專利名稱：基于毫米波交通雷達(dá)的公路背景識(shí)別與公路背景抑制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明設(shè)計(jì)智能交通中的交通信息采集領(lǐng)域，具體涉及了一種基于亳米波交 通雷達(dá)的公路背景識(shí)別與公路背景抑制方法，適用于各種交通雷達(dá)的背景識(shí)別和 背景抑制。
背景技術(shù)：
交通信息采集系統(tǒng)是智能交通系統(tǒng)不可缺少的基本組成部分。交通信息采集 系統(tǒng)依賴于交通信息傳感器，傳感器實(shí)時(shí)地準(zhǔn)確地獲取交通數(shù)據(jù)的能力對(duì)交通控 制、公共安全和交通規(guī)劃都是至關(guān)重要的。隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，現(xiàn)代城市卻 反而變得更加擁擠，交通問題引起了廣泛的關(guān)注。生活節(jié)奏的加快使人們更加期 望擁有更為良好的交通狀況。許多種交通信息采集設(shè)備已經(jīng)得到了廣泛的運(yùn)用，如掩埋式線圈檢測(cè)器已經(jīng) 有了五十多年的應(yīng)用歷史，并應(yīng)用至今。但是，此類掩埋式交通信息檢測(cè)器通常 都有較高的失效率，并有較高的安裝和維護(hù)成本。更為糟糕的是，此類掩埋式交 通信息檢測(cè)器的安裝與維護(hù)會(huì)導(dǎo)致路面破壞和車道關(guān)閉。近幾十年來，許多種非 掩埋式的交通信息檢測(cè)設(shè)備得到了廣泛的應(yīng)用，這其中包括聲學(xué)和光學(xué)交通信息 傳感器。但是，這些交通信息傳感器有著明顯的缺點(diǎn)。首先，這些傳感器只能檢 測(cè)單條行車道，而對(duì)檢測(cè)整條公路的交通狀況無能為力；第二，這類傳感器通常對(duì)外部環(huán)境變化非常敏感，比如天氣變化，晝夜變化等等。毫米波交通雷達(dá)的出現(xiàn)在一定程度上解決了這些問題，通過分析不同車道對(duì)應(yīng)的不同頻率段的功率變化，毫米波交通雷達(dá)可以實(shí)現(xiàn)多車道交通信息檢測(cè)的功 能。毫米波交通雷達(dá)有許多其他交通信息檢測(cè)器難以比擬的優(yōu)點(diǎn)，如全天候工作， 無檢測(cè)盲區(qū)，低安裝維護(hù)成本，不對(duì)公路路面造成損害等等。毫米波交通雷達(dá)的 這些優(yōu)良特性使得它成為了掩埋式線圈和聲光交通信息檢測(cè)器的良好的替代品。 但在實(shí)際應(yīng)用中，公路背景會(huì)導(dǎo)致功率混疊，嚴(yán)重影響了毫米波交通信息檢 測(cè)雷達(dá)的檢測(cè)性能。這種功率混疊在公路上存在大型靜態(tài)背景時(shí)尤為嚴(yán)重，如公 路上存在金屬防護(hù)欄或綠化帶等等。在這種情況下，背景功率譜的準(zhǔn)確識(shí)別和背 景抑制就成為了提高毫米波交通雷達(dá)檢測(cè)精度和性能的首要問題。在應(yīng)用毫米波 交通信息檢測(cè)器時(shí)，準(zhǔn)確的識(shí)別公路背景并進(jìn)行有效的背景抑制是非常必要的。申請(qǐng)?zhí)枮?2136541.5，公開號(hào)為CN 1400475，名稱為"智能交通中車流量 監(jiān)控的雷達(dá)射頻裝置及測(cè)定方法"的發(fā)明專利申請(qǐng)公開說明書，公開了一種毫米 波車流量檢測(cè)雷達(dá)的硬件系統(tǒng)以及交通信息檢測(cè)方法。該方法中并沒有涉及背景 識(shí)別與背景抑制。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種毫米波交通雷達(dá)的公路背景識(shí)別與公路背景抑 制方法，其利用同時(shí)含有車輛信息和背景信息的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的估計(jì)公路背景，并實(shí) 現(xiàn)公路背景抑制，提高毫米波交通信息檢測(cè)雷達(dá)的準(zhǔn)確性。本發(fā)明具體是這樣實(shí)現(xiàn)的基于毫米波交通雷達(dá)的公路背景識(shí)別與公路背景抑制方法，包括以下步驟 步驟1、利用毫米波交通雷達(dá)的時(shí)域數(shù)字回波信號(hào)求得雷達(dá)回波功率譜時(shí)間 序列；步驟2、在每個(gè)頻點(diǎn)處將雷達(dá)回波功率值時(shí)間序列按照功率譜幅度升序排列；步驟3、濾除干擾序列，保留幅度低于有效閥值的有序功率譜序列作為公路 背景功率譜的有效數(shù)據(jù)；步驟4、對(duì)有效幅度有序功率譜序列進(jìn)行相干平均，得到當(dāng)前公路背景功率;並. l曰s步驟5、公路背景功率譜通過自學(xué)習(xí)方法進(jìn)行實(shí)時(shí)更新； 步驟6、利用譜相減法對(duì)公路背景進(jìn)行抑制。所述步驟1進(jìn)一步包括-采用iV-2"點(diǎn)矩形窗w(w)截取雷達(dá)數(shù)字回波信號(hào)&F，求得快速傅立葉變換為由于雷達(dá)回波信號(hào)功率譜的正頻部分與負(fù)頻部分嚴(yán)格對(duì)稱，可舍去負(fù)頻部 分，得到的雷達(dá)回波功率幅度為交通雷達(dá)回波信號(hào)功率通常包含車輛回波信號(hào)功率PV，背景回波信號(hào)功率A和白噪聲功率^。頻率點(diǎn)A:處的雷達(dá)回波信號(hào)功率可以表示為. 訓(xùn)=C，)+，)。白噪聲功率符合N(O, ct勺的高斯分布，則白噪聲功率/^^=0"2為很小的恒定 值，可以忽略。這樣，雷達(dá)回波信號(hào)功率僅由運(yùn)動(dòng)著的車輛產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)功率和相 對(duì)靜止的公路背景產(chǎn)生的靜態(tài)功率組成。所述步驟3進(jìn)一步包括回波信號(hào)幅度有序功率序列的數(shù)據(jù)空間歸一化；歸一化有效數(shù)據(jù)的選擇。所述步驟4具體如下在有效幅度有序功率序列的歸一化數(shù)據(jù)空間內(nèi)進(jìn)行相干平均，如下式表示X7S;(")re +尸""，式中/^。,為幅度有序功率，A。,為幅度有序功率的車輛回波部分，A。為當(dāng)前公路背景功率譜，M為歸一化有效數(shù)據(jù)容量。在歸一化有效數(shù)據(jù)空間內(nèi)，車輛產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)功率l;《(yM) — o ，當(dāng)前公路背景功率譜如下式表示-所述步驟5具體如下在每個(gè)頻點(diǎn)處，實(shí)時(shí)更新公路背景功率譜的自學(xué)習(xí)過程如下式表示 ，)=(1+式中A為公路背景功率譜，r為學(xué)習(xí)速率。 所述步驟6具體如下在每個(gè)頻點(diǎn)處，用于完成公路背景抑制的譜相減過程可如下式表示，洲'1 — 7銅？ 微0y2如果其他式中/為譜相減系數(shù)，力、y2為譜相減指數(shù)。 所述的譜相減系數(shù)/滿足ZS[1,2];本發(fā)明能夠準(zhǔn)確實(shí)時(shí)地識(shí)別公路背景功率譜，并能夠很好的抑制公路背景， 大幅度提高了雷達(dá)回波信號(hào)的信噪比。


圖1為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的背景識(shí)別和背景抑制的流程圖。圖2為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的交通雷達(dá)安裝和公路環(huán)境示意圖。 圖3為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的公路背景識(shí)別結(jié)果。圖4為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中出現(xiàn)的公路背景功率與車輛功率發(fā)生功率混 疊時(shí)的公路回波功率譜。圖5為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的公路背景抑制結(jié)果。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。一種基于毫米波交通雷達(dá)的公路背景識(shí)別與公路背景抑制方法，包括以下歩驟步驟1、利用毫米波交通雷達(dá)的時(shí)域數(shù)字回波信號(hào)求得雷達(dá)回波功率譜時(shí)間 序列；步驟2、在每個(gè)頻點(diǎn)處將雷達(dá)回波功率值時(shí)間序列按照功率譜幅度升序排列；步驟3、濾除車輛所產(chǎn)生的干擾序列(即濾除幅度大于有效閥值的有序功率 譜序列)，保留幅度低于有效閥值的有序功率譜序列作為公路背景功率譜的有效 數(shù)據(jù)；譜；為:步驟4、對(duì)有效幅度有序功率譜序列進(jìn)行相干平均，得到當(dāng)前公路背景功率步驟5、公路背景功率譜通過自學(xué)習(xí)方法進(jìn)行實(shí)時(shí)更新； 步驟6、利用譜相減法對(duì)公路背景進(jìn)行抑制。 所述步驟1進(jìn)一步包括采用^ = 2"點(diǎn)矩形窗w(力截取雷達(dá)數(shù)字回波信號(hào)&,，求得快速傅立葉變換由于雷達(dá)回波信號(hào)功率譜的正頻部分與負(fù)頻部分嚴(yán)格對(duì)稱，可舍去負(fù)頻部分，得到的雷達(dá)回波功率幅度為，1 2TV交通雷達(dá)回波信號(hào)功率通常包含車輛回波信號(hào)功率pv，背景回波信號(hào)功率尸6和白噪聲功率A。頻率點(diǎn)^處的雷達(dá)回波信號(hào)功率可以表示為 訓(xùn),"+柳+ ，。白噪聲功率符合N(O， ^)的高斯分布，則白噪聲功率戶 (^)=^2為很小的恒定 值，可以忽略。這樣，雷達(dá)回波信號(hào)功率僅由運(yùn)動(dòng)著的車輛產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)功率和相 對(duì)靜止的公路背景產(chǎn)生的靜態(tài)功率組成。所述歩驟3進(jìn)一歩包括回波信號(hào)幅度有序功率序列的數(shù)據(jù)空間歸一化； 歸一化有效數(shù)據(jù)的選擇。所述步驟4具體如下在有效幅度有序功率序列的歸一化數(shù)據(jù)空間內(nèi)進(jìn)行相干平均，如下式表示，為幅度有序功率的車輛回波部分，尸M)為當(dāng)前公路背景功率譜，M為歸一化有效數(shù)據(jù)容量。在歸一化有效數(shù)據(jù)空間內(nèi)，車輛產(chǎn)似生的動(dòng)態(tài)功率2iUt0 —0，當(dāng)前公路背景功率譜如下式表示 1 w所述步驟5具體如下在每個(gè)頻點(diǎn)處，實(shí)時(shí)更新公路背景功率譜的自學(xué)習(xí)過程如下式表示式中A為公路背景功率譜，r為學(xué)習(xí)速率。 所述步驟6具體如下在每個(gè)頻點(diǎn)處，用于完成公路背景抑制的譜相減過程可如下式表示<formula>formula see original document page 11</formula>式中義為譜相減系數(shù)，力、y2為譜相減指數(shù)。 所述的譜相減系數(shù)義滿足；re[i,2]; 所述的譜相減指數(shù)滿足力、y2: ^= =2。圖1描述了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例的背景識(shí)別和背景抑制的流程圖。 首先利用同時(shí)包含車輛和背景信息的回波信號(hào)，由周期圖法求得雷達(dá)回波信號(hào)功 率譜，并對(duì)回波信號(hào)功率譜時(shí)間序列按照功率譜幅度排序。然后應(yīng)用數(shù)據(jù)濾波器 選擇出有效數(shù)據(jù)，并對(duì)有效數(shù)據(jù)應(yīng)用相干平均，求得當(dāng)前公路背景功率譜。然應(yīng)用自學(xué)習(xí)過程求得最終的公路背景功率譜。最后進(jìn)行公路背景抑制。圖2描述了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中的交通雷達(dá)安裝和公路環(huán)境示 意圖。在已有系統(tǒng)樣機(jī)的基礎(chǔ)上，我們?cè)谏虾Ｊ虚L(zhǎng)寧路上進(jìn)行了實(shí)地測(cè)試。毫米波交通雷達(dá)201安裝在公路旁的支架202上，并保證雷達(dá)的波速方向垂直于公路 方向。毫米波交通雷達(dá)201可以同時(shí)檢測(cè)正向行車道204和反向行車道206的交 通信息。公路為雙向八車道，在第一車道與非機(jī)動(dòng)車道之間存在高為1.5m的金 屬防護(hù)欄203。并在正向行車道207和反向行車道208之間存在防護(hù)綠化帶205， 該綠化帶由灌木和草坪組成。在一次測(cè)試中，僅正向行車道204的第四車道存在 車輛207。圖3描述了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中的公路背景識(shí)別結(jié)果。功率譜峰 303是由第一車道與非機(jī)動(dòng)車道之間的金屬防護(hù)欄203造成的。由灌木和草坪組 成的防護(hù)綠化帶205導(dǎo)致了功率譜包絡(luò)305。圖4描述了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中出現(xiàn)的公路背景功率與車輛功 率發(fā)生功率混疊時(shí)的公路回波功率譜。第一車道與非機(jī)動(dòng)車道之間的金屬防護(hù)欄 203造成的功率譜峰303可比擬與正向行車道204第四車道的車輛207造成的功 率譜峰407,嚴(yán)重影響了交通雷達(dá)的檢測(cè)性能。由防護(hù)綠化帶205產(chǎn)生的功率譜 包絡(luò)305與車輛207造成的功率譜峰407處于同一頻段內(nèi)，造成了頻率混疊，這 同樣對(duì)交通雷達(dá)的檢測(cè)精度造成了不良影響。圖5描述了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中的公路背景抑制結(jié)果。測(cè)試中， 譜相減系數(shù);rl.l，譜相減指數(shù)n- >^ =2。
權(quán)利要求
1、基于毫米波交通雷達(dá)的公路背景識(shí)別與公路背景抑制方法，其特性在于，包括如下步驟步驟1、利用毫米波交通雷達(dá)的時(shí)域數(shù)字回波信號(hào)求得雷達(dá)回波功率譜時(shí)間序列；步驟2、在每個(gè)頻點(diǎn)處將雷達(dá)回波功率值時(shí)間序列按照功率譜幅度升序排列；步驟3、濾除干擾序列，保留幅度低于有效閥值的有序功率譜序列作為公路背景功率譜的有效數(shù)據(jù)；步驟4、對(duì)有效幅度有序功率譜序列進(jìn)行相干平均，得到當(dāng)前公路背景功率譜；步驟5、公路背景功率譜通過自學(xué)習(xí)方法進(jìn)行實(shí)時(shí)更新；步驟6、利用譜相減法對(duì)公路背景進(jìn)行抑制。
2、 如權(quán)利要求1所述的基于毫米波交通雷達(dá)的公路背景識(shí)別與公路背景抑制 方法，其特性在于，所述步驟l具體如下采用A^2"點(diǎn)矩形窗W(W)截取雷達(dá)數(shù)字回波信號(hào)&"求得快速傅立葉變換為舍去雷達(dá)回波信號(hào)功率譜中與正頻部分對(duì)稱的負(fù)頻部分，得到的雷達(dá)回波功 率幅度為
3、 如權(quán)利要求2所述的基于毫米波交通雷達(dá)的公路背景識(shí)別與公路背景抑制 方法，其特征在于交通雷達(dá)回波信號(hào)功率包含車輛回波信號(hào)功率A，背景回波信號(hào)功率&和白 噪聲功率A;頻率點(diǎn)A處的雷達(dá)回波信號(hào)功率為忽略其中符合高斯分布的微小恒定值iu&)。
4、 如權(quán)利要求1所述的基于毫米波交通雷達(dá)的公路背景識(shí)別與公路背景抑制方法，其特征在于，所述步驟3進(jìn)一步包括回波信號(hào)幅度有序功率序列的數(shù)據(jù)空間歸一化； 歸一化有效數(shù)據(jù)的選擇。
5、 如權(quán)利要求1所述的基于毫米波交通雷達(dá)的公路背景識(shí)別與公路背景抑制 方法，其特征在于，所述步驟4具體如下在有效幅度有序功率序列的歸一化數(shù)據(jù)空間內(nèi)進(jìn)行相干平均，如下式表示式中Pi^為幅度有序功率，P卿為幅度有序功率的車輛回波部分，戶M)為當(dāng)前 公路背景功率譜，M為歸一化有效數(shù)據(jù)容量；在歸一化有效數(shù)據(jù)空間內(nèi)，車輛產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)功率Z/ut0 —o，當(dāng)前公路背
6、 如權(quán)利要求1所述的基于毫米波交通雷達(dá)的公路背景識(shí)別與公路背景抑制 方法，其特征在于，所述步驟5具體如下在每個(gè)頻點(diǎn)處，實(shí)時(shí)更新公路背景功率譜的自學(xué)習(xí)過程如下式表示. cc+《("。式中A為公路背景功率譜，r為學(xué)習(xí)速率。
7、 如權(quán)利要求1所述的基于毫米波交通雷達(dá)的公路背景識(shí)別與公路背景抑制景功率譜如下式方法，其特征在于，所述步驟6具體如下在每個(gè)頻點(diǎn)處，用于完成公路背景抑制的譜相減過程如下式表示:<formula>formula see original document page 0</formula>如果其他式中/為譜相減系數(shù)，n、 y2為譜相減指數(shù)。
8、如權(quán)利要求7所述的基于毫米波交通雷達(dá)的公路背景識(shí)別與公路背景抑制 方法，其特征在于-所述的譜相減系數(shù)/滿足ZC[1,2];所述的譜相減指數(shù)滿足力、^= %2=2。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于毫米波交通雷達(dá)的公路背景識(shí)別與公路背景抑制方法，利用同時(shí)含有車輛信息和背景信息的交通雷達(dá)回波信號(hào)實(shí)現(xiàn)了公路背景功率譜自動(dòng)識(shí)別和實(shí)時(shí)更新，并完成了公路背景抑制。該方法以側(cè)向毫米波交通雷達(dá)的時(shí)域數(shù)字回波信號(hào)作為信號(hào)輸入，應(yīng)用周期圖法得到隨時(shí)間變化的雷達(dá)回波功率譜時(shí)間序列；在每個(gè)頻點(diǎn)處將功率譜時(shí)間序列按照功率譜幅度升序排列；選擇部分幅度有序功率譜序列作為公路背景功率譜估計(jì)的有效數(shù)據(jù)；對(duì)有效幅度有序功率譜序列進(jìn)行相干平均；利用自學(xué)習(xí)方法實(shí)現(xiàn)公路背景功率譜的實(shí)時(shí)更新；進(jìn)行公路背景抑制。本發(fā)明能準(zhǔn)確實(shí)時(shí)地識(shí)別公路背景功率譜，并能夠很好的抑制公路背景，大幅度提高了雷達(dá)回波信號(hào)的信噪比。
文檔編號(hào)G01S13/91GK101325007SQ20081004095
公開日2008年12月17日 申請(qǐng)日期2008年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月24日
發(fā)明者穩(wěn) 余, 孫曉瑋, 浩 張 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所