[发明专利]一种基于相位调制的4D毫米波雷达设计方法

说明书

本发明公开了一种基于相位调制的4D毫米波雷达设计方法，具体涉及4D探测技术领域，包括步骤1：设计毫米波雷达的快时间维脉冲调制方式为调频连续波，一个相干处理周期内在慢时间维上发射M×N个重复脉冲；步骤2：所采用的N个用于发射正交调制的脉冲，可对Q个发射通道进行相位编码，需满足Q＜2^N。本发明通过慢时间维的相位调制，得到正交的发射信号；通过接收端的信号解调分离各发射通道信号；通过在天线平面的两个维度上形成虚拟阵列合成二维阵天线；最终形成的二维阵天线能在方位、俯仰维进行联合测角，在不增加雷达收发带宽的前提下实现4D检测；可广泛用于高级辅助驾驶，以及自动驾驶领域的毫米波雷达系统。

技术领域

本发明涉及4D探测技术领域，更具体地说，本发明涉及一种基于相位调制的4D毫米波雷达设计方法。

背景技术

毫米波雷达在成本、尺寸受限的前提下，为了有效进行方位、俯仰维联合检测，利用多输入多输出(Multiple Input Multiple Output MIMO)技术形成虚拟孔径。虚拟孔径的产生需要发射信号具有正交性，从而在接收端对各发射阵元的辐射信号进行区分。以往的毫米波雷达往往采用时分的正交方式，即不同发射天线在不同时刻进行辐射，通过时差区分不同发射信号。该类方法虽然能权益的实现发射信号的正交，但由于不同发射天线分时发射，所以合成的辐射功率受限，且对于运动目标需要在接收端补偿由于时差带来的运动目标相位变化，容易产生由于多普勒模糊而导致的补偿错误。

随着毫米波雷达在辅助驾驶及无人驾驶车辆上的逐步推广，为了避免高架障碍(如人行天桥、龙门架)和低矮障碍(如井盖、易拉罐)造成的雷达误报，亟需雷达具有俯仰维度的检测能力从而实现4D探测。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种基于相位调制的4D毫米波雷达设计方法，本发明所要解决的技术问题是：如何使雷达具有俯仰维度的检测能力从而实现4D探测。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于相位调制的4D毫米波雷达设计方法，具体操作步骤如下：

步骤1：设计毫米波雷达的快时间维脉冲调制方式为调频连续波(LFMCW)，一个相干处理周期(coherent process interval CPI)内在慢时间维上发射M×N个重复脉冲；

其中，N为用于发射正交相位调制的脉冲个数，M为用于多普勒测速的脉冲个数，脉冲时宽为T；

步骤2：所采用的N个用于发射正交调制的脉冲，可对Q个发射通道进行相位编码，需满足Q＜2^N；

采用目标相对运动会带来由多普勒频移f_d造成的相位失配该相位失配会导致正交损失L；

由于的最大值因此合理的选择N与M能够有效抑制L；

步骤3：在接收到完整的发射信号后，对不同发射通道的正交编码信号进行解调，从而分离出不同发射通道的回波信号；

将由各收发通道配对产生的虚拟接收通道合成水平X方向和垂直Y方向的二维虚拟接收阵列；

对于某空间指向其在X方向和Y方向的投影角为θ_x和θ_y，则根据投影角进行基于数字移相的波束合成；

虚拟阵列中某个阵元对应的移相角

其中，d_x为该阵元的X方向相对距离，d_y为该阵元的Y方向相对距离；结合天线阵面的架设姿态，能够通过θ_x和θ_y解算出方位、俯仰角，从而实现雷达的4D探测。

在一个优选地实施方式中，所述步骤2中相位编码采用但不限于哈达玛(Hadamard)编码方式，N阶Hadamard正交码的递推公式为：