[发明专利]一种高速车辆检测设备及距离走动校正方法

说明书

本发明涉及一种高速车辆检测设备及距离走动校正方法，检测设备包括线性调频毫米波雷达探测器以及显示控制设备；线性调频毫米波雷达探测器包括天线射频单元、调频收发装置、中频信号处理模块、信息处理模块。信息处理模块包括AD转换器、DSP、FPGA。本发明采用匹配滤波方法将回波基带信号进行脉冲压缩；将脉压后的信号采用keystone方法进行包络补偿对齐。keystone的具体实现方法为改进的Chirp‑Z算法，此算法将原本在慢时间域的IFFT运算改在快时间域进行，结合在慢时间域所做的Chirp‑Z变换，将原本两步的运算合并成了一步，减少了运算量。本发明有效地校正了积累过程中的距离走动问题，从而实现回波信号的噪声抑制，极大地提高了相参积累增益，提高了毫米波雷达的快速检测能力。

技术领域

本发明涉及雷达射频以及信号处理领域，更具体地，涉及一种高速车辆检测设备及距离走动校正方法，可运用于高速公路目标车辆行驶检测。

背景技术

近年来，随着智能化高速公路交通管理的飞速发展，交通道路的信息采集技术显得尤为重要，毫米波雷达探测系统在高速公路车辆检测方面的运用也是更加广泛。随着超大规模集成电路VLSI(Very Large Scale Integration)制造工艺的发展，微波及毫米波雷达组件的成本与体积缩减为毫米波雷达探测系统提供了更多发展的空间。线性调频连续波LFMCW(Linear Frequency Modulation Continuous Wave)雷达因其距离分辨能力高，抗干扰能力强等优点，为高速公路车辆目标检测提供了思路。然而，雷达发射信号通常采用具有大时宽带宽积的线性调频信号，对应的距离分辨力较高，较大的目标速度会让不同脉冲信号对应的目标距离发生变化，采用传统雷达探测方法即只进行脉冲压缩、动目标检测MTD(Moving Target Detector)、恒虚警检测CFAR(Constant False Alarm Rate)等步骤，在检测高速车辆目标时会存在跨距离单元走动问题，使得回波信号不能有效积累。对待这类问题，常用的做法是进行相参积累来改善系统信噪比，提高对雷达微弱目标的探测能力。

目前，针对超高速目标的跨距离单元走动现象，可以实现回波包络距离走动补偿的相参积累方法主要有距离单元拉伸时频分析算法、包络插值移位补偿算法、keystone变换等。距离单元拉伸时频分析算法选择合适的拉伸量将多个距离单元中的回波信号进行“拉直”处理，并利用时频分析方法进一步地做运动补偿和相参积累，在未知目标运动参数的情况下也能进行有效的相参积累；包络插值移位补偿算法在满足奈奎斯特采样定理的基础上，将信号的包络进行插值重构，再将其进行移位补偿，从而实现距离走动校正。但这两种算法不能适用于信噪比较低的条件下，包络插值移位算法还需要对目标速度进行精确估计。因此，keystone变换是国内外学者研究最多的一种距离走动校正的方法。

keystone变换的主要实现方法有：Sinc插值法、离散傅里叶变换法(包括DFT-IFFT变换和FFT-IDFT变换)、Chirp-Z变换法。当脉冲积累数较多时，Chirp-Z变换的运算量要优于前两种，但总体上来说步骤还是较为繁琐，运算量也较大。

为了解决高速车辆检测距离走动问题，公开号为CN106405556A，公开日2016-11-02，发明名称为“车辆目标信息探测识别系统及其信号处理方法”提出了一种采用辅助车道标校导标获取车辆信息，用非相参积累方法进行能量积累的检测方法，此种积累方法回波能量积累效率低，信噪比差；公开号为CN112924971A，公开日2021-06-08，发明名称为“一种基于FPGA的车辆检测雷达信号处理器”采用CZT方法实现Keystone变换，运算量较大，较为复杂。因此，亟需找到能够实现快速简便实现距离走动校正的相参积累方法。

发明内容

本发明针对背景技术中传统距离走动校正算法的不足之处提出了一种高速车辆检测设备及距离走动校正方法，在信号处理模块中以较少的运算量快速实现距离走动补偿和相参积累，从而实现了目标能量的检测，提高了毫米波雷达的快速检测能力，且运算量较低，有利于工程实现。

一种高速车辆检测设备及距离走动校正方法，其实现方案为：