本發(fā)明涉及一種汽車避障系統(tǒng)，特別涉及一種基于射頻信號(hào)的無人駕駛汽車避障系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近年來，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，私家車數(shù)量與日俱增，造成道路汽車擁擠，帶來了許多的交通事故，對(duì)人們的人身和財(cái)產(chǎn)造成巨大的損失。造成交通事故的原因有很多，主要因素還是駕駛員自身的原因，具體來講，是駕駛員對(duì)事故的發(fā)生不能做出正確的預(yù)判而造成的。如果能采取某種措施，對(duì)駕駛員的操作起到引導(dǎo)作用，會(huì)降低交通事故的發(fā)生率。

隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，汽車已經(jīng)取代了傳統(tǒng)交通工具。由于道路上行駛的車輛越來越多，因此如果不對(duì)車輛避障進(jìn)行有效控制，就可能引發(fā)交通安全事故。作為汽車主動(dòng)安全系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，車輛避障方法得到了廣泛關(guān)注。

無人駕駛汽車是一種智能汽車，也可以稱之為輪式移動(dòng)機(jī)器人，主要依靠車內(nèi)的以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為主的智能駕駛儀來實(shí)現(xiàn)無人駕駛。中國從20世紀(jì)80年代開始進(jìn)行無人駕駛汽車的研究，國防科技大學(xué)在1992年成功研制出中國第一輛真正意義上的無人駕駛汽車。2005年，首輛城市無人駕駛汽車在上海交通大學(xué)研制成功。

無人駕駛汽車是通過車載傳感系統(tǒng)感知道路環(huán)境，自動(dòng)規(guī)劃行車路線并控制車輛到達(dá)預(yù)定目標(biāo)的智能汽車。它是利用車載傳感器來感知車輛周圍環(huán)境，并根據(jù)感知所獲得的道路、車輛位置和障礙物信息，控制車輛的轉(zhuǎn)向和速度，從而使車輛能夠安全、可靠地在道路上行駛。集自動(dòng)控制、體系結(jié)構(gòu)、人工智能、視覺計(jì)算等眾多技術(shù)于一體，是計(jì)算機(jī)科學(xué)、模式識(shí)別和智能控制技術(shù)高度發(fā)展的產(chǎn)物，也是衡量一個(gè)國家科研實(shí)力和工業(yè)水平的一個(gè)重要標(biāo)志，在國防和國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

我國作為一個(gè)世界大國，在高科技領(lǐng)域也必須占據(jù)一席之地，未來汽車的智能化是汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展必然的，在這種情況下研究汽車避障具有深遠(yuǎn)意義，這將對(duì)我國未來智能汽車的研究在世界高科技領(lǐng)域占據(jù)領(lǐng)先地位具有重要作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于射頻信號(hào)的無人駕駛汽車避障系統(tǒng)，本發(fā)明使得無人駕駛汽車能夠?qū)φ系K物進(jìn)行自動(dòng)規(guī)避，并且能夠自動(dòng)調(diào)整行駛路線，完成規(guī)定的行駛?cè)蝿?wù)。本發(fā)明還解決了裝置體積大、獲取障礙物距離信號(hào)誤差大的問題。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種基于射頻信號(hào)的無人駕駛汽車避障系統(tǒng)，其特征在于，包括：射頻收發(fā)系統(tǒng)，用于向外界發(fā)送射頻信號(hào)，接收射頻信號(hào)遇到障礙物而散射的回波信號(hào)，并將所述回波信號(hào)與所述射頻信號(hào)混頻獲得差拍信號(hào)；模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將所述差拍信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，獲得數(shù)字信號(hào)；FFT變換模塊，用于將所述數(shù)字信號(hào)經(jīng)過快速傅里葉變換得到頻域圖，對(duì)頻譜圖進(jìn)行處理獲得峰值點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的頻率值，根據(jù)頻率值獲取初始障礙物距離信號(hào)；求模電路，用于將所述初始障礙物距離信號(hào)進(jìn)行求模，獲得信號(hào)幅度值；非相參積累器，用于將各信號(hào)幅度值進(jìn)行非相參積累，獲得非相參積累數(shù)據(jù)；CFAR檢測(cè)電路，用于采用恒虛警檢測(cè)方法對(duì)所述非相參積累數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，獲得障礙物距離信號(hào)；自主避障模塊，用于根據(jù)CFAR檢測(cè)電路發(fā)送的障礙物距離信號(hào)發(fā)出相應(yīng)避障指令；駕駛控制模塊，用于根據(jù)自主避障模塊的指令來控制無人駕駛汽車進(jìn)行避障。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，CFAR檢測(cè)電路包括加減法器、第一延時(shí)單元、第二延時(shí)單元、第三延時(shí)單元、第一比較器和第二比較器；所述加減法器的加法輸入端與所述非相參積累器的輸出端連接，所述加減法器輸出端分別與所述加減法器的加法輸入端、第一延時(shí)單元和第一比較器連接，第一延時(shí)單元、第一比較器、第二比較器依次連接，第二延時(shí)單元的輸入端與所述非相參積累器的輸出端連接，第二延時(shí)單元的輸出端分別與所述加減法器的減法輸入端和第三延時(shí)器連接，第三延時(shí)器與第二比較單元連接。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，求模電路包括第一乘法器、第二乘法器、加法器、平方根器，所述第一乘法器和所述第二乘法器分別與所述加法器連接，所述加法器與所述平方根器連接。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，射頻收發(fā)系統(tǒng)包括帶有機(jī)械掃描的毫米波雷達(dá)天線、帶有機(jī)械掃描的接收天線和混頻裝置，所述毫米波雷達(dá)天線和所述接收天線分別與所述混頻裝置連接。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，CFAR檢測(cè)電路通過通信端口與自主避障模塊連接。

本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：

本發(fā)明基于射頻信號(hào)的無人駕駛汽車避障系統(tǒng)，通過射頻收發(fā)系統(tǒng)獲得差拍信號(hào)。模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模數(shù)轉(zhuǎn)換后的信號(hào)經(jīng)過快速傅里葉變換得到目標(biāo)信號(hào)的頻域圖，從頻域圖中提取初始障礙物距離信號(hào)，從而避免了障礙物信號(hào)在時(shí)域混疊的情況。求模電路對(duì)初始障礙物距離信號(hào)進(jìn)行求模，既提高了數(shù)據(jù)處理速度，又不影響數(shù)據(jù)處理效果。非相參積累器將各個(gè)信號(hào)幅度值進(jìn)行非相參積累，直到完成多個(gè)信號(hào)周期的積累，從而提高弱信號(hào)的信噪比。CFAR檢測(cè)電路采用恒虛警檢測(cè)方法對(duì)所述非相參積累數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，獲得障礙物距離信號(hào)。在混有雜波干擾的目標(biāo)信號(hào)中以最大概率檢測(cè)出障礙物距離信號(hào)，提高了障礙物信號(hào)的準(zhǔn)確率，通過自主避障模塊對(duì)障礙物距離信號(hào)進(jìn)行分析得到相應(yīng)避障策略，提高了策略準(zhǔn)確性。同時(shí)模數(shù)轉(zhuǎn)換器、FFT變換模塊、求模電路、非相參積累器和CFAR檢測(cè)電路可以集成處理，克服了系統(tǒng)大規(guī)模設(shè)計(jì)，具有體積小的優(yōu)勢(shì)。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施方式，且描述的實(shí)施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。

本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，除非特意聲明，這里使用的單數(shù)形式“一”、“一個(gè)”、“所述”和“該”也可包括復(fù)數(shù)形式。應(yīng)該進(jìn)一步理解的是，本發(fā)明的說明書中使用的措辭“包括”是指存在所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或組件，但是并不排除存在或添加一個(gè)或多個(gè)其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。應(yīng)該理解，當(dāng)我們稱元件被“連接”或“耦接”到另一元件時(shí)，它可以直接連接或耦接到其他元件，或者也可以存在中間元件。此外，這里使用的“連接”或“耦接”可以包括無線連接或耦接。這里使用的措辭“和/或”包括一個(gè)或更多個(gè)相關(guān)聯(lián)的列出項(xiàng)的任一單元和全部組合。

本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應(yīng)該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會(huì)用理想化或過于正式的含義來解釋。

下面對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明：

本發(fā)明公開了一種基于射頻信號(hào)的無人駕駛汽車避障系統(tǒng)，包括：射頻收發(fā)系統(tǒng)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、FFT變換模塊、求模電路、非相參積累器、CFAR檢測(cè)電路、自主避障模塊、駕駛控制模塊。

射頻收發(fā)系統(tǒng)，用于向外界發(fā)送射頻信號(hào)，接收射頻信號(hào)遇到障礙物而散射的回波信號(hào)，并將回波信號(hào)與射頻信號(hào)混頻獲得差拍信號(hào)。本發(fā)明一實(shí)施例中，射頻收發(fā)系統(tǒng)包括帶有機(jī)械掃描的毫米波雷達(dá)天線、帶有機(jī)械掃描的接收天線和混頻裝置，所述毫米波雷達(dá)天線和所述接收天線分別與所述混頻裝置連接。通過毫米波雷達(dá)天線向外界發(fā)送射頻信號(hào)，通過接收天線接收毫米波雷達(dá)天線向外界發(fā)送射頻信號(hào)后遇到障礙物后散射的回波信號(hào)，通過混頻裝置將回波信號(hào)與射頻信號(hào)混頻得到差拍信號(hào)。為了能多方位發(fā)送射頻信號(hào)和多方位接收回波信號(hào)，毫米波雷達(dá)天線和接收天線可以為帶有機(jī)械掃描的毫米波雷達(dá)天線和帶有機(jī)械掃描的接收天線。

模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將差拍信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，獲得數(shù)字信號(hào)。

FFT變換模塊，用于將所述數(shù)字信號(hào)經(jīng)過快速傅里葉變換得到頻域圖，對(duì)頻譜圖進(jìn)行處理獲得峰值點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的頻率值，根據(jù)頻率值獲取初始障礙物距離信號(hào)。FFT變換模塊主要是將數(shù)字信號(hào)經(jīng)過快速傅里葉變換(Fast FourierTransform,FFT)得到障礙物信號(hào)的頻域圖，根據(jù)頻域圖可以獲取初始障礙物距離信號(hào)，從而避免障礙物信號(hào)在時(shí)域混疊的情況。避障系統(tǒng)測(cè)距信息的精度是系統(tǒng)的關(guān)鍵，需選擇滿足要求的FFT單元技術(shù)平臺(tái)。本發(fā)明中，可以采用FFT IP核(intellectual property core)來實(shí)現(xiàn)。這種FFT核數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)有三種，分別為Streaming、Buefferd Burst、Burst數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施例中，基于信號(hào)處理要求，可以選用的數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)為Radix_4,Burst結(jié)構(gòu)。

求模電路，用于將所述初始障礙物距離信號(hào)進(jìn)行求模，獲得信號(hào)幅度值。本發(fā)明一實(shí)施例中，求模電路包括第一乘法器、第二乘法器、加法器、平方根器，第一乘法器和第二乘法器分別與加法器連接，加法器與平方根器連接。

非相參積累器，用于將各信號(hào)幅度值進(jìn)行非相參積累，獲得非相參積累數(shù)據(jù)。本實(shí)施例中的非相參積累器是為了提高弱信號(hào)信噪比，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓輸電線的有效探測(cè)?？梢圆捎靡粋€(gè)RAM作為讀取中間數(shù)據(jù)的暫存單元。

CFAR檢測(cè)電路，用于采用恒虛警檢測(cè)方法對(duì)所述非相參積累數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，獲得障礙物距離信號(hào)。CFAR檢測(cè)電路對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行恒虛警檢測(cè)是在混有雜波干擾的目標(biāo)回波中以最大概率檢測(cè)出目標(biāo)信號(hào)。本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中，CFAR檢測(cè)電路可以選用單元平均選大恒虛警檢測(cè)CFAR(Constant False-Alarm Rate)方法，采用左右16個(gè)參考數(shù)據(jù)單元和2個(gè)保護(hù)單元的設(shè)計(jì)。CFAR檢測(cè)電路包括加減法器、第一延時(shí)單元、第二延時(shí)單元、第三延時(shí)單元、第一比較器和第二比較器；所述加減法器的加法輸入端與所述非相參積累器的輸出端連接，所述加減法器輸出端分別與所述加減法器的加法輸入端、第一延時(shí)單元和第一比較器連接，第一延時(shí)單元、第一比較器、第二比較器依次連接，第二延時(shí)單元的輸入端與所述非相參積累器的輸出端連接，第二延時(shí)單元的輸出端分別與所述加減法器的減法輸入端和第三延時(shí)器連接，第三延時(shí)器與第二比較單元連接。

自主避障模塊，用于根據(jù)CFAR檢測(cè)電路發(fā)送的障礙物距離信號(hào)發(fā)出相應(yīng)避障指令。比如，自主避障模塊可以將獲得的障礙物距離信號(hào)與預(yù)設(shè)的距離門限值進(jìn)行比較對(duì)比得出障礙物方位，并通過內(nèi)置的避障策略發(fā)出相應(yīng)的避障指令給駕駛控制模塊，從而通過駕駛控制模塊控制無人駕駛汽車。自主避障模塊可以為單獨(dú)的一個(gè)分析系統(tǒng)，也可以是設(shè)置在駕駛控制模塊內(nèi)的一個(gè)模塊。

駕駛控制模塊，用于根據(jù)自主避障模塊的指令來控制無人駕駛汽車進(jìn)行避障。

以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可理解想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)，因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。