[发明专利]一种基于快速FMCW雷达的弱运动物体监测方法

说明书

本发明公开了一种基于快速FMCW雷达的弱运动物体监测方法，具体包括如下内容：通过安装在道路上方的快速FMCW雷达产生频率调制的发射信号；发射信号和快速FMCW雷达接收到的回波经过混频得到差拍信号s，经过二次混频变成正交基带信号；经过ADC采样的数字信号数据输出给后端处理电路板，进行计算处理，在对得到的差拍信号进行二维FFT中的多普勒FFT之前，将具有微弱信号的多普勒回波从静止杂波中分离，利用相干相位差法抑制包括干扰在内的平稳回波，再进行多普勒FFT，得到速度信息。

技术领域

本发明涉及一种基于快速FMCW雷达的弱运动物体监测方法，具体是一种从静止物体的杂波中监测弱运动目标距离和速度的方法，属于雷达监测技术领域。

背景技术

在道路目标监测技术中，只有雷达监测系统不受天气，光线，雾霾等环境因素影响。所以，雷达系统被广泛应用。在雷达系统中，调频连续波(FMCW)雷达与脉冲波雷达相比，其硬件要求更低，设计简单，所以更受到欢迎。

传统FMCW雷达中，对于静止物体，差拍信号的拍频fb取决于雷达发射波和回波之间的延迟时间，确定目标与雷达的距离。然而，对于运动目标，必定存在着多普勒效应，并且影响着拍频fb，所以单斜率(只有上升沿或只有下降沿)调制的锯齿波FMCW，由于时宽比较大，单个扫频周期往往示1到10ms，存在所谓的距离-速度耦合现象，并且是不能消除的。因此，单个扫频上拍频并不能准确的监测距离和速度。

为了得到目标和雷达之间的距离和目标速度的唯一值，在传统FMCW雷达中通常是借助彼此交替上升和下降扫频进行调制，也就是用三角波进行频率线性调制。从而在R-v平面内会确定两条斜率相反的直线，即可确定目标距离和速度唯一值。但在多目标监测中，由于雷达参数相同，多个目标的发射信号处于频率扫频上升和下降的频段会产生多组平行的直线，比如两个目标时，就会有四个交点，那么其中两个是虚假目标。随着目标数量的增加，虚假目标会成倍增加。

为了克服多值性，往往加入另外一种扫频率的直线，三个直线交于一点，从而确定真实目标。然而，目标增多时，通常就需要使用其他扫频率的扫频，以便更容易的分辨多值性。这样就增加了设计难度，以及硬件的要求。

并且在传统FMCW雷达系统中，距离频移和多普勒频移往往在kHz的范围内，这也是有源器件的闪烁噪声范围，限制了FMCW雷达分辨率。为解决上述问题，采用快速FMCW，即增大锯齿调制的扫频率的FMCW波，带宽GHz量级，周期us量级，用传统的VCO和PLL组成的闭环系统很难达到这样的量级，所以为了达到快速FMCW的要求，应用开环雷达系统，即不再用锁相环PLL产生线性chirp信号，而是直接利用DAC信号控制VCO输出所需的高斜率的线性频率信号。可以解决锯齿波的距离-速度耦合问题，同时避免了三角波调制出现的多值问题。

另外，真实道路上，有许多来自静止物体的强烈回波。在这种情况下，虽然杂波与行人在多普勒频域中位置明显分离，但是杂波的旁瓣可能完全掩盖行人。为了防止这种失真，一个流行的解决方案是在做FFT之前加上一个窗函数，该窗在距离频域和多普勒频域对不需要的回波提供旁瓣抑制。但由于加窗函数的缘故，势必使得频谱在相邻谱线上溢出，使得多普勒频域内的杂波主瓣变宽，从而掩盖行人等弱运动目标。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题与不足，本发明提供一种基于快速FMCW雷达的弱运动物体监测方法。快速FMCW雷达系统，其中，FMCW线性调制波形的扫频周期在1us到100us之间，以帧为单位的发射序列中包含有50到1000个扫频，单个扫频的带宽以GHz为单位，这样发射的FMCW信号的扫频率远远大于传统的FMCW信号，由此使得运动目标产生的多普勒频移相对于距离频移可以忽略不计，从而消除FMCW单扫频产生的距离-速度耦合现象。本发明对得到的差拍信号进行二维快速傅里叶变换，得到距离速度信息。利用相干相位的方法消除静止物体产生的杂波，从而区分出弱运动目标。

技术方案：一种基于快速FMCW雷达的弱运动物体监测方法，具体包括如下内容：