一种应用于城市交通的防撞雷达预警方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种应用于城市交通的防撞雷达预警方法与装置，所述装置包括电源系统、阵列天线模块、射频模块、雷达数据处理模块、防撞雷达预警装置通信管理模块、交通数据处理器模块、输出通信模块，所述方法利用该装置在交通条件更加复杂的城市交通环境中进行高分辨率大区域的雷达扫描并进行早期潜在碰撞危险的分析和告警。本发明专利技术通过实时检测与识别，能够对雷达检测区域内的各个目标以及本车进行轨迹预判，进行分析后计算存在危险的指数并进行告警，使防撞预警更加迅速、准确和有效；通过合理的算法与硬件设备配合使用，使雷达系统能够全天候、高精度地进行科学、迅速的预警，大大提高了车辆行驶过程中的安全性，有效减少交通事故的发生。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于汽车电子技术中的雷达预警领域，更具体而言，本专利技术涉及一种应用于城市交通的防撞雷达预警方法与装置。
技术介绍
道路交通事故每年给人民的生命财产和国民经济造成了巨大的损失，我们面临全球性的道路交通安全危机。从道路交通事故的成因和特点来看，绝大多数的道路交通事故是非自然因素造成的，在现代科学技术条件下，人们完全有能力通过采取相应的措施进行事先的干预，从而减少或者避免伤害。因此，汽车安全辅助驾驶技术的研究受到各国的普遍关注，通过分析防撞雷达预警装置及信号处理器获取的信息掌握车辆、道路、环境等驾驶信息，并在危机状态下实现为驾驶人提供劝告或预警信号，甚至对车辆实施控制，减轻驾驶人的操作强度，提高汽车的安全性，避免驾驶人因素造成的交通事故。城市交通的特点一是行人较多，城市的人口密度很高，尤其在上、下班的交通高峰时段，道路十分拥挤。另外，个别行人的交通安全意识差，交通法规观念淡薄，经常违章行走，抢占机动车道。在无安全防护设施的路段和无交通信号、无交警指挥的交叉路口处，或者左转弯、直行、右转弯一起放行的路，经常会有行人随意地横穿公路或在车道上行走。城市交通的特点二是机动车多，由于我国经济的迅速发展，私家车、办公用车、出租车、公共汽车、运输车数量迅猛增加，城市道路负担越来越重，拥堵现象时有发生。尤其是个别机动车驾驶人交通意识差，无视交通法规，行驶无规律，争道抢行，任意停车，妨碍其他车辆行驶；摩托车快速、灵活、任意穿行、超车；电动车数量庞大，常常占道行驶。这种交通状况，致使机动车辆行驶速度减慢，道路通行能力降低，极易造成交通堵塞，甚至发生事故。城市交通的特点三是道路拥挤，道路是城市建设的基础设施，虽然各城市对道路进行了大量的建设和改造，但由于种种原因，城市的道路状况远远不能适应现代交通发展的需要。路少车多，道路拥挤始终是现代城市交通发展的一大矛盾，在一定程度上制约了经济发展的速度。另外，县级城镇道路网络布局不合理，交通信号设施不完善，违章建筑和占道摆摊设点，降低了现有道路的利用率，使车与路的矛盾更为突出。从城市道路事故的主要形态来看，由于驾驶人未保持行车间距，导致尾随相撞的事故较多。为了减少类似交通事故的发生，汽车安全车距预警能够实时检测与识别前方车辆，判断本车与前车的距离，计算判断追尾的可能性，并在必要时进行预警报警，提醒驾驶人通过控制车速与前方目标保持安全距离，提醒驾驶人存在的潜在车辆追尾的交通事故，从而使驾驶人能及时做出正确处理，对减少类似车辆追尾碰撞的交通事故有着重要意义。安全车距预警系统作为汽车安全辅助驾驶的重要组成部分，长期以来一直受到高度重视。一些国家研究了可实用化的车载设备，这些车载设备在计算机的控制下，通过声音、图像等方式向驾驶人提供辅助驾驶信息，并可以自动或半自动控制车辆，从而有效的防止事故的发生。国内外的车辆安全距离测量一般采用雷达测距、超声波测距、激光测距和视觉测距的方法。但是这些测距方法都存在着不同的缺点，超声波测距距离比较短，激光测距对器件和信号的处理要求高。前方车辆检测是判断安全车距的前提，车辆探测的准确与否不仅决定了测距的准确性，而且决定了是否能够及时发现一些潜在的交通事故。超声波测距仪原理简单，制作方便，成本比较低。但是它对行驶中车辆的测速防撞雷达预警装置不可取，主要原因：一是超声波的速度受外界温度等因素影响较大，无法实现精确测距；而是由于超声波能量是与距离的二次方成正比而衰减的，只适用于较短距离的测量。目前国内外一般的超声波测距仪的理想测量距离为4～5m，因此，超声波测距主要应用于倒车提醒、建筑工地、工业现场等的距离测量。虽然目前的测距量程上能达到百米，但测量的精度往往只能达到厘米数量级。激光测距仪是利用激光对目标的距离进行准确测定的仪器，激光测距仪在工作时标射出一束很细的激光，由光电元件接收目标反射的激光束，由计时器激光束从反射到接收的时间，计算出从观测者到目标的距离。激光测距的优点是在天气状况良好下，近距离水平方位角度测量精度较高，但激光测距的缺点是激光测距具有结构复杂、体积较大、质量重、功耗高、可靠性低、价格昂贵等缺点，且制作的难度较大，成本较高，而且光学系统需要保持干净，否则将影响测量。视觉测距是将摄像机作为机器视觉手段，可获得交通环境中的大量信息，如交通标志、交通信号、路面标记和车辆等。利用计算机视觉技术，在测距过程中利用采集的图像中包含的大量信息，实现其他辅助驾驶功能，如车辆偏离车道中心的偏离程度等，处理智能交通问题算法柔性大、适应能力强，有着广阔的应用前景。缺点是视频检测技术对于图像识别实时性要求非常高，复杂背景下车辆检测和视频的准确率非常低，例如，在夜晚和比较昏暗、雾霾严重情况下、下大雨、下大雪等恶劣天气下视频检测技术无法进行检测，所以此设备无法进行全天候进行检测。此类检测设备的经济效益费用比也非常低。雷达测距是通过测试发射调频连续波和目标回波之间的时间差来测量目标距离的，雷达的工作原理与超声波的反射类似，差别在于其所使用波的频率比超声波高。但与超声波相比，雷达使用的电磁波波长短，可缩小从天线辐射的电磁波射束角幅度，减少由于不需要的反射所引起的误动作和干扰。另外，由于多普勒频移大，相对速度的测量精度高，但是现有雷达只是简单的采用目标距离来判定车辆碰撞的危险，这对于复杂的城市交通条件下的防撞系统要求是远远不够的。而且在复杂的城市交通中，雷达的检测区域内的所有机动车、非机动车或者行人都有可能对本车造成威胁，自车与原目标车辆之间有车辆突然的驶入很有可能也是潜在的危险。
技术实现思路
本专利技术公开了一种应用于城市交通的防撞雷达预警方法与装置，该方法和装置能够更好地应用于交通条件更加复杂的城市交通并进行早期潜在碰撞危险的分析和告警。本专利技术所采用的技术方案是：一种应用于城市交通的防撞雷达预警方法，包括以下步骤：第一步：雷达对检测覆盖区域进行扫描；第二步：雷达通过城市交通数据模型对检测环境背景进行学习，雷达系统采用对称三角波调制，发射信号的频率为对称三角波调制，发射信号幅度不变，测得输出差频信号的平均频率计算出目标的距离；第三步：根据第二步中得到的差频信号平均值计算目标点径向速度与径向距离并计算各个目标的RCS值；第四步：以雷达为中心点建立坐标系，通过防撞雷达预警装置安装时测量出的数据以及防撞雷达预警装置工作时输出的数据并以本车的雷达坐标点为原点、根据实际交通现场信息对车道进行划分，根据被检测目标的雷达反射截面积RCS进行目标分类，通过雷达输出的目标反射截面积判断出目标的长度与宽度；第五步：对检测区域内各个离散目标点进行跟踪处理；第六步：对跟踪到的目标进行早期潜在危险分析，如果分析出目标将有可能撞上本车，则系统进行告警。在所述第二步中，雷达通过城市交通数据模型对检测环境背景进行学习的过程如下：采用微波波束调制方式，雷达系统采用对称三角波调制，发射信号的频率为对称三角波调制，发射信号幅度不变，在一个周期T内，设定信号的频率，计算出发射信号的上下扫频段，在有效的信号周期内，测得信号回波，再由发射信号和回波信号混频可以得到差频信号频率为fm，目标的距离和差频信号频率成正比，在目标静止的情况下，只要测得输出差频信号的频率，就可以计算出目标的距离；若目标以速度为v沿着雷达波束本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于城市交通的防撞雷达预警方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：雷达对检测覆盖区域进行扫描；第二步：雷达通过城市交通数据模型对检测环境背景进行学习，雷达系统采用对称三角波调制，发射信号的频率为对称三角波调制，发射信号幅度不变，测得输出差频信号的平均频率计算出目标的距离；第三步：根据第二步中得到的差频信号平均值计算目标点径向速度与径向距离并计算各个目标的RCS值；第四步：以雷达为中心点建立坐标系，通过防撞雷达预警装置安装时测量出的数据以及防撞雷达预警装置工作时输出的数据并以本车的雷达坐标点为原点、根据实际交通现场信息对车道进行划分，根据被检测目标的雷达反射截面积RCS进行目标分类，通过雷达输出的目标反射截面积判断出目标的长度与宽度；第五步：对检测区域内各个离散目标点进行跟踪处理；第六步：对跟踪到的目标进行早期潜在危险分析，如果分析出目标将有可能撞上本车，则系统进行告警。

【技术特征摘要】
1.一种应用于城市交通的防撞雷达预警方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：雷达对检测覆盖区域进行扫描；第二步：雷达通过城市交通数据模型对检测环境背景进行学习，雷达系统采用对称三角波调制，发射信号的频率为对称三角波调制，发射信号幅度不变，测得输出差频信号的平均频率计算出目标的距离；第三步：根据第二步中得到的差频信号平均值计算目标点径向速度与径向距离并计算各个目标的RCS值；第四步：以雷达为中心点建立坐标系，通过防撞雷达预警装置安装时测量出的数据以及防撞雷达预警装置工作时输出的数据并以本车的雷达坐标点为原点、根据实际交通现场信息对车道进行划分，根据被检测目标的雷达反射截面积RCS进行目标分类，通过雷达输出的目标反射截面积判断出目标的长度与宽度；第五步：对检测区域内各个离散目标点进行跟踪处理；第六步：对跟踪到的目标进行早期潜在危险分析，如果分析出目标将有可能撞上本车，则系统进行告警。2.根据权利要求1所述的一种应用于城市交通的防撞雷达预警方法，其特征在于，在所述第二步中，雷达通过城市交通数据模型对检测环境背景进行学习的过程如下：采用微波波束调制方式，雷达系统采用对称三角波调制，发射信号的频率为对称三角波调制，发射信号幅度不变，在一个周期T内，设定信号的频率，计算出发射信号的上下扫频段，在有效的信号周期内，测得信号回波，再由发射信号和回波信号混频可以得到差频信号频率为fm，目标的距离和差频信号频率成正比，在目标静止的情况下，只要测得输出差频信号的频率，就可以计算出目标的距离；若目标以速度为v沿着雷达波束径向运动，将会使雷达回波增加多普勒频移fd，测得输出差频信号的平均频率，即可得到目标距离。3.根据权利要求1所述的一种应用于城市交通的防撞雷达预警方法，其特征在于，所述第四步中，以雷达为中心点建立坐标系的过程如下：设定：平行于车道水平方向为Y轴方向，正方向为防撞雷达预警装置波束发射方向；垂直于车道水平方向为X轴方向，正方向为防撞雷达预警装置波束发射方向；防撞雷达预警装置被安装的车辆为坐标系原点Ο；通过已知量：防撞雷达预警装置安装时可以测量出的数据：防撞雷达预警装置安装高度：HInstall；防撞雷达预警装置垂直俯仰角度：θ；防撞雷达预警装置水平偏向角度：α；防撞雷达预警装置工作时输出的数据：被检测目标距离防撞雷达预警装置的径向距离：Dradial；被检测目标相对于防撞雷达预警装置的径向速度：Vradial；被检测目标相对于防撞雷达预警装置的径向加速度：aradial；被检测目标相对与防撞雷达预警装置的方位角度：Arelative；防撞雷达预警装置在每个输出数据周期为每一个检测目标定义的随机编号：IDrandom；被检测目标的雷达反射截面积值:IDrandom_RCS；通过以上已知量计算以下参数：以本车的雷达坐标点为原点，被检测目标在坐标系中的坐标；根据实际交通现场信息对车道进行划分：车道0：0<Lane0<Y0；车道1：0<Lane1<Y1；车道X：0<LaneX<YX；根据某个目标的X方向坐标值可以判定某个目标所在车道；计算出被检测目标在坐标系中X方向和Y方向的速度值；计算出被检测目标在坐标系中X方向和Y方向的加速度值；根据被检测目标的雷达反射截面积RCS进行目标分类；通过雷达输出的目标反射截面积判断出目标的长度与宽度。4.根据权利要求1所述的一种应用于城市交通的防撞雷达预警方法，其特征在于所述第五步中对检...

【专利技术属性】
技术研发人员：张军，陶征，章庆，
申请(专利权)人：南京慧尔视智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32