[发明专利]基于全相位傅里叶变换的FMCW雷达距离速度联合估计方法

说明书

基于全相位傅里叶变换的FMCW雷达距离速度联合估计方法，涉及雷达信号处理技术领域，针对现有技术中FMCW雷达对目标距离和速度的估计精度差的问题，本发明提出了一种基于apFFT的三点频率偏差估计器，能够从信号序列的全相位频谱中估计出谱峰的频率偏差，相比单纯的apFFT算法，提高了信号的频率估计精度；本发明避免了对全相位频谱的插值计算和迭代计算，相比Li‑algorithm有效降低了算法的计算复杂度；FMCW雷达对目标距离和速度探测依赖于对回波信号的中频频率和相位估计，本发明通过使用apFFT提高了回波信号相位的估计精度，利用三点频率偏差估计器提高了回波信号频率的估计精度，从而提高了FMCW雷达对目标距离和速度的估计精度。

技术领域

本发明涉及雷达信号处理技术领域，具体为基于全相位傅里叶变换的FMCW雷达距离速度联合估计方法。

背景技术

调频连续波(frequency modulation continuous wave，FMCW)雷达具有发射功率低、结构简单、体积小、重量轻等优点，在无人驾驶、工业测量、手势识别等领域应用十分广泛。但是在多目标场景下，FMCW雷达回波信号中存在的频谱泄露和离散傅里叶变换的栅栏效应会增大回波信号的频率和相位的测量误差，降低对目标距离和速度的测量精度。

针对此类问题，学者们提出了一系列基于DFT的频率校正理论，其中包括比值校正法、相位校正法和连续细化法等，上述算法虽然可以较好的克服栅栏效应，但并没有抑制频谱泄露对频率测量的干扰。文献基于FFT+FT的FMCW雷达高精度测距算法研究(国外电子测量技术,2019,38(10):65-69)在连续细化法的基础上提出利用主谱线左右半个格点的幅值判断细化频率区间，解决了频偏较小时误差增大的问题。文献基于三个DFT采样值的新型频率估计方法(现代信息科技，2019,3(13):59-62)也提出使用DFT结果的三个谱线值直接求取当前主谱线的偏差，由于不再使用窗函数，简化了计算复杂度且提高了计算精度。在真实环境中，采样信号往往由多个频率信号复合而成，由频谱泄露产生的谱间干扰依靠上述算法难以校正，而且随着目标个数增加，谱间干扰会愈发严重。

王兆华等人在文献相位数字谱分析方法(科学出版社,2017)和全相位DFT抑制谱泄漏原理及其在频谱校正中的应用(天津大学学报,2007(07):882-886)中提出的全相位傅里叶变换同样可以应用于FMCW雷达的采样信号处理中，并且用理论推导证明了ApFFT具有优良的抑制频谱泄露的性能，文献A Novel Instantaneous Phase Detection Approachand Its Application in SSVEP-Based Brain-Computer Interfaces(Sensors,2018.)证明了ApFFT相位谱与信号频率偏移值无关，克服了传统FFT测量相位需要将采样频率设置为信号频率整数倍的缺陷，确保了相位测量的高精度。文献基于全相位谱分析的多频内插迭代频率估计器(振动与冲击,2019,38(01):89-95.)提出在全相位离散时间傅里叶变换(all-phase DTFT，apDTFT)的基础上，加入了一种迭代插值估计器(后文中简称为Li-algorithm)，提高了对多频信号的频率估计精度，但在算法中使用apDTFT较apFFT更加复杂，实现难度较大。

发明内容

本发明的目的是：针对现有技术中FMCW雷达对目标距离和速度的估计精度差的问题，提出一种基于全相位傅里叶变换的FMCW雷达距离速度联合估计方法。

本发明为了解决上述技术问题采取的技术方案是：

基于全相位傅里叶变换的FMCW雷达距离速度联合估计方法，包括以下步骤：

步骤一：利用发射天线依次向外发射M个调频脉冲信号；

步骤二：接收天线接收所有目标的全部回波脉冲信号，即M个回波脉冲信号，并对M个回波脉冲信号做数字下变频处理，得到回波中频信号矩阵；