关于PCR雷达A121芯片distance服务中参数配置说明

前言

本文档的目的仅为协助客户了解A121雷达中的Distance detector，仅概括说明重要步骤和参数的含义及目的。很遗憾原厂没有公开distance detector包含的算法c源码，故此文档中谈及算法的部分仅用作辅助客户了解用法，请勿以此作为算法开发指导。
概述
A121 的distance detector的目的是检测静止物体到雷达的距离。Distance detector以sparse IQ的原始输出为基础，集成了算法处理，具有各种配置参数接口，可以根据不同的应用和场景适配参数以获得更好的效果。

关键步骤介绍

Distance detector用到了以下四个关键步骤
**1、距离滤波器：**在距离维度上采用了匹配滤波器（matched filter），提高信号质量，抑制噪声。

2、子扫描（subsweeps）：将测量范围分成多个子扫描，每个子扫描配置不同的参数使得整个测量范围内的信噪比基本相等，同时最大限度降低功耗。
比如：设定检测范围为0.25~3.0m.那么在distance detector中会自动分配为四个子扫描（subsweeps）。配合下图中上位机的图形显示，更易理解。
Subweep1: 0.12~0.98m profile=1 HWAAS=2
Subsweep2:0.3~2.3m profile=3 HWAAS=5
Subsweep3:0.66~2.4m profile=5 HWAAS=7
Subsweep4: 2.46~3.9m profile=5 HWAAS=15
然后再整合分析这些subsweep，最终得到目标距离。在A111的distance detector中，无法使用subsweep，只能在测量范围内整体扫描一次，即一个参数应用于整个距离范围。那么如果想测量较近距离的目标，尽量缩小盲区泄露，只能设置较小的profile和HWAAS，那么目标距离较远时，雷达回波信号会非常弱，可能会表现为测不到较远距离的目标。反之设置较大的profile和HWAAS，会导致盲区泄露较大，难以检测近距离的目标。
子扫描的方式相较于A111只在测量范围内整体扫描一次有一个显著优点，就是可以为不同的距离范围分配不同的参数，可以在近距离减小盲区泄露的同时，提高远距离检测的信噪比，尽量让A121既可以检测到较近的目标，又可以检测到较远的目标。

3、阈值方法（threshold_method）：在distance detector中，要判定是否有一个目标，必须在信号中看到一个“峰值”。“峰值”被定义为信号值（amplitude/strength）大于相邻两点的中间点。故至少需要连续3个点的信号超过阈值，才能被判定为检测到目标并且输出距离。而不同的阈值会导致distance detector最终输出的结果略有不同，A121的distance detector提供了几种阈值方式，用于过滤识别目标信号的峰值，可根据使用场景和具体测试效果来选择其中一种。
固定幅度阈值（fixed_amplitude）。最简单的阈值方法就是设定一个固定的幅值（amplitude），可通过参数fixed_threshold_value设置。比如，设置fixed_threshold_value=100，那么只要有连续3个点的amplitude超过100，即可识别为一个“峰”，进而计算距离。固定幅度阈值法没有内置任何温度补偿。
固定强度阈值（fixed_strength）。此阈值方法就是设定一个固定的强度值（strength），可通过fixed_strength_threshold_value设定。Strength的值与目标的反射率有关，与距离无关。即理想情况下，即使在不同的距离测量同一个目标，得到的strength也会是为相等的值。固定强度阈值法没有内置任何温度补偿。
记录阈值（recorded）。即雷达先扫描几次记录环境中的噪声数据，计算噪声数据的平均值和方差。再在噪声平均值的基础上添加一些方差（可使用参数threshold_sensitivity调节）形成一个“定制化”阈值。记录阈值法内置温度补偿。
恒虚警率阈值（CFAR）【默认阈值法】。CFAR是根据相邻信号来确认当前信号阈值的一种算法。如下图，Y是当前信号，灰色部分是紧邻Y的保护单元，不进入当前信号阈值的计算。X1……Xn为前置窗口信号，Xn+1 …… X2n为滞后窗口信号。根据前置窗口信号和滞后窗口信号的平均值进行计算得到当前信号Y的阈值。在雷达一次的扫描中有非常多的信号点，每一个信号点都将进行这样的计算，而每一次的扫描都将重新开始计算阈值。所以也可以说CFAR算法已经包含计算了温度的影响。CFAR在只有单一目标的测量场景中表现较好，与其他阈值法相比更容易发现信号较弱接近噪声的目标。在多目标的场景中不一定适合。

**4、检测目标计算距离 ：**A121的distance detector采用了插值法来计算预测目标到雷达的精准距离。已知一个目标峰值至少包含三个数据点，即峰值点和相邻两点。已知这三点即可得信号曲线的曲率，再根据曲率往三个数据点中间插值，可得更为接近真实信号的曲线，再计算得到真实信号曲线的峰值距离即可。这也是为什么A121的分辨率较A111更低，但是A121的distance detector检测的目标距离值较A121更为准确的原因。

重点参数介绍：

1、峰值排序（peaksorting_method）
在雷达的一次检测中，有时会出现多个峰值，即目标距离的情况。A121 的distance detector包含了2种可用峰值排序方式。
优先距离最近的目标(closest)，即根据目标距离排序。比如，在雷达检测到2个目标，分别为0.5m，3.2m的前提下，不论两个目标信号值强弱，都优先输出0.5m的目标距离。
优先信号最强的目标(strongest)，即根据目标信号强度排序。比如，在雷达检测到2个目标，分别为0.5m 1dB；3.2m 10dB的前提下，不论目标距离远近，都优先输出10dB强度的目标距离。注：目标强度与参数reflector shape有较大关系，详见参数说明章节。
2、目标形状（reflector_shape）
Distance detector提供了两个reflector shape选择，一种为PLANER（平面目标），一种为GENERIC（一般目标）。这个参数用于计算目标的强度值（strength），若选择为PLANER则代入d=d2,若选择为GENERIC则代入d=d4 。这是因为GENERIC（一般目标）逐渐远离雷达时，雷达检测到的信号会比PLANER（平面目标）衰减得更快。

更多strength相关知识请参考Figure of Merits — Acconeer docs
3、近距离泄露消除（close_range_ leakage_cancellation）
由于雷达发射天线距离接收天线非常近，发射电磁波时会有一部分直接泄露到接收天线，以及其他非常接近雷达的组件影响，比如透镜、喇叭、PCB或者其他结构固定件等等，在测量非常靠近雷达的信号时，我们可以看到很强烈的泄露值，如下图所示。泄露值的存在会导致检测近距离的目标非常困难，解决办法之一是记录好泄露值，然后在每一次雷达检测的信号中减去这个泄露值，以屏蔽干扰。原厂已经将此办法集成到库中，只需设置参数close_range_leakage_cancellation即可。

重点参数配置说明：

		acc_detector_distance_config_start_set(detector_config, 0.15f);	//测量起始位置(m)
		acc_detector_distance_config_end_set(detector_config, 10.00f);		//测量结束位置(m)
		//限制最大步长。减少步长可以提高信噪比，同时增加测量时间和处理数据量。
		acc_detector_distance_config_max_step_length_set(detector_config, 2U);
		//信号质量。高质量等于更高的HWAAS和更好的信噪比，但会增加测量用时和功耗。
		acc_detector_distance_config_signal_quality_set(detector_config, 20.0f);		//范围：-10.0 ~ 35.0
		//指定允许的最大profile。distance detector会根据设定的检测范围，近距离用低profile，远距离用高profile。
		acc_detector_distance_config_max_profile_set(detector_config, ACC_CONFIG_PROFILE_3);
		//峰值排序。测量场景中的多个对象会产生多个峰值，可选择最强峰优先（默认）或最近峰优先。
		acc_detector_distance_config_peak_sorting_set(detector_config, ACC_DETECTOR_DISTANCE_PEAK_SORTING_STRONGEST);
		//反射器形状。对于平面反射器（例如流体表面），选择 PLANAR 。对于所有其他反射器，选择 GENERIC 。
		acc_detector_distance_config_reflector_shape_set(detector_config, ACC_DETECTOR_DISTANCE_REFLECTOR_SHAPE_PLANAR);
		//有四种类型阈值可用。使用哪一种取决于使用需求，默认CFAR类型。不是该类型的，设定的阈值无效。
		acc_detector_distance_config_threshold_method_set(detector_config, ACC_DETECTOR_DISTANCE_THRESHOLD_METHOD_FIXED_STRENGTH);
		//采用 Recorded 阈值和启用close_range_leakage时所需的帧数。将在测量结果前，记录背景杂波，然后作为阈值应用于扫描。值越大，校准用时越长。
		acc_detector_distance_config_num_frames_recorded_threshold_set(detector_config, 100U);
		//使用 Fixed amplitude 阈值时，大于固定幅度阈值的信号将被输出。
		acc_detector_distance_config_fixed_amplitude_threshold_value_set(detector_config, 100U);
		//使用 Fixed strength 阈值时，大于固定强度阈值的信号将被输出。
		acc_detector_distance_config_fixed_strength_threshold_value_set(detector_config, -5.0f);
		//使用 CFAR 阈值时，阈值是根据扫描结果经过CFAR算法得出的阈值。CFAR和Recorded阈值值的高低由此参数确定。高灵敏度等于低检测阈值，低灵敏度等于高检测阈值。
		acc_detector_distance_config_threshold_sensitivity_set(detector_config, 0.50f);		//范围：0 ~ 1
		//是否启用近距离泄漏消除逻辑。消除在传感器附近（<100mm）的雷达泄露影响。会增加测量用时。
		acc_detector_distance_config_close_range_leakage_cancellation_set(detector_config, false);