[发明专利]一种FMCW雷达超分辨率距离成像方法和装置

说明书

本发明提供了一种FMCW雷达超分辨率距离成像方法和装置，涉及FMCW雷达距离成像技术领域，该距离成像方法，包括：谱峰粗估计、兴趣区间频率细化、兴趣区间频谱初始化、滤波器权值优化更新、兴趣区间频谱更新、迭代结束条件判决和频率距离转换；通过构建兴趣区间频域的流形矩阵，采用迭代自适应的超分辨算法进行FMCW雷达差频信号的频率估计，可以获得更高分辨率的距离像，并且通过频谱粗估计缩小了兴趣区间频域的大小，简化了算法模型，极大降低了运算量。

技术领域

本发明属于FMCW雷达距离成像技术领域，适用于FMCW体制的车载雷达、雷达液位计等，尤其涉及一种FMCW雷达超分辨率距离成像方法和装置。

背景技术

FMCW雷达由于其高集成、低成本、全天候、全天时工作等优势，在自动驾驶车载毫米波雷达、雷达液位计等领域具有广泛的应用。FMCW雷达发射线性调频的连续波信号，将目标回波与发射信号混频后可以得到差拍信号。差拍信号是和目标距离、速度有关的单频信号，根据差拍信号的频率可以解算出目标的距离。

FMCW雷达的距离分辨率和发射信号带宽有关，具体为c/2B，c为电磁波传播速度，B为发射信号带宽。FMCW雷达的带宽越宽，距离分辨能力越好，更容易分辨紧密相邻的目标。但是由于电磁频谱资源紧张，雷达的可用带宽往往有限。美国出台的FCC认证和CE认证，都规定了24G毫米波雷达额可用频率范围为24GHz～24.25GHz，极限分辨率只有0.6m，并不能满足ADAS和自动驾驶中对相邻目标的分辨需要。虽然对采样序列进行补零可以细化频谱，一定程度上提高了距离测量精度，但这种方法还是基于传统的傅里叶变换进行的频谱估计，并不能提高分辨率。

文献1《IEEE Transactions on Aerospace and Electronic System》的《Adaptive pulse compression via MMSE estimation》和文献2公开号为CN106371095A的中国专利《基于脉冲压缩技术的距离向成像方法和距离向成像系统》都描述了一种基于迭代自适应方法的距离超分辨方法，但这些方法都是针对脉冲体制雷达的，成像时的滤波器权矢量为发射信号样本，由于FMCW雷达并不直接采集、存储发射波形，而是将发射信号和回波信号混频产生差拍信号，所以上述方法不适用于FMCW雷达。

文献3提出了RISR，可以获得空间谱的超分辨结果，但是尚未有文献将该方法应用到频谱分析，并且传统RISR方法超分辨的基础是谱线足够细，这势必增加了极大运算量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种FMCW雷达超分辨率距离成像方法和装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种FMCW雷达超分辨率距离成像方法，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，为表示矩阵维度和类型的数学符号；

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；