基于FMCW激光雷达的目标运动参数测量方法和系统与流程

本申请属于激光雷达，尤其涉及一种基于fmcw激光雷达的目标运动参数测量方法和系统。

背景技术：

1、激光雷达是目标运动特性测量设备的主流技术方向之一，它运用激光的能量集中、单色性好、相干性好等优异性能，将激光发往被测目标，测量由被测目标反射或(/和)散射回来的光波的物理特性并进行分析，从而获得所需要的目标运动特性。其中，常见的有两种，即基于tof技术的激光雷达(简称tof激光雷达)和基于fmcw技术的激光雷达(简称fmcw激光雷达)，尤其是fmcw激光雷达，可用于目标的测距、测速，获得了广泛的应用。

2、目前，fmcw激光雷达的主流模式是对称三角波fmcw激光雷达，基于对称三角波fmcw激光雷达的工作原理，可以得到被测目标的运动信息，如目标物体到激光雷达之间的距离、目标物体相对于激光雷达的径向速度等。然而，在研究中发现，当被测目标距离激光雷达比较近并且其径向运动速度比较大的时候，利用上述的常规处理方式，无法测得正确的目标运动参数，即存在测量结果不准的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种基于fmcw激光雷达的目标运动参数测量方法和系统，尤其可以实现对近程快速运动的目标进行运动参数的准确测量。

2、第一方面，本发明提供一种基于fmcw激光雷达的目标运动参数测量方法，包括：

3、向探测范围内的目标发射周期性调频连续波，其中，一个扫频周期的调频连续波的时频波形包括上扫频段和下扫频段，每个扫频段包括具有不同扫频斜率且扫频斜率从基础扫频斜率依次减小的至少两个子扫频段；

4、基于所述目标返回的回波信号，分别计算一个扫频周期内所述上扫频段和所述下扫频段的至少两个子扫频段对应的拍频信号的频率值的绝对值；

5、根据所述上扫频段和/或所述下扫频段的所述至少两个子扫频段对应的拍频信号的频率值的绝对值，确定所述上扫频段和所述下扫频段中扫频斜率为基础扫频斜率的子扫频段对应的拍频信号的实际频率值；

6、基于所述实际频率值，计算所述目标的运动参数。

7、第二方面，本发明提供一种基于fmcw激光雷达的目标运动参数测量系统，包括：

8、信号源发射模块，用于向探测范围内的目标发射周期性调频连续波，其中，一个扫频周期的调频连续波的时频波形包括上扫频段和下扫频段，每个扫频段包括具有不同扫频斜率且扫频斜率从基础扫频斜率依次减小的至少两个子扫频段；

9、拍频信号测量模块，用于基于所述目标返回的回波信号，分别计算一个扫频周期内所述上扫频段和所述下扫频段的至少两个子扫频段对应的拍频信号的频率值的绝对值；

10、负频率感知模块，用于根据所述上扫频段和/或所述下扫频段的至少两个子扫频段对应的拍频信号的频率值的绝对值，确定所述上扫频段和所述下扫频段中扫频斜率为基础扫频斜率的子扫频段对应的拍频信号的实际频率值；

11、运动参数获取模块，用于基于所述实际频率值，计算所述目标的运动参数。

12、第三方面，本发明提供一种fmcw激光雷达，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器用于执行所述计算机程序以实施所述的基于fmcw激光雷达的目标运动参数测量方法。

13、第四方面，本申请实施例提供一种fmcw激光雷达系统，包括：

14、如上述的fmcw激光雷达；

15、上位机，与所述fmcw激光雷达通信连接，用于接收所述fmcw激光雷达发送的所述目标的运动参数。

16、第五方面，本申请实施例提供一种终端设备，包括上述的fmcw激光雷达。

17、本发明具有如下有益效果：

18、本发明提出的基于fmcw激光雷达的目标运动参数测量方法以对称三角波fmcw激光雷达为基础模式，向探测范围内的目标发射周期性调频连续波，其中，一个扫频周期的调频连续波的时频波形包括上扫频段和下扫频段，每个扫频段包括具有不同扫频斜率且扫频斜率从基础扫频斜率依次减小的至少两个子扫频段；基于目标返回的回波信号，分别计算一个扫频周期内该上扫频段和下扫频段的至少两个子扫频段对应的拍频信号的频率值的绝对值，然后根据上扫频段和/或下扫频段对应的该频率值的绝对值，确定上扫频段和下扫频段中扫频斜率为基础扫频斜率的子扫频段对应的拍频信号的实际频率值，进而基于该实际频率值，计算该目标的运动参数。通过对调频连续波进行扫频斜率调整，可以感知近程快速目标所特有的负频率，进而确定目标是否为近程快速目标，以便进行频率值的绝对值的针对性调整并计算出正确的目标运动参数。

技术特征：

1.一种基于fmcw激光雷达的目标运动参数测量方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于fmcw激光雷达的目标运动参数测量方法，其特征在于，所述根据所述上扫频段和/或所述下扫频段的至少两个子扫频段对应的拍频信号的频率值的绝对值，确定所述上扫频段和所述下扫频段中扫频斜率为基础扫频斜率的子5扫频段对应的拍频信号的实际频率值，包括：

3.根据权利要求2所述的基于fmcw激光雷达的目标运动参数测量方法，其特征在于，在根据所述上扫频频率序列和/或所述下扫频频率序列，确定所述上扫频段和所述下扫频段中扫频斜率为基础扫频斜率的子扫频段对应的拍频信号的实际频率值之前，所述方法还包括：

4.根据权利要求3所述的基于fmcw激光雷达的目标运动参数测量方法，其特征在于，所述根据所述上扫频频率序列和/或所述下扫频频率序列，确定所述上扫频段和所述下扫频段中扫频斜率为基础扫频斜率的子扫频段对应的拍频信号的实际频率值，包括：

5.根据权利要求1至4中任一项所述的基于fmcw激光雷达的目标运动参数测量方法，其特征在于，每个所述扫频段的至少两个子扫频段中扫频斜率等于基础扫频斜率的子扫频段的时长大于或等于其他子扫频段的时长。

6.根据权利要求1所述的基于fmcw激光雷达的目标运动参数测量方法，其特征在于，每个所述扫频段包括沿时间轴方向依次设置的第一子扫频段和第二子扫频段，所述第一子扫频段的扫频斜率为基础扫频斜率，所述第二子扫频段的扫频斜率小于所述基础扫频斜率。

7.根据权利要求6所述的基于fmcw激光雷达的目标运动参数测量方法，其特征在于，所述根据所述上扫频段和/或所述下扫频段的至少两个子扫频段对应的拍频信号的频率值的绝对值，确定所述上扫频段和所述下扫频段中扫频斜率为基础扫频斜率的子扫频段对应的拍频信号的实际频率值，包括：

8.根据权利要求7所述的基于fmcw激光雷达的目标运动参数测量方法，其特征在于，所述通过比较所述上扫频段和/或所述下扫频段的第一子扫频段和第二子扫频段对应的拍频信号的频率值的绝对值的大小，确定所述上扫频段和所述下扫频段中扫频斜率为基础扫频斜率的子扫频段对应的拍频信号的实际频率值，包括：

9.根据权利要求1、2、3、4、8中任一项所述的基于fmcw激光雷达的目标运动参数测量方法，其特征在于，所述基于所述实际频率值，计算所述目标的运动参数，包括：

10.一种基于fmcw激光雷达的目标运动参数测量系统，其特征在于，包括：

11.一种fmcw激光雷达，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器用于执行所述计算机程序以实施权利要求1-9中任一项所述的基于fmcw激光雷达的目标运动参数测量方法。

12.一种fmcw激光雷达系统，其特征在于，包括：

13.一种终端设备，其特征在于，包括如权利要求12所述的fmcw激光雷达。

技术总结
本发明属于激光雷达技术领域，涉及一种基于FMCW激光雷达的目标运动参数测量方法和系统，该方法包括：向探测范围内的目标发射周期性调频连续波，一个扫频周期的时频波形包括上扫频段和下扫频段，每个扫频段包括具有不同扫频斜率且扫频斜率从基础扫频斜率依次减小的至少两个子扫频段；基于目标返回的回波信号，分别计算一个扫描周期内上扫频段和下扫频段的至少两个子扫频段对应的拍频信号的频率值的绝对值；根据上扫频段和/或下扫频段对应的拍频信号的频率值的绝对值，确定上扫频段和下扫频段对应的拍频信号的实际频率值；基于实际频率值，计算目标的运动参数。该方法可以准确测量目标在距离激光雷达较近且其径向运动速度较大时的运动参数。

技术研发人员：林伟,沈俭
受保护的技术使用者：深圳市镭神智能系统有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12