一种MIMO雷达多通道分离方法与流程

本发明涉及mimo雷达技术领域，具体涉及一种mimo雷达多通道分离方法。

背景技术：

车载毫米波雷达因其全天候工作，复杂环境适应性强等特点，广泛应用于高级辅助驾驶、无人驾驶等领域。工程应用中，考虑到雷达传感器尺寸及天线加工一致性等因素，接收天线数目相对较少，因而无法实现较高的角度分辨率及测角精度。而多输入多输出雷达能够在较少的接收天线下过虚拟阵列实现相对较高的角度分辨率，所以目前主流的车载雷达一般采用集中式mimo(multiple-inputmultiple-out-put，多输入输出)体制。

然而，目前mimo雷达还存在一个主要问题，即在构建虚拟阵列之前分离相应发射通道的同时往往带来通道间互干扰，严重影响弱小目标识别以及目标方位角求解，并且算法处理复杂度较高，从而导致车载雷达等嵌入式平台难以实现复杂通道分离。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种mimo雷达多通道分离方法，能够实现各发射通道的信号同发，从而能够提高mimo雷达的实时性，并且能够降低算法复杂度，从而能够提高mimo雷达处理复杂信号的能力，此外，还便于软件配置和嵌入式硬件平台实现多通道分离。

为达到上述目的，本发明实施例提出了一种mimo雷达多通道分离方法，所述mimo雷达包括多个发射通道和多个接收通道，每个发射通道和每个接收通道分别对应设置chirp间相位编码机制和chirp间相位解码机制，所述多通道分离方法包括以下步骤：根据每个发射通道对应设置的chirp间相位编码机制对需要发射的周期性目标探测信号在慢时间维度进行相应的相位编码；将每个接收通道接收到的回波信号转换为数字信号，并将所述数字信号在距离维度进行加窗傅里叶变换；根据每个接收通道对应设置的chirp间相位解码机制将加窗傅里叶变换后的数字信号排成距离-脉冲矩阵，并在慢时间维度进行相位解码；对相位解码后的距离-脉冲矩阵进行多普勒维度相参处理，以分离出发射通道，并得到距离-多普勒频率的二维输出。

根据本发明实施例提出的mimo雷达多通道分离方法，首先根据每个发射通道对应设置的chirp间相位编码机制对需要发射的周期性目标探测信号在慢时间维度进行相应的相位编码，其次将每个接收通道接收到的回波信号转换为数字信号，并将数字信号在距离维度进行加窗傅里叶变换，然后根据每个接收通道对应设置的chirp间相位解码机制将加窗傅里叶变换后的数字信号排成距离-脉冲矩阵，并在慢时间维度进行相位解码，最后对相位解码后的距离-脉冲矩阵进行多普勒维度相参处理，以分离出发射通道，并得到距离-多普勒频率的二维输出，由此，能够实现各发射通道的信号同发，从而能够提高mimo雷达的实时性，并且能够降低算法复杂度，从而能够提高mimo雷达处理复杂信号的能力，此外，还便于软件配置和嵌入式硬件平台实现多通道分离。

另外，根据本发明上述实施例提出的mimo雷达多通道分离方法还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述周期性目标探测信号为线性调频信号。

根据本发明的一个实施例，所述chirp间相位编码机制包括哈达码和gold码，所述chirp间相位解码机制包括加窗傅里叶变换和匹配滤波。

根据本发明的一个实施例，将每个接收通道接收到的回波信号进行正交混频、低通滤波和数模转换后，转为数字信号。

根据本发明的一个实施例，慢时间维度相位编码为：

b(m,l)＝e^jψ(m,l)

其中，ψ(m,l)根据脉冲在每一帧信号内的位置以及发射通道位置而变化；

进而，得到相位编码后的周期性目标探测信号为：

其中，0≤t≤tc，μ为stx(t)的调频斜率，tr为脉冲重复周期，tc为脉冲扫频时长，m为一帧信号内包含的脉冲个数，l为发射通道数。

进一步地，所述回波信号为：

sr(t,n)＝s(t,n)+n(t,n)

其中，n(t)为杂波和高斯噪声；

进而，转换得到所述数字信号：

sif(k,n)＝s(k,n)+n(k,n)。

进一步地，在距离维度进行加窗傅里叶变换为：

其中，wr,k为窗函数；

进而，得到的所述距离-脉冲矩阵为：

其中，表示n个接收通道下第m个脉冲的第δk个采样点。

进一步地，对相位解码后的距离-脉冲矩阵进行多普勒维度相参处理：

其中，wdoppler,k为窗函数。

附图说明

图1为本发明实施例的mimo雷达多通道分离方法的流程图；

图2为本发明一个实施例的发射通道l的编码示意图；

图3为本发明一个实施例的mimo雷达中相位编解码的收发结构图；

图4(a)为本发明一个具体实施例的第三个接收通道分离第一个发射通道的结果图；

图4(b)为本发明一个具体实施例的第三个接收通道分离第二个发射通道的结果图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的一个实施例中，mimo雷达包括多个发射通道和多个接收通道，每个发射通道和每个接收通道分别对应设置chirp间相位编码机制和chirp间相位解码机制，其中，chirp间相位编码机制包括哈达码和gold码，chirp间相位解码机制包括加窗傅里叶变换和匹配滤波。下面将基于设置的chirp间相位编码机制和chirp间相位解码机制说明本发明实施例的mimo雷达多通道分离方法。

如图1所示，本发明实施例的mimo雷达多通道分离方法包括以下步骤：

s1，根据每个发射通道对应设置的chirp间相位编码机制对需要发射的周期性目标探测信号在慢时间维度进行相应的相位编码。

具体地，如图2所示，若发射通道为l，则对应发射通道l的慢时间维度相位编码可为：

b(m,l)＝e^jψ(m,l)

其中，ψ(m,l)根据脉冲在每一帧信号内的位置以及发射通道位置而变化。

进一步地，可得到相位编码后的周期性目标探测信号为：

其中，0≤t≤tc，μ为stx(t)的调频斜率，tr为脉冲重复周期，tc为脉冲扫频时长，m为一帧信号内包含的脉冲个数，l为发射通道数。

s2，将每个接收通道接收到的回波信号转换为数字信号，并将数字信号在距离维度进行加窗傅里叶变换。

具体地，若接收通道为n，则接收通道n接收到的回波信号可为：

sr(t,n)＝s(t,n)+n(t,n)

其中，n(t)为杂波和高斯噪声。

进一步地，可将接收到的回波信号进行正交混频、低通滤波和数模转换后，转为数字信号：

sif(k,n)＝s(k,n)+n(k,n)。

进一步地，可将数字信号在距离维度进行加窗傅里叶变换为：

其中，wr,k为窗函数，具体包括矩形窗函数和切比雪夫窗函数。

s3，根据每个接收通道对应设置的chirp间相位解码机制将加窗傅里叶变换后的数字信号排成距离-脉冲矩阵，并在慢时间维度进行相位解码。

具体地，可将所有m个周期的距离单元信号pr(δr,n)排成m×k的矩阵：

其中，表示第n个接收通道下第m个脉冲的第δk个采样点。

进一步地，根据接收通道n对应设置的chirp间相位解码机制，可在慢时间维度对pr(n)进行相位解码，即：

其中，p^decode(n)为相位解码后的距离-脉冲矩阵，。

s4，对相位解码后的距离-脉冲矩阵进行多普勒维度相参处理，以分离出发射通道，并得到距离-多普勒频率的二维输出。

具体地，可对相位解码后的距离-脉冲矩阵在多普勒维度进行加窗傅里叶变换：

其中，wdoppler,k为窗函数。

综上所述，可在mimo雷达收发端完成相位编解码，即完成相应的发射通道的分离。

在本发明的一个实施例中，在mimo雷达接收端，可先以单目标检测场景为例阐述接收通道的相位解码过程，多目标检测场景的情况可以此类推，由此，能够简化阐述过程并保证一般性。

具体地，如图3所示，对于单目标检测场景，mimo雷达通过rampgenerator，即斜波产生器产生的周期性目标探测信号，例如线性调频信号在经过相位编码后可通过发射通道，例如tx1和tx2发出，在经过单个检测目标后形成的回波信号可被接收通道，例如rx1接收，在接收通道rx1中可将接收的回波信号进行转换得到相应的数字信号，经过转换得到的数字信号的矢量可表示为：

其中，ts为快时间维度采样间隔，v为目标速度，为目标的多普勒频率，n(k,m,n)为第m个接收通道距离门n上的噪声或杂波矢量，r为目标距离，dk为接收通道间隔，m＝0，1，2，...，m-1，为接收通道数，dl为发射通道间间隔，θ为目标方位角。

进一步地，可通过下列公式表示接收的回波信号与参考信号dechirp之后的部分：

进一步地，如图3所示，可对每个接收通道接收的回波信号依次在距离维度进行加窗傅里叶变换，即fft[xdechirp]，其中，fft[g]为加窗傅里叶变换，可得到：

通过将接收的回波信号在距离维度进行加窗傅里叶变换，能够获得合适的主旁瓣比。

进一步地，可将加窗傅里叶变换得到的pr(δr,m,n)变换为；

其中，w(δr)为sa函数。

进一步地，可将加窗傅里叶变换得到的pr(δr,m,n)排成距离-脉冲矩阵：

其中，表示n个接收通道下第m个脉冲的第δk个采样点。

进一步地，根据接收通道n对应设置的chirp间相位解码机制，可对pr(n)按列进行相位解码，即在慢时间维度对pr(n)进行相位解码：

其中，p^decode(n,l)为相位解码后的距离-脉冲矩阵，即发射通道l发射的周期性目标探测信号解码l次后获得的l个相位解码矩阵，l＝0，2，3，l,l-1。

进一步地，可对相位解码后的距离-脉冲矩阵在多普勒维度进行加窗傅里叶变换：

其中，wdoppler,k为窗函数。

进一步地，可分离出发射通道，并得到距离-多普勒频率的二维输出。

需要说明的是，本发明实施例中的mimo雷达的接收端只需要存储实际的接收通道数据，并不需要存储虚拟接收通道数据，由此，能够降低对硬件平台的存储需求。

根据本发明实施例提出的mimo雷达多通道分离方法，首先根据每个发射通道对应设置的chirp间相位编码机制对需要发射的周期性目标探测信号在慢时间维度进行相应的相位编码，其次将每个接收通道接收到的回波信号转换为数字信号，并将数字信号在距离维度进行加窗傅里叶变换，然后根据每个接收通道对应设置的chirp间相位解码机制将加窗傅里叶变换后的数字信号排成距离-脉冲矩阵，并在慢时间维度进行相位解码，最后对相位解码后的距离-脉冲矩阵进行多普勒维度相参处理，以分离出发射通道，并得到距离-多普勒频率的二维输出，由此，能够实现各发射通道的信号同发，从而能够提高mimo雷达的实时性，并且能够降低算法复杂度，从而能够提高mimo雷达处理复杂信号的能力，此外，还便于软件配置和嵌入式硬件平台实现多通道分离。

下面将通过具体实施例进一步阐述本发明实施例的mimo雷达多通道分离方法的有效性。

在本发明的一个具体实施例中，mimo雷达可为两发四收，即包括两个发射通道和四个接收通道，并且发射通道之间的间隔为λ/2，λ为载波波长，载频为fc＝76.5ghz。其中，两个发射通道的相位编码可根据设定优化准则从哈达码集合中获得，具体为b(m,l)∈{1,-1}。此外，积累chirp脉冲数为128，仿真目标距离设为20米，速度2m/s。

进一步地，根据本发明实施例的mimo雷达多通道分离方法可得到第三个接收通道分离第一个发射通道和第二发射通道的结果，具体如图4(a)和图(b)所示。

具体地，如图4(a)和图4(b)所示，第三个接收通道采用加窗傅里叶变换将分离第一个发射通道和第二发射通道过程中，均可在加窗傅里叶变换点数为11的位置出现尖峰值，即目标速度信息，由此，能够看出采用加窗傅里叶变换分离发射通道具有较高的处理增益，从而能够保证各发射通道的信号质量，有利于后续提取角度维度信息。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。