本发明属于mimo雷达信号处理技术领域，尤其涉及一种基于二范数解决毫米波mimo雷达目标分裂的方法。
背景技术：
在智能交通中，传感器的种类多样，而毫米波雷达有着不受光线影响、不受天气影响、价格低、可靠性高等诸多优点，以及近几年国内射频技术的不断发展，毫米波雷达的应用研发成为一种趋势。
多输入多输出(mimo)雷达是一种提高调频连续波(fmcw)雷达角度估计能力的技术。使用mimo雷达，多个tx天线传输到同一组rx天线。来自多个tx天线的信号需要是正交的(即不应互相干扰)。fdm-mimo在发送和接收链上增加了硬件复杂性。cdm-mimo导致性能下降(由于反扩展噪声)和计算需求显著增加。
因此，tdm-mimo在提供正交性方面优于其他方法，但由于tdm的mimo波形是时间交错线性调频连续波(lfmcw)波形，当目标速度足够大时，导致不同的发射波形到达目标之间产生相位差，最终导致在测角过程中目标出现分裂，无法达到正确估计目标方位的效果。
目前一些文献提出了通过找到相位补偿峰值的方式来补偿相位差,专利us201514962092中指出了tdm-mimo存在的测速范围低的问题，并提出了一种基于编码信号即cdm方式的mimo汽车雷达系统。专利cn108594233a中指出了tdm-mimo的速度模糊问题,并提出了通过比较多路补偿系数下fft输出后的幅度最大值进行相位补偿。
上述的技术方案是针对单个目标进行的相位补偿，在实际应用场景中，可能会出现多个目标以同速度同距离门运动的情况，此时现有的技术只能补偿其中一个目标的相位，会造成漏检目标的后果。
技术实现要素：
发明目的：为解决现有技术存在漏检目标等问题，本发明提供一种基于二范数解决毫米波mimo雷达目标分裂的方法。
技术方案：本发明提供一种基于二范数解决毫米波mimo雷达目标分裂的方法，该方法适用于测量单个或多个目标；具体包括如下步骤：
步骤1：对m根等间距设置的发射端采用时分多址的方式进行波形配置，则第一～第m根发射天线依次打开，时间间隔为tc；n根等间距设置的接收天线同时接收每根发射天线产生的回波信号；
步骤2：将m根发射天线、n根接收天线等效成mn个通道；根据发射天线打开的顺序，将mn个通道的回波信号进行排序；得到s＝[s11、s12、…、s1n，s21、…、s2n，…，sm1、…、smn]，对排序完的回波信号在距离维做nr点的傅里叶变换，再在速度维做md点的傅里叶变换，得到距离-多普勒维模糊图及每个通道的频域信号smn(nr，md)，其中，1≤nr≤nr，1≤md≤md，n＝1，2，3，...，n；m＝1，2，3，...，m；
步骤3：将mn个频域信号叠加，并对叠加后的频域信号进行恒虚警处理，得到num个距离-多普勒维的目标；
步骤4：对第i个距离-多普勒维的目标的回波信号做字波束形成，i＝1，2，3，……num，得到数字波束形成的输出功率pdbf＝arxah，其中rx为第i个目标的回波信号的协方差矩阵，h为共轭转置，加权矢量
步骤5：令补偿相位
步骤6：基于维度b和l，构造一个维度为b*l的矩阵，该矩阵中的每列对应l个输出功率中的一个输出功率；计算每列的l2范数，选择l2范数最大的那一列所对应的输出功率；
步骤7：根据步骤6中l2范数最大的那一列所对应的输出功率对应的输出功率结果图，判断是第i个距离-多普勒维的目标是否存在分裂，若是，则转步骤5，否则，将该输出功率结果图作为最终的输出功率结果图，并转步骤8；
步骤8：根据最终的输出功率结果图，得到第i个距离-多普勒维的目标在角度维上的值，并转步骤9；
步骤9：判断i是否大于等于num,若是，则停止计算；否则i 1，并转步骤4。
进一步的，所述步骤4中，维度b由雷达测角范围决定具体为：以
进一步的，所述步骤5中得到l组不同的输出功率及输出功率结果图的具体方法为：将l个补偿相位分别补偿至加权矢量a中，得到l个新的加权矢量；第l个加权矢量
进一步的，所述步骤8中得到目标i的回波信号在角度维上的值的具体方法为：将最终的输出功率结果图中的峰值所在的位置作为角度维上的值。
有益效果：本发明补偿不同相位到加权矢量，得到多组输出功率，比较这多组输出功率的l2范数并取最大二范数所对应的相位信息，将其补偿至加权矢量重新进行数字波束形成(dbf)，即可解决同一距离-多普勒门内多个目标目标分裂的问题。
附图说明
图1是本发明的毫米波mimo雷达天线排布示意图。
图2是本发明的tdm-mimo雷达发射波形图。
图3是本发明的实测数据距离-多普勒二维模糊图。
图4是本发明的l2范数相位补偿实测单目标分裂结果图，其中(a)为一个目标在方位向上分裂的情况，(b)为通过二范数方法相位补偿后的图；
图5是本发明的l2范数相位补偿两目标分裂的对比图；其中(a)为方位上存在两个目标分裂情况下的图，(b)为通过二范数方法相位补偿后的图；
图6是本发明的l2范数相位补偿三目标分裂的对比图；其中(a)为方位上存在三个目标分裂情况下的图，(b)为通过二范数方法相位补偿后的图；
图7是本发明的流程图。
具体实施方式
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
如图7所示，本实施例提供一种基于二范数解决毫米波mimo雷达目标分裂的方法，其步骤如下：
步骤1、本实施例的天线布局如图1所示，毫米波mimo雷达包含m个发射天线，n个接收天线，发射天线之间的间距为d1，接收天线之间的间距为d2，mimo体制等效成一发多收的相控阵体制时，收发天线的等效间距为d。
步骤2、毫米波mimo雷达为了保证发射波形具有良好的正交性，在发射端多采用时分多址(tdm)的方式进行波形配置，即一个脉冲周期内包含m个子脉冲，每个子脉冲在时间上错开波形脉冲重复周期的1/m，因此，在实际测试中，发射天线是按照1、2、……、m的顺序依次打开的，且每个发射天线工作的时间为tc，而n个接收天线同时接收每个发射天线产生的回波信号。本实施例的发射天线波形配置方式如图2所示。
步骤3、m个发射天线、n个接收天线等效成mn个通道，由于tdm的配置方式，在接收端根据发射天线开启的顺序，对mn个通道的回波信号重新排序得到s＝[s11、s12、…、s1n，s21、…、s2n，…，sm1、…、smn]，对排完序的回波信号先在距离维做nr点的傅里叶变换(fft)，再在速度维做md点的傅里叶变换(fft)，得到距离-多普勒维模糊图及每个通道的频域信号smn(nr，md)，其中，1≤nr≤nr，1≤md≤md，n＝1，2，3，...，n；m＝1，2，3，...，m；距离-多普勒维模糊图如图3所示。
步骤4、将mn个频域信号幅值叠加得到s2dfft，对s2dfft进行恒虚警(cfar)处理，得到num个距离-多普勒维的目标，并得到每个目标对应的距离门ri、多普勒门di(i＝1，......，num，)，可计算得每个目标的距离、速度信息。
步骤5、对第i个距离-多普勒维的目标的回波信号s(ri，di)做数字波束形成(dbf)；s(ri，di)＝[s11(ri，i)、……、s1n(ri，di)，……，sm1(ri，di)、……smn(ri，di)]，从而求得第i个距离-多普勒门上目标的角度信息，i＝1，2，3，……num；具体为：首先求s(ri，di)的协方差矩阵rx＝e[s(ri，di)sh(ri，di)]，h为共轭转置，e(.)为均值函数，再求输出功率pdbf＝arxah,其中，加权矢量
步骤6、在实际应用中，由于采用时间交错(tdm)配置发射波形的方式，当目标静止或低速运动时，各通道发射波形的时间差对最终测速测角结果影响不大，然而当目标速度足够大时，发射天线开启的时间差会造成各发射天线间产生较大的相位差，使得目标在方位向上产生分裂，无法测得目标真实的角度信息。
为了补偿上述提及的相位差，本实施例构造一个简单的优化模型：令补偿相位
for
rx＝e[s(ri，di)sh(ri，di)]
end
p′dbf(1：21)＝w(1：21)rxwh(1：21)；
p’dbf(1：21)为21个补偿相位对应的的输出功率。
步骤7、基于维度b和l，构造一个维度为b*l的矩阵p，该矩阵中的每列对应l组输出功率中的一组输出功率；计算每列的l2范数，并选择l2范数最大的那一列所对应的输出功率；本实施例中构造的矩阵维度大小为181×21的矩阵p，不同的列表示补偿了不同相位得到的输出功率，计算每列数据的l2范数并比较得到最大l2范数所对应的列号u；具体为：
其中j为矩阵的列号。
步骤8、根据步骤7中l2范数最大的那一列所对应的输出功率对应的输出功率结果图，判断是第i个距离-多普勒维的目标是否存在分裂(以但目标为例：若输出功率结果图有一个高的主瓣和低旁瓣，如图4b所示，则认定该第i个距离-多普勒维的目标不存在分裂；若输出功率结果图中有多个峰值，如图4a所示，则认定该第i个距离-多普勒维的目标存在分裂)，若是，则转步骤6，否则，该将输出功率结果图所对应的补偿相位作为最优补偿相位，该最优补偿相位所对应的加权矢量作为正确的矢量，从而解决了目标分裂的问题；并将该输出功率结果图作为最终的输出功率结果图，转步骤9；
步骤9：将最终的输出功率结果图上的峰值所在的位置作为第i个距离-多普勒维的目标的回波信号在角度维上的值。
上述步骤是针对一个距离-速度门内的目标进行的相位补偿，恒虚警检测(cfar)可以检测到多个距离-多普勒门内的目标，重复上述步骤中的操作，从而将所有目标点的信息进行准确解算，该方法能够较好地应用于交通雷达中，检测车辆情况。
由图4的(a)、(b)，图5(a)、(b)、图6(a)、(b)可知，本发明能有效的解决同一距离多普勒门内多个目标分裂的情况，同时获得准确的目标角度。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
1.基于二范数解决毫米波mim0雷达目标分裂的方法，该方法适用于测量单个或多个目标；其特征在于，具体包括如下步骤：
步骤1：对m根等间距设置的发射端采用时分多址的方式进行波形配置，则第一～第m根发射天线依次打开，时间间隔为tc；n根等间距设置的接收天线同时接收每根发射天线产生的回波信号；
步骤2：将m根发射天线、n根接收天线等效成mn个通道；根据发射天线打开的顺序，将mn个通道的回波信号进行排序；得到s＝[s11、s12、…、s1n，s21、…、s2n，…，sm1、…、smn]，对排序完的回波信号在距离维做nr点的傅里叶变换，再在速度维做md点的傅里叶变换，得到距离-多普勒维模糊图及每个通道的频域信号smn(nr，md)，其中，1≤nr≤nr，1≤md≤md，n＝1，2，3，...，n；m＝1，2，3，...，m；
步骤3：将mn个频域信号叠加，并对叠加后的频域信号进行恒虚警处理，得到num个距离-多普勒维的目标；
步骤4：对第i个距离-多普勒维的目标的回波信号做字波束形成，i＝1，2，3，…··num；得到数字波束形成的输出功率pdbf＝arxah，其中rx为第i个目标的回波信号的协方差矩阵，h为共轭转置，加权矢量
步骤5：令补偿相位
步骤6：基于维度b和l，构造一个维度为b*l的矩阵，该矩阵中的每列对应l个输出功率中的一个输出功率；计算每列的l2范数，选择l2范数最大的那一列所对应的输出功率；
步骤7：根据步骤6中l2范数最大的那一列所对应的输出功率对应的输出功率结果图，判断是第i个距离-多普勒维的目标是否存在分裂，若是，则转步骤5，否则，将该输出功率结果图作为最终的输出功率结果图，并转步骤8；
步骤8：根据最终的输出功率结果图，得到第i个距离-多普勒维的目标在角度维上的值，并转步骤9；
步骤9：判断i是否大于等于num，若是，则停止计算；否则i 1，并转步骤4。
2.根据权利要求1所述的基于二范数解决毫米波mimo雷达目标分裂的方法，其特征在于，所述步骤4中，维度b由雷达测角范围决定具体为：以
3.根据权利要求1所述的基于二范数解决毫米波mimo雷达目标分裂的方法，其特征在于，所述步骤5中得到l组不同的输出功率及输出功率结果图的具体方法为：将l个补偿相位分别补偿至加权矢量a中，得到l个新的加权矢量；第l个加权矢量
4.根据权利要求1所述的基于二范数解决毫米波mimo雷达目标分裂的方法，其特征在于，所述步骤8中得到目标i的回波信号在角度维上的值的具体方法为：将最终的输出功率结果图中的峰值所在的位置作为角度维上的值。
技术总结