[发明专利]一种长短距离一体化的时分复用MIMO毫米波雷达系统

说明书

本发明提供一种长短距离一体化的时分复用MIMO毫米波雷达系统，通过上位机模块控制MIMO复用阵列收发天线模块探测环境雷达数据；在实时信号处理模块中，用改进重频参差速度解模糊估计目标速度，用基于阵元相位差补偿运动目标的相位数据估计方位维角度，以及目标的距离、俯仰角等信息。本发明实现了高效利用有限的硬件资源下，通过高性能的算法提升毫米波雷达数据的分辨率。

技术领域

本发明属于数字信号处理器应用技术领域，具体涉及使用数字信号处理技术提升时分复用波形的MIMO毫米波雷达的检测提升的一种长短距离一体化的时分复用MIMO毫米波雷达系统。

背景技术

随着科技技术的不断提升，关于衣食住行领域的革新速度也大幅度加快。作为交通领域最大的改革，自动驾驶技术需要有众多技术的支持才能实现。自动驾驶技术除了要具备智能化决策和精准化控制之外，更需要准确的环境感知能力作为所有后续算法的依据。毫米波雷达以其出色的感知能力，能极大降低汽车在极端天气和环境下的交通事故发生概率，并依靠着合适的成本，成为实现无人驾驶汽车和高级驾驶辅助系统的重要组成部分。

目前使用MIMO（Multi Input Multi Output）的毫米波雷达系统是主流配置。常用的MIMO雷达正交波形可以分为4类：时分复用，码分复用，频分复用，多普勒多址。其中时分复用以其简单实现且成本低著称。但是以分时复用机制下，发射天线大多处于等待状态，降低了雷达的发射率。并且，基于分时复用波形的MIMO雷达存在两个重要问题：

（1）在每一次切换天线的周期内，由于待检测目标与毫米波雷达平台之间的相对运动会引起相位变化量耦合到了接收天线，使接收天线孔径的合成出现偏差，从而造成角度估计失误甚至失效；

（2）使用时分复用波形会降低慢时间维度的采样率，导致毫米波雷达系统的无模糊测速范围成倍的降低。

这两个问题会极大影响毫米波雷达的检测精度和分辨率。有鉴于此，提出一种基于相位补偿和速度解模糊的长距离和短距离模式一体复用的毫米波雷达系统。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种基于相位补偿和速度解模糊的长距离和短距离模式一体复用的毫米波雷达系统，解决常规毫米波雷达精度低等问题，为自动驾驶等技术提供高精度高分辨率的感知数据。

本发明的目的可以通过采取如图1所示的技术方案达到：

步骤1：所述MIMO复用阵列收发天线模块和所述毫米波雷达射频前端采集数字信号数据；

步骤2：所述实时信号处理模块对采集到的数字信号数据进行处理，估计出目标的距离、速度、方位角、俯仰角等四维信息；

步骤3：所述上位机模块可以实现对雷达系统的监测和控制，完成毫米波雷达在长距离模式和短距离模式下的各项功能。

进一步地，所述的MIMO复用阵列收发天线模块，其特征在于，包括长距离和短距离两种模式的收发阵列，所述两种模式的阵列都采用3发8收的阵元配置，且两种模式下的接收天线复用，发射天线分置；举例：在长距离收发阵列中，发射阵元和接收阵元的水平间距分别为和；在短距离收发阵列中，俯仰阵元间距为；其中，是雷达信号波长。

进一步地，所述的实时信号处理模块，其特征在于，包括如下步骤：

步骤2-1：计算毫米波雷达差频信号的速度解模糊，估计目标速度；

步骤2-2：补偿毫米波雷达运功目标相位信息，估计方位维角度；

步骤2-3：形成数字波束，估计俯仰维角度；

步骤2-4：输出目标的距离、速度、方位角、俯仰角等四维信息。

进一步地，所述的毫米波雷达差频信号的速度解模糊，其特征在于，包括如下步骤：

步骤2-1-1：对波形1进行二维傅里叶变换、恒虚警检测处理，估计出目标的距离R和模糊速度V，则系统无模糊测速范围内目标可能的速度可表示为：