CN117269950B - 基于参差重频的快速解速度模糊方法、设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
基于参差重频的快速解速度模糊方法、设备及存储介质，基于两组参差重频接近的调频连续波进行多目标检测，得到距离‑速度的傅里叶变换结果，即目标检测结果；基于检测结果中的距离信息进行目标匹配；基于检测结果中的速度信息求解目标模糊速度；对目标模糊速度进行最大不模糊速度倍数叠加，计算目标可能模糊速度；基于匹配的目标计算目标可能模糊速度的速度差，得到速度差绝对值的最小值；若速度差绝对值最小值小于预设速度差检测门限，则速度解模糊成功，估计目标速度。本发明不仅提高了速度解模糊效率，同时为后续测角以及目标聚类跟踪提供准确速度信息。
Description
技术领域
本发明涉及车载毫米波雷达信号处理技术领域，具体涉及一种基于参差重频的快速解速度模糊方法。
背景技术
毫米波雷达作为高级驾驶辅助***(ADAS)和无人驾驶的关键模块，在提高交通安全系数、降低交通事故发生率以及保护人们的生命财产安全方面起到重要作用。
车载毫米波雷达***的关键部分是其信号处理模块，而信号处理模块中的信号处理算法是决定其性能优秀的重要一环，信号处理算法对整个车载毫米波雷达***检测目标物体的正确性有着十分显著的作用。
在信号处理模块，其中一项就是精确估计目标速度。但是由于连续波的重复周期太长，目标速度对应的多普勒频谱会出现混叠，无法确定真实目标速度对应的多普勒频率，即所谓的速度模糊现象。因此，解速度模糊算法的有效性和成功率将直接影响后续参数估计的准确性。参差重频是一种高效的解速度模糊方法，但传统参差重频速度解模糊方法要求重频满足互质的要求，对重频设计要求严苛，而在实际工程中，由于噪声等原因，难以严格满足互质的要求，准确性难以保证。
发明内容
本发明要解决的问题是，现有参差重频速度解模糊方法要求重频满足互质的要求，对重频设计要求严苛，在实际工程中准确性难以保证，以及解速度模糊的效率低。
为解决以上技术问题，本发明的技术方案为：提供一种基于参差重频的快速解速度模糊方法，包括：
基于参差重频模式，设置两组具有不同重复频率的调频连续波进行多目标检测，得到距离-速度的傅里叶变换结果，即目标检测结果；所述两组具有不同重复频率的调频连续波，重复频率值的差值越小，解模糊速度效率越高；
基于目标检测结果中的距离信息进行目标匹配，得到匹配的目标；
基于目标检测结果中的速度信息求解目标模糊速度；
对目标模糊速度进行最大不模糊速度倍数叠加，计算目标可能模糊速度；
基于匹配的目标计算目标可能模糊速度的速度差，得到速度差绝对值的最小值；
若速度差绝对值最小值小于预设速度差检测门限，则速度解模糊成功，估计得到目标速度；
其中，设两组调频连续波为重频1和重频2，回波的距离-速度的傅里叶变换结果分别为data1_2D_FFT和data2_2D_FFT，维度均为L×M，L为距离门数，M为多普勒门数；
设回波中存在两个目标，以目标11表示重频1下检测的目标1，目标12表示重频1下检测的目标2，目标21表示重频2下检测的目标1，目标22表示重频2下检测的目标2 ，data1_2D_FFT检测到目标11和目标12的距离门数和多普勒门数为（L11,M11）和（L12,M12），data2_2D_FFT检测到目标21和目标22的距离门数和多普勒门数（L21,M21）和（L22,M22），
经傅里叶变换后，多普勒门数即为脉冲数，距离门数即为采样点数；重复频率的值分别为PRF1和PRF2，重频1的速度分辨率，重频2的速度分辨率，其中/>为波长，/>，/>为载频，c为光速；
多个目标解速度模糊参考两个目标情况推导得到。
进一步地，基于目标检测结果中的距离信息进行目标匹配中，目标匹配方法为：对目标距离信息基于最接近的距离进行目标匹配；
；
其中，≈表示最接近的距离，即目标11和目标22匹配，目标12和目标21匹配。
进一步地，基于目标检测结果中的速度信息求解目标模糊速度，包括：
其中，为重频1多普勒门对应的速度轴坐标，/>表示重频1下目标1的模糊速度估计值，/>表示重频1下目标2的模糊速度估计值；
其中，为重频2多普勒门对应的速度轴坐标，/>表示重频2下目标1的模糊速度估计值， />表示重频1下目标2的模糊速度估计值。
进一步地，对目标模糊速度进行最大不模糊速度倍数叠加，计算目标可能模糊速度；包括：
计算两个重频对应的最大不模糊速度：
其中，为重频1对应的最大不模糊速度，/>为重频2对应的最大不模糊速度；
对目标模糊速度进行最大不模糊速度倍数叠加；
重频1目标模糊速度估计值进行模糊倍数叠加，计算目标可能模糊速度：
其中，表示重频1下目标1的可能模糊速度，/>表示重频1下目标2的可能模糊速度；/>表示重频1下目标1的模糊速度估计值，/>表示重频1下目标2的模糊速度估计值；
重频2目标模糊速度估计值进行模糊倍数叠加，计算目标可能模糊速度：
其中，表示重频2下目标1的可能模糊速度，/>表示重频2下目标2的可能模糊速度；/>表示重频2下目标1的模糊速度估计值， />表示重频1下目标2的模糊速度估计值；
其中，为模糊数，/>，/>为最小模糊数，/>为最大模糊数。
进一步地，基于匹配的目标计算目标可能模糊速度的速度差，得到速度差绝对值的最小值，包括：
对匹配目标做速度差：
其中，为第一个匹配目标的速度差，/>为第二个匹配目标的速度差；表示重频1下目标1的可能模糊速度，/>表示重频1下目标2的可能模糊速度，/>表示重频2下目标1的可能模糊速度，/>表示重频2下目标2的可能模糊速度；
找到速度差绝对值的最小值；
其中，为/>最小值对应的模糊倍数，/>为第一个匹配目标速度差绝对值最小值；/>为/>最小值对应的模糊倍数，/>为第二个匹配目标的速度差绝对值最小值。
进一步地，若速度差绝对值最小值小于预设速度差检测门限，则目标速度解模糊成功，估计目标速度；包括：
对目标1进行速度估计：
若，则对目标1进行速度估计：/>；
若，则认为目标1匹配失败，无法解出速度；
同理，对目标2进行速度估计：
若，则对目标2进行速度估计：/>；
若，则认为目标2匹配失败，无法解出速度；
其中，和/>为目标1和目标2的最终估计速度。
进一步地，速度差检测门限阈值，即重频1速度分辨率的1.2倍。
本发明还提供一种电子设备，包括：一个或多个数据处理装置；存储装置，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理装置执行时，实现上述的基于参差重频的快速解速度模糊方法。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现上述的基于参差重频的快速解速度模糊方法。
本发明通过对调频连续波信号参数进行设置，利用参差重频对应的速度多普勒不同，经过目标匹配之后，对速度进行模糊搜索，通过搜索残差最小来实现目标解速度模糊。本发明基于参差重频实现解速度模糊，但无需两组重频互质，本发明通过两组具有不同重复频率的调频连续波进行目标检测，两组重频的目标速度都是模糊的，对此本发明对两组重频目标的速度都进行倍数模糊，找到速度差绝对值最小值对应的速度，即目标真实速度，本发明只利用距离信息进行匹配，然后对速度进行解模糊，方案简洁易于实现。
本发明具有如下有益效果：本发明提供一种基于参差重频实现目标速度解模糊的方法，该方法不像传统参差重频需满足中国剩余定理要求，即要求重频互质，只需重频的频率值具有差异即可，进一步的，两个重频越接近，即重频差值越小，解模糊速度效率越高。同时，本发明通过减小模糊速度差值计算量来实现速度解模糊。本发明丰富了雷达领域速度解模糊的解决方法，不仅提高了速度解模糊效率，同时为后续测角以及目标聚类跟踪提供准确速度信息。
附图说明
图1为本发明实施例中参差重频PRI图。
图2为本发明实施例中参差重频检测结果之一，为重频1的检测结果图。
图3为本发明实施例中参差重频检测结果之一，为重频2的检测结果图。
图4为本发明实施例中目标1在重频1和重频2下可能的模糊速度图。
图5为本发明实施例中目标2在重频1和重频2下可能的模糊速度图。
图6为本发明实施例中目标1的模糊速度差绝对值示意图。
图7为本发明实施例中目标2的模糊速度差绝对值示意图。
图8为本发明实施例中目标1常规与快速解速度模糊对比图。
图9为发明本实施例中目标2常规与快速解速度模糊对比图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明为一种基于参差重频的快速解速度模糊方法，其包括：
步骤S100：基于两组参差重频接近的调频连续波进行多目标检测，得到距离-速度的傅里叶变换（FFT）结果，即目标检测结果；
步骤S200：基于检测结果中的距离信息进行目标匹配；
步骤S300：基于检测结果中的速度信息求解目标模糊速度；
步骤S400：对目标模糊速度进行最大不模糊速度倍数叠加，计算目标可能模糊速度；
步骤S500：基于匹配的目标计算目标可能模糊速度的速度差，得到速度差绝对值的最小值；
步骤S600：若速度差绝对值最小值小于预设速度差检测门限，则速度解模糊成功，估计目标速度。
下面针对上述各个步骤进行具体说明。
在步骤S100中，基于两组参差重频接近的调频连续波进行多目标检测，得到距离-速度的傅里叶变换（FFT）结果，即目标检测结果；包括：
假设两组参差重频接近的回波的距离-速度的傅里叶变换结果即FFT结果分别为data1_2D_FFT和data2_2D_FFT，维度均为L×M，其中，L为距离门数，M为多普勒门数；
假设回波中存在两个目标，data1_2D_FFT检测到目标11和目标12的距离门数和多普勒门数为（L11,M11）和（L12,M12），data2_2D_FFT检测到目标21和目标22的距离门数和多普勒门数为（L21,M21）和（L22,M22）；其中，目标11表示重频1下检测的目标1，目标12表示重频1下检测的目标2，目标21表示重频2下检测的目标1，目标22表示重频2下检测的目标2；
经傅里叶变换后，多普勒门数即为脉冲数为M，距离门数即为采样点数为L；载频，光速为c，则波长/>，如图1所示，重频分别为PRF1和PRF2，重频1的速度分辨率，重频2的速度分辨率/>，速度差检测门限表示为。
在步骤S200中，基于检测结果中的距离信息进行目标匹配中的目标匹配方法为：
由于距离不存在模糊，因此根据检测结果，对目标距离信息基于最接近的距离进行目标匹配；
；
其中，≈表示最接近的距离，即目标11和目标22匹配，目标12和目标21匹配。
在步骤S300中，基于检测结果中的速度信息求解目标模糊速度，包括：
其中，为重频1多普勒门对应的速度轴坐标，/>表示重频1下目标1的模糊速度估计值，/>表示重频1下目标2的模糊速度估计值；
其中，为重频2多普勒门对应的速度轴坐标，/>表示重频2下目标1的模糊速度估计值， />表示重频1下目标2的模糊速度估计值。
步骤S400中，对目标模糊速度进行最大不模糊速度倍数叠加，计算目标可能模糊速度；包括：
步骤S410：计算两个重频对应的最大不模糊速度：
其中，为重频1对应的最大不模糊速度，/>为重频2对应的最大不模糊速度；
步骤S420：对目标模糊速度进行最大不模糊速度倍数叠加；
重频1目标模糊速度估计值进行模糊倍数叠加，计算目标可能模糊速度：
其中，表示重频1下目标1的可能模糊速度，/>表示重频1下目标2的可能模糊速度；
重频2目标模糊速度估计值进行模糊倍数叠加，计算目标可能模糊速度：
其中，表示重频2下目标1的可能模糊速度，/>表示重频2下目标2的可能模糊速度；
其中，为模糊数，/>，/>为最小模糊数，/>为最大模糊数。
在步骤S500中，基于匹配的目标计算目标可能模糊速度的速度差，得到速度差绝对值的最小值，包括：
步骤S510：对匹配目标做速度差：
其中，为第一个匹配目标的速度差，/>为第二个匹配目标的速度差；
步骤S520：找到速度差绝对值的最小值；
其中，为/>最小值对应的模糊倍数，/>为第一个匹配目标速度差绝对值最小值；/>为/>最小值对应的模糊倍数，/>为第二个匹配目标的速度差绝对值最小值。
在步骤S600中，若速度差绝对值最小值小于预设速度差检测门限，则目标速度解模糊成功，估计目标速度；包括：
对目标1进行速度估计：
若，则对目标1进行速度估计：/>；
若，则认为目标1匹配失败，无法解出速度；
同理，对目标2进行速度估计：
若，则对目标2进行速度估计：/>；
若，则认为目标2匹配失败，无法解出速度；
其中，和/>为目标1和目标2的最终估计速度。
本实施例中，取速度差检测门限阈值，即重频1速度分辨率的1.2倍。
针对上述步骤，下面给出一种具体实施方式。
本实施例提供一种基于参差重频的快速解速度模糊方法，包括以下步骤。
步骤S100：基于两组参差重频接近的调频连续波进行多目标检测，得到距离-速度的傅里叶变换结果；
两组调频连续波信号的参数设置如表1，其中只有重频即重复频率一项不同，其他参数均相同。
表1 两组调频连续波信号的参数设置
两个目标的SNR、距离和速度的参数信息如表2。
表2 两个目标参数信息
两组参差重频下目标检测结果参阅图2和图3，具体检测结果如表3和表4所示。
表3 重频1目标检测结果
表4 重频2目标检测结果
步骤S200：基于检测结果中的距离信息进行目标匹配：
参阅表3和表4，距离门157与155接近，距离门384和382接近；所以目标11与目标22匹配，目标12和目标21匹配。
步骤S300：基于检测结果中的速度信息求解目标模糊速度。
重频1对应目标的模糊速度估计值：
其中，为目标11的模糊速度估计值，/>为为目标12的模糊速度估计值。
重频2对应目标的模糊速度估计值：
其中，为目标21的模糊速度估计值，/>为目标22的模糊速度估计值。
步骤S400：对目标模糊速度进行最大不模糊速度倍数叠加，计算目标可能模糊速度；
其中，为重频1对应的最大不模糊速度，/>为重频2对应的最大不模糊速度。
一般要求雷达测速范围为[-200,400]km/h，即[-55.56,111.11]m/s。
为模糊数，介于/>和/>之间。根据测速范围/>，，即模糊数/>的范围是(-3~5)；其中，/>表示向下取整，/>表示向上取整。
目标1和目标2的可能模糊速度参阅图4和图5。
步骤S500：基于匹配的目标计算目标可能模糊速度的速度差，得到速度差绝对值的最小值；
对匹配目标做速度差，根据图6和图7，对于目标1，当模糊数，速度差绝对值最小值/>；对于目标2，当模糊数/>时，速度差绝对值最小值。
步骤S600：若速度差绝对值最小值小于预设速度差检测门限，则速度解模糊成功，估计目标速度。
取
。
目标1的速度估计为，与真实值90m/s基本一致；
目标2的速度估计为，与真实值65m/s基本一致。
下面解释说明该算法如何提高解速度效率。
本发明方法中两组重频13000Hz和13700Hz接近，两者对应的模糊数也一致，因此针对同一目标，两组重频只需要对模糊数相同或者相差1的模糊速度进行作差，求解速度差绝对值对应的最小值；快速解速度模糊与常规解速度模糊对比见图8和图9。可以看出，本发明的快速解速度模糊算法比常规解模糊算法所需要搜索的速度差值大量减少，从而提高了速度解模糊的效率。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或采用现有技术加以实现。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.基于参差重频的快速解速度模糊方法，其特征在于：包括
基于参差重频模式，设置两组具有不同重复频率的调频连续波进行多目标检测，得到距离-速度的傅里叶变换结果，即目标检测结果；所述两组具有不同重复频率的调频连续波，重复频率值的差值越小，解模糊速度效率越高；
基于目标检测结果中的距离信息进行目标匹配，得到匹配的目标；
基于目标检测结果中的速度信息求解目标模糊速度；
对目标模糊速度进行最大不模糊速度倍数叠加，计算目标可能模糊速度；
基于匹配的目标计算目标可能模糊速度的速度差，得到速度差绝对值的最小值；
若速度差绝对值最小值小于预设速度差检测门限，则速度解模糊成功，估计得到目标速度；
其中，设两组调频连续波为重频1和重频2，回波的距离-速度的傅里叶变换结果分别为data1_2D_FFT和data2_2D_FFT，维度均为L×M，L为距离门数，M为多普勒门数；
设回波中存在两个目标，以目标11表示重频1下检测的目标1，目标12表示重频1下检测的目标2，目标21表示重频2下检测的目标1，目标22表示重频2下检测的目标2 ，data1_2D_FFT检测到目标11和目标12的距离门数和多普勒门数为（L11,M11）和（L12,M12），data2_2D_FFT检测到目标21和目标22的距离门数和多普勒门数（L21,M21）和（L22,M22），
经傅里叶变换后，多普勒门数即为脉冲数，距离门数即为采样点数；重复频率的值分别为PRF1和PRF2，重频1的速度分辨率，重频2的速度分辨率，其中/>为波长，/>，/>为载频，c为光速；
多个目标解速度模糊参考两个目标情况推导得到；
其中，基于匹配的目标计算目标可能模糊速度的速度差，得到速度差绝对值的最小值包括：
对匹配目标做速度差：
为第一个匹配目标的速度差，/>为第二个匹配目标的速度差；/>表示重频1下目标1的可能模糊速度，/>表示重频1下目标2的可能模糊速度，/>表示重频2下目标1的可能模糊速度，/>表示重频2下目标2的可能模糊速度；
找到速度差绝对值的最小值；
为/>最小值对应的模糊倍数，/>为第一个匹配目标速度差绝对值最小值；为/>最小值对应的模糊倍数，/>为第二个匹配目标的速度差绝对值最小值；
若速度差绝对值最小值小于预设速度差检测门限，则目标速度解模糊成功，估计目标速度：
对目标1进行速度估计：
若，则对目标1进行速度估计：/>；
若，则认为目标1匹配失败，无法解出速度；
同理，对目标2进行速度估计：
若，则对目标2进行速度估计：/>；
若，则认为目标2匹配失败，无法解出速度；
其中，和/>为目标1和目标2的最终估计速度，/>、/>为求解的目标模糊速度，/>表示重频2下目标1的模糊速度估计值，/>表示重频2下目标2的模糊速度估计值。
2.根据权利要求1所述的基于参差重频的快速解速度模糊方法，其特征在于：基于目标检测结果中的距离信息进行目标匹配，目标匹配方法为：对目标距离信息基于最接近的距离进行目标匹配；
；
其中，≈表示最接近的距离，即目标11和目标22匹配，目标12和目标21匹配。
3.根据权利要求1所述的基于参差重频的快速解速度模糊方法，其特征在于：基于目标检测结果中的速度信息求解目标模糊速度，包括：
其中，为重频1多普勒门对应的速度轴坐标，/>表示重频1下目标1的模糊速度估计值，/>表示重频1下目标2的模糊速度估计值；
其中，为重频2多普勒门对应的速度轴坐标，/>表示重频2下目标1的模糊速度估计值， />表示重频2下目标2的模糊速度估计值。
4.根据权利要求1所述的基于参差重频的快速解速度模糊方法，其特征在于：对目标模糊速度进行最大不模糊速度倍数叠加，计算目标可能模糊速度，包括：
计算两个重频对应的最大不模糊速度：
其中，为重频1对应的最大不模糊速度，/>为重频2对应的最大不模糊速度；
对目标模糊速度进行最大不模糊速度倍数叠加；
重频1目标模糊速度估计值进行模糊倍数叠加，计算目标可能模糊速度：
其中，表示重频1下目标1的可能模糊速度，/>表示重频1下目标2的可能模糊速度；/>表示重频1下目标1的模糊速度估计值，/>表示重频1下目标2的模糊速度估计值；
重频2目标模糊速度估计值进行模糊倍数叠加，计算目标可能模糊速度：
其中，表示重频2下目标1的可能模糊速度，/>表示重频2下目标2的可能模糊速度；/>表示重频2下目标1的模糊速度估计值，/>表示重频2下目标2的模糊速度估计值；
其中，为模糊数，/>，/>为最小模糊数，/>为最大模糊数。
5.根据权利要求1所述的基于参差重频的快速解速度模糊方法，其特征在于：速度差检测门限阈值，即重频1速度分辨率的1.2倍。
6.一种电子设备，其特征在于：包括：
一个或多个数据处理装置；
存储装置，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理装置执行时，实现如权利要求1-5中任一项所述的基于参差重频的快速解速度模糊方法。
7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被执行时实现如权利要求1-5中任一项所述的基于参差重频的快速解速度模糊方法。
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