一种变周期汽车防撞雷达帧结构及其设计方法技术

本发明专利技术公开一种变周期汽车防撞雷达发射信号帧结构及其设计方法，所述帧结构以采样间隔为最小时间单元，具体分为四层：第一层，一帧由多个相同长度的时隙组成，时隙长度根据帧长度和一帧内时隙个数确定；第二层，一个时隙包含多个长度相同的子时隙，子时隙长度根据系统发射天线数和变周期次数确定；第三层，每个子时隙由周期可变的发射信号和保护间隔组成，发射信号时间长度范围根据调频连续波扫频带宽、最大检测距离、目标最大相对速度和采样频率确定，保护间隔要求大于发射天线切换时间；第四层，发射信号和保护间隔均由整数倍的采样间隔组成。本发明专利技术的帧结构采用固定长度的子时隙和时隙长度，帧结构更加简单，降低了硬件实现复杂度，以采样间隔为最小时间单位，有利于系统时间同步。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于雷达信号处理和汽车电子
，涉及汽车防撞、自适应巡航领域，具体是一种汽车防撞雷达发射信号的帧结构设计。
技术介绍
汽车防撞雷达的研究起始于20世纪60年代，早期受到元器件的限制发展较慢，随着近年来集成电路的进步，防撞雷达的研究变得活跃起来。实现防撞雷达功能的技术可以有多种选择，如超声波测距、激光探测定位系统、视频摄像图形识别技术、红外成像技术、微波、毫米波技术等。防撞雷达需在常见的天气状况下均能正常工作，如雨、雪、雾等，在比较恶劣的环境下也要能维持一定性能的水平。在应对各种环境状况方面，毫米波具有比较明显的优势。此外，频带宽、波长短、大气吸收作用明显是毫米波的三个基本特性，概括如下：1、有大量带宽可以使用，提高测距分辨率，有效消除相互干扰,无测速盲区。2、波长较短，波束宽度窄，天线增益高，可以提高空间分辨率，同时元件尺寸小，重量轻，符合车载雷达体积小巧的要求。3、大气吸收作用比微波强，衰减大，不易相互干扰，减少电磁污染。汽车防撞雷达通常采用线性调频连续波体制(LFMCW)。在线性调频连续波体制雷达中，三角波雷达检测精度高，采用发射不同扫频周期三角波的方法实现多目标的配对，算法简单。目前，关于变周期汽车防撞雷达没有一个统一的层次清晰的帧结构设计，导致系统实现成本较高，实用性较差。
技术实现思路
专利技术目的:针对目前汽车防撞雷达发射信号帧结构复杂、系统实现成本高的问题，本专利技术提出一种多层次、低复杂度的帧结构及其设计方法，降低系统实现成本。技术方案：一种变周期汽车防撞雷达发射信号帧结构，以采样间隔为最小时间单位，其时间单元包括时隙(Timeslot)、子时隙(SubTimeslot)、发射信号时长和保护间隔，所述帧结构主要分为四个层次，具体为：第一层，一帧由多个长度相同的时隙组成；第二层，一个时隙由多个长度相同的子时隙组成；第三层，每个子时隙由周期可变的发射信号和保护间隔组成；第四层，发射信号和保护间隔均由整数倍的采样间隔组成。所述时隙长度为TTs＝TF/NTs，其中，TF为一帧时长，NTs为时隙的个数，即一帧内检测次数，应不小于系统要求的一帧内最少检测次数，即NTs≥NDmin，NDmin为一帧内最少检测次数。所述子时隙长度为TSTs＝TTs/NSTs，其中，TTs为一个时隙长度，NSTs为子时隙个数，由系统发射天线数NT和扫频周期改变次数NC决定，具体方法如下：系统采用时间发射分集方式，发射天线依次发射相同的发射信号，将NT×NR的天线阵列等效为1×NTNR的天线阵列，则NSTs＝NTNC，其中，NR为接收天线数。所述发射信号时间长度变化范围根据三角波扫频带宽B、最大检测距离rmax、最大相对速度vmax和系统采样频率fs确定，具体方法如下：在三角波体制雷达中，将接收的目标回波信号与发射信号混频、低通滤波后得到中频信号，中频信号频率表达式如下：式中，B为三角波扫频带宽，T为三角波扫频周期，f0为载波频率，c为电磁波在自由空间的传播速度，r为目标距离，v为目标相对速度(以接近雷达为正)。感兴趣范围内目标信号最大中频频率为：fbmax与fs的比值为：为充分利用整个频谱，应使公式3的比值接近1，确定一个比值范围α1～α2，从而根据公式3可确定变周期三角波扫频周期T的范围，如公式4所示：所述保护间隔TG大于发射天线切换时间Tswitch。一种变周期汽车防撞雷达发射信号帧结构的设计方法，包括如下步骤：步骤1：根据三角波扫频带宽、最大检测距离、最大相对速度和采样频率确定三角波扫频周期范围和最小保护间隔，保护间隔要求大于天线切换时间；步骤2：根据帧长度、采样间隔和一帧最少检测次数确定一帧包含的时隙个数，尽量没有时间剩余，得到一个时隙的长度；步骤3：根据系统发射天线数和扫频周期改变次数确定子时隙个数，得到一个子时隙的长度；步骤4：根据子时隙长度和保护间隔最小值调整三角波信号扫频周期的变化范围，适当增大或减小检测次数(时隙个数)，得到最优的帧结构设计。有益效果：本专利技术提出的帧结构层次结构清晰，与一般的帧结构相比，采用固定长度的子时隙和时隙长度使帧结构更加简单，降低了硬件实现复杂度，以采样间隔为最小时间单位，有利于系统时间同步。附图说明图1为本专利技术发射信号帧结构；图2为本专利技术帧结构设计流程图；图3为本专利技术实施案例中天线发射信号时频图；图4为本专利技术实施案例中发射信号帧结构。具体实施方式下面结合具体实施案例，进一步阐明本专利技术，应理解这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。如图1所示，一种变周期汽车防撞雷达的帧结构，以采样间隔为最小时间单位，主要分为四层，具体为：第一层，一帧由多个相同长度的时隙组成；第二层，一个时隙包含多个长度相同的子时隙；第三层，每个子时隙由周期可变的发射信号和保护间隔组成，发射信号时间长度范围根据扫频带宽、最大检测距离、最大相对速度和采样频率确定，保护间隔要求大于发射天线切换时间；第四层，发射信号和保护间隔均由整数倍的采样间隔组成。图2描述了帧结构设计的具体流程，首先根据扫频带宽、最大检测距离、最大相对速度、天线切换时间和采样频率确定三角波扫频周期范围和最小保护间隔，然后根据一帧长度，一帧所需的检测次数以及时隙包含的子时隙个数，对帧结构进行划分，通过调整一帧包含的时隙数以及时隙包含的子时隙个数，对帧结构进行优化。本专利技术实施案例中，雷达采用二发四收的天线阵列，两根发射天线采用时分的方式依次发射三角波信号，图3为天线发射信号时频图。天线1发射扫频周期为T1的三角波信号，经过保护间隔TG1后天线2发射同样的三角波信号，再经过保护间隔TG1后，两根天线以同样的方式轮流发射扫频周期为T2的三角波信号，这样可以等效为1×8的天线阵列。系统参数如下表所示：表1系统参数设置帧结构的具体设计方法如下：步骤1：根据扫频带宽、最大检测距离、最大相对速度和采样频率确定三角波扫频周期范围，保护间隔TG要求大于天线切换时间Tswitch；在三角波体制雷达中，感兴趣范围内目标信号最大中频频率与采样频率fs的比值为：为充分利用整个频谱，取比值范围为2/3～1，根据公式4得到三角波扫频周期范围为1.33＜T＜2(单位:毫秒)，T1和T2从该范围内选取，如取T1＝1.5毫秒本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变周期汽车防撞雷达发射信号帧结构，其特征在于：所述帧结构分为4个层次，具体为：第一层，一帧由多个长度相同的时隙组成；第二层，一个时隙由多个长度相同的子时隙组成；第三层，每个子时隙由周期可变的发射信号和保护间隔组成；第四层，发射信号和保护间隔均由整数倍的采样间隔组成。

【技术特征摘要】
1.一种变周期汽车防撞雷达发射信号帧结构，其特征在于：所述帧结构分
为4个层次，具体为：第一层，一帧由多个长度相同的时隙组成；第二层，一个
时隙由多个长度相同的子时隙组成；第三层，每个子时隙由周期可变的发射信号
和保护间隔组成；第四层，发射信号和保护间隔均由整数倍的采样间隔组成。
2.根据权利要求1所述的变周期汽车防撞雷达发射信号帧结构，其特征在
于：所述时隙长度为TTs＝TF/NTs，其中，TF为一帧时长，NTs为时隙的个数，且
NTs≥NDmin，NDmin为一帧内最少检测次数。
3.根据权利要求1所述的变周期汽车防撞雷达发射信号帧结构，其特征在
于：所述子时隙长度为TSTs＝TTs/NSTs，其中，TTs为一个时隙长度，NSTs为子时
隙个数，由系统发射天线数NT和扫频周期改变次数NC决定，具体方法如下：系
统采用时间发射分集方式，发射天线依次发射相同的发射信号，将NT×NR的天
线阵列等效为1×NTNR的天线阵列，则NSTs＝NTNC，其中，NR为接收天线数。
4.根据权利要求1所述的变周期汽车防撞雷达发射信号帧结构，其特征在
于：所述发射信号时间长度变化范围根据三角波扫频带宽B、最大检测距离rmax、
最大相对速度vmax和系统采样频率fs确定，具体方法如下：
在三角波体制雷达中，将接收的目标回波信号与发射信号混频、低通滤波后
得到中频信号，中频信号频率表达式如下：
f b = 4 B r c T + 2 v c f 0 , ]]>式中，B为三角波扫频带宽，T为三角波扫频周期，f0为载波频率，c为电磁波
在自由空间的传播速度，r为目标距离，v为目标相对速度，以接近雷达为正；
感兴趣范围内目标信号最大中频频率为：
f b max = 4 Br max c T + 2 v m a x c f 0 , ]]>fbmax与fs的比值为：
f b m a x f s = 4 Br m a ...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄永明，严鑫，王海明，张铖，何世文，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32