CN110346753A - 基于接收天线相位差实现车载雷达俯仰方向角度分辨方法 - Google Patents

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李铮
王征
曹辰
宋静
殷磊
罗畅安
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    • 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
    • G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/02—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using radio waves
    • G01S3/14—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
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Abstract

本发明涉及基于接收天线相位差实现车载雷达俯仰方向角度分辨方法，包括以下步骤：设置多个通道接收天线，在原有水平分开一定距离的基础上，在俯仰上也错开一定距离；通过雷达对周围物体进行探测，得到多个通道接收天线的相位差；通过相位差各种组合计算，得到被探测物体的水平和俯仰角度。本发明不仅能够在实现水平方向上的目标角度分辨的基础上，实现俯仰方向上的目标角度分辨，而且不增加雷达成本以及数据采集与探测时间。

Description

基于接收天线相位差实现车载雷达俯仰方向角度分辨方法
技术领域
本发明涉及雷达角度计算技术领域，具体为基于接收天线相位差实现车载雷达俯仰方向角度分辨方法。
背景技术
近年来随着不同等级的无人汽车的兴起，毫米波雷达应用越来越广泛。同时无人汽车的高可靠性也对雷达探测目标准确性提出越来越高的要求。目前安装在车前方的前向雷达普遍都有很好的水平方向目标角度分辨能力。但俯仰方向还不具备多目标角度分辨率。这就导致雷达对于在同一水平方向不同俯仰方向的目标方位分辨不出来。从而增加了一些场景的雷达误报。比如当车将要从天桥下方经过时，会误把天桥当作正前方目标上报。或者前方地上的井盖，也会被雷达当成正前方目标。这样都会影响决策***对车辆形式的误操作。
为了实现俯仰方向分辨，有些方案利用增加一路俯仰方向的发射通道来实现。但这样会增加雷达的成本，增大数据采集的量和探测时间。
发明内容
为了解决上述技术问题，在针对当前不增加成本和探测时间的前提下，本发明提出了基于接收天线相位差实现车载雷达俯仰方向角度分辨方法。
本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
基于接收天线相位差实现车载雷达俯仰方向角度分辨方法，包括以下步骤：
(1)设置多个通道接收天线，在原有水平分开一定距离的基础上，在俯仰上也错开一定距离；
(2)通过雷达对周围物体进行探测，得到多个通道的相位差；
(3)通过相位差各种组合计算，得到被探测物体的水平和俯仰角度。
进一步地，所述步骤(2)中得到多个通道接收天线的相位差的具体过程如下：
一、通过雷达周围物体进行探测；
二、并对接收的中频模拟信号进行采集；
三、对采集后的信号，雷达通过FFT，CFAR算法求出目标的复数集合；
四、根据求出的复数集合，可求出多个通道接收天线的相位差。
进一步地，所述多个通道接收天线为四通道接收天线，分别为Rx1,Rx2,Rx3以及Rx4，且水平方向间距均为Dx，俯仰方向间距为Dy。
进一步地，所述Rx1,Rx2,Rx3以及Rx4之间的相位差的表示公式如下：
Δ(CH12_φ)＝Δx(φ)+Δy(φ)＝Dx*sin(θx)/λ*360+Dy*sin(θy)/λ*360
Δ(CH23_φ)＝Δx(φ)+Δy(φ)＝Dx*sin(θx)/λ*360
Δ(CH34_φ)＝Δx(φ)+Δy(φ)＝Dx*sin(θx)/λ*360-Dy*sin(θy)/λ*360
其中θx为目标在水平方向的角度，θy为目标在俯仰方向的角度，λ为电磁波空间波长。
进一步地，所述θx、θy的表示公式如下：
进一步地，所述Rx2与Rx3的俯仰高度齐平，所述Rx1与Rx4的俯仰高度齐平，所述Rx2与Rx3比Rx1与Rx4高出间距Dy。
本发明的有益效果是：
本发明不仅能够在实现水平方向上的目标角度分辨的基础上，实现俯仰方向上的目标角度分辨，而且不增加雷达成本以及数据采集与探测时间。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1为本发明中4通道接收天线的分布示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图以及实施例对本发明进一步阐述。
如图1所示，基于接收天线相位差实现车载雷达俯仰方向角度分辨方法，包括以下步骤：
(1)设置多个通道接收天线，在原有水平分开一定距离的基础上，在俯仰上也错开一定距离。并对错开的各个接收天线馈线做等长度补偿。
具体地，所述多个通道接收天线为四通道接收天线，分别为Rx1,Rx2,Rx3以及Rx4，空间布局如图1所示，设在水平方向上的间距均为Dx，俯仰方向上的间距为Dy；其中Rx2与Rx3的俯仰高度齐平，所述Rx1与Rx4的俯仰高度齐平，所述Rx2与Rx3比Rx1与Rx4高一个间距Dy。
(2)通过雷达对周围物体进行探测，得到多个通道接收天线的相位差。
具体地，所述步骤(2)中得到多个通道接收天线的相位差的具体过程如下：
一、通过雷达周围物体进行探测；
二、并对接收的中频模拟信号进行采集；
三、对采集后的信号，雷达通过FFT，CFAR算法求出目标的复数集合；
四、根据求出的复数集合，可求出多个通道接收天线的相位差。
设Rx1与Rx2之间的相位差为Δ(CH12_φ)，Rx2与Rx3之间的相位差为Δ(CH23_φ)，Rx3与Rx4之间的相位差为Δ(CH34_φ)；可分别用以下公式进行表示：
Δ(CH12_φ)＝Δx(φ)+Δy(φ)＝Dx*sin(θx)/λ*360+Dy*sin(θy)/λ*360
Δ(CH23_φ)＝Δx(φ)+Δy(φ)＝Dx*sin(θx)/λ*360
Δ(CH34_φ)＝Δx(φ)+Δy(φ)＝Dx*sin(θx)/λ*360-Dy*sin(θy)/λ*360
其中θx为目标在水平方向的角度，θy为目标在俯仰方向的角度，λ为电磁波空间波长。
(3)通过相位差各种组合计算，得到被探测物体的水平和俯仰角度。
具体地，所述θx、θy的表示公式如下：
本方法通过利用多通道接收天线不光在水平方向，同时在俯仰方向也错开一定距离，来使得在目标在不同水平或者俯仰角度反射时产生相位差。再通过多通道间相位差各种计算组合，来测量出被探测目标的水平和俯仰角度方位。从而实现在不增加雷达发射接收通道数的情况下，实现雷达4D探测目标的功能。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.基于接收天线相位差实现车载雷达俯仰方向角度分辨方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)设置多个通道接收天线，在原有水平分开一定距离的基础上，在俯仰上也错开一定距离；
(2)通过雷达对周围物体进行探测，得到多个通道接收天线的相位差；
(3)通过相位差各种组合计算，得到被探测物体的水平和俯仰角度。
2.根据权利要求1所述的基于接收天线相位差实现车载雷达俯仰方向角度分辨方法，其特征在于：所述步骤(2)中得到多个通道接收天线的相位差的具体过程如下：
一、通过雷达周围物体进行探测；
二、并对接收的中频模拟信号进行采集；
三、对采集后的信号，雷达通过FFT，CFAR算法求出目标的复数集合；
四、根据求出的复数集合，可求出多个通道接收天线的相位差。
3.根据权利要求2所述的基于接收天线相位差实现车载雷达俯仰方向角度分辨方法，其特征在于：所述多个通道接收天线接为四通道接收天线，分别为Rx1,Rx2,Rx3以及Rx4，且水平方向间距均为Dx，俯仰方向间距为Dy。
4.根据权利要求3所述的基于接收天线相位差实现车载雷达俯仰方向角度分辨方法，其特征在于：所述Rx1,Rx2,Rx3以及Rx4之间的相位差的表示公式如下：
Δ(CH12_φ)＝Δx(φ)+Δy(φ)＝Dx*sin(θx)/λ*360+Dy*sin(θy)/λ*360
Δ(CH23_φ)＝Δx(φ)+Δy(φ)＝Dx*sin(θx)/λ*360
Δ(CH34_φ)＝Δx(φ)+Δy(φ)＝Dx*sin(θx)/λ*360-Dy*sin(θy)/λ*360
其中θx为目标在水平方向的角度，θy为目标在俯仰方向的角度，λ为电磁波空间波长。
5.根据权利要求4所述的基于接收天线相位差实现车载雷达俯仰方向角度分辨方法，其特征在于：所述θx、θy的表示公式如下：
6.根据权利要求3所述的基于接收天线相位差实现车载雷达俯仰方向角度分辨方法，其特征在于：所述Rx2与Rx3的俯仰高度齐平，所述Rx1与Rx4的俯仰高度齐平，所述Rx2与Rx3比Rx1与Rx4高出间距Dy。
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