《電子技術(shù)應(yīng)用》
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FOCMLAD算法：未知相關(guān)雜噪下的MMW-FMCW雷達的角度估計
電子技術(shù)應(yīng)用
毛喻仟，盛繼松，張連江，王強
中國船舶集團有限公司第八研究院
摘要： 針對毫米波（MMW）FMCW雷達在時空相關(guān)雜噪下提出了一種基于四階累積量（FOC）的MUSIC和LAD角度估計算法（FOCMLAD）。基于FOC的MUSIC方法用于解析和重構(gòu)中頻（IF）信號。然后，將每個傳感器的信號表達式視為一個獨立的回歸形式，并使用LAD估計來獲得目標(biāo)角度。該算法有效地抑制了相關(guān)雜噪。FOCMLAD算法結(jié)合使用LAD方法來抵消相關(guān)雜噪的非高斯性，并減輕了相關(guān)雜噪的時域相關(guān)性的不利影響。實驗結(jié)果驗證了FOCMLAD算法有效地抑制了相關(guān)雜噪干擾。
中圖分類號：TN957 文獻標(biāo)志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.245873
中文引用格式： 毛喻仟，盛繼松，張連江，等. FOCMLAD算法：未知相關(guān)雜噪下的MMW-FMCW雷達的角度估計[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2025，51(4)：97-100.
英文引用格式： Mao Yuqian，Sheng Jisong，Zhang Lianjiang，et al. FOCMLAD approach: angle estimation for MMW-FMCW radar under unknown correlated clutter noise[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(4)：97-100.
FOCMLAD approach： angle estimation for MMW-FMCW radar under unknown correlated clutter noise
Mao Yuqian，Sheng Jisong，Zhang Lianjiang，Wang Qiang
The Eighth Research Academy Institute of China State Shipbuilding Corporation Limited （CSSC）
Abstract： In this manuscript, an angle estimation algorithm based on FOC-based MUSIC and LAD (FOCMLAD) is presented for millimeter wave (MMW) FMCW radar under spatially and temporally correlative clutter noise. The FOC-based MUSIC method is used to resolve and reconstruct the intermediate frequency (IF) signal. Then, it regards every sensor's signal expression as an independent regression form and uses LAD to achieve the angle. This algorithm effectively suppresses the correlative clutter-noise. The FOCMLAD algorithm mitigates the adverse effects of temporal correlation in correlative clutter-noise by incorporating the FOC-based MUSIC method and employing LAD to counteract its non-Gaussian nature. The FOCMLAD algorithm effectively suppresses the correlative clutter-noise's spatial correlation, as the clutter-noise distribution remains consistent across sensors regardless of spatial correlation. This effectiveness is validated through experimental results.
Key words : angle；fourth-order-cumulates；MUSIC；MMW-FMCW radar；correlative clutter-noise；LAD-estimation

引言

線性頻率調(diào)制連續(xù)波（LFMCW）信號通常用于雷達、船舶導(dǎo)航、聲納、地震預(yù)報等[1-2]。過去，F(xiàn)MCW雷達主要用于精確距離測量。目前，MMW-FMCW雷達的應(yīng)用拓展到汽車、廣域監(jiān)視等領(lǐng)域中。與脈沖波相比，MMW-FMCW雷達具有發(fā)射功率較低、成本效益高、調(diào)制簡化和處理簡單等優(yōu)點，引起了工業(yè)部門的日益關(guān)注。

目前MMW-FMCW雷達常用的頻率為24 GHz、60 GHz和77 GHz。圖1是TI公司生產(chǎn)的著名77 GHz AWR2944雷達評估板。

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準(zhǔn)確的角度估計在雷達目標(biāo)識別和檢測方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[3-10]。傳統(tǒng)角度估計算法包括Capon方法、基于子空間的方法和最大似然（ML）方法。在接下來的幾十年里，無數(shù)的衍生算法可能會繼續(xù)完善這些角度估計技術(shù)。

壓縮感知理論的出現(xiàn)通過利用觀測信號的空間稀疏性促進了更好的角度估計。然而，相關(guān)噪聲會降低傳統(tǒng)角度估計方法的性能，其通常建模成空間自回歸（AR）過程[11-12]。為了緩解相關(guān)噪聲的干擾，學(xué)者們提出了有效的方法，例如協(xié)方差差分方法和基于四階累積量的方法。除此之外，學(xué)者們進一步利用了多維譜估計算法[13-15]，但其計算復(fù)雜度非常高。

為了解決FMCW雷達中空間相關(guān)噪聲的干擾問題，Mao等人[16]引入了2D-ESPRIT和2D-MUSIC等算法的思想，提出了HRMR算法，該算法有效地消除了空間相關(guān)噪聲的干擾。此外，HRMR算法的計算復(fù)雜度優(yōu)于傳統(tǒng)的二維算法估計技術(shù)。HRMR算法關(guān)注于目標(biāo)中頻信號的頻率估計，隨后進行角度估計。

HRMR算法取決于頻率估計的準(zhǔn)確性和分辨率。HRMR算法的角度估計性能依賴于時域的MUSIC和ESPRIT諧波檢索算法。當(dāng)存在時域相關(guān)雜波時，HRMR算法的MUSIC和ESPRIT諧波檢索方法的頻域估計精度會嚴(yán)重下降。而四階累積量算法對高斯相關(guān)雜波不敏感，因此本文運用四階累積量算法估計信號的頻率，從而提高在相關(guān)雜波中的頻率估計性能，進而提高最終的信號角度估計性能。

事實上，空間相關(guān)噪聲和時域相關(guān)雜波非常復(fù)雜，難以用具體的模型建模。研究人員通常使用零均值等方法非線性（ZMNL）和空間不變隨機過程（SIRP）模擬非高斯雜波。學(xué)者們提出幾種有效的雜波抑制技術(shù)，其中使用FOC方法可以有效地抑制相關(guān)雜波的干擾。雜噪是由時域相關(guān)的雜波和空間相關(guān)的噪聲組成的，并導(dǎo)致異常值的出現(xiàn)。此時，最小二乘法不再是最佳估計方法，準(zhǔn)確性可能會降低。為了減輕不利影響，數(shù)學(xué)家采用了穩(wěn)健估計。其中LAD方法[17，18]可以用于抵消非高斯雜噪，從而提高角度估計精度。

本文的新穎之處在于：利用基于四階累積量的MUSIC算法抑制雜噪的時域相關(guān)性，以及利用LAD估計抑制雜噪的非高斯特性。


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作者信息：

毛喻仟，盛繼松，張連江，王強

（中國船舶集團有限公司第八研究院，江蘇 揚州 225002）


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