雷达基础概念

一、雷达距离fft+多普勒fft

参考链接:

[1-1]TI毫米波雷达系列(三):调频连续波雷达回波信号3DFFT处理原理(测距、测速、测角)https://blog.csdn.net/qq_35605018/article/details/108816709

[1-2]距离-多普勒谱(RD谱)之二:距离相关 https://blog.csdn.net/mddh_123/article/details/109152790

[1-3]干货 | 利用MATLAB实现FMCW雷达的距离多普勒估计 https://www.jianshu.com/p/d2d865da6dce


二、一维距离像和距离-多普勒图

毫米波雷达一般在每个脉冲周期发射调频连续波,在接收端对回波进行混频,最终得到的是多个目标回波的叠加,进而对这个一维回波信号进行傅里叶变化,得到如下形式的一维回波像,称为一维距离像,其体现为多个峰值的曲线形式。每个谱峰一般代表一个强目标的存在,其强度和目标的回波强度正相关,而位置正比于目标相对雷达的距离。而谱峰的尖锐程度则取决于雷达的距离分辨能力——距离分辨率越低(即分辨力越高),谱峰越尖锐

进一步地,对多个连续发射的回波所得到的一维距离像在另一个维度进行傅里叶变换,最终可以得到观测空间中的目标在距离-多普勒速度图像上的分布,如下图所示,一个维度表示距离,另一个维度表示速度,每个目标点在“距离-多普勒图(Range-Doppler Map,RDM)”上呈现为一个亮点,这个亮点的位置体现了目标自身的距离和速度,强度体现了目标的回波强度

从离散单元的形式看,RDM即如下的形式:

实际上,考虑噪声的影响,并且会采用加窗的形式抑制旁瓣(图2中的十字阴影),实际获取的的RDM是如下的形式,特别的,在接近距离=0的区域,由于DCDC抑制滤波器的存在,其整体噪底功率是低于其他区域的。

毫米波雷达的检测

在获取了上述RDM后,信号处理的下一步是检测,通常的算法是恒虚警(CFAR)检测,即自适应的估计每个点的周围噪底,再将这个点的强度和周围点的强度进行比较,最终确定该点是否是目标。如下图所示,图5为RDM,经过检测后,输出了每个点是否为目标的布尔值图像图6

基于上述检测原理可以看出,一个目标被有效检测的条件是:

  • 目标的回波强度大于基本的噪底;
  • 目标在RDM上呈现局部峰值的形式;
  • 目标的回波强度大于周围邻近区域的回波强度的均值。

下面给出了一个车辆的RDM,其中标黑的部分表示主车体,还有一些横向的扩展局部极值是车轮微动引起的微多普勒目标点。

参考链接:

[2-1]谈谈毫米波雷达的点云形式与分辨能力 - 知乎 https://zhuanlan.zhihu.com/p/386615052

[2-2]https://training.ti.com/sites/default/files/docs/mmwaveSensing-FMCW-offlineviewing_4.pdf

[2-3]TI的单芯片77GHz毫米波(mmWave)雷达解决方案 https://www.sohu.com/a/307927764_695278

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