一种用于短距人体定位的便携式快速原型化K波段4×4 MIMO DDMA SFCW雷达平台

《IEEE Journal of Microwaves》：A Portable and Rapid-Prototyping K-Band 4×4 MIMO DDMA SFCW Radar Platform for Short-Range Human Localization

　　摘要：本文介绍了一种基于经济且快速原型化的印刷电路板（PCB）平台的K波段多输入多输出（MIMO）多普勒分集多址接入（DDMA）步进频率连续波（SFCW）雷达。该平台集成了定制的K波段数字移相器，采用集成的驱动电路，兼容标准数字控制接口（如微控制器（MCU）），实现了基于正交相移键控（QPSK）的DDMA慢时间相位编码。该架构支持所有发射通道同时工作以及数字波束成形（DBF），且硬件复杂度适中。一种针对DDMA优化的阵列校准框架可减少MIMO通道波动，提高在杂波和动态环境下的可靠性。DDMA是一种有前景的技术，可实现MIMO波形正交性并支持所有发射单元同时发射，在匹配工作条件下相比时分复用系统可提供更高的有效信噪比（SNR）。以往关于DDMA的研究主要集中于波形或算法改进以及汽车应用，而DDMA雷达在人体感知和人体感知方面的应用则鲜有关注。为了解决这一问题，本文展示了一款4×4 MIMO DDMA SFCW原型的设计、集成和实验表征，并通过广泛的二维定位实验验证了其在人体感知定位方面的潜力。实验验证包括受控角反射器测量、混合行人-车辆场景以及真实房间环境下的室内多人场景。该系统实现了30厘米的测距分辨率和7.2°的方位角分辨率。