毫米波雷达信号处理中的通道间相干与非相干积累问题

毫米波雷达信号处理中的通道间相干与非相干积累问题

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/xhblair/article/details/130972275

导读：毫米波雷达在智能驾驶、安防监控等领域应用广泛，其信号处理技术是实现高精度检测的关键。本文深入探讨了毫米波雷达信号处理中的通道间相干与非相干积累问题，通过理论分析和实测数据验证，揭示了两种积累方法的优劣和应用场景。

一、通道积累是什么

在毫米波雷达系统中，无论是单发多收（SIMO）还是多发多收（MIMO）的工作体制，每帧数据都会产生多个通道的接收数据。这些数据需要经过一系列处理，最终完成对目标的测量。

通道积累在整个信号处理流程中位于2D-FFT之后、CFAR之前。其主要目的是将多个通道的数据整合成一个矩阵，送入CFAR进行目标检测。

图1.1 通道积累在信号处理流程中的位置示意图

理想情况下，如果通道之间的一致性很好，各个通道在二维压缩后的幅值应该基本相同，只有相位差异。但实际情况中，由于校准不完善等原因，各通道的幅值可能存在差异。

图1.2 8个通道2D-FFT后的结果

因此，如何有效利用这些通道信息，提高检测性能，成为了一个关键问题。

二、通道积累的方法

通道积累主要有两种方法：非相干积累和相干积累。

非相干积累

非相干积累是最常用的方法，其基本原理是将各个通道的数据取平方后在通道维度累加。

图2.1 非相干积累示意图

这种方法的优点是运算量小，实现简单，但缺点是未充分利用相位信息，SNR提升效果有限。

相干积累

相干积累则更为复杂。其基本原理是先指定一个角度，基于实际阵列排布构建导向矢量，然后将该导向矢量与各通道数据相乘，最后取平方结果送入CFAR算法。

图2.2 相干积累示意图

这种方法通过将波束指向特定方向，可以显著提升目标能量和SNR，特别适合微弱目标的检测。但缺点是计算量大，需要多次CFAR并取结果并集。

三、基于实测数据的验证与对比

本节基于TI级联板进行实验，采集数据并分析两种积累方法的效果。

实验说明

实验使用TI的AWR2243级联板（12T16R），目标为一10dBsm角反，距离雷达约2米。实验选取水平向均匀排布的8个虚拟通道数据进行分析。

图3.1 实验场景图

非相干积累结果

图3.2 非相干积累的结果

目标位置的幅值得到了极大提升。单通道SNR约为4.8743e+03，非相干积累后SNR提升至3.8194e+06，提高了近3个数量级。

相干积累结果

实验分别在0°、45°和-45°方向进行相干积累。

图3.3 在0°方向做相干积累的结果

图3.4 在45°方向做相干积累的结果

图3.5 在-45°方向做相干积累的结果

分析发现：

1. 当相干方向接近目标方向时，目标能量和SNR提升最明显。
2. 相干积累可以有效检测和定位天线泄露能量的来源。
3. 实际应用中建议对多个方向进行积累并取CFAR结果并集。

四、总结

本文详细讨论了毫米波雷达信号处理中的通道间相干与非相干积累问题。通过理论分析和实测数据验证，揭示了两种方法的优劣和应用场景。对于从事毫米波雷达技术研究和应用的工程师具有重要参考价值。