[发明专利]一种FMCW雷达超分辨率距离成像方法和装置

权利要求书

1.一种FMCW雷达超分辨率距离成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：谱峰粗估计，获得差拍信号采样序列的频谱谱峰位置；所述差拍信号为FMCW雷达目标回波与发射信号混频后得到的信号，差拍信号采样序列用s表示，N为采样数，表示N×1维的复矩阵；

步骤2：兴趣区间频率细化，对谱峰粗估计得到的谱峰位置周围一定范围内的频率进行细化，细化后的兴趣区间频率频点为L为细化后的兴趣区间频率频点数，并形成兴趣区间频域的流行矩阵如下式所示：

A＝exp(j2πf_xh^Tt)^T (1)

公式(1)中，t为采样时刻序列，为1×N的向量，j为复数符号，T表示矩阵转置操作符；

步骤3：兴趣区间频谱初始化，利用步骤2中流行矩阵A作为滤波器权矩阵初值，得到细化后的频谱初始化结果如下式所示：

y₀＝A^Hs (2)

公式(2)中，H表示矩阵共轭转置操作符；

步骤4：滤波器权值优化更新，基于MMSE准则更新滤波器权值，采用MMSE准则的代价函数为

J＝E{||y-W^Hs||²} (3)

公式(3)中，E{}表示期望运算符，y为差拍信号的频谱，利用公式(3)对W求导，并另W等于零，得到最优权矢量，如下式所示：

W＝(ApA^H+R_v)AP (4)

公式(4)中，P＝[yy^H]⊙I_L×L，⊙表示Hadamard积，I_L×L表示L×L的单位矩阵，P由初始化或上一次迭代得到的频谱y求得，R_v为噪声协方差矩阵；

步骤5：兴趣区间频谱更新，利用更新了的滤波器权值更新频谱估计结果，如下式所示：

y＝W^Hs (5)

步骤6：迭代结束条件判决，重复迭代步骤6～7，直至满足迭代次数或结束条件为止；

步骤7：频率距离转换，根据频率和距离的对应关系，得到FMCW雷达距离超分辨结果，如下式所示：

公式(6)中，c为电磁波传播速度，f_r为FMCW雷达的调频率，f₁，f₂，...，f_L为不同的细化频点。

2.如权利要求1所述的FMCW雷达超分辨率距离成像方法，其特征在于，步骤1中采用快速傅里叶变换FFT进行谱峰粗估计。

3.如权利要求1所述的FMCW雷达超分辨率距离成像方法，其特征在于，差拍信号采样序列用s表示如下：

s＝Ay+v (8)

公式(8)中，v是N×1的噪声序列。

4.如权利要求3所述的FMCW雷达超分辨率距离成像方法，其特征在于，步骤4中，利用公式(3)对W求导，并另W等于零，得到最优权矢量，如下式所示：

W＝(E{ss^H})^-1E{sy^H} (9)

将式(8)s＝Ay+v带入式(9)，化简后得到

W＝(APA^H+R_v)AP (4)

R_v为噪声协方差矩阵，R_v＝var·I_N×N。