其中在介紹角度估計中,通過對接收差頻信號在快慢時間維度的擴展,增加了空域的信息。擴展后的接收差頻信號可以表示為
其中k表示接收天線的個數,d為天線間距。
在“干貨|利用MATLAB實現FMCW雷達的角度估計”中,已經介紹了如何理解目標的角度信息,以及如何求取目標的角度信息。但是當時我們只用了簡單的比相方法。這篇文章中,我們將對FMCW雷達中常見的幾種測角方法進行介紹,分別是比相測角,DBF測角和超分辨測角,其中在超分辨測角這一塊我們只對MUSIC方法進行介紹,其他方法感興趣的可以自行嘗試下。
比相測角
由于不同天線之間存在的相位差,利用這一關系,通過對兩個相鄰天線的相位差即可反求出目標的角度信息。用公式表示為
可以看出,在比相測角的方法中,只需要利用兩個天線即可求出目標的角度,這種方法適用于一些天線陣元較少的場景,比如24G雷達用的就較多。
我們設置了一個距離和速度分別為50和3,角度為10度的目標。根據RDM計算出目標的距離和速度,我們生成了兩個天線的接收數據,然后利用該數據求得目標的角度為
DBF測角DBF(數字波束形成)的基本思想就是將各個天線陣元的接收進行加權在求和,得到的最大導向位置即為目標的波達方向估計。這句話中有兩個動作,一個是加權,另一個是求和。
首先我們將上面的話用公式表述出來
對于上述式子中的加權系數,我們將其拆分成兩個部分進行理解,加權系數中的一個部分是為了補償各個接收陣元之間的相位時延,關于這個時延在前面的文章中我們介紹過,這樣的補償可以使得接收天線在某一個方向的輸出可以同相疊加。可以寫為
理解了這一個部分的系數后,另外一個部分的系數則很好理解,剛才的相位延時補償是對某一個方向進行的,這個部分的系數則是對所有的角度進行遍歷,由于構造的接收差頻信號中含有目標的角度信息,通過這樣的遍歷,我們可以找出與目標角度相關性最大的角度,即可認為此時的角度為目標的角度。用公式表示為
其中θ表示所有的遍歷角度,可以看出,DBF可以利用多個天線的疊加求取出目標的角度。
下面同樣的,構造一個距離和速度分別為50和3,角度為10的目標,根據RDM計算得到目標的距離和速度,然后通過DBF求出目標的角度為
超分辨測角(MUSIC)這一部分主要對MUSIC進行介紹,MUSIC(多重信號分類)最早是由Schmidt在1979年提出,這種方法的基本思想是利用了信號與噪聲子空間的正交性,對信號空間進行了劃分后進行的參數估計,后來的又不斷有各種改進的方法提出,這里我們只對傳統的MUSIC測角進行介紹。
首先對K個接收天線的接收數據進行協方差矩陣的估計
然后對其進行特征分解,根據特征值大小劃分信號空間
最后通過對角度的遍歷,進行譜峰搜索,得到目標的波達方向估計,用公式表示為
下面我們就利用這種方法對距離和速度在50和3,角度為10度的目標進行角度估計,結果為
通過對這幾種常見的測角方法進行介紹,希望可以對你有所啟發。