一種汽車防撞雷達(dá)系統(tǒng)及采用其的多目標(biāo)識別算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及汽車防撞雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種汽車防撞雷達(dá)系統(tǒng)及采用其的 多目標(biāo)識別算法。
【背景技術(shù)】
[0002] 存在容易產(chǎn)生差頻匹配模糊、難以同時(shí)檢測多個目標(biāo)的缺點(diǎn)，國內(nèi)外現(xiàn)有的汽車 雷達(dá)測量系統(tǒng)中，常采用調(diào)頻連續(xù)波（FMCW)雷達(dá)作為前端檢測傳感器。FMCW雷達(dá)具有高靈 敏度和高距離分辨率的優(yōu)點(diǎn)，但存在容易產(chǎn)生差頻匹配模糊、難以同時(shí)檢測多個目標(biāo)的缺 點(diǎn)。
[0003] 現(xiàn)常用的軟件解決方式是：在接收端通過計(jì)算方法對獲得的中頻信號進(jìn)行頻譜匹 配處理?；蚴窃诎l(fā)射端通過設(shè)定有規(guī)律變周期或隨機(jī)變周期的調(diào)制模式，再通過后期計(jì)算 消除多目標(biāo)識別產(chǎn)生的虛目標(biāo)。但這些針對FMCW雷達(dá)進(jìn)行改進(jìn)的方法因頻譜匹配難、調(diào)制 信號周期過長或過于復(fù)雜等原因，都會使得運(yùn)算量劇增，使得運(yùn)算周期過長，影響系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn) 速度，還會使檢測精度出現(xiàn)下降。需高性能硬件才能實(shí)現(xiàn)，從而增加硬件成本。
[0004] 現(xiàn)常用的硬件解決辦法是：采用同一探測范圍內(nèi)多部同體制或異體制雷達(dá)同時(shí)使 用的方式，這種方式勢必會使硬件成本大幅增加，且會產(chǎn)生干擾問題。
[0005] 頻移鍵控（FSK)雷達(dá)雖可同時(shí)測量多個運(yùn)動目標(biāo)，但當(dāng)多目標(biāo)間相對靜止時(shí)則不 能檢測，且其檢測精度不高，單獨(dú)使用時(shí)需依賴后期信號處理。
[0006] 近年來隨著雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，雖不少雷達(dá)同時(shí)具有FSK和FMCW兩種調(diào)制模式，但 同一時(shí)間內(nèi)只可使用一種調(diào)制模式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，而提出的一種汽車防撞雷達(dá)系 統(tǒng)及采用其的多目標(biāo)識別算法，此雷達(dá)結(jié)構(gòu)和算法不僅可以檢測單目標(biāo)的距離速度，也可 識別和檢測多目標(biāo)的距離速度。
[0008] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是： 一種汽車防撞雷達(dá)系統(tǒng)，包括調(diào)制電路11、調(diào)制模式控制器17、調(diào)頻連續(xù)波FMCW/頻移 鍵控FSK雙功能雷達(dá)12、雷達(dá)體制切換器16、射頻前端13、中頻處理模塊14、數(shù)據(jù)處理模塊 15。其中， 調(diào)制電路11負(fù)責(zé)產(chǎn)生適用于FMCW雷達(dá)的調(diào)制波形波段和適用于FSK雷達(dá)的調(diào)制波形 波段。
[0009] 調(diào)制模式控制器17負(fù)責(zé)控制調(diào)制電路11。調(diào)制模式控制器17按接收到的時(shí)間指 令使調(diào)制電路11的輸出信號在一周期內(nèi)，既包括一段適用于FMCW雷達(dá)的調(diào)制波形波段，又 包括一段適用于FSK雷達(dá)的調(diào)制波形波段，換言之，適用于FMCW雷達(dá)的調(diào)制波形波段和適 用于FSK雷達(dá)的調(diào)制波形波段組合為一個周期的重復(fù)調(diào)制波形。
[0010] 雷達(dá)體制切換器16負(fù)責(zé)與調(diào)制模式控制器17同步，雷達(dá)體制切換器16按接收到 的時(shí)間指令切換FMCW/FSK雙功能雷達(dá)12的工作體制。
[0011] FMCW/FSK雙功能雷達(dá)12負(fù)責(zé)具有FMCW雷達(dá)和FSK雷達(dá)雙功能，產(chǎn)生調(diào)制信號。
[0012] 射頻前端13負(fù)責(zé)將FMCW/FSK雙功能雷達(dá)12輸出的調(diào)制信號通過壓控振蕩器輸 出發(fā)射信號，與發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后獲得的回波信號在混頻器中混頻，輸出含干擾的中頻信號。
[0013] 中頻處理模塊14負(fù)責(zé)將射頻前端輸出的含干擾的中頻信號進(jìn)行放大濾波等處 理，輸出有效中頻信號。
[0014] 數(shù)據(jù)處理模塊15負(fù)責(zé)按調(diào)制模式輸出時(shí)間指令給調(diào)制模式控制器17和雷達(dá)體制 切換器16。將有效中頻信號進(jìn)行時(shí)域頻域等計(jì)算分析，獲得所需的目標(biāo)距離速度信息。將 計(jì)算信息反饋給中頻處理模塊14,控制含干擾的中頻信號的放大增益。
[0015] 調(diào)制電路11的輸入端與調(diào)制模式控制器17的輸出端相連接。
[0016] 調(diào)制電路11輸出端、雷達(dá)體制切換器16的輸出端分別與FMCW/FSK雙功能雷達(dá)12 的輸入端相連接。
[0017] FMCW/FSK雙功能雷達(dá)12的輸出端經(jīng)射頻前端13與中頻處理模塊14的輸入端相 連接。
[0018] 中頻處理模塊14與數(shù)據(jù)處理模塊15連接，并雙向通信。
[0019] 數(shù)據(jù)處理模塊15的輸出端分別與雷達(dá)體制切換器16和調(diào)制模式控制器17的輸 入端相連接。
[0020] 調(diào)制模式控制器17與雷達(dá)體制切換器16連接，并雙向通信。
[0021] 采用本發(fā)明所述汽車防撞雷達(dá)系統(tǒng)的多目標(biāo)識別算法，按如下步驟進(jìn)行： 步驟1 :按人工設(shè)定的調(diào)制模式，通過數(shù)據(jù)處理模塊15向調(diào)制模式控制器17輸入設(shè)定 時(shí)間指令。由調(diào)制模式控制器17控制調(diào)制電路11，按調(diào)制模式控制器17接收到的時(shí)間指 令使調(diào)制電路11的輸出信號在一周期內(nèi)，且該輸出信號包括一段適用于FMCW雷達(dá)的調(diào)制 波形波段，和一段適用于FSK雷達(dá)的調(diào)制波形波段，換言之，適用于FMCW雷達(dá)的調(diào)制波形波 段和適用于FSK雷達(dá)的調(diào)制波形波段組合為一個周期的重復(fù)調(diào)制波形。
[0022] 步驟2 :按人工設(shè)定的調(diào)制模式，通過數(shù)據(jù)處理模塊15向雷達(dá)體制切換器16輸入 設(shè)定時(shí)間指令，使雷達(dá)體制切換器16與調(diào)制模式控制器17同步，按接收到的時(shí)間指令切換 FMCW/FSK雙功能雷達(dá)12的工作體制。
[0023] 步驟3 :在步驟1中，調(diào)制電路11產(chǎn)生的調(diào)制波形輸入步驟2控制后的FMCW/FSK 雙功能雷達(dá)12的傳感器，得到調(diào)制信號。
[0024] 步驟4 :通過射頻前端13將步驟3所得的調(diào)制信號轉(zhuǎn)換成含干擾的中頻信號。所 述含干擾的中頻信號為含所需目標(biāo)距離速度等信息的，但同時(shí)含有高頻雜波項(xiàng)和受到噪聲 干擾及幅值微小的中頻信號。
[0025] 步驟5 :通過中頻處理模塊14對步驟4所得的中頻信號處理，得到有效中頻信號。 所述有效中頻信號為經(jīng)過濾除高頻雜波項(xiàng)、噪聲干擾并經(jīng)過放大后，可以用于計(jì)算的中頻 信號。
[0026] 步驟6 :通過數(shù)據(jù)處理模塊15對由步驟5所得有效中頻信號分析處理，得到所需 的相對靜止和/或相對運(yùn)動狀態(tài)的單個或多個目標(biāo)的距離速度信息。通過數(shù)據(jù)處理模塊15 對步驟4所得含干擾的中頻信號進(jìn)行放大參數(shù)的計(jì)算，并將此參數(shù)反饋到中頻信號處理模 塊14〇
[0027] 優(yōu)選的，在本發(fā)明所述的一種汽車防撞雷達(dá)系統(tǒng)中： 射頻前端13包括壓控振蕩器和混頻器。
[0028] 中頻處理模塊14包括濾波電路、可調(diào)增益放大器、峰值檢波電路、ADC電路。
[0029] 數(shù)據(jù)處理模塊15包括DAC電路、FIFO電路、由DSP或FPGA為核心的數(shù)據(jù)處理器 電路。
[0030] 優(yōu)選的，采用本發(fā)明所述汽車防撞雷達(dá)系統(tǒng)的多目標(biāo)識別算法中的調(diào)制信號，在 步驟1中，人工設(shè)定的調(diào)制模式為同時(shí)具有FMCW雷達(dá)和FSK雷達(dá)的調(diào)制特點(diǎn)。其中，適用 于FMCW雷達(dá)的調(diào)制波形為鋸齒波、三角波、或鋸齒波與三角波的組合波，適用于FSK雷達(dá)的 調(diào)制波形為階躍波形。
[0031] 在步驟3中，含有一段適用于FMCW雷達(dá)調(diào)制波形的波段和一段適用于FSK雷達(dá)調(diào) 制波形的波段的調(diào)制信號的公式為：
其中，f。為信號的中心頻率，Af為雷達(dá)的帶寬，T為調(diào)制信號周期，a = 2Af/T為適 用于FMCW雷達(dá)調(diào)制波形的波段頻率變化的斜率。
[0032] 步驟4中，經(jīng)射頻前端13中壓控振蕩器輸出的發(fā)射信號為：
上述發(fā)射信號遇目標(biāo)后獲得的回波信號為：
其中4是信號從振蕩器發(fā)射經(jīng)過天線傳播后受到影響的幅值，n Jt)為噪聲信號。
[0033] 優(yōu)選的，在采用本發(fā)明所述汽車防撞雷達(dá)系統(tǒng)的多目標(biāo)識別算法中，在步驟6中， 分析處理有效中頻信號可得到相對靜止和相對運(yùn)動狀態(tài)的單個或多個目標(biāo)的距離速度信 息，具體過程如下： (a)當(dāng)單個或多個目標(biāo)與雷達(dá)相對靜止時(shí)，雷達(dá)系統(tǒng)通過調(diào)制信號中適用于FMCW雷達(dá) 調(diào)制波形波段得到的中頻信號，通過中頻處理及快速傅里葉變換計(jì)算后，得到該波段的中 頻信號頻譜圖各峰值U，其中i = 1，2.....為發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的數(shù)量。從而得到單個或多個靜 止目標(biāo)的距離
其中Af為雷達(dá)的帶寬，T為調(diào)制信號周期，c為 光速。
[0034] b當(dāng)單個目標(biāo)與雷達(dá)發(fā)生相對運(yùn)動時(shí)，通過調(diào)制信號任一波段中獲得的多普勒頻 移，得到目標(biāo)相對速度V = fd λ/2,其中匕為多普勒頻移，λ為雷達(dá)波長。
[0035] c當(dāng)多個目標(biāo)與雷達(dá)發(fā)生相對運(yùn)動時(shí)候，雷達(dá)系統(tǒng)通過調(diào)制信號中適用于FSK雷 達(dá)調(diào)制波形波段出現(xiàn)的多普勒頻移，可識別各個運(yùn)動目標(biāo)，通過濾波、快速傅里葉變換計(jì)算 及調(diào)制解調(diào)后可得到各目標(biāo)的距離
為各目標(biāo)信號的 相位差，B為雷達(dá)帶寬。
[0036] 優(yōu)選的，在本發(fā)明所述一種汽車防撞雷達(dá)系統(tǒng)及其采用的多目標(biāo)識別算法中，在 步驟6中，放大參數(shù)反饋過程為：含干擾的中頻信號經(jīng)中頻信號處理模塊14中的可調(diào)增益 放大器進(jìn)行預(yù)放大，輸入峰值檢波電路檢測信號幅值，輸入AD