[发明专利]一种新型毫米波雷达信号处理方法

说明书

本公开的雷达信号处理方法，布局毫米波雷达虚拟天线阵列，当方位角大于虚拟天线的测量方位角时，实际相位差与测量相位差存在周期偏差；测量相位差，根据相位法测角原理计算模糊方位角；将模糊方位角代入俯仰补偿相位差公式得到俯仰补偿相位差，利用俯仰补偿相位差对天线阵元补偿后根据相位法测角原理得到俯仰角；将俯仰角代入俯仰补偿相位差公式得到方向维俯仰补偿相位差，利用方向维俯仰补偿相位差对天线阵元进行相位补偿后根据相位法测角原理得到不模糊方位角；比较模糊方位角和不模糊方位角，当两者相等时得到俯仰角的真实值。能够无需额外增加天线数量情况下，实现较大的FOV和较高的角度分辨率，有效调和角度分辨率和方位角范围的矛盾。

技术领域

本公开属于雷达技术领域，特别涉及一种新型毫米波雷达信号处理方法。

背景技术

在车载雷达设计中，通常使用相位法测角作为被测目标方位角的探测方法。使用若干不同空间位置的天线获取被测目标的各个回波的相位，由于回波波程差ΔR(ΔR＝dsinθ)的存在产生相位差，通过相位差计算被测目标的方位角(根据)。理论上来说，若已知各个回波的相位差，可以准确地计算出被测目标方位角，然而在测量过程中，相位差被限制在(-π,π)之间，相位差的实际值与测量值之间存在若干个周期的偏移，即称为相位模糊。

当相位差取±π时，方位角等于最大不模糊角度方位角的测角范围为因此，天线间距d越小,测角范围越大，但是角度分辨率增大，不利于在角度维分辨被测目标。

由上述分析可见，测角范围与角度分辨率之间存在不可调和的矛盾。通常采用MIMO(Multiple Input Multiple Output，多输入多输出)技术，增加虚拟天线数量(N_tol＝N_RX*N_TX)来提高角度分辨率。图1示出一组汽车雷达阵列能够达到30°的角度分辨率，图2示出当两被测目标角度相差30°时，无法将二者在角度维分开。其测角方法如下，首先记录每对发射-接收天线对应的差拍信号，会有N_tol个回波信号，分别对其做二维FFT(FastFourier Transform，快速傅里叶变换)，每个二维FFT对应一个虚拟天线，得到N_tol个幅频特性矩阵；然后对N_tol个虚拟天线对应的幅频特性矩阵分别做2D-CFAR(2D-Constant False-Alarm Rate，二维恒虚警率)，记录有效频点对应的位置，将对应位置的角度做角度维FFT，得到目标的方位角。

虽然MIMO技术实现了天线阵列数的成倍增加，每增加一根发射天线，虚拟阵列将增加接收天线数量的一倍，一定程度上有效提高了测角分辨率，但是天线数量增加引起雷达体积增大、成本增加。且在天线数量有限的情况下，角度分辨率随天线间距的增加而提高，然而视场角FOV随之减小，无法同时兼顾角度分辨率与FOV两个指标。

发明内容

有鉴于此，本公开提出了一种新型毫米波雷达信号处理方法，能够在有限天线数量情况下，实现较大的视场角FOV和较高的角度分辨率，无需额外增加处理算法能够在完成俯仰角的同时，有效调和角度分辨率和测量方位角范围的矛盾，且减小雷达体积和重量、降低成本。

根据本公开的一方面，提出了一种新型毫米波雷达信号处理方法，所述方法包括：

基于FMCW信号模型布局毫米波雷达阵列，得到与毫米波雷达阵列相对应的毫米波雷达虚拟天线阵列，当被测目标方位角大于所述毫米波雷达虚拟天线的测量方位角的范围时，所述被测目标的实际相位差与测量相位差存在n个周期偏差，n为正整数；

测量毫米波雷达虚拟天线阵列的相位差，根据所述虚拟天线阵元间距d和所述测量相位差的相位差测角原理计算被测目标的模糊方位角，遍历n值得到被测目标的一组模糊方位角；