一种基于BPSK调相模式的三发四收方法、系统及装置与流程

本发明涉及雷达，更具体地说，它涉及一种基于bpsk调相模式的三发四收方法、系统及装置。

背景技术：

1、tef8102汽车雷达收发器是恩智浦公司的一款单芯片、低功耗汽车fmcw（调频连续波）雷达收发器，为毫米波雷达功能提供了完全集成的解决方案，配备三个发射机和四个接收机模块。对于更高角度分辨率的应用，可以使用多发多收（mimo）技术，包括时分多址技术（tdma）和多普勒维多址技术（ddma）等。目前，tef8102主要使用tdma方式，取决于后端匹配处理器芯片的处理资源及能力，一个收发器ic可以实现最多12个虚拟接收通道。

2、时分多址技术tdma这种发射模式的通道分离十分简单，且芯片层面上也很容易实现，但是其缺点也很明显：

3、1、同一时刻只有一个发射天线在工作，不能充分利用所有发射资源；

4、2、随着发射天线数量的增加，后端需要的内存值也会增加；

5、3、降低脉冲重复频率（prf）随着发射天线数量增加而降低，进而导致最大无模糊测速范围下降；

6、4、测角之前需要进行相位补偿。

7、与tdma不同，ddma发射的硬件实现要求低，而且可以在同一时间利用全部发射通道资源。进而可以实现当所有发射天线同时发射，且每个发射天线的起始chirp相位都为0（或者某一固定设置值）的情况下，每个发射天线的前后chirp之间偏移一个特定的不同相位值。因此，通过人为设置的偏移相位使不同发射天线的信号在doppler域上能准确实地被分离开来。由于tef8102的二进制移相器（bpsk）只能使发射信号的相位在0度和180度之间切换，因此在一般ddma模式下，都将其设计为两发四收的收发通道模式。而无法实现三天线同发，使得硬件资源无法充分利用，使得雷达收发器的工作性能无法进一步提高。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于bpsk调相模式的三发四收方法、系统及装置，可以基于tef8102在二进制移相器（bpsk）模式下实现三发四收，能够更加充分利用三发四收的硬件资源，进一步提高角度估计性能。

2、本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种基于bpsk调相模式的三发四收方法，包括如下步骤：

3、将雷达收发器的收发模式设置为三发四收，根据二进制移相器的特性，建立以4个profile为一个循环的波形配置规则，波形配置规则包括：配置第一天线，在4个profile，均发射不叠加移相值的线性调频信号；配置第二天线，在profile0和profile2，发射不叠加移相值的线性调频信号，在profile1和profile3，发射叠加移相值后的线性调频信号；配置第三天线，在profile0，发射不叠加移相值的线性调频信号，在profile1和profile3不发射，在profile2，发射叠加移相值的线性调频信号；

4、根据波形配置规则，控制三个天线向目标发射线性调频信号，同时在三发四收波形之前或之后，增加指定天线在一发四收模式下进行线性调频信号的发射，并接收对应的回波信号；

5、在接收到的回波信号中分离一发四收波形和三发四收波形，并进行一维fft和二维fft计算，对两个波形的二维fft计算结果分别进行非相参积累，得到对应的range-doppler热图；

6、根据一发四收波形的range-doppler热图，确定指定天线的通道位置，根据指定天线通道位置，在三发四收波形的range-doppler热图上确定三个天线的发射通道位置。

7、作为本发明的一种优选技术方案，根据离散傅立叶频移性质，信号在频域的频率偏移，在时域上表现为增加一个线性移相值，其中，exp是自然常数e为底的指数函数，k表示信号的采样点数，表示虚数单位；

8、假设雷达收发器共发射n个线性调频信号，将phase(a)表示为第a天线上叠加的移相值，则：

9、第一天线在4个profile，均不叠加移相值，其移相值

10、；

11、第二天线在profile0和profile2不叠加移相值，在profile1和profile3施加180度的移相值，即；

12、第三天线在profile1和profile3不发射，即线性调频信号的数量为n/2，同时在profile0不叠加移相值发射，在profile2叠加移相值发射，则将第三天线发射的每个线性调频信号，拆解为两个二分之一线性调频信号分别增加不同相位后的叠加，将两种发射表示为tx3_1和tx3_2，对于tx3_1，；对于tx3_2，

13、。

14、作为本发明的一种优选技术方案，根据波形配置规则，控制三个天线向目标发射线性调频信号，接收到的回波信号为：

15、第一天线的回波信号表示为；

16、第二天线的回波信号表示为

17、；

18、第三天线的回波信号为:和

19、。

20、作为本发明的一种优选技术方案，range-doppler热图中的峰值和三个天线的对应关系为：

21、基于第一天线的回波信号，经过二维fft变换后，目标峰值点在速度维不偏移；

22、基于第二天线的回波信号，经过二维fft变换后，目标峰值点在速度维偏移n/2个单元；

23、基于第三天线的回波信号，经过二维fft变换后，目标在速度维出现两个峰值，且峰值点在速度维分别偏移n/4和3n/4个单元，且峰值能量低于第一天线和第二天线。

24、作为本发明的一种优选技术方案，在接收回波信号后，将一发四收模式的波形和三发四收模式的波形进行分离，再分别对于两种波形，在距离维和多普勒维分别一维fft计算和二维fft计算，分别对两种波形的二维fft计算结果进行非相参积累，得到range-doppler热图。

25、作为本发明的一种优选技术方案，在得到一发四收的波形的range-doppler热图后，进行恒虚警检测，得到目标的距离和速度信息，即为指定天线的发射通道位置。

26、作为本发明的一种优选技术方案，在确定指定天线的发射通道位置后，根据波形配置规则，在三发四收波形的range-doppler热图上得到三个天线的发射通道位置。

27、作为本发明的一种优选技术方案，在chirp数为n的情况下，设目标的第一天线的通道位置为x，则在二进制移相器（bpsk）模式下，第二天线的通道位置为，其中，mod（a,b）表示a和b相除的余数，第三天线的通道位置为和。

28、一种基于bpsk调相模式的三发四收系统，包括：

29、天线配置模块，用于将雷达收发器的收发模式设置为三发四收，根据二进制移相器的特性，建立以4个profile为一个循环的波形配置规则，波形配置规则包括：配置第一天线，在4个profile，均发射不叠加移相值的线性调频信号；配置第二天线，在profile0和profile2，发射不叠加移相值的线性调频信号，在profile1和profile3，发射叠加移相值后的线性调频信号；配置第三天线，在profile0，发射不叠加移相值的线性调频信号，在profile1和profile3不发射，在profile2，发射叠加移相值的线性调频信号；

30、信号发射控制模块，用于根据波形配置规则，控制三个天线向目标发射线性调频信号，同时在三发四收波形之前或之后，增加指定天线在一发四收模式下进行线性调频信号的发射，并接收对应的回波信号；

31、回波信号处理模块，用于在接收到的回波信号中分离一发四收波形和三发四收波形，并进行一维fft和二维fft计算，对两个波形的二维fft计算结果分别进行非相参积累，得到对应的range-doppler热图；

32、通道分离模块，用于根据一发四收波形的range-doppler热图，确定指定天线的通道位置，根据指定天线通道位置，在三发四收波形的range-doppler热图上确定三个天线的发射通道位置。

33、一种基于bpsk调相模式的三发四收装置，包括：处理器和存储器，所述存储器存储有所述处理器可执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法。

34、综上所述，本发明具有以下有益效果：通过设计发射相位调制规则等配置，可以基于tef8102在二进制移相器（bpsk）模式下实现三发四收，能够更加充分利用三发四收的硬件资源，进一步提高角度估计性能。与目前主要使用的传统tdma模式相比，本发明方法具有更大的速度模糊范围，而且在相同内存空间下可以实现更高的速度/距离分辨率。