一种基于频分复用技术的MIMO雷达虚拟孔径测角方法与流程

本发明属于信号处理技术，具体涉及雷达虚拟孔径测量波达方向技术。

背景技术：

77g车载毫米波雷达因其波长短、尺寸小、检测精度高的优点而越来越多地应用到驾驶辅助系统当中。发射机产生连续高频等幅波，发射频率随着时间线性变化，主要按照锯齿形的规律变化，也称快速斜坡模式lfmcw波形。目标的回波与发射波形直接混频，因回波与发射波形间的时间差、线性调频的原因，混频后差拍信号的频率与目标距离、速度和角度有关，可以利用差拍信号频率对目标进行测距测速测角。

mimo雷达虚拟孔径测角技术是利用接收天线间的距离差会产生波程差，通过波程差可以得到相位差，再通过对每个接收天线得到的相位进行快速傅里叶变换得到目标角度信息，并且接收天线越多角度分辨率越好。实际上由于成本、资源限制，需要采用等效的mimo体制方法。例如一发八收雷达可以等效为双发四收雷达，在两个发射天线之间引入合适的距离差，这样利用四个接收天线分别接收两个发射天线的回波信号就可以在相位上等效出八个接收天线。而实现双发四收的等效需要时分多路复用技术，即两个发射通道交替发射信号。

时分复用技术由于在每个时间段内只有一个发射天线在工作，这样发射平均功率不高。同时相对于两个天线同时发射固定总帧数的信号，它需要增加一倍的发射时长，发射效率不高。为了解决这一问题，现在提出一种基于频分复用技术的mimo雷达虚拟孔径测角方法。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，提高77g车载雷达的发射效率，并且提高发射平均功率。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是，一种基于频分复用技术的mimo雷达虚拟孔径测角方法。

对于常规的77g车载两发四收雷达，在测角技术上一般使用时分多路复用和mimo雷达测角相结合。两个发射天线交替发射信号，通过四个接收天线分别接收两个发射天线的回波信号，然后通过相位关系等效出八个接收天线。但是因为发射平均功率不高，并且在每个时间段内只有一个发射天线在工作，发射效率不高。

为了提高77g车载雷达的发射效率，并且提高发射平均功率。在基于mimo测角虚拟孔径技术的基础上对原来的测角系统进行一些改进，提出了一种基于频分复用技术的mimo雷达虚拟孔径测角方法，该方法包括：

步骤1：利用斜坡产生器得到线性调频连续波信号，通过77g压控振荡器分成两路信号；一路信号经过功率放大器然后由发射天线tx1直接发射出去，另一路信号先与本振信号fbios相乘，再依次经过带通滤波器和功率放大器然后由发射天线tx2发射出去；两个发射天线同时发射信号，并且两个发射天线的间距为4倍77g信号波长，其中本振信号fbios的频率范围为1.2ghz-3.6ghz；

步骤2：在接收端，采用4个接收天线rx1、rx2、rx3、rx4，每个接收天线间的距离为半个波长；每个接收天线接收到的回波信号先通过低噪放大器(lna)，再分两路处理，其中一路与第一本振信号混频，另一路与第二本振信号混频得到对应的得到差拍信号；

步骤3：将步骤2各路得到的差拍信号通过低通滤波器(lpf)得到差拍基带信号，最终得到八路相位差固定的差拍基带信号；

步骤4：将步骤3得到的八路差拍基带信号分别通过模数转换器adc后转换为数字信号，再进入dsp利用mimo雷达虚拟孔径测角方法进行处理得到目标的角度信息。

测角系统的设计框图如图1所示。

本发明的有益效果是：

保证每个时间段内所有的发射天线都是工作的，间接地提高了平均发射功率。

发射固定总帧数的信号时，相对于时分多路复用技术，能够节约一半的发射时长，提高了发射效率。

附图说明

图1为基于频分复用技术的mimo雷达虚拟孔径测角系统框图；

图2为时分复用快速斜坡模式时频图；

图3为频分复用快速斜坡模式时频图；

图4为dsp处理流程图；

图5为测角结果图。

具体实施方式

步骤1：假设两个目标，一个在雷达的右前方20度方向，距离为60m；另一个在雷达的右前方40度方向，距离为80m。

步骤2：设置带通滤波器(bpf)的左右截止频率分别为77.495ghz和78.005ghz，通带为502mhz；设置8个低通滤波器(lpf)的左右截止频率分别为-255mhz和255mhz，通带为502mhz；设置8个adc的采样率(对单个斜坡)为10.1mhz。

步骤3：利用斜坡产生器产生线性调频连续波信号，信号单个斜坡时间为50μs，带宽为500mhz，一共有256个斜坡。通过77g压控振荡器然后分成两路信号，一路信号经过功率放大器得到频带为76.5ghz到77ghz的射频信号，再配置发射天线tx1发射信号；另一路信号先与fbios本振信号(选择合适的fbios本振信号保证最后两个发射天线的发射信号频带不重叠，这里选择的是1g本振信号)相乘，再通过带通滤波器bpf和功率放大器得到频带为77.5ghz到78ghz的射频信号，最后配置发射天线tx2发射信号。

步骤4：配置接收天线rx1接收回波信号，经过低噪放大器，再配置两条信号处理通路。一路信号经过混频器与本振信号1相乘得到差拍信号，再通过低通滤波器得到差拍基带信号，然后通过adc得到数字信号矩阵存入ad缓冲区；另一路信号经过混频器与本振信号2相乘，同样通过低通滤波器和adc，然后将数字信号矩阵存入ad缓冲区。按照同样方法对接收天线rx2、rx3和rx4进行操作。

步骤5：将存储在ad缓冲区的数据传入dsp利用mimo雷达虚拟孔径测角方法进行数据处理，dsp处理流程如图4所示，最后得到结果如图5所示。

经过实验验证，测角结果误差在0.1度以内，所以基于频分复用技术的mimo雷达虚拟孔径测角方法是可行的。

技术特征：

技术总结
该发明公开了一种基于频分复用技术的MIMO雷达虚拟孔径测角方法，属于信号处理技术，具体涉及雷达虚拟孔径测量波达方向技术。本发明将频分复用技术和MIMO雷达虚拟孔径测角技术结合，以两发四收雷达系统为例，雷达发射端利用两个发射天线同时分别发射不同频段的线性调频连续波信号，在雷达接收端利用四个接收天线同时接收两个发射天线经过物体反射回来的信号。在每个接收天线内，利用两个混频器分两路做差拍信号处理，通过低通滤波器LPF得到差拍基带信号，再通过AD转换器得到数字信号，最终进入数字信号处理器DSP利用MIMO雷达虚拟孔径测角技术得到目标的角度信息，从而实现发明目的。具有的效果包括：在任意时间段内，两个发射天线都是工作的。相对于传统的时分复用技术，节约了一半的发射时长，提高了发射效率；同时提高了平均发射功率。

技术研发人员：邹林;黄述康;梁飞;钱璐;汪学刚;周云
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：2019.05.08
技术公布日：2019.08.16