对应于预设观测角度范围的所述回波信号;对每个所述角度分组中的所述回波信号,进行相干累加得到回波积累信号;根据所述回波积累信号,计算与所述回波积累信号对应的检测目标的相关信息。
- 根据权利要求56所述的无人飞行器的控制方法,其特征在于,还包括:控制所述天线装置绕一转轴连续转动。
- 根据权利要求57所述的无人飞行器的控制方法,其特征在于,还包括:控制所述天线装置在转动时连续发射所述微波信号。
- 根据权利要求56所述的无人飞行器的控制方法,其特征在于,所述根据所述回波积累信号,计算与所述回波积累信号对应的检测目标的相关信息的步骤包括:去除所述回波积累信号中的直流分量;采用预设截短函数,对去除直流分量后的所述回波积累信号进行截短处理;对截短处理后的所述回波积累信号进行快速傅里叶,获取所述快速傅里叶后的所述回波积累信号的频谱信息;根据预设检测阈值,对所述频谱信息进行恒虚警处理;根据恒虚警处理的频谱信息,获取波峰信息;根据所述波峰信息,进行抛物线拟合处理;根据抛物线拟合处理后的波峰信息,计算与所述回波积累信号对应的检测目标的相关信息。
- 根据权利要求56所述的无人飞行器的控制方法,其特征在于,还包括:对多个所述角度分组中的检测目标的相关信息进行融合。
- 根据权利要求60所述的无人飞行器的控制方法,其特征在于,所述对多个所述角度分组中的检测目标的相关信息进行融合的步骤包括:根据多个所述角度分组中的检测目标的相关信息,确定多个所述角度分组中的检测目标是否为同一检测目标;若为同一检测目标,则根据检测目标的检测能量大小,选择所述检测能量大小最大的检测目标的相关信息,作为所述同一检测目标的相关信息。
- 根据权利要求56所述的无人飞行器的控制方法,其特征在于,还包括:根据所述微波雷达的移动速度确定补偿频率,并根据所述补偿频率对所述回波积累信号进行多普勒频移补偿。
- 根据权利要求56所述的无人飞行器的控制方法,其特征在于,还包括:配置获取的多个所述回波信号的数量和相干累加参数,其中,所述相干累加参数为每个所述角度分组中回波信号的数量,所述获取的多个所述回波信号的数量为所述相干累加参数的整数倍。
- 根据权利要求56所述的无人飞行器的控制方法,其特征在于,还包括:控制所述微波雷达的角度传感器检测所述微波信号以及所述回波信号的观测角度。
- 根据权利要求64所述的无人飞行器的控制方法,其特征在于,所述角度传感器包括光栅角度传感器。
- 根据权利要求64所述的无人飞行器的控制方法,其特征在于,还包括:根据载具的姿态信息,对所述角度传感器获取的观测角度进行修正,其中,所述载具用于承载所述微波雷达。
- 根据权利要求66所述的无人飞行器的控制方法,其特征在于,所述载具为无人飞行器,或地面车辆。
- 根据权利要求66所述的无人飞行器的控制方法,其特征在于,还 包括:利用姿态信息对所述角度传感器的零度刻度位置进行调整。
- 根据权利要求68所述的无人飞行器的控制方法,其特征在于,所述姿态信息包括俯仰角信息,所述角度传感器的零度刻度位置平行于所述载具的平移轴设置。
- 根据权利要求69所述的无人飞行器的控制方法,其特征在于,所述天线装置的转轴垂直于所述载具的平移轴设置。
- 根据权利要求60所述的无人飞行器的控制方法,其特征在于,还包括:根据融合后的所述检测目标的相关信息控制所述无人飞行器的航迹。
- 根据权利要求60所述的无人飞行器的控制方法,其特征在于,所述检测目标的相关信息包括以下一种或其组合:所述微波雷达与检测目标之间的距离、所述微波雷达与检测目标之间的角度、检测目标数量、检测目标位置、回波能量。
- 根据权利要求72所述的无人飞行器的控制方法,其特征在于,所述对多个所述角度分组中的检测目标的相关信息进行融合的步骤包括:建立融合变量;针对任一所述角度分组,判断所述角度分组内的检测目标数量是否大于零,当所述角度分组内的检测目标数量小于等于零时进入下一所述角度分组,当所述角度分组内的检测目标数量大于零时判断所述融合变量中的检测目标数量是否为零;当所述融合变量中的检测目标数量为零时将所述角度分组内的检测目标的相关信息复制给所述融合变量,并进入下一所述角度分组,当所述融合变量中的检测目标数量不为零时将所述角度分组内的检测目标的相关信息与所述融合变量中的检测目标信息进行合并,直至所述融合变量中的检测目标数量大于预设数量阈值。
- 根据权利要求73所述的无人飞行器的控制方法,其特征在于,所述将所述角度分组内的检测目标的相关信息与所述融合变量中的检测目标信息进行合并的步骤包括:按照所述微波雷达与所述检测目标之间的距离,将所述角度分组内的检测目标的相关信息与所述融合变量中的检测目标信息进行合并。
- 一种计算机存储介质,其特征在于,所述计算机存储介质中存储有程序指令,所述程序指令用于实现:控制微波雷达的天线装置以不同角度发射微波信号,和/或接收所述微波信号的回波信号;获取多个所述回波信号,根据所述回波信号对应的观测角度,对多个所述回波信号进行角度分组,其中,每个所述角度分组对应于预设观测角度范围的所述回波信号;对每个所述角度分组中的所述回波信号,进行相干累加得到回波积累信号;根据所述回波积累信号,计算与所述回波积累信号对应的检测目标的相关信息。
- 根据权利要求75所述的计算机存储介质,其特征在于,所述程序指令还用于实现:控制所述天线装置绕一转轴连续转动。
- 根据权利要求76所述的计算机存储介质,其特征在于,所述程序指令还用于实现:控制所述天线装置在转动时连续发射所述微波信号。
- 根据权利要求75所述的计算机存储介质,其特征在于,所述程序指令实现根据所述回波积累信号,计算与所述回波积累信号对应的检测目标的相关信息,具体包括:去除所述回波积累信号中的直流分量;采用预设截短函数,对去除直流分量后的所述回波积累信号进行截短处理;对截短处理后的所述回波积累信号进行快速傅里叶,获取所述快速傅里叶后的所述回波积累信号的频谱信息;根据预设检测阈值,对所述频谱信息进行恒虚警处理;根据恒虚警处理的频谱信息,获取波峰信息;根据所述波峰信息,进行抛物线拟合处理;根据抛物线拟合处理后的波峰信息,计算与所述回波积累信号对应的检测目标的相关信息。
- 根据权利要求75所述的计算机存储介质,其特征在于,所述程序指令还用于实现:对多个所述角度分组中的检测目标的相关信息进行融合。
- 根据权利要求79所述的计算机存储介质,其特征在于,所述程序指令实现对多个所述角度分组中的检测目标的相关信息进行融合,具体包括:根据多个所述角度分组中的检测目标的相关信息,确定多个所述角度分组中的检测目标是否为同一检测目标;若为同一检测目标,则根据检测目标的检测能量大小,选择所述检测能量大小最大的检测目标的相关信息,作为所述同一检测目标的相关信息。
- 根据权利要求75所述的计算机存储介质,其特征在于,所述程序指令还用于实现:根据所述微波雷达的移动速度确定补偿频率,并根据所述补偿频率对所述回波积累信号进行多普勒频移补偿。
- 根据权利要求75所述的计算机存储介质,其特征在于,所述程序指令还用于实现:配置获取的多个所述回波信号的数量和相干累加参数,其中,所述相干累加参数为每个所述角度分组中回波信号的数量,所述获取的多个所述回波信号的数量为所述相干累加参数的整数倍。
- 根据权利要求75所述的计算机存储介质,其特征在于,所述程序指令还用于实现:控制所述微波雷达的角度传感器检测所述微波信号以及所述回波信号的观测角度。
- 根据权利要求83所述的计算机存储介质,其特征在于,所述角度传感器包括光栅角度传感器。
- 根据权利要求83所述的计算机存储介质,其特征在于,所述程序 指令还用于实现:根据载具的姿态信息,对所述角度传感器获取的观测角度进行修正,其中,所述载具用于承载所述微波雷达。
- 根据权利要求85所述的计算机存储介质,其特征在于,所述载具为无人飞行器,或地面车辆。
- 根据权利要求75所述的计算机存储介质,其特征在于,所述程序指令还用于实现:利用姿态信息对所述角度传感器的零度刻度位置进行调整。
- 根据权利要求87所述的计算机存储介质,其特征在于,所述姿态信息包括俯仰角信息,所述角度传感器的零度刻度位置平行于所述载具的平移轴设置。
- 根据权利要求88所述的计算机存储介质,其特征在于,所述天线装置的转轴垂直于所述载具的平移轴设置。
- 根据权利要求49所述的计算机存储介质,其特征在于,所述检测目标的相关信息包括以下一种或其组合:所述微波雷达与检测目标之间的距离、所述微波雷达与检测目标之间的角度、检测目标数量、检测目标位置、回波能量。
- 根据权利要求90所述的计算机存储介质,其特征在于,所述程序指令实现所述对多个所述角度分组中的检测目标的相关信息进行融合,具体包括:建立融合变量;针对任一所述角度分组,判断所述角度分组内的检测目标数量是否大于零,当所述角度分组内的检测目标数量小于等于零时进入下一所述角度分组,当所述角度分组内的检测目标数量大于零时判断所述融合变量中的检测目标数量是否为零;当所述融合变量中的检测目标数量为零时将所述角度分组内的检测目标的相关信息复制给所述融合变量,并进入下一所述角度分组,当所述融合变量中的检测目标数量不为零时将所述角度分组内的检测目标的相关信息与所述融合变量中的检测目标信息进行合并,直至所述融合变量中的检 测目标数量大于预设数量阈值。
- 根据权利要求91所述的计算机存储介质,其特征在于,所述程序指令实现所述将所述角度分组内的检测目标的相关信息与所述融合变量中的检测目标信息进行合并,具体包括:按照所述微波雷达与所述检测目标之间的距离,将所述角度分组内的检测目标的相关信息与所述融合变量中的检测目标信息进行合并。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201880040886.9A CN110892285A (zh) | 2018-11-26 | 2018-11-26 | 一种微波雷达和无人飞行器 |
PCT/CN2018/117372 WO2020107138A1 (zh) | 2018-11-26 | 2018-11-26 | 一种微波雷达和无人飞行器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/CN2018/117372 WO2020107138A1 (zh) | 2018-11-26 | 2018-11-26 | 一种微波雷达和无人飞行器 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2020107138A1 true WO2020107138A1 (zh) | 2020-06-04 |
Family
ID=69746131
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/CN2018/117372 WO2020107138A1 (zh) | 2018-11-26 | 2018-11-26 | 一种微波雷达和无人飞行器 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN110892285A (zh) |
WO (1) | WO2020107138A1 (zh) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021232359A1 (zh) * | 2020-05-21 | 2021-11-25 | 深圳市大疆创新科技有限公司 | 控制方法、控制装置、可移动平台与计算机可读存储介质 |
WO2022160277A1 (zh) * | 2021-01-29 | 2022-08-04 | 深圳市大疆创新科技有限公司 | 一种目标检测方法、设备、可移动平台及存储介质 |
CN115356734A (zh) * | 2022-10-19 | 2022-11-18 | 福思(杭州)智能科技有限公司 | 探测对象的检测方法、装置、存储介质和电子装置 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3108594A1 (de) * | 1981-03-06 | 1982-09-23 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Pulsdoppler-radarempfaenger |
CN102830394A (zh) * | 2012-07-17 | 2012-12-19 | 西安电子科技大学 | 基于多谱线积累的弱目标探测方法 |
CN103630888A (zh) * | 2013-02-27 | 2014-03-12 | 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 |
CN106353755A (zh) * | 2016-09-22 | 2017-01-25 | 北京聚速微波技术有限公司 | 基于微波雷达的周界防护系统和方法 |
CN106842164A (zh) * | 2017-03-14 | 2017-06-13 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 基于小波去噪的非合作脉冲压缩雷达微弱目标检测方法 |
CN108508413A (zh) * | 2017-09-25 | 2018-09-07 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种基于概率统计的低信噪比条件下目标检测方法 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7729457B2 (en) * | 2005-07-25 | 2010-06-01 | Mstar Semiconductor, Inc. | Method of weak signal acquisition and associated apparatus |
CN108513620B (zh) * | 2017-04-11 | 2022-04-19 | 深圳市大疆创新科技有限公司 | 雷达组件及无人机 |
-
2018
- 2018-11-26 WO PCT/CN2018/117372 patent/WO2020107138A1/zh active Application Filing
- 2018-11-26 CN CN201880040886.9A patent/CN110892285A/zh active Pending
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3108594A1 (de) * | 1981-03-06 | 1982-09-23 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Pulsdoppler-radarempfaenger |
CN102830394A (zh) * | 2012-07-17 | 2012-12-19 | 西安电子科技大学 | 基于多谱线积累的弱目标探测方法 |
CN103630888A (zh) * | 2013-02-27 | 2014-03-12 | 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 |
CN106353755A (zh) * | 2016-09-22 | 2017-01-25 | 北京聚速微波技术有限公司 | 基于微波雷达的周界防护系统和方法 |
CN106842164A (zh) * | 2017-03-14 | 2017-06-13 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 基于小波去噪的非合作脉冲压缩雷达微弱目标检测方法 |
CN108508413A (zh) * | 2017-09-25 | 2018-09-07 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种基于概率统计的低信噪比条件下目标检测方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN110892285A (zh) | 2020-03-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN111352102B (zh) | 一种基于调频连续波雷达的多目标个数检测方法及装置 | |
US11650286B2 (en) | Method for separating targets and clutter from noise, in radar signals | |
EP3054316B1 (en) | Systems and methods for measuring velocity with a radar altimeter | |
CN109407071B (zh) | 雷达测距方法、雷达测距装置、无人机和存储介质 | |
JP6729864B2 (ja) | レーダ装置、レーダ装置の信号処理装置及び信号処理方法 | |
WO2020107138A1 (zh) | 一种微波雷达和无人飞行器 | |
EP3054314B1 (en) | Systems and methods for using velocity measurements to adjust doppler filter bandwidth | |
US10234541B2 (en) | FMCW radar device | |
EP3432026A1 (en) | Systems and methods for measuring velocity and acceleration with a radar altimeter | |
WO2018195876A1 (zh) | 微波雷达的测距方法、微波雷达、计算机存储介质、无人飞行器及其控制方法 | |
US9612323B2 (en) | Radar apparatus | |
JP2017026604A (ja) | レーダシステム | |
CN109407681B (zh) | 无人机飞行控制方法、飞行控制装置、无人机和存储介质 | |
US20090303109A1 (en) | Method for filtering sea clutter in a radar echo using a hydrographic model | |
US10473760B2 (en) | Radar device and vertical axis-misalignment detecting method | |
BRPI0922352B1 (pt) | Sistema de vigilância para a detecção de alvos compreendendo uma antena de radar montada em uma pá de um moinho de vento | |
US8115668B2 (en) | Object detecting apparatus for vehicle | |
WO2018063612A1 (en) | System and method for detecting heading and velocity of a target object | |
US9958534B2 (en) | Determination of an indicator for a blindness of a radar sensor | |
CN109459731A (zh) | 信号处理方法和装置、毫米波雷达 | |
CN113189554B (zh) | 雷达实测回波数据的处理方法、电子设备及存储介质 | |
JP5347830B2 (ja) | レーダ装置 | |
WO2020133223A1 (zh) | 目标探测方法、雷达、车辆以及计算机可读存储介质 | |
US10274596B2 (en) | Method and system for FMCW radar altimeter system height measurement resolution improvement | |
Bączyk et al. | Identification of helicopter rotor parameters using multistatic passive radar |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 18941842 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 18941842 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |