專利名稱：汽車盲區(qū)監(jiān)控雷達準(zhǔn)確檢測多目標(biāo)的有效方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于汽車盲區(qū)監(jiān)控雷達的道路交通安全領(lǐng)域，涉及到汽車盲區(qū)監(jiān)控雷達目標(biāo)檢測領(lǐng)域的檢測方法，適合于調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)汽車?yán)走_系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代交通和汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，近年來高速公路建設(shè)發(fā)展迅速，汽車的行駛速度越來越快，車流量也越來越大。隨之而來的是交通事故的頻繁發(fā)生。造成汽車碰撞的原因十分復(fù)雜，既有車輛自身的因素，也有人為的因素，還有公路、氣象等環(huán)境因素。在上述諸多因素中，人為因素是造成汽車碰撞的主要原因。對于公路交通事故的分析表明，80 %以上的車禍?zhǔn)怯捎谒緳C反應(yīng)不及所引起的，超過65%的車輛相撞屬于追尾相撞。雖然現(xiàn)有的汽車上一般都裝配有安全帶、安全氣囊等防護裝置，但這是一種事故發(fā)生之后才提供應(yīng)急保護的被動式防護裝置，功能有限，撞車事故仍然造成大量的人員傷亡和巨大的經(jīng)濟損失。 而研究表明，若司機能夠提早I 2秒鐘意識到事故的發(fā)生并采取相應(yīng)的措施，則可避免很多交通事故?，F(xiàn)在世界各國正在研究開發(fā)如汽車防撞雷達等主動式安全駕駛輔助裝置，減少司機的負(fù)擔(dān)和判斷錯誤，對于提高交通安全、降低惡性交通事故發(fā)生率、減少生命財產(chǎn)損失將起到重要的作用。盲區(qū)監(jiān)控雷達作為一種輔助駕駛設(shè)備，能有效地對即將發(fā)生的碰撞危險發(fā)出報警，增加行車的安全性，因而越來越受到廣泛的重視。現(xiàn)代汽車安裝了各類雷達系統(tǒng)以保障行車安全，這一技術(shù)的關(guān)鍵是車輛測距技術(shù)。但由于FMCW雷達信號時寬通常較大，單一調(diào)頻斜率的FMCW信號存在著距離速度的耦合問題，使得多目標(biāo)的距離速度難以準(zhǔn)確配對，將導(dǎo)致目標(biāo)測距偏移問題。該問題可通過采用變斜率的FMCW信號加以解決，以便在后續(xù)信號處理中解耦合，實現(xiàn)多目標(biāo)的正確配對。目前在雷達信號處理過程中，由于快速傅立葉變換(FFT)計算量低，能夠大大地提高雷達響應(yīng)時間，從而提高雷達性能，因此被廣泛的使用，成為雷達信號處理最常用的方法。現(xiàn)代FMCW雷達系統(tǒng)中，一種典型獲得目標(biāo)距離和速度的方法是對發(fā)射波與回波信號的差頻進行Fourier頻譜分析，利用模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)將差頻轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再用FFT分析信號頻譜。然而，這種方法所測頻率的精確度受著ADC的采樣速率、采樣點數(shù)、調(diào)制周期等因素決定，因此測量的精度受到了限制。隨著對雷達系統(tǒng)性能的要求越來越高，快速傅立葉變換計算量與計算精度的矛盾凸顯出來，已經(jīng)不能滿足一些較高要求的雷達系統(tǒng)了。在此形勢下，人們對快速傅立葉變換尋求改進，使其能滿足高要求的雷達系統(tǒng)，如自適應(yīng)FFT 法、Zoom-FFT算法等，并且最大熵法、MUSIC法等非FFT算法也逐一問世。這些改進算法或從計算量，或從計算精度考慮，在保證其一指標(biāo)較聞的情況下，大幅度的提聞另一指標(biāo)，可以說很好地滿足了一些高要求雷達系統(tǒng)。本發(fā)明針對這一情況，提出了一種既滿足盲區(qū)監(jiān)控雷達性能指標(biāo)又能夠保證計算精度的多目標(biāo)檢測方法
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對單一調(diào)頻斜率的FMCW信號存在著距離速度的耦合問題，以及FFT分析差頻信號時的測量精度受限問題，提出一種盲區(qū)監(jiān)控雷達準(zhǔn)確檢測多目標(biāo)的有效方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為考慮到汽車防撞雷達對多目標(biāo)準(zhǔn)確分辨的能力要求，在變周期的FMCW信號基礎(chǔ)上提出了一種變調(diào)頻斜率的FMCW雷達發(fā)射信號，以解決多目標(biāo)距離速度的耦合問題；在處理差頻信號時，根據(jù)目標(biāo)距離遠近的不同，通過時域抽取和頻域內(nèi)插方法而獲取不同的距離和速度誤差。當(dāng)目標(biāo)處于遠距離時，只需通過FFT分析得出粗略的距離和速度信息；而對中距離和近距離的目標(biāo)，由于更容易發(fā)生交通事故，利用時域抽取和頻域內(nèi)插的方法，以測得更精確的距離和速度。(構(gòu)建FMCW雷達目標(biāo)模型)傳統(tǒng)FMCW雷達發(fā)送信號的調(diào)制波形為
ψ , 0<t<TJ2ft =人m;
—TJ2<t<Tm
、m其中，f。為調(diào)制信號的中心頻率，B為調(diào)制帶寬，Tm為調(diào)制周期，t表示時間。FMCW 雷達基本原理是利用發(fā)送信號和回波信號之間的頻率差來確定目標(biāo)的速度和距離。盲區(qū)監(jiān)控雷達發(fā)射波經(jīng)運動目標(biāo)后接收到的波形，除了有一個時間上的延時td外，還包含一個多普勒頻偏fd。設(shè)發(fā)射波與回波信號的差頻在上升段和下降段的頻率分別為fbu和fbd。其表
一,4BR 一
達式可表不為fbu = f；-fd和fbd = f；+fd，其中/r 為目標(biāo)物體相對靜止時差頻信號的
m
頻率，Λ =M為多普勒頻移，其中c表示光速。最終得目標(biāo)的距離和速度為
CR = J^-(fbu + fbd )，v =~fbu);且利用FFT測出的目標(biāo)距離和速度的步長間隔為
cT fcfAR = ^l-Av =--—；
4B Ns Ifc Ns式中，fs SADC采樣頻率，Ns為差頻信號在172時間內(nèi)的采樣點數(shù)。故，運用FFT 測出距離和速度的最大誤差值分別可達AR/2和Λν/2。因此，傳統(tǒng)三角調(diào)制波形在測量單目標(biāo)的情況下，上述方法簡單可行，表現(xiàn)了良好的實時性和測距測速功能。但是當(dāng)前方有多目標(biāo)時，雷達就會出現(xiàn)判斷上的困難。假設(shè)前方有η個目標(biāo)，那么對頻率上升段的差頻信號分析頻譜可得η個譜峰，分別對應(yīng)η個差頻值。 同樣，可獲得頻率下降階段的η個譜峰對應(yīng)的差頻值。但卻無法得到兩組譜線的對應(yīng)關(guān)系， 因而無法得到距離和速度信息?？紤]到所有可能的兩兩組合，可得η2組距離和速度。但是實際上其中只有η組是真實的目標(biāo)距離和速度，其他η2-η組是由于缺乏相關(guān)性而造成的虛假目標(biāo)。配對后，可得η2個目標(biāo)的距離和速度
權(quán)利要求
1.一種汽車盲區(qū)監(jiān)控雷達準(zhǔn)確檢測多目標(biāo)的有效方法，其特征在于包括如下步驟(1)設(shè)置發(fā)射波形為變斜率FMCW雷達調(diào)制波形，該波形在一個周期內(nèi)由a，b兩段具有不同調(diào)頻帶寬和調(diào)制周期的三角波信號組成，a段信號調(diào)制周期小而調(diào)頻帶寬大，b段信號調(diào)制周期大而調(diào)頻帶寬小；將發(fā)射信號與經(jīng)目標(biāo)汽車后接收到的回波信號進行混頻，得到差頻信號；然后對上述 a, b兩段信號對應(yīng)的不同差頻信號分別進行分析，根據(jù)變斜率FMCW雷達系統(tǒng)的參數(shù)，計算確定距離和速度的相關(guān)閾值Th,、1\，只要距離和速度的誤差在閾值范圍內(nèi)，即可認(rèn)定為同一個目標(biāo)；假設(shè)對a、b兩段信號分析得出的真實目標(biāo)距離和速度值分別為Ra、va和Rb、vb, 則同一個目標(biāo)的判決條件為va-vb I < ThvM I Ra-Rb I < ThE ；為了保證識別的準(zhǔn)確性，考慮到最壞的情況，取距離和速度的閾值分別為Thv = (Ava+Avb)/2,ThE = (Λ Ra+Λ Rb)/2，式中，ARa、Λ ' 和 ARb、△ Vb 分別表示 a、b 段信號分析得到的距離和速度的步長間隔，最終真實目標(biāo)的距離、速度值由測量的平均值得到，即R=(Ra+Rb)/2 V = (va+vb) /2 ;(2)根據(jù)目標(biāo)距離遠近的不同，利用時域抽取和頻域內(nèi)插的方法分析差頻信號；首先將盲區(qū)監(jiān)控雷達的測量范圍分成三段遠距離區(qū)域、中距離區(qū)域和近距離區(qū)域； 對遠距離區(qū)域的目標(biāo)，只需直接對差頻信號做Ns點FFT，粗略測出其距離和速度，其中Ns為差頻信號在Tm/2時間內(nèi)的采樣點數(shù)，Tffl為調(diào)制周期；如果目標(biāo)位于中距離區(qū)域，此時先用時域抽取的方法，對采樣后的差頻信號每兩個數(shù)據(jù)抽取一次，使采樣點數(shù)降至Ns/2，再用FFT補零對頻率進行內(nèi)插的方法，對Ns/2點的差頻數(shù)據(jù)仍然做Ns點FFT ；同理，如果目標(biāo)位于遠距離區(qū)域，先用時域抽取的方法，對采樣后的差頻信號每四個數(shù)據(jù)抽取一次，使采樣點數(shù)降至Ns/4，再用FFT補零對頻率進行內(nèi)插的方法，對Ns/4點的差頻數(shù)據(jù)仍然做Ns點FFT。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種汽車盲區(qū)監(jiān)控雷達準(zhǔn)確檢測多目標(biāo)的有效方法，針對單一調(diào)頻斜率的FMCW信號存在著距離速度的耦合問題，在變周期的FMCW信號基礎(chǔ)上提出了一種變調(diào)頻斜率的FMCW雷達發(fā)射信號，以準(zhǔn)確檢測出真實的目標(biāo)。針對FFT分析差頻信號時的測量精度受限問題，根據(jù)目標(biāo)距離遠近的不同，通過時域抽取和頻域內(nèi)插方法而獲取不同的距離和速度誤差。當(dāng)目標(biāo)處于遠距離時，只需通過FFT分析得出粗略的距離和速度信息；而對中距離和近距離的目標(biāo)，由于更容易發(fā)生交通事故，利用時域抽取和頻域內(nèi)插的方法，以測得更精確的距離和速度。本發(fā)明可以用于汽車盲區(qū)監(jiān)控雷達在道路交通安全領(lǐng)域中的多目標(biāo)檢測。
文檔編號G01S13/93GK102608606SQ201210077979
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月22日
發(fā)明者劉偉偉, 屈飛園, 曹寧 申請人:河海大學(xué)