[发明专利]一种基于泊松盘采样的雷达无模糊多普勒扩展方法及装置

说明书

本公开涉及一种基于泊松盘采样的雷达无模糊多普勒扩展方法及装置，属于雷达探测与成像领域。其中方法包括：通过雷达以泊松盘采样模式发射扫频信号并接收目标反射的回波信号；对所述回波信号在每个扫频内进行快时间快速傅里叶变换，得到距离压缩后的信号矩阵；利用所述距离压缩后的信号矩阵通过迭代得到距离多普勒谱。本公开可以在多目标场景下实现对所有目标距离和多普勒的准确估计；可以在不损失距离分辨率的前提下实现对线性调频连续波FMCW雷达最大无模糊多普勒的扩展，在多目标场景下不会出现虚假目标的问题，性能受到场景信噪比的影响较小，且只改变了相邻扫频之间的间隔，硬件实现难度低。

技术领域

本公开属于雷达探测与成像领域，特别涉及一种基于泊松盘采样的雷达无模糊多普勒扩展方法及装置，以实现对快速运动目标进行高距离分辨探测。

背景技术

线性调频连续波(Frequency Modulated Continuous Wave，FMCW)雷达具有结构简单、成本低、无距离盲区的优势，受到光照和气候等环境因素的影响较小，已经在民用和军事领域中得到了广泛的应用。

随着FMCW雷达技术的发展，对高速运动目标进行高距离分辨率探测的需求不断提高。然而锯齿形FMCW雷达的传统二维快速傅里叶变换(2D-FFT)处理方法很难同时实现高距离分辨率和大无模糊多普勒探测，提高距离分辨率需要提高扫频带宽，在一定的扫频斜率下，这意味着扫频重复频率(SRF)的下降，然而根据Nyquist采样定理，FMCW雷达的最大无模糊多普勒不能超过SRF/2，否则会产生多普勒模糊现象。也就是说，在锯齿形FMCW雷达的传统2D-FFT处理中，距离分辨率和最大无模糊多普勒之间存在着相互制约的关系，两者对于扫频重复频率SRF的要求是相反的。因此，如何实现对高速运动目标的高距离分辨探测，成为了制约FMCW雷达技术发展和应用的重要问题。

当目标运动产生的多普勒频移超过SRF/2时，FMCW雷达由于在扫频域上欠采样会产生多普勒模糊现象，无法准确测量出目标的速度。现有研究有的通过多扫频切换与中国剩余定理相结合的方法来解决FMCW雷达的多普勒模糊问题，这种方法适用于单目标场景，但在多目标场景中存在目标配对问题；有的通过临近距离单元信息方法和新扫频波形方法来抑制FMCW雷达的多普勒模糊现象，但这两种方法的性能受到场景信噪比的影响较大，在低信噪比下性能下降明显。研究表明，在欠采样状态下，非均匀采样方法可以将结构性的频谱混叠转化为非结构性的频谱噪声，再通过压缩感知方法可以实现对观测场景的准确重构。

发明内容

本公开的目的是为为克服已有技术的不足之处，提出一种基于泊松盘采样的雷达无模糊多普勒扩展方法及装置。本公开在扫频域上采用了变重频采样模式，并结合压缩感知技术，实现了对FMCW雷达无模糊多普勒的扩展。

本公开第一方面实施例提出一种基于泊松盘采样的雷达无模糊多普勒扩展方法，包括：

通过雷达以泊松盘采样模式发射扫频信号并接收目标反射的回波信号；

对所述回波信号在每个扫频内进行快时间快速傅里叶变换，得到距离压缩后的信号矩阵；

利用所述距离压缩后的信号矩阵通过迭代得到距离多普勒谱。

在本公开的一个实施例中，所述雷达为线性调频连续波雷达。

在本公开的一个实施例中，所述回波信号和所述距离压缩后的信号矩阵维度均为P×L，其中P为扫频个数，L表示离散化的距离单元个数。

在本公开的一个实施例中，所述利用所述信号矩阵，通过迭代得到距离多普勒谱，包括：

1)将雷达观测场景的距离多普勒谱离散化为K×L个均匀格点，其中K表示离散化的多普勒单元个数；