[发明专利]提升毫米波雷达检测估计性能的自适应波形设计方法

权利要求书

1.一种距离及速度分辨率约束下提升毫米波雷达目标检测概率的方法，其特征在于：

步骤1：基于FMCW信号建立毫米波相控阵阵列检测模型；

步骤2：对距离及速度分辨率与发射波形参数关系分析，构建考虑距离及速度分辨率的发射波形参数约束；

步骤3：基于最大化输出SCNR准则，建立具有距离及速度分辨率约束的发射波形参数及接收权值联合优化模型，得到关于优化变量的复杂非线性问题；

步骤4：交替迭代求解所得复杂非线性问题，获取最优发射波形参数和接收权，以及相应的输出SCNR。

2.如权利要求1所述的距离及速度分辨率约束下提升毫米波雷达目标检测概率的方法，其特征在于：步骤1：基于FMCW信号建立毫米波相控阵阵列检测模型：

FMCW信号振幅恒定，频率在扫频周期内线性变化，在t时刻第l个扫频周期内FMCW信号表示为：

s_t(t,l)＝exp[j2πf₀(t-lT)+jπμ(t-lT)²]t∈[lT,(l+1)T] (1)

其中，f₀为初始频率，μ＝B/T为调制频率，B和T分别为信号调频带宽和扫频周期；

假设运动目标相对雷达的径向速度为v，初始距离为R₀，则第l个扫频周期内回波信号表示为：

s_r(t,l)＝exp[j2πf₀(t-lT-τ)+jπμ(t-lT-τ)²] t∈[lT,(l+1)T] (2)

其中，τ＝2(R₀+vt)/c为目标延迟，c为光速；

将回波信号与本地参考信号混频，忽略较小项，则得第l个扫频周期内差拍信号为：

基于上式，第l个扫频周期内差拍信号离散化为：

其中，f_s为采样频率，n＝1,2,…,N为采样点序列；

毫米波雷达接收阵列由M个均匀间隔且各向同性的阵元所构成，在自动驾驶场景离散化为K个杂波块的叠加，第l个扫频周期内毫米波雷达所接收信号表示为：

其中，为接收信号矢量，α₀和α_k分别表示目标信号和第k个杂波块的复幅度，杂波块假设为服从均值为0，方差为σ_k²的高斯分布，为θ₀方向目标导向矢量，为θ_k方向杂波导向矢量，d和λ分别为相邻阵元间隔及载波波长，通常d≤λ/2，n(l)为接收阵列噪声，建模为服从均值为0，协方差为σ²的高斯分布；

基于式(5)，得L个周期内接收信号为：

其中，为L周期内接收信号矢量，为L周期内发射信号矢量，I_M为M维单位矩阵，表示Kronecker积，n＝[n(1)^T n(2)^T … n(L)^T]^T为接收噪声矢量；

由式(6)得，波束形成后输出数据表示为：

其中，为接收权矢量，(·)^H表示共轭转置；

基于式(7)，输出SCNR表示为：

其中，为发射信号矩阵，为杂波导向矢量矩阵，diag(·)表示对角矩阵，I_LM为LM维单位矩阵。