毫米波雷達(dá)多目標(biāo)距離速度去耦合配對算法研究

李楊　蔡俊　王飛

【摘 要】單目標(biāo)運(yùn)動時，只需對上下差頻信號進(jìn)行FFT運(yùn)算即可得到多普勒頻率，根據(jù)相關(guān)計算公式可得到距離、速度；多目標(biāo)運(yùn)動時，會遇到上下掃頻頻域配對處理問題，配對處理結(jié)果的好壞直接影響能否準(zhǔn)確測出各運(yùn)動目標(biāo)具體參數(shù)。為解決此問題，本文對MTD-頻域配對算法進(jìn)行了理論分析和仿真驗(yàn)證，仿真效果良好，具有一定參考價值。

【關(guān)鍵詞】多普勒頻率；MTD-頻域配對；仿真

0 引言

車載毫米波雷達(dá)在實(shí)際應(yīng)用中存在大量干擾、雜波信號，這些干擾信號全部由路邊的樹木、路障、房屋等靜止目標(biāo)反射而來；同時也受雨、雪、地面等反射影響。所以在算法設(shè)計時考慮雜波抑制就顯得尤為必要，可以通過MTD（動目標(biāo)檢測）和MTI（動目標(biāo)顯示）雜波抑制技術(shù)得到解決。通常，LFMCW（線性調(diào)頻連續(xù)波）雷達(dá)更多的應(yīng)用在多目標(biāo)場合下，其中涉及距離速度去耦合配對問題，需對檢測結(jié)果進(jìn)行耦合配對。

1 LFMCW多目標(biāo)配對問題介紹

由于LFMCW體制雷達(dá)具有較高的時帶寬度，運(yùn)動的目標(biāo)會產(chǎn)生距離速度耦合現(xiàn)象，此現(xiàn)象的出現(xiàn)對系統(tǒng)差拍信號計算結(jié)果有一定影響，會使計算出的距離、速度值與實(shí)際值有一定偏差。對于單個運(yùn)動目標(biāo)而言，由于回波信號只包含了一個目標(biāo)信號的距離、速度信息，可直接通過對上下差拍信號分別進(jìn)行譜峰搜索，會得到兩個頻率點(diǎn)，再用具體公式進(jìn)行計算即可得到單個目標(biāo)的真實(shí)信息。但對于多目標(biāo)而言，由于回波信號是由多個目標(biāo)的回波疊加而成，要想得到每個目標(biāo)的真實(shí)信息，必須對譜峰搜索后的上下差拍信號進(jìn)行譜線一一配對。如何對譜線進(jìn)行兩兩配對，本文采用MTD-頻域配對法，并對其進(jìn)行了研究。

2 MTD-頻域配對法

MTD-頻域配對法就是將MTD與上下差頻頻域配對相結(jié)合的一種濾波、配對方法。具體的流程框圖如圖1所示：

首先利用MTD算法對環(huán)境中的雜波、干擾進(jìn)行抑制，同時簡化目標(biāo)環(huán)境模型、建立多普勒維劃分速度通道，最后在簡化的目標(biāo)環(huán)境中進(jìn)行頻域配對，找出真實(shí)目標(biāo)所對應(yīng)的頻率點(diǎn)，根據(jù)具體的距離、速度計算公式得出每個目標(biāo)的距離、速度等信息。

3 MTD-頻域配對算法仿真驗(yàn)證

通常MTD-頻域配對算法作為信號處理系統(tǒng)的最后一個環(huán)節(jié)，其有效性可通過在仿真平臺MATLAB上進(jìn)行驗(yàn)證。按照實(shí)際工作參數(shù)且為了不失一般性設(shè)置了三個移動目標(biāo)，目標(biāo)參數(shù)分別為：R1=20m，V1=10m/s；R2=50，V2=20m/s；R3=180m，V3=30m/s；這里假設(shè)的是3個速度、距離分別不同的移動目標(biāo)，在上掃頻和下掃頻會分別產(chǎn)生峰值，因?yàn)橥荒繕?biāo)反射系數(shù)相同，則上下掃頻產(chǎn)生峰值的差值Δij最小。其中，i代表上掃頻段第i個目標(biāo)峰值，j代表下掃頻第j個目標(biāo)峰值，多個目標(biāo)就會產(chǎn)生多個匹配值，需要依次進(jìn)行比較，選出最小或者差值幾乎為零的值即為同一目標(biāo)產(chǎn)生的頻譜，最后將每對頻譜的多普勒頻率計算出來，根據(jù)公式（1）、（2）計算出距離、速度。若在理想狀況下，其差值Δij大小即為零，即兩點(diǎn)重合；

上述公式中c為光速，T為信號調(diào)制周期，ΔF為調(diào)制帶寬，fIF為中頻信號頻率又稱差頻信號頻率，f0為調(diào)制信號中心頻率；MATLAB仿真結(jié)果如圖2所示：

從圖2中可以看出交叉重合點(diǎn)即為3個移動目標(biāo)計算值，與實(shí)際值相比較基本吻合，其余各點(diǎn)為干擾點(diǎn)，即Δij值較大的點(diǎn)，非同一目標(biāo)上下掃頻的差值點(diǎn)。

在實(shí)際仿真過程中，發(fā)現(xiàn)有時中頻信號譜線不明顯，與理論計算中頻信號頻率存在一定（下轉(zhuǎn)第23頁）（上接第44頁）誤差，影響后續(xù)數(shù)據(jù)處理，針對這一不足之處可采取一些措施作出改進(jìn)，比如針對不同的目標(biāo)點(diǎn)距離采用不用的調(diào)制周期，即可使目標(biāo)中頻信號譜線更加突出，相對兩邊雜波譜線更加明顯，有利于后期數(shù)據(jù)計算，減小誤差。

4 結(jié)論

在對MTD-頻域配對算法進(jìn)行理論分析基礎(chǔ)上，進(jìn)行了參數(shù)不同的多目標(biāo)仿真驗(yàn)證，仿真效果良好，得到的數(shù)據(jù)與假設(shè)目標(biāo)參數(shù)基本一致，并在眾多干擾點(diǎn)中分辨出實(shí)際給定目標(biāo)點(diǎn)；為車載毫米波雷達(dá)系統(tǒng)后端多目標(biāo)數(shù)據(jù)處理提供了一定的參考價值和指導(dǎo)價值。

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