77GHz無人車SAR實驗驗證

最新 10-05

編者序：本文展示了前斜視毫米波SAR成像技術在車載平台上的實驗結果，可以很好的與相機獲得的光學結果匹配，甚至在對金屬屬性的物體成像時優於光學成像。本文使用的成像演算法太簡單，一方面，若加入距離徙動校正和運動補償必然可以獲得更好的效果，另一方面，提高信號帶寬、增加積累時間必然可以產生解析度更高、更精細的毫米波圖像，指日可待。

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一、引言

車載雷達已經應用於客車、卡車和公共汽車中，目前可商用的緊湊雷達感測器產品提供了安全舒適功能，如避撞、變道輔助和自適應巡航控制。然而，自動駕駛的發展趨勢可受益於雷達的其它能力，如生成更像圖像表徵的周圍環境信息。目前商用的車載雷達頻段在毫米波區段，需要較大的天線孔徑以獲得較高的解析度，進而生成有意義的雷達圖像。很明顯，出於物理和商業考慮，感測器尺寸是很有限的。一種克服該矛盾的方式是採用SAR技術，通過汽車運動獲取回波信號並相干處理。

一些研究團隊提出了適用於無人車應用的SAR成像技術，但是不是基於模擬就是通過線性軌道採集信號，或者使用了成本或尺寸不適合無人車應用的設備。本文給出了基於單片微波集成電路（monolithic microwave integrated circuits，MMIC）的77GHz雷達實驗結果，運動信息使用含GPS的慣性系統獲取。我們聚焦於簡單的2D FFT信號處理方法成像，可以使用車載雷達系統已經應用的標準信號處理模塊實現。

二、信號模型與處理方法

本文採用調頻連續波FMCW雷達感測器，使用了Ns個連續的chirp信號，忽略距離徙動和測量時間內速度變化，信號模型可近似為距離r和相對速度v的函數

由於多普勒速度和角度theta是一一對應的，所以可以從距離-多普勒圖獲得極坐標（r，theta）圖像，然後通過最近鄰差值可投影到地面兩維柵格。

三、實驗設置

實驗系統適用Radarlog平台搭建，包括77GHZ Infineon的MMIC雷達前端、FPGA控制板提供信號放大和AD轉化、收集離散的IF數據的Mini-PC。此外，還配有VN-300GPS/INS和光學相機，這些感測器通過硬體信號同步觸發。系統安裝測試車輛如下圖所示，雷達系統設置如下表所示。