一种雷达信号处理方法、装置、设备及存储介质与流程

1.本发明涉及雷达技术领域，特别涉及一种雷达信号处理方法、装置、设备及存储介质。


背景技术：

2.在雷达识别环境中，由于道路上常存在栅栏、高楼、石墩等强反射体，导致雷达发出的电磁波经过多次反射，最终形成稳定的多径假目标，具体表现为，最终会形成和真实目标一起运动的航迹。车载毫米波雷达为了保证更好的性能指标，发射功率及接收增益等设置值较高，这便使得多径现象更为普遍，严重影响雷达检测的准确度。
3.现有技术中解决该问题的策略基于多径目标的特征出发，比如通过判定距离、速度相近但方位角相差较大的目标幅值进行区分，但经实测采集道路数据发现，该方法极容易造成误判。另有通过栅栏点迹的识别，来滤除栅栏外的多径目标，该方法有一定效果但遇到无栅栏的场景该方法失效。


技术实现要素：

4.本发明要解决的是上述现有技术中确定雷达的目标对象的准确性低且应用范围窄的技术问题。
5.为解决上述技术问题，本技术公开了一种雷达信号处理方法，其包括：
6.获取被目标对象反射的多个雷达信号；
7.针对该多个雷达信号中的每个雷达信号，基于该雷达信号、天线阵列的阵元信息确定该雷达信号对应的相位集；该相位集包括多个虚拟通道中每个虚拟通道对应的相位；该虚拟通道的数量与该天线阵列中接收天线的数量存在预设整数倍关系；
8.按照预设规则对该相位集中的相位进行排列，若该相位集中任意相邻的相位的差值等于预设差值，则将该雷达信号确定为目标信号。
9.可选的，该获取被目标对象反射的多个雷达信号,包括：
10.利用天线阵列获取被目标对象反射的多个雷达信号；该天线阵列设于多输入多输出雷达内，该天线阵列包括接收天线阵列和发射天线阵列；该接收天线阵列和该发射天线阵列均为等间隔天线阵列。
11.可选的，该发射天线阵列的阵元间距是基于接收天线阵列的阵元间距和接收天线阵列的阵元数量确定的；
12.该接收天线阵列的阵元间距等于该接收天线阵列的半波长的一半。
13.可选的，该基于该雷达信号、天线阵列的阵元信息确定该雷达信号对应的相位集，包括：
14.对该雷达信号进行距离-速度维傅里叶变换，得到第一数据集；该第一数据集包含目标对象的点迹的距离信息和速度信息；
15.利用恒虚警检测方法对该第一数据集进行筛选操作，得到第二数据集；
16.利用测角算法对该第二数据集进行数据处理，得到该第二数据集中点迹的角度信息；
17.基于该第二数据集中点迹的角度信息和该天线阵列的阵元信息确定该相位集。
18.可选的，该基于该第二数据集中点迹的角度信息和该天线阵列的阵元信息确定该相位集，包括：
19.根据该第二数据集中点迹的角度信息、该发射天线阵列的阵元间距确定出发射相位；
20.根据该第二数据集中点迹的角度信息、该接收天线阵列的阵元间距确定出接收相位；
21.基于该发射相位、接收相位、该发射天线阵列的阵元数量和该接收天线阵列的阵元数量确定各虚拟通道的相位，得到该相位集。
22.可选的，该预设规则为从小到大或者从大到小；
23.该预设差值是基于该相位集中任意两个相位的最小差值确定的。
24.可选的，该若该相位集中任意相邻的相位的差值等于预设差值，则将该雷达信号确定为目标信号之后，还包括：
25.否则，删除该雷达信号。
26.另一方面，本技术还公开了一种雷达信号处理装置，其包括：
27.获取模块，用于获取被目标对象反射的多个雷达信号；
28.相位集确定模块，用于针对该多个雷达信号中的每个雷达信号，基于该雷达信号、天线阵列的阵元信息确定该雷达信号对应的相位集；该相位集包括多个虚拟通道中每个虚拟通道对应的相位；该虚拟通道的数量与天线阵列中接收天线的数量存在预设整数倍关系；
29.判断模块，用于按照预设规则对该相位集中的相位进行排列，若该相位集中任意相邻的相位的差值等于预设差值，则将该雷达信号确定为目标信号。
30.另一方面，本技术还公开了一种电子设备，该电子设备包括处理器和存储器，该存储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，该至少一条指令、该至少一段程序、该代码集或指令集由该处理器加载并执行以实现上述的雷达信号处理方法。
31.另一方面，本技术还公开了一种计算机存储介质，其特征在于，该计算机存储介质中存储有至少一条指令或至少一段程序，该至少一条指令或至少一段程序由处理器加载并执行以实现上述的雷达信号处理方法。
32.采用上述技术方案，本技术提供的雷达信号处理方法具有如下有益效果：
33.雷达信号处理方法包括以下步骤，获取被目标对象反射的多个雷达信号；针对该多个雷达信号中的每个雷达信号，基于该雷达信号、天线阵列的阵元信息确定该雷达信号对应的相位集；该相位集包括多个虚拟通道中每个虚拟通道对应的相位；该虚拟通道的数量与该天线阵列中接收天线的数量存在预设整数倍关系；按照预设规则对该相位集中的相位进行排列，若该相位集中任意相邻的相位的差值等于预设差值，则将该雷达信号确定为目标信号。从而能够使得更为准确地滤除多径目标，确定出真实目标的雷达信号数据，保证了雷达识别的准确度。
附图说明
34.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
35.图1为本技术一种可选的应用场景图；
36.图2为本技术一种可选的雷达信号处理方法的流程图；
37.图3为本技术一种可选的多径路径示意图；
38.图4为本技术一种可选的确定相位集的流程图；
39.图5为本技术另一种可选的确定相位集的流程图；
40.图6为本技术一种可选的天线阵列的排布方式；
41.图7为本技术一种可选的路径一的仿真结果图；
42.图8为本技术一种可选的路径二的仿真结果图；
43.图9为本技术一种可选的路径三的仿真结果图；
44.图10为本技术一种可选的雷达信号处理装置的结构示意图。
45.以下对附图作补充说明：
46.10-车辆；20-雷达；30-处理单元。
具体实施方式
47.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
48.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或服务器不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
49.如图1所示，图1为本技术一种可选的应用场景图。该场景包括车辆和位于车辆上的雷达和处理单元；该雷达内设有接收天线阵列和发射天线阵列；该发生天线阵列用于发射电磁波，该接收天线阵列用于接收被目标对象反射的多个雷达信号，并将该多个雷达信号发送给该处理单元，该处理单元用于基于接收该接收天线阵列发送的多个雷达信号，针对该多个雷达信号中的每个雷达信号，基于该雷达信号、天线阵列的阵元信息确定该雷达信号对应的相位集；该相位集包括多个虚拟通道中每个虚拟通道对应的相位；该虚拟通道的数量与该天线阵列中接收天线的数量存在预设整数倍关系；按照预设规则对该相位集中的相位进行排列，若该相位集中任意相邻的相位的差值等于预设差值，则将该雷达信号确定为目标信号。
50.可选的，该处理单元可以设于雷达内，即该雷达自带信号处理功能；该处理单元还可以独立于雷达设置，可以位于车辆上，也可以是位于远程的处理服务器或者终端上，在此不做限定。
51.可选的，该雷达可以为多输入多输出雷达，例如tdm-mimo车载雷达。
52.服务器可以包括是独立的物理服务器，也可以是多个物理服务器构成的服务器集群或者分布式系统，还可以是提供云服务、云数据库、云计算、云函数、云存储、网络服务、云音频识别模型训练、中间件服务、域名服务、安全服务、cdn(content delivery network，内容分发网络)、以及大数据和人工智能平台等基础云计算服务的云服务器。服务器上运行的操作系统可以包括但不限于安卓系统、ios系统、linux、windows、unix等。
53.在一些可能的实施例中，上述的客户端可以包括但不限于智能手机、台式计算机、平板电脑、笔记本电脑、智能音箱、数字助理、增强现实(augmented reality，ar)/虚拟现实(virtual reality，vr)设备、智能可穿戴设备等类型的客户端。也可以为运行于上述客户端的软体，例如应用程序、小程序等。可选的，客户端上运行的操作系统可以包括但不限于安卓系统、ios系统、linux、windows、unix等。
54.以下介绍本技术一种雷达信号处理方法的具体实施例，图2为本技术一种可选的雷达信号处理方法的流程示意图，本说明书提供了如实施例或流程图的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的劳动可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的系统或服务器产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境)。具体的如图2所示，该方法可以包括：
55.s201：获取被目标对象反射的多个雷达信号。
56.于一种可能的实施例中，该获取被目标对象反射的多个雷达信号,包括：
57.利用天线阵列获取被目标对象反射的多个雷达信号；该天线阵列设于多输入多输出雷达内，该天线阵列包括接收天线阵列和发射天线阵列；该接收天线阵列和该发射天线阵列均为等间隔天线阵列。
58.于一种可能的实施例中，为了获取高角度分辨率，需要大的天线孔径，而天线孔径大小取决于天线阵列数和天线间距，当天线数目一定时，可以通过增加天线间距来扩大孔径，但是当天线间距大于λ/2时，会出现栅瓣。因此在设计阵列布局时，会综合这两点考虑，根据实际应用场景选择不同的布阵方案。在均匀线阵布阵时，为了保证雷达方位角fov的性能指标，需要将虚拟阵列的天线间距控制在λ/2以内，因此，在本实施例中，接收天线阵列的阵元间距d
rx
＝λ/2，同时为了保证高角度分辨率，需要尽量选择大的天线间距，因此发射天线阵列的阵元间距d
tx
大于接收天线阵列的阵元间距d
rx
，在本技术实施例中，d
tx
＝n
rxdrx
，其中n
rx
为接收天线的数量。
59.其中，该λ为该天线阵列对应半波长。
60.可选的，为了进一步提高该方案的灵活性，根据需要，该d
tx
还可以为乘以系数m的n
rxdrx
，m可以为大于1/n
rx
的数。
61.一般道路容易存在栅栏、高楼、石墩等强反射体，导致雷达发出的电磁波经过多次反射，最终形成稳定的多径假目标，具体表现为形成和真实目标一起运动的航迹。参阅图3，图3为本技术一种可选的多径路径示意图。图3中的两个虚框即代表经多次反射后产生的多
径假目标。一般，雷达向外辐射电磁波，在接触到目标(即图3中的真实目标)后，目标会将该信号散射到空间的各个方向上。部分信号沿着发射信号路径直接回到雷达接收端，对应如图3所示的路径一(1
→2→
1)，就可以确定真实目标点位置信息。部分信号易遇到强反射体(如图3中的遮挡物，可以是栅栏)产生多次散射后再被雷达的接收天线接收，如图3所示路径二(1
→3→2→
1)，得到图3中对应的虚假目标1，路径三(1
→2→3→
1)得到图1中对应的虚假目标2。从而即会使得雷达接收到三种雷达信号，分别对应图3中三种路径状况产生的信号。当然实际道路环境会更为复杂，以上仅描述以及图3仅是为了便于更好的理解本方案来列示的简易模型图，即雷达信号的数量可能为4个、5个等。
62.可选的，参阅图3，假设目标相对雷达的真实方位角为θ1，路边强反射点的方位角为θ2，则步骤1中路径一对应的信号发射角度和接收角度都为θ1；路径二对应的雷达发射角度为θ2，接收角度为θ1；路径三对应的雷达发射角度为θ1，接收角度为θ2。
63.s202：针对该多个雷达信号中的每个雷达信号，基于该雷达信号、天线阵列的阵元信息确定该雷达信号对应的相位集；该相位集包括多个虚拟通道中每个虚拟通道对应的相位；该虚拟通道的数量与该天线阵列中接收天线的数量存在预设整数倍关系。
64.于一种可能的实施例中，参阅图4，图4为本技术一种可选的确定相位集的流程图。步骤s202可以具体包括：
65.s2021：对该雷达信号进行距离-速度维傅里叶变换，得到第一数据集；该第一数据集包含目标对象的点迹的距离信息和速度信息。
66.在本实施例中，可以是对雷达信号x(t)可以首先经过数模转换器(digital to analog converter，dac)，从而生成数字信号，该处理单元中的处理模块依次利用距离傅立叶变换、多普勒傅里叶变换得到上述第一数据集，该第一数据集可以是距离-速度的频谱矩阵。
67.s2022：利用恒虚警检测方法对该第一数据集进行筛选操作，得到第二数据集。
68.在本实施例中，该第二数据集为与目标对应的第一数据集中的数据。
69.s2023：利用测角算法对该第二数据集进行数据处理，得到该第二数据集中点迹的角度信息。
70.s2024：基于该第二数据集中点迹的角度信息和该天线阵列的阵元信息确定该相位集。
71.于一种可能的实施例中，参阅图5，图5为本技术另一种可选的确定相位集的流程图。步骤s2024可以具体阐述为：
72.s501：根据该第二数据集中点迹的角度信息、该发射天线阵列的阵元间距确定出发射相位。
73.假设，该天线阵列包含n
tx
个发射天线和n
rx
个接收天线；一般，发射天线阵列可表示为发射相位a1,a2,
…
,an分别为各发射天线对应的幅值，θ
tx
为信号发射角。
74.s502：根据该第二数据集中点迹的角度信息、该接收天线阵列的阵元间距确定出接收相位。
75.接上述，接收天线阵列可表示为接收相位b1,b2,
…
,bn分别为各接收天线对应的幅值，θ
rx
为信号接收角。
76.雷达接收信号可表示为表示kronecker积，sr(t)为包含目标距离和速度信息的信号，n(t)为随机噪声。
77.s503：基于该发射相位、接收相位、该发射天线阵列的阵元数量和该接收天线阵列的阵元数量确定各虚拟通道的相位，得到该相位集。
78.可选的，对于n
tx
发n
rx
收的tdm-mimo阵列可等效为1发n
tx
×nrx
收的一维线阵，即该虚拟阵列a＝a'
tx
·arx
，即等于发射阵列的转置乘以接收阵列；
[0079][0080]
即表示了该虚拟阵列中各个虚拟通道对应的相位，即相位集。
[0081]
s203：按照预设规则对该相位集中的相位进行排列，若该相位集中任意相邻的相位的差值等于预设差值，则将该雷达信号确定为目标信号。
[0082]
于一种可能的实施例中，该预设规则为从小到大或者从大到小；该预设差值是基于该相位集中任意两个相位的最小差值确定的；当然，实际上基于上述a＝a'
tx
·arx
公式计算后，形成的矩阵a，其可以直接得到由小到大排列的数据，且为等间隔均匀排布的数据集；可选的，该最小差值可以是该数据集中的相邻数据的间隔值。
[0083]
于一种可能的实施例中，步骤s203之后，该雷达信号处理方法还包括：否则，删除该雷达信号。即删除多径路径对应的雷达信号以及相关数据，释放系统资源，当然也可以选择保留，只输出目标以及对应的雷达数据即可。
[0084]
为了便于更好地理解本技术的技术方案的有益效果，以下以一具体实施例进行阐述:参阅6，图6为本技术一种可选的天线阵列的排布方式。其中黑色圆圈排布的表示发射天线阵列，每个黑色圆圈表示一个发射天线，在本实施例中，n
tx
＝2,d
tx
＝n
rxdrx
，参阅图3的场景模型，利用matlab仿真实验可知，当信号按照路径一的方向反射时，雷达获取的信号经处理可得目标的真实方位角信息，当信号按着路径二的方向反射时，雷达获取的目标经处理得到的方位角信息偏向真实目标，当信号按着路径三的方向反射时，雷达获取的目标经处理得到的方位角信息偏向路边强反射点位置。这里假设θ1＝-8
°
，θ2＝39
°
，如图7-9分别为路径一至三的仿真结果图，通过对比图7-9的图可以看出，图7中除了中间的峰值外，其余的幅值呈现较均匀的波动，而图8和图9则呈现无规律波动。该实验证明了回波方向对目标方位估计的影响。
[0085]
参阅图3，当信号按照路径一的方向反射时，雷达的发射角等于接收角即θ
tx
＝θ
rx
＝θ1，即此时当信号按照路径二的方向反射时，发射角θ
tx
＝θ2，接收角θ
rx
＝θ1，即此时，即此时当信号按照路径三的方向反射时，发射角θ
tx
＝θ1，接收角θ
rx
＝θ2，即此时
[0086]
基于上述分析，可以确定出路径一对应的虚拟阵列相位可表示为[0，...，(n
rx-1)πsinθ1，...，πn
rx
sinθ1，...，(2n
rx-1)πsinθ1]，可以发现该虚拟阵列的相位以πsinθ1等间隔均匀排布。路径二对应的虚拟阵列相位为[0，...，(n
rx-1)πsinθ1，...，πn
rx
sinθ2，...，[n
rx
sinθ2+(n
rx-1)sinθ1]π]，路径三对应的虚拟阵列相位为[0，...，(n
rx-1)πsinθ2，...，πn
rx
sinθ1，...，[n
rx
sinθ1+(n
rx-1)sinθ2]π]，可以发现路径二和三的虚拟阵列中的相位非均匀排布，由此，通过以上特征区分真实目标和多径。
[0087]
基于上述实施例可以看出，本技术提供该雷达信号处理方法相较于现有的多径滤除方法，本技术通过在信号处理端利用虚拟阵元间相位的规律来甄别真实目标和多径目标，摆脱了传统方法对道路栅栏场景的依赖性，具备更高的可靠性。
[0088]
另一方面，参阅图10，图10为本技术一种可选的雷达信号处理装置的结构示意图。本技术还公开了一种雷达信号处理装置，其包括：
[0089]
获取模块1001，用于获取被目标对象反射的多个雷达信号；
[0090]
相位集确定模块1002，用于针对该多个雷达信号中的每个雷达信号，基于该雷达信号、天线阵列的阵元信息确定该雷达信号对应的相位集；该相位集包括多个虚拟通道中每个虚拟通道对应的相位；该虚拟通道的数量与天线阵列中接收天线的数量存在预设整数倍关系；
[0091]
判断模块1003，用于按照预设规则对该相位集中的相位进行排列，若该相位集中任意相邻的相位的差值等于预设差值，则将该雷达信号确定为目标信号。
[0092]
于一种可能的实施例中，获取模块，用于利用天线阵列获取被目标对象反射的多个雷达信号；该天线阵列设于多输入多输出雷达内，该天线阵列包括接收天线阵列和发射天线阵列；该接收天线阵列和该发射天线阵列均为等间隔天线阵列。
[0093]
于一种可能的实施例中，该发射天线阵列的阵元间距是基于接收天线阵列的阵元间距和接收天线阵列的阵元数量确定的；
[0094]
该接收天线阵列的阵元间距等于该接收天线阵列的半波长的一半。
[0095]
于一种可能的实施例中，相位集确定模块，用于对该雷达信号进行距离-速度维傅里叶变换，得到第一数据集；该第一数据集包含目标对象的点迹的距离信息和速度信息；利用恒虚警检测方法对该第一数据集进行筛选操作，得到第二数据集；利用测角算法对该第二数据集进行数据处理，得到该第二数据集中点迹的角度信息；基于该第二数据集中点迹的角度信息和该天线阵列的阵元信息确定该相位集。
[0096]
于一种可能的实施例中，相位集确定模块，用于根据该第二数据集中点迹的角度信息、该发射天线阵列的阵元间距确定出发射相位；根据该第二数据集中点迹的角度信息、该接收天线阵列的阵元间距确定出接收相位；基于该发射相位、接收相位、该发射天线阵列的阵元数量和该接收天线阵列的阵元数量确定各虚拟通道的相位，得到该相位集。
[0097]
于一种可能的实施例中，该预设规则为从小到大或者从大到小；该预设差值是基于该相位集中任意两个相位的最小差值确定的。
[0098]
于一种可能的实施例中，该装置还包括：
[0099]
删除模块，用于当判断模块判断出该相位集中任意相邻的相位的差值不等于预设差值，删除该雷达信号。
[0100]
另一方面，本技术还公开了一种电子设备，该电子设备包括处理器和存储器，该存
储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，该至少一条指令、该至少一段程序、该代码集或指令集由该处理器加载并执行以实现上述的雷达信号处理方法。
[0101]
另一方面，本技术还公开了一种计算机存储介质，其特征在于，该计算机存储介质中存储有至少一条指令或至少一段程序，该至少一条指令或至少一段程序由处理器加载并执行以实现上述的雷达信号处理方法。
[0102]
需要说明的是：上述本技术实施例先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。且上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
[0103]
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
[0104]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
[0105]
以上所述仅为本技术的较佳实施例，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。