[发明专利]一种测速信号的发射方法和接收方法

说明书

提供了一种测速信号的发射方法和接收方法，可应用于包括自动驾驶和辅助驾驶的智能驾驶系统，能够在保留较大的虚拟孔径的同时，提高最大测速范围并尽可能减少整个测速信号持续时间。发射方法包括：生成用于测量一个或多个运动目标的运动速度的多个啁啾信号(301)；利用M个天线以时分复用重复周期发射多个啁啾信号(302)；其中，时分复用重复周期包括一个单天线发射模式子周期和L个连续的多天线发射模式子周期。

技术领域

本申请涉及速度测量技术，尤其涉及一种测速信号的发射方法和接收方法。

背景技术

速度测量包括对行人、动物、机动车、非机动车、火车和飞行器在内的目标的运动速度进行测量，是智能驾驶的重要研究领域，现实应用中通常采用能够发射测速信号并接收目标反射回的测速信号的传感器(例如毫米波雷达、激光雷达)进行测速。测速主要是利用多普勒效应原理：当目标向传感器靠近时，反射信号频率将高于发射频率；反之，当目标远离传感器而去时，反射信号频率将低于发射频率。如此即可借由频率的改变数值，计算出目标与传感器的相对速度。

啁啾信号(Chirp)是一种常见的测速信号，其频率随时间而改变。所述改变既可以是频率增加，也可以是频率减少；既可以是线性改变，也可以是非线性改变。这种信号如果被搬移到音频上则听起来类似鸟鸣的啾声，因此被命名为啁啾信号。

调频连续波(Frequency Modulated Continuous Waveform，FMWC)是一种常见的啁啾信号的波形(其频率随时间变化情况参见图1)，可以通过使用时间函数f(t)＝f₀+γt(公式1)调制载波(例如余弦波、三角波、锯齿波或者脉冲方波)得到，其中f₀为初始频率，γ为调频斜率，t∈[0，T_c]，T_c为扫频周期。下面以图1所示的调频连续波形式的多个连续的啁啾信号为例，说明测速原理：

假设FMWC的载波为余弦信号，则一个啁啾信号的时域波形为

假设有一个初始距离为r₀速度为v的目标，第n_T个啁啾信号的反射信号时延可以表示为其中，c是光速。

对应的接收信号可以表示为其中n(t)为噪声信号。

将发射信号和反射信号进行混频，混频器输出表示为

其中，值非常小，因此可以将该项忽略，公式5可简写为

其中，是常数项，为交叉项也可省略掉。混频器输出进一步表示为

考虑到多普勒频率定义为公式7进一步化简为

仅考虑速度项，这部分是一个以采样周期为扫频周期T_c的对一个频率为f_d的正弦信号离散采样。考虑奈奎斯特采样定理，要求因此在采样周期确定为T_c之后，最大的测速范围就确定，最大速度估计值为

时分多路复用(Time-division multiplexing，TDM)模式具有硬件实现简单、互耦效应低等优点，是雷达的一个重要研究方向。上述测速方法可以基于SIMO(Single-InputMultiple-Output，单入多出)模式或者MIMO(Multiple-Input Multiple-Output，多入多出)模式。从公式9可以看到：

在SIMO模式下，仅有单个发射天线发射啁啾信号，采样周期T_c是单倍的扫频周期，速度估计范围是最大的，但是SIMO模式下无法获得额外的虚拟阵列孔径，导致角度分辨率降低；