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遥感技术与应用  2021, Vol. 36 Issue (4): 803-809    DOI: 10.11873/j.issn.1004-0323.2021.4.0803
数据与图像处理     
一种TDM-MIMO FMCW车载毫米波雷达目标检测方法
陈思翔1,2,3(),张云华1,2,3(),杨杰芳1,2
1.中国科学院国家空间科学中心,北京 100190
2.中国科学院微波遥感技术重点实验室,北京 100190
3.中国科学院大学,北京 100049
Target Detection Scheme for TDM-MIMO FMCW Automotive Millimeter Wave Radar
Sixiang Chen1,2,3(),Yunhua Zhang1,2,3(),Jiefang Yang1,2
1.National Space Sciences Center,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100190,China
2.Key Laboratory of Microwave Remote Sensing Technology,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100190,China
3.University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 200049,China
 全文: PDF(2471 KB)   HTML
摘要:

毫米波雷达作为汽车自动驾驶重要传感器之一,其主要功能是对车辆周围目标进行距离、速度和角度的测量。根据车载毫米波雷达一般使用场景,设计了一种以快速chirp信号作为发射波形的2发4收TDM-MIMO FMCW毫米波雷达目标检测方案以及相应的3D-FFT目标检测算法,可同时得到目标距离、速度和角度。通过优化天线阵元排布,该方案可有效解决常规TDM-MIMO由于通道时分复用导致对目标测速时的不模糊速度区间减小的问题。相比于常规发射三角波的车载雷达,该方案可以有效避免多目标速度匹配问题;相比于单脉冲测角,该方案可以极大地改善角度分辨率。最后,通过Matlab仿真验证了该方案和算法的有效性。

关键词: 车载毫米波雷达TDM?MIMOFMCW目标检测速度模糊    
Abstract:

Millimeter wave radar is one of the important sensors for auto driving. Its main function is to measure the distance, speed and angle of targets around the vehicle. According to the general application scenario of vehicle-mounted (automotive) millimeter-wave radar, a two-transmitter, four-receiver TDM-MIMO FMCW millimeter-wave radar scheme with a fast chirp signal as the transmission waveform and a corresponding 3D-FFT target detection algorithm are designed, which can simultaneously obtain the target distance, speed and angle. By optimizing the arrangement of antenna elements, our solution can effectively solve the problem of unambiguous speed interval reduction of conventional TDM-MIMO radar due to channel time division multiplexing when measuring the target speed. Compared with conventional triangle waveform radar, the scheme can effectively avoid the problem of multiple target speed matching. Compared with single pulse angle measurement scheme, the scheme can greatly improve the angular resolution. Finally, we validate the proposed scheme by Matlab simulation.

Key words: Automotive Millimeter Wave Radar    TDM-MIMO    FMCW    Target detection    Velocity ambiguity
收稿日期: 2020-03-17 出版日期: 2021-09-26
ZTFLH:  TN957.52  
基金资助: 中国家自然科学基金面上项目(61971402)
通讯作者: 张云华     E-mail: 18608027721@163.com;zhangyunhua@mirslab.cn
作者简介: 陈思翔(1995-),男,四川成都人,硕士研究生,主要从事毫米波雷达信号处理及目标聚类、关联和跟踪研究。E?mail:18608027721@163.com
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作者相关文章  
陈思翔
张云华
杨杰芳

引用本文:

陈思翔,张云华,杨杰芳. 一种TDM-MIMO FMCW车载毫米波雷达目标检测方法[J]. 遥感技术与应用, 2021, 36(4): 803-809.

Sixiang Chen,Yunhua Zhang,Jiefang Yang. Target Detection Scheme for TDM-MIMO FMCW Automotive Millimeter Wave Radar. Remote Sensing Technology and Application, 2021, 36(4): 803-809.

链接本文:

http://www.rsta.ac.cn/CN/10.11873/j.issn.1004-0323.2021.4.0803        http://www.rsta.ac.cn/CN/Y2021/V36/I4/803

图1  差拍信号示意图
基本参数参数值
中心频率(fc)/GHz77
带宽(B)/MHz500
采样频率(fs)/MHz50
chirp时长(Tp)/μs10
发射周期(TS)/μs15
表1  雷达系统参数参数
图3  2发4收均匀线性阵列天线收发原理图
图4  改进后的整列天线收发原理图
图5  信号处理流程图
目标T1T2T3T4
相对雷达距离/m5010075100
相对雷达径向速度/(m/s)50-20-15-20
相对雷达角度-20°-10°10°
表2  目标仿真参数
基本参数参数值
中心频率/GHz77
带宽/MHz500
发射机数量2
接收机数量4
采样频率/MHz50
chirp时长/μs10
发射周期/μs15
距离维FFT数256
速度维FFT数128
角度维FFT数128
表3  雷达基本参数指标
图6  未经信道融合仿真结果
基本参数参数值
中心频率/GHz24
带宽/MHz250
采样频率/kHz200
正斜率调制时宽/ms5
负斜率调制时宽/ms5
发射周期/ms10
表4  三角波仿真参数
图7  三角波雷达目标测量多普勒频谱
性能参数技术指标
距离分辨率/m0.58
速度分辨率/(m/s)1
角度分辨率/°16
最大探测距离/m300
最大不模糊速度/(m/s)±65
表5  雷达性能指标表
图8  3D-FFT算法测距测速测角仿真结果
目标T1T2T3T4
距离测量值/m50.39100.275100.2
速度测量值/(m/s)50.22-19.78-15.22-19.78
角度测量值/°-20.75-10.43-0.45129.518
距离与真值的相对误差/%0.780.200.2
速度与真值的相对误差/%0.44-1.11.47-1.1
角度与真值的相对误差/%3.754.3/-4.82
表6  仿真结果
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