车载雷达MIMO阵列相干化相位误差校正方法及装置

车载雷达mimo阵列相干化相位误差校正方法及装置
技术领域
1.本发明涉及雷达技术领域，尤其涉及一种车载雷达mimo阵列相干化相位误差校正方法及装置。


背景技术：

2.时分mimo一次只有一个发射天线有效，并且由于其与其他模式相比更简单的传输模式而使用最广泛。时分mimo雷达在进行相干处理和成像时，使用不同时间传输的脉冲信号的回波作为角度估计的原始数据。但是由于目标速度的存在，在不同时间工作的发射天线会引入相位误差。
3.传统的解决方案是首先通过二维快速傅立叶变换 (fft) 获得目标速度，然后补偿由目标速度引起的相位误差。但是，在高分辨率雷达中，经常需要大量的发射天线。在tdma传输模式下，mimo对应的脉冲重复间隔(pri) 相对较大，这大大降低和限制了mimo雷达所能获得的最大无模糊速度。因此，只依靠实际获得目标的速度模糊分量，不能正确补偿相位误差。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种车载雷达mimo阵列相干化相位误差校正方法及装置能有效解决目前高分辨率雷达中通过速度模糊补偿相位差依然存在不准确的问题。
5.根据本发明的一方面，提供一种车载雷达mimo阵列相干化相位误差校正方法，所述车载雷达mimo阵列相干化相位误差校正方法包括：根据所述车载雷达的模糊速度补偿所述待测目标运动中的第一相位误差；基于所述mimo阵列获取在相同位置处具有至少两个虚拟阵元的虚拟阵元组，并选取所述虚拟阵元组中的两虚拟阵元；根据所述两虚拟阵元补偿待测目标运动中的第二相位误差。
6.进一步地，在所述根据所述mimo阵列的模糊速度补偿所述待测目标运动中的第一相位误差之前，还包括：构造一通道数据。
7.进一步地，由m个发射天线和n个接收天线组成的所述mimo阵列，所述构造所述车载雷达的通道数据包括：获取所述车载雷达的基带参数；基于所述基带参数确定第i个发射天线发射并由第j个接收天线接收的第一信号，其中m、n、j和i均为大于零的自然数，且i小于等于m，j小于等于n。
8.进一步地，所述构造所述车载雷达的通道数据还包括：对所述第一信号进行傅里叶变换以确定所述待测目标的距离和速度。
9.进一步地，所述根据所述车载雷达的模糊速度补偿所述待测目标运动中的第一相位误差包括；基于所述基带参数确定第m个发射天线发射并由第n个接收天线接收的第二信号，其中m和n均为大于零的自然数，且m和n分别小于等于m和n。
10.进一步地，计算所述第一信号和所述第二信号的信号相位差；根据所述模糊速度补偿所述信号相位差以生成所述第一相位误差。
11.进一步地，所述基于所述mimo阵列获取在相同位置处具有至少两个虚拟阵元的虚拟阵元组，并选取所述虚拟阵元组中的两虚拟阵元之后还包括：计算所述两虚拟阵元的速度模糊数。
12.进一步地，所述根据所述两虚拟阵元补偿待测目标运动中的第二相位误差包括：根据所述速度模糊数补偿待测目标运动中的第二相位误差。
13.进一步地，所述车载雷达基带参数如下：，其中，为发射信号载频，为调频率，将全时间t分为快时间和慢时间，v为待测目标的真实速度，为在时待测目标和雷达之间的距离，为目标与雷达间初始距离。
14.根据本发明的另一方面，提供一种车载雷达mimo阵列相干化相位误差校正方法装置，所述车载雷达mimo阵列相干化相位误差校正方法装置包括：第一补偿单元，用于根据所述车载雷达的模糊速度补偿所述待测目标运动中的第一相位误差；虚拟阵元确定单元，用于基于所述mimo阵列获取在相同位置具有至少两个虚拟阵元，并选取所述至少两个虚拟阵元中的两虚拟阵元。第二补偿单元，用于根据所述两虚拟阵元补偿待测目标运动中的第二相位误差。
15.本发明的优点在于，本发明通过部分重叠的mimo阵列，通过重叠的mimo阵列获取在相同位置具有至少两个虚拟阵元，利用重叠阵元消除由于阵元位置差异所引入的相位误差，并利用通道数据相位差求解模糊数求出因待测目标运动引入的相位误差，并对相位误差进行校正。
附图说明
16.下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其它有益效果显而易见。
17.图1为本发明实施例提供的车载雷达mimo阵列相干化相位误差校正方法的步骤流程图。
18.图2a为本发明实施例提供的单待测目标仿真结果。
19.图2b为本发明实施例提供的双待测目标仿真结果。
20.图3为本发明实施例提供的本发明方法得到的相位误差与真实相位误差之差随信噪比的变化图。
21.图4为本发明实施例提供的车载雷达mimo阵列相干化相位误差校正装置的结构示意图。
22.图5是本发明实施例提供的电子设备的一个结构示意图。
具体实施方式
23.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，本领域技术人员在没有作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。
24.现在参阅图1，图1为本发明实施例提供的车载雷达mimo阵列相干化相位误差校正方法，该车载雷达mimo阵列相干化相位误差校正方法的执行主体可以是车载雷达mimo阵列相干化相位误差校正方法装置，或者集成了识别车载雷达mimo阵列相干化相位误差校正方法装置的电子设备、服务器设备、物理主机或者用户设备（user equipment，ue）等不同类型的设备，其中，车载雷达mimo阵列相干化相位误差校正方法装置可以采用硬件或者软件的方式实现，ue具体可以为智能手机、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑或者台式电脑等终端设备。所述车载雷达mimo阵列相干化相位误差校正方法包括：步骤s110：根据所述车载雷达的模糊速度补偿所述待测目标运动中的第一相位误差。
25.示例性地，其目的在于利用已知模糊速度分量求出部分已知相位误差并做补偿，即补偿第一相位误差。
26.示例性地，所述根据所述车载雷达的模糊速度补偿所述待测目标运动中的第一相位误差包括：基于所述基带参数确定第m个发射天线发射并由第n个接收天线接收的第二信号，其中m和n均为大于零的自然数，且m和n分别小于等于m和n；计算所述第一信号和所述第二信号的信号相位差；根据所述模糊速度补偿所述信号相位差以生成所述第一相位误差。
27.具体地，第个发射天线发送的第个接收天线接收的第二信号与第个发射天线发送的第个接收天线接收的第一信号之间的相位差可以表示为:，其中，v为待测目标的真实速度，为模糊速度。为最大无模糊速度。其中，已知并用做步骤s110中的部分相位误差补偿，即补偿第一相位误差，补偿过后的相位误差式如下所示：。
28.示例性地，在所述根据所述车载雷达的模糊速度补偿待测目标运动中的第一相位误差之前，还包括：构造所述车载雷达的通道数据。
29.示例性地，所述构造所述车载雷达的通道数据包括：获取所述车载雷达的基带参数；基于所述基带参数确定第i个发射天线发射并由第j个接收天线接收的第一信号；对所述第一信号进行傅里叶变换以确定所述待测目标的距离和速度，其中m、n、j和i均为大于零的自然数，且i和j分别小于等于m和n。
30.具体地，所述车载雷达基带参数如下：
，其中，为发射信号载频，为调频率，将全时间t分为快时间和慢时间，v为待测目标的真实速度，为在时待测目标和雷达之间的距离，为待测目标与雷达间初始距离，c为真空中的光速。
31.基于tdma-mimo体制，对于由个发射天线和个接收天线组成的mimo雷达阵列，第个接收天线从方向接收到的第个发射天线发射的信号可以表示为（即第一信号）：。
32.其中，a是待测目标的反射系数、信号路径损耗等因素决定的复数。第个发射天线发射的信号，由第个接收天线接收的信号可以等同于从坐标原点发射的，由位于的接收天线接收的信号，其中代表第i个发射天线方位向位置，代表第j个接收天线方位向位置。
33.第个发射天线发射并由第个接收天线接收的信号为。然后，通过距离维数和速度维数傅立叶变换将转换为。二维平面上距离多普勒单元中的最大值对应于待测目标。待测目标的距离和速度可以通过和的相应值获得。
34.步骤s120：基于所述mimo阵列获取在相同位置处具有至少两个虚拟阵元的虚拟阵元组，并选取所述虚拟阵元组中的两虚拟阵元。
35.由步骤s110补偿过后的相位误差式如下：。
36.其中，表示两虚拟阵元位置差异，当选取的两个虚拟阵元重叠即相同位置时，即：。
37.对应部分将等于0，对应相位误差部分将为，则重新书写后的相位误差式如下：。
38.示例性地，所述基于所述mimo阵列获取在相同位置处具有至少两个虚拟阵元的虚拟阵元组，并选取所述虚拟阵元组中的两虚拟阵元之后还包括：计算所述两虚拟阵元的速度模糊数。
39.求解速度模糊数过程如下：令，，则相位误差式如
下所示：。
40.令，则相位误差式如下所示：。
41.则模糊数计算如下：。
42.步骤s130：根据所述两虚拟阵元补偿待测目标运动中的第二相位误差。
43.具体地，剩余补偿相位即补偿第二相位误差如下所示：。
44.且即使实际速度模糊度数超过a，相位补偿仍然正确，并且不影响后续的角度域估计结果。
45.为说明本发明的有益效果，通过仿真实验来进行进一步的论证：实验设置,基于matlab软件平台生成仿真回波数据并进行信号处理，分别使用无相位补偿、仅补偿速度模糊分量与本发明方法，并利用数字波束形成获取角度谱。具体仿真参数设置如下表1所示：表1 mimo仿真的系统参数变量参数载频77ghz带宽600mhz脉冲重复频率6.6khz采样点数1024脉冲数128无模糊速度范围[-6.436.43]m/s仿真分别设置单待测目标与双待测目标两种情况。对于单个待测目标情况，将目标距离设置为70.7 m，将径向速度设置为10.6m/s，将方位角设置为45
°
。双待测目标情况下，两待测目标同距同速，仅第二待测目标角度不同，为-30
°
。
[0046]
实验结果分析，如图2a和图2b所示，为本发明的仿真实验结果图，其中图2a为单待测目标仿真结果，图2b为双待测目标仿真结果，其中无补偿和仅补偿速度残差分量为采用现有技术的补偿方式，实线表示基于部分重叠虚拟阵列的解决方案为本发明提供的补偿方式。
[0047]
根据表1中的参数，待测目标速度超出了无模糊速度范围，仅补偿速度模糊分量无法正确校正相位误差。
[0048]
通过应用未补偿，仅补偿速度模糊分量和本发明方法校正的角度域数据，数字波束形成的结果如图2a所示。图中的垂直线是待测目标的实际角度。从结果可以看出，无相位补偿或者仅补偿速度模糊分量会在角度域中引入显着的相位误差，并且无法获得正确的角度测量结果。采用本发明方法后，可以正确补偿相位误差，并获得正确的角度域数据。
[0049]
该解决方案也适用于角度不同但距离和速度相同的多个待测目标的情况。角度域
的估计结果如图2b所示。从结果可以看出，对于双待测目标来说结果与单待测目标相同。无相位补偿或者仅补偿速度模糊分量会在角度域中引入显着的相位误差，并且无法获得正确的角度测量结果。采用本发明方法后，可以正确补偿相位误差，并获得正确的角度域数据。
[0050]
对于不同的信噪比，采用本发明方法得到的相位误差与真实相位误差之差随信噪比的变化而变化，如图3所示。从图中可以看出，即使在信噪比非常低的情况下，估计误差仍保持在相当低的水平，表明本发明解决方案的稳定性。
[0051]
本发明的优点在于，本发明基于部分重叠的mimo阵列，通过重叠的mimo阵列获取在相同位置具有至少两个虚拟阵元，利用重叠阵元消除由于阵元位置差异所引入的相位误差，并利用通道数据相位差求解模糊数求出因待测目标运动引入的相位误差，并对相位误差进行校正。
[0052]
如图4所示，为本发明实施例提供的一种车载雷达mimo阵列相干化相位误差校正装置的结构示意图，所述装置包括第一补偿单元10、虚拟阵元确定单元20和第二补偿单元30。
[0053]
第一补偿单元10用于根据所述车载雷达的模糊速度补偿所述待测目标运动中的第一相位误差。虚拟阵元确定单元20用于基于所述mimo阵列获取在相同位置具有至少两个虚拟阵元，并选取所述至少两个虚拟阵元中的两虚拟阵元。第二补偿单元30用于根据所述两虚拟阵元补偿待测目标运动中的第二相位误差。
[0054]
如图5所示，其示出了本技术所涉及的电子设备的一个结构示意图，具体来讲：该电子设备可以包括一个或者一个以上处理核心的处理器401、一个或一个以上计算机可读存储介质的存储器402、电源403和输入单元404等部件。本领域技术人员可以理解，图5中示出的设备结构并不构成对设备的限定，电子设备还可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。其中：处理器401是该设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个设备的各个部分，通过运行或执行存储在存储器402内的软件程序和/或单元模块，以及调用存储在存储器402内的数据，执行设备的各种功能和处理数据，从而对电子设备进行整体监控。可选的，处理器401可包括一个或多个处理核心；处理器401可以是中央处理单元（centralprocessing unit，cpu），还可以是其他通用处理器、数字信号处理器（digital signal processor，dsp）、专用集成电路（application specific integrated circuit，asic）、现成可编程门阵列（field-programmablegate array，fpga）或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，优选的，处理器401可集成应用处理器和调制解调处理器，其中，应用处理器主要处理操作系统、用户界面和应用程序等，调制解调处理器主要处理无线通信。可以理解的是，上述调制解调处理器也可以不集成到处理器401中。
[0055]
存储器402可用于存储软件程序以及模块，处理器401通过运行存储在存储器402的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理。存储器402可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序等；存储数据区可存储根据电子设备的使用所创建的数据等。此外，存储器402可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。相应地，存储器402还可以包括存储器控制器，以提供处理器401对
存储器402的访问。
[0056]
该电子设备还可以包括给各个部件供电的电源403，优选的，电源403可以通过电源管理系统与处理器401逻辑相连，从而通过电源管理系统实现管理充电、放电、以及功耗管理等功能。电源403还可以包括一个或一个以上的直流或交流电源、再充电系统、电源故障检测电路、电源转换器或者逆变器、电源状态指示器等任意组件。
[0057]
该电子设备还可以包括输入单元404和输出单元405，该输入单元404可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与用户设置以及功能控制有关的键盘、鼠标、操作杆、光学或者轨迹球信号输入。
[0058]
尽管未示出，该电子设备还可以包括显示单元等，在此不再赘述。具体在本技术中，电子设备中的处理器401会按照如下的指令，将一个或一个以上的应用程序的进程对应的可执行文件加载到存储器402中，并由处理器401来运行存储在存储器402中的应用程序，从而实现各种功能，如下：根据所述车载雷达的模糊速度补偿所述待测目标运动中的第一相位误差；基于所述mimo阵列获取在相同位置处具有至少两个虚拟阵元的虚拟阵元组，并选取所述虚拟阵元组中的两虚拟阵元；根据所述两虚拟阵元补偿待测目标运动中的第二相位误差。
[0059]
本领域普通技术人员可以理解，上述的各种方法中的全部或部分步骤可以通过指令来完成，或通过指令控制相关的硬件来完成，该指令可以存储于一计算机可读存储介质中，并由处理器401进行加载和执行。
[0060]
为此，本技术提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以包括：只读存储器（read only memory，rom）、随机存取记忆体（randomaccess memory，ram）、磁盘或光盘等。其上存储有计算机指令，计算机指令被处理器401进行加载，以执行本技术所提供的任一种车载雷达mimo阵列相干化相位误差校正方法中的步骤。例如，计算机指令被处理器401执行时实现以下功能：根据所述车载雷达的模糊速度补偿所述待测目标运动中的第一相位误差；基于所述mimo阵列获取在相同位置处具有至少两个虚拟阵元的虚拟阵元组，并选取所述虚拟阵元组中的两虚拟阵元；根据所述两虚拟阵元补偿待测目标运动中的第二相位误差。
[0061]
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见上文针对其他实施例的详细描述，此处不再赘述。
[0062]
具体实施时，以上各个单元或结构可以作为独立的实体来实现，也可以进行任意组合，作为同一或若干个实体来实现，以上各个单元或结构的具体实施可参见前面的实施例，在此不再赘述。
[0063]
综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。