1.简介
毫米波雷达信号处理的作用是:通过发射、接收信号,获得目标径向距离、径向速度、径向角度、RCS等目标属性信息。
基本流程:AD采样、Range FFT、Doppler FFT、Non-coherent Combing、CFAR、DOA Estimation。
- 假设每个Chirp采集M个样本点
- 每一帧发射N个Chirp
- 假设共有P个采集通道
2. 波形及天线
- 假设一帧发射256个Chirp
- 共4个接收天线,利用MIMO技术虚拟为8个接收通道
- 单个Chirp中频信号采样时间: 20MHz
3. 距离FFT (Range FFT)
Range FFT是为了得到目标的距离信息,将每个Chirp上的AD采样数据进行RangeFFT操作,作为矩阵的行向量进行存储。若共有N个Chirp,则得到N×M的矩阵,每一列称为一个Range Bin。
若有P个接收通道,则得到一个P×N×M的立方体。
4. 二维FFT(Doppler FFT)
Doppler FFT是为了得到目标的速度信息,在每一个距离维上,做FFT变换,将得到行向量为距离,列向量为速度的矩阵。
若有P个接收通道,则得到一个P×N×M的立方体。
5. 非相干累加(Non-coherent Combing )
由于有多个接收通道,需要做非相关累加,首先对P个复数矩阵的各个元素进行求模,得到幅值矩阵,然后进行累加并求平均。
6 恒虚警率检测(Constant False Alarm Rate)
由于接收到的回波有时候是干扰,有时候是目标。比如:若需检测运动车辆,则地面杂波、噪声及人为干扰就是干扰项,若对地面某一区域进行成像,那么地面杂波就可看作目标,因此需要对回波进行检测。
检测原理: 恒虚警检测器首先对输入的噪声进行处理后确定一个门限,将此门限与输入端信号相比,如输入端信号超过了此门限,则判为有目标,否则,判为无目标。一般信号由信号源发出,在传播的过程中受到各种干扰,到达接收机后经过处理,输出到检测器,然后检测器根据适当的准则对输入的信号做出判决。
对得到的幅值矩阵,判断每个值与其周围值的大小关系,进行峰值的搜索,得到带有峰值点标记的幅值矩阵。峰值表示在某距离上存在一定速度的目标,是否为虚假目标需要通过CFAR去判断。
7目标点的角度估算(DOA Estimation)
目标角度的估算一般有两种方法:DBF和MUSIC算法。
MUSIC (Multiple Signal Classification)算法,即多信号分类算法,由Schmidt等人于1979年提出。MUSIC算法是一种基于子空间分解的算法,它利用信号子空间和噪声子空间的正交性,构建空间谱函数,通过谱峰搜索,估计信号的参数。对于声源定位来说,需要估计信号的DOA。MUSIC算法对DOA的估计有很高的分辨率,且对麦克风阵列的形状没有特殊要求,因此应用十分广泛。具体原理可点击MUSIC算法原理
通过上述步骤即可获得目标的径向距离、径向速度、径向角度、RCS等目标属性信息,若需获得目标的航迹进行预测则需要做进一步的处理。
今天的文章汽车FMCW毫米波雷达信号处理流程分享到此就结束了,感谢您的阅读。
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