IWR1443毫米波雷达------基于多普勒相偏补偿的速度解模糊/扩展,实测数据验证
时间:2022-08-27 04:30:00
文章目录
- 前言
- 一、基于多普勒相偏补偿的解模糊算法核心思想
- 二、算法步骤
- 三、理论效果示意图
- 四、编程
- 五、实测数据结果:
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- 5.1、data1结果:
- 5.2、data2结果:
- 六、总结
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- 6.1.多普勒补偿参考:
- 6.2、致读者:
前言
速度模糊是指当目标速度有限时,由于雷达测速范围有限|Vr|>|Vmax|时,测量速度Ve!=Vr的现象。
详见本文:https://zhuanlan.zhihu.com/p/486798151
本文主要记录iwr1443毫米波雷达通过实测数据验证了基于多普勒相偏补偿的速度解模算法的有效性。
解模糊算法的核心思想基于多普勒相偏补偿
首先,由于雷达测速和测角度都是基于相位差是的,所以当实际速度Vr超过测速范围时,相位模糊的发生"速度模糊"。下图1所示W2>pi,相位模糊发生,实测相位为w1=2*pi-w2。因此,实际目标速度Vr、测量速度Ve与雷达测速范围Vmax如下公式1所示:
公式(1)
图1:相位模糊示意图
在测量雷达角度时,应根据测量速度考虑速度引起的相位差Ve修改目标角度的解决方案称为多普勒相偏补偿。
在这种情况下,如公式2所示:
公式(2)
若测量速度Ve !=实际速度Vr,然后根据测量速度Vr多普勒偏差补偿的结果是错误的;如果没有速度模糊:Ve=Vr,然后根据测量速度Vr多普勒相偏补偿的结果是正确的。因此,算法的核心思想是通过比较两个不同角度谱的峰值来解决目标速度,而不知道速度是否模糊,因为如果角度补偿结果是错误的,那么相应角度谱的峰值就会很小。
二、算法步骤
说明:假设速度模糊,如图1所示,实际相位应为2kpi-w1,k是非零整数,因为无法区分2pi-w1和4pi-w因此,当速度模糊时,算法只能假设,k=1或-1,这导致该算法只能将速度范围翻倍。
如图2所示,该算法的步骤:定义set1时,符号翻转的操作对应于复数中的旋转pi操作对应公式2,但此时k只能取正负1。
图2:基于多普勒相偏补偿算法的步骤
`
三、理论效果示意图
图3(a)和图3(b)两种情况下的理论结果分别显示:
图3(a):没有速度模糊
图3(b):速度模糊
四、编程
根据图2所示的算法步骤,只需在原始解决目标角度的基础上进行修改。程序有三点需要注意:
1.index_dop多普勒门的目标速度为-64至63(假设一帧中的脉冲数chirp_num=128)具体细节可参考多普勒相偏补偿的官方解释。
2.符号翻转对应复数中的旋转pi”。
3.比较两个角度谱的峰值的相对大小,所以一定不要在music算法将角度谱归一化
核心代码块如下:
snapshot=snapshot';%未经多普勒偏差补偿的原始数据 snapshot1=snapshot;%操作:多普勒相对补偿,对应set0 snapshot2=snapshot;%操作:多普勒相偏补偿: 符号翻转,对应set1 %分别操作 snapshot1(5:8,:)=snapshot1(5:8,:)*exp(-1i*pi*(index_dop(n)/128));%多普勒偏补偿 snapshot2(5:8,:)=snapshot2(5:,:)*exp(-1i*pi*(index_dop(n)/128))*exp(1i*pi);
%分别利用空间谱估计算法(FFT或者MUSIC算法)求解角度谱
%注意由于要比较两个角度谱的峰值的相对大小,所以一定不要在music算法内将角度谱归一化
[azimuth1(n),P1] = Music(snapshot1,chirps_num,1);%P1:set0
[azimuth2(n),P2] = Music(snapshot2,chirps_num,1);%P2:set1
plot(P1,'b-.');
hold on%叠加,比较set0和set1
plot(P2,'r--');
xlabel('方位角/度')
ylabel('幅度')
title('基于多普勒补偿的速度扩展示意图(Vr>V_max)')
legend({
'set0','set1'})
全部代码和数据放在如下网盘中,可自取:链接:https://pan.baidu.com/s/1fhAVXiAIDKM_nPshWbvJEw?pwd=HUST
提取码:HUST
五、实测数据结果:
5.1、data1结果:
data1.bin文件是人体走动跟踪的数据,因此全程不会发生速度模糊Vr
图4(a):未发生速度模糊
图4(b):未发生速度模糊
5.2、data2结果:
data2.bin文件是向上抛物并下落的数据,因此全程在自由落体时发生速度模糊Vr>Vmax,此时理论上发生速度模糊时如图3(b)所示:set0
图5(a):发生速度模糊
图5(b):未发生速度模糊
六、总结
6.1、多普勒相偏补偿参考:
关于多普勒相偏补偿,请参考官方SDK中的说明文档“Millimeter Wave (mmw) Demo for XWR14XX”
6.2、致读者:
更多结果和程序说明,都在代码注释中详细说明了。由于第一次写博客,所以文章的排版很差,望理解。由于本人水平有限,所以难免出现错误,请大家赐教。