基于零多普勒杂波点去除隧道航迹中多径干扰的方法

本发明属于通信，更进一步涉及雷达通信中的一种基于零多普勒杂波点去除隧道航迹中多径干扰的方法。本发明可以对毫米波雷达实时回波数据进行处理，去除目标航迹中由隧道内多径反射造成的虚警干扰，形成较好的目标航迹。

背景技术：

1、随着科技的发展与日益增长的交通压力，自动驾驶技术(automatic drivingtechnique)近年来受到了广泛的关注。其中，毫米波雷达因在恶劣天气下稳定的探测效果，具有不可替代的作用。高速隧道事故率高，平均事故率是全路段的5倍，而且隧道发生交通事故后的救援难度极大，因此针对隧道内车流密速的精准检测以及相应的交通管控很有必要，由于相机测速不准，公路和隧道通常采用毫米波雷达进行交通流密速检测。但是，毫米波雷达测速准，但测量流量主要面临隧道多径反射导致大量虚警。所以需要将目标与多径分开，从而实现对目标的探测。但在实际场景中，目标与多径基本在同一距离单元和多普勒单元，很难在距离维和多普勒维进行区分。因此，利用目标和多径在隧道中的角度差异，来实现两者的分离。

2、目前工程上在去除隧道中真实目标与多径虚假目标中，提供了一种毫米波雷达去除多径干扰的方法。该方法通过提前对隧道高度以及宽度的测量，再结合雷达的实际位置，计算出隧道相对于雷达的角度信息，将墙体对应角度位置以外的看作多径区域，墙体对应角度位置以内的看作目标区域，从而在角度上区分开目标信号和多径信号。该方法存在的不足之处是：隧道相对于雷达的角度信息和实际的场景密切相关，需要大量的测量和计算，在工程上的成本比较高，效率低下。

3、西安电子科技大学在其申请的专利文件“基于多雷达视频去除隧道中多径虚假目标的方法”(专利申请号202211067672.5，申请公布号cn 115343700 a)中公开了一种对隧道内去除多径虚假目标的方法。该方法基于多雷达和视觉信息融合，通过相邻雷达重叠区域目标匹配将系统航迹id号和视觉信息进行延续，同时利用视觉信息是否存在于目标上来判断是否为多径效应导致的虚假目标，以此将多径进行滤除。该方法存在的不足之处是：视频检测手段受隧道内光照条件影响大，在探测区域光照弱的时候视觉信息效果不佳，并且使用多雷达进行重叠区域目标匹配的成本较高。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提出一种基于零多普勒杂波点去除隧道航迹中多径干扰的方法，旨在解决当目标与多径在同一距离单元和同一多普勒单元下，受隧道内光照条件影响以及不再提前对隧道高度和宽度测量时，高效地去除航迹中多径干扰的问题。

2、实现本发明目的的具体思路是，由于本发明在隧道内放置一部毫米波雷达实时获取运动目标观测，通过对零多普勒通道杂波点的利用，仅通过回波数据得到信号区域和多径区域，不再用视觉信息作为辅助判断，以此规避了现有技术采用视觉图像辅助的技术，获取的视觉信息受隧道内光照条件影响大的问题。本发明通过数字波束形成dbf(digitalbeam forming)扫描，仅利用零多普勒通道的杂波点回波数据得到左右隧道的角度位置，克服了现有技术需要对隧道的宽度以及高度进行提前测量带来的实时性低的不足。实时的根据回波数据，去除航迹中多径干扰，形成连续的目标航迹。

3、为实现上述目的，该方法的步骤包括如下：

4、步骤1，建立毫米波雷达信号接收模型如下：

5、y＝b(θ)s+n

6、其中，y表示毫米波雷达信号接收模型，b(θ)表示复合接收导向矢量，θ表示天线阵元扫描角度，s表示发射信号的复包络，n表示复高斯白噪声；

7、步骤2，获取隧道内目标的距离与速度：

8、步骤2.1，将毫米波雷达阵列接收的每一时刻的隧道内目标的观测数据以信号接收模型y的形式存储；

9、步骤2.2，对信号接收模型y在快时间维度进行匹配滤波，在慢时间维度进行谱估计，得到距离—多普勒谱；

10、步骤2.3，对距离—多普勒谱进行恒虚警检测，得到目标的距离及速度；

11、步骤3，利用最大似然算法，分别获取目标、左多径、右多径的角度；

12、步骤4，生成每一时刻的零通道杂波点向量：

13、将毫米波雷达接收的每一时刻的多通道距离—多普勒谱中目标对应距离单元的零多普勒观测值，组成该时刻的零通道杂波点向量；

14、步骤5，获得每一时刻隧道的角度位置，划分出目标区域和多径区域：

15、步骤5.1，对毫米波雷达接收的每一时刻的零通道杂波点向量进行多通道的数字波束合成扫描，得到该时刻隧道的角度位置；

16、步骤5.2，将当前时刻波束合成扫描曲线中的主瓣角度作为当前隧道的角度位置，左、右隧道分别对应正、负角度，负角度表示左隧道角度位置，正角度表示右隧道角度位置；

17、步骤5.3，将所有时刻左、右隧道角度以内的范围作为“目标区域”，所有时刻左、右隧道角度以外的范围作为“多径区域”；

18、步骤6，利用目标区域和多径区域去除航迹中多径干扰：

19、通过“目标区域”选取航迹中的目标点迹，滤除“多径区域”中的左多径点迹和右多径点迹，得到隧道内连续的目标航迹。

20、本发明与现有的技术相比具有以下优点：

21、第一，本发明通过对零多普勒通道杂波点的利用，仅通过回波数据得到信号区域和多径区域，规避了现有技术采用视觉图像辅助的技术，获取的视觉信息受隧道内光照条件影响大的问题，使得本发明对探测区域中的光照条件无任何要求，在无光时也能去除航迹中多径干扰，形成较好的目标航迹。

22、第二，本发明通过数字波束形成扫描，获得左右隧道相对于雷达的角度位置，克服了现有技术需要对隧道的宽度以及高度进行提前测量带来的实时性低的不足，使得本发明在未知隧道宽度时，也可以获取隧道当前宽度对应的角度位置，实时的完成目标和多径的角度分离，去除多径干扰，在工程上降低了成本，具有很高的效率，并且对实际的场景敏感性降低，从而得到连续的隧道内目标的航迹。

技术特征：

1.一种基于零多普勒杂波点去除隧道航迹中多径干扰的方法，其特征在于，利用零通道杂波点，通过数字波束形成扫描获得左右隧道相对于雷达的角度位置，从角度上去除航迹中多径干扰；该方法的步骤包括如下：

2.根据权利要求1所述基于零多普勒杂波点去除隧道航迹中多径干扰的方法，其特征在于，步骤1中所述复合接收导向矢量b(θ)如下：

3.根据权利要求1所述基于零多普勒杂波点去除隧道航迹中多径干扰的方法，其特征在于，步骤3中所述利用最大似然算法，分别获取目标、左多径、右多径的角度的步骤如下：

技术总结
本发明公开了一种基于零多普勒杂波点去除隧道航迹中多径干扰的方法，主要解决航迹中多径干扰的问题。本发明实现的步骤如下：步骤1，建立毫米波雷达信号接收模型；步骤2，获取隧道内目标的距离与速度；步骤3，利用最大似然算法，分别获取目标、左多径、右多径的角度；步骤4，生成每一时刻的零通道杂波点向量；步骤5，获得每一时刻隧道的角度位置；步骤6，利用目标区域和多径区域去除航迹中多径干扰。本发明通过对零多普勒通道杂波点的利用，仅通过回波数据划分出信号区域和多径区域，方便高效地去除隧道航迹中的多径干扰。

技术研发人员：赵永波,汤德瑞
受保护的技术使用者：西安电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13