[发明专利]基于MIMO调频连续波雷达相干相位追踪的运动信息测量方法

说明书

一种基于MIMO调频连续波雷达相干相位追踪的运动信息测量方法，通过将MIMO调频连续波雷达系统的接收信号重构出复数域拍频信号，进一步通过相干相位目标追踪算法得到探测目标的运动轨迹。本发明能够实现亚毫米级的运动信息测量的同时，将M发N收的MIMO雷达等效为1发M×N收的SIMO雷达，极大提高了雷达的空间分辨率，实现了对不同方向目标的运动信息的精准测量。

技术领域

本发明涉及的是一种无线通信领域的技术，具体是一种基于毫米波雷达的相对运动精准测量方法，不仅可以适用于MIMO-FMCW雷达系统，在不采用虚拟阵列方法的情况下，还可以适用于单发单收-FMCW雷达系统以及SIMO-FMCW雷达系统。

背景技术

20世纪以来，调频连续波(FMCW)雷达被广泛应用于道路车辆监测记录系统、汽车防撞雷达、车流量检测器、自动驾驶、手势交互、医疗等民用领域。调频连续波雷达具有结构简单、容易调制、成本低等优点。FMCW雷达的信号调制主要包括三角波调制、锯齿波调制、正弦波调制这三种方式。其中正弦波调制多用于单目标探测，而多目标探测则需要锯齿波或三角波调制。其中，三角波调制可以同时测量物体的距离和速度信息，而传统上锯齿波调制只能测量物体的距离。传统FMCW雷达的测距精度与它的调制带宽B成反比，精度较差，通常为厘米分米级。

经过对现有技术的检索发现，Guochao Wang等在“Application of Linear-Frequency-Modulated Continuous-Wave(LFMCW)radars for tracking of vital signs(线性调频连续波雷达在生命体征跟踪中的应用)”中提出了利用线性调频连续波(LFMCW)雷达对生命体征(如呼吸)进行非接触范围跟踪，结合了硬件的简便性和跟踪精度，因此在所解决的生物医学场景中优于其他遥感方法。但该现有技术工作频段较低，对小运动不够敏感；没有针对测量相位时出现的附加变化提出相位补偿方法，测量时可能出现严重偏差；没有进行时域滤波，受到收发耦合影响大；无法测量物体相对雷达的角度。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于MIMO调频连续波雷达相干相位追踪的运动信息测量方法，通过对接收到的雷达信息的相位信息进行时域滤波、相位解析、相位补偿，实现了亚毫米级的运动信息测量，同时它也突破了传统上锯齿波调制无法对物体运动速度进行测量的限制。除此之外，本发明还通过对MIMO雷达信号的处理，将M发N收的MIMO雷达等效为1发M×N收的SIMO雷达(又叫虚拟阵列天线法)，极大提高了雷达的空间分辨率，实现了对不同方向目标的运动信息的精准测量。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种基于MIMO调频连续波雷达相干相位追踪的运动信息测量方法，通过将MIMO调频连续波雷达系统的接收信号重构出复数域拍频信号，进一步通过相干相位目标追踪算法得到探测目标的运动轨迹。

所述的重构是指：将接收信号经乘法器、放大和模数转换采样后得到正交信号并重构出复数域拍频信号。

所述的相干相位目标追踪算法是指：对复数域拍频信号进行时域滤波、相位解析、相位补偿，从而得到探测目标的运动轨迹。

所述的MIMO调频连续波雷达系统包括：锁相环、射频模块、中频放大模块、ADC以及MCU，其中：MCU通过配置锁相环生成不同的调制波形以实现对应调制模式，锁相环产生的调制波形输入至压控振荡器并产生发射信号，发射信号通过发射天线发射到探测目标并发生散射现象，产生调制有探测目标运动信息的反射信号，各接收天线得到的接收信号分别与发射信号通过正交差分乘法器得到若干正交信号，经放大和模数转换采样后由MCU还原得到探测目标的运动信息。

技术效果

本发明整体解决了MIMO调频连续波雷达对目标物体运动信息的精确测量以及目标物体相对雷达的角度的测量的技术问题。