基于组合波形的自动驾驶汽车防撞雷达系统信号处理方法技术方案

基于组合波形的自动驾驶汽车防撞雷达系统信号处理方法，属于雷达信号处理领域，用于解决自动驾驶汽车防撞的技术问题，技术要点是：S1.对各段波形，将A/D采集到的IQ数据，去除前部分数据点后去直流，进行时频的FFT变换，将时域数据转换成频率数据；S2.将各段波形的经FFT变换后的复数模值做CFAR门限检测，对CFAR门限检测后的数据，令每一个数据为一个距离单元，对每一个距离单元的数据均进行二进制累计，输出过门限的第一个峰值点，计算得到相位；S3.计算锯齿波段的差频频率值、恒频段的多普勒频率值、相对速度值、计算相对距离值、计算方向角中的一种或多种。

【技术实现步骤摘要】
基于组合波形的自动驾驶汽车防撞雷达系统信号处理方法
本专利技术属于雷达信号处理领域，涉及一种自动驾驶汽车防撞雷达系统信号处理方法。
技术介绍
近年来，随着经济的发展，交通需求日益增加，城市交通拥堵、交通事故频发等成为当前世界各国面临的共同问题。对公路交通事故的分析显示，在司机、汽车、道路三个环节中，司机是可靠性最薄弱的环节，因此近几年来，替代司机驾驶的无人驾驶汽车孕育而生，自动驾驶汽车又称无人驾驶汽车、电脑驾驶汽车是一种通过电脑系统实现无人驾驶的智能汽车。为提高自动驾驶汽车行驶的安全性，自动驾驶汽车依靠人工智能、视觉计算、雷达、监控装置和全球定位系统协同合作，让电脑可以在没有任何人类主动的操作下，自动安全地操作机动车辆。因此自动驾驶汽车需要判断汽车行驶状况，对车辆的安全性进行预测，自动采取措施防止交通事故的发生，减小事故发生概率的系统，如车道偏离系统、前向车辆碰撞警告系统、前向避障辅助系统、驾驶员注意力监测等。其中，汽车防撞雷达是自动驾驶汽车最主要的传感器之一。主要是由于汽车防撞雷达是一种主动安全设备，可以准确的测量出周围目标的速度和距离，以及目标所在的方位角等信息，可以准确的发现无人驾驶汽车在行驶过程中的潜在危险，并且根据雷达检测到的障碍物信息，自动采取措施消除危险。目前应用到汽车上的测距方法主要有激光测距，超声波测距，红外线测距，毫米波雷达测距等几种方法。红外、摄像头等光学技术价格低廉且技术简单，但是全天候工作效果不好，防撞性能有限；超声波受天气状态影响大，探测距离较短。而毫米波雷达克服了上述几种探测方式的缺点，具有稳定的探测性能和良好环境适用性。它不仅具有频率高、波长短、频带宽、体积小、重量轻等特点，而且与上述几种传感器相比，毫米波雷达穿透雾、烟、灰尘的能力强，抗干扰能力强，不受光线影响，探测距离远，具有全天候全天时等特点。成本也有所下降，并且雷达的外型尺寸可以做得很小，便于在汽车上安装，故作为目前国内外自动驾驶汽车防撞雷达的普遍选择方式。综上所述：无论从安全角度还是经济角度而言，自动驾驶汽车防撞雷达的研制都极具应用价值和现实意义。自动驾驶汽车在实现过程中，需要全方位的进行防撞，所以本专利技术的自动驾驶汽车防撞雷达，可以安装在汽车正前方作为正向防撞雷达使用，同时可以安装在汽车前方的左边或是右边，作为汽车正前方的左边以及右边方向防撞雷达使用，同时可以安装在汽车正后面，作为后向防撞雷达使用，同时可以按照在汽车后方左边和右边作为变道辅助雷达同时作为防撞雷达使用，以及可以按照在汽车左右两侧，作为汽车左右两侧的防碰撞雷达使用。本专利技术所设计的自动驾驶汽车防撞雷达在以下描述中，主要是针对前向防撞雷达进行描述，但是其他按照地方的雷达可以按此方法进行同理使用。
技术实现思路
为了解决无人驾驶汽车防撞的技术问题，本专利技术提出了一种基于组合波形的自动驾驶汽车防撞雷达系统信号处理方法，基于该信号处理方法，解算得到单一目标的距离、速度和方位角，以可以对目标检测和跟踪，从而防止无人驾驶汽车碰撞。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种基于组合波形的自动驾驶汽车防撞雷达系统信号处理方法，所述组合波形是锯齿波和恒频波的组合波形，该波形的第一段为锯齿波FMCW，第二段为恒频波CW；所述处理方法包括如下步骤：S1.对各段波形，将A/D采集到的IQ数据，去除前部分数据点后去直流，进行时频的FFT变换，将时域数据转换成频率数据；S2.将各段波形的经FFT变换后的复数模值做CFAR门限检测，对CFAR门限检测后的数据，令每一个数据为一个距离单元，对每一个距离单元的数据均进行二进制累计，输出过门限的第一个峰值点，计算得到相位；S3.计算锯齿波段的差频频率值、恒频段的多普勒频率值、相对速度值、计算相对距离值、计算方向角中的一种或多种。进一步的，步骤S1中的去直流的方法是：(1)计算通道1锯齿波段和恒频波段的去除前部分点后的I、Q数据的均值，计算通道2的锯齿波段的去除前部分点后的I、Q数据的均值；(2)对于上述的每一个I、Q数据，减掉上一步计算得到的各自I、Q数据的均值，则完成去直流的方式；(3)IQ数据去直流计算公式为：，其中，I表示I路数据，I′为去直流后的数据，Q表示Q路数据，Q′为去直流后的数据，N表示去除前部分数据点后剩余数据点数；去直流后的I、Q数据，合并成I+jQ的数据形式，然后进行加窗处理，将对通道1中的第一段锯齿波FMCW、第二段恒频波CW，通道2中第一段锯齿波FMCW，各自数据进行加窗处理。进一步的，步骤S2的所述二进制累计的方法是：如果所述距离单元的数据过门限，则记为1，如果没过门限，则记为0，然后进行多周期积累，如果某一个距离单元的门限累计1的个数超过K个，则输出该点坐标值，否则不作为过门限的目标输出，其中K表示累计1的个数；计算方式分为两步：(1)将检测的输出量转换成二进制数，量化关系为|xi|表示FFT后的模值大小，γi表示门限值；(2)在N1个周期内对量化脉冲积累，若N1个周期内量化脉冲累计数m，二进制累积后，当同时满足要求过门限的点数不唯一，只选择输出过门限的第一个峰值点。进一步的，设通道1中线性调频锯齿波FMCW第一个过门限点的峰值坐标为p1_fmcw，对应的FFT变换后的数据为a_p1+1j*b_p1，相位为恒频波CW第一个过门限点的峰值坐标为p1_cw；设通道2中线性调频锯齿波FMCW第一个过门限点的峰值坐标为p2_fmcw，对应的FFT变换后的数据为a_p2+1j*b_p2，相位为若过门限的位置点等于1，则认为其是直流分量，不作为目标判定；其中：a表示I路的数据值，b表示Q路的数据值，a_p1表示在a+j*b组成的数组中，过门限的峰值点对应的坐标为p1，a_p2表示在a+j*b组成的数组中，过门限的峰值点对应的坐标为p2，b_p1表示在a+j*b组成的数组中，过门限的峰值点对应的坐标为p1，b_p2表示在a+j*b组成的数组中，过门限的峰值点对应的坐标为p2。进一步的，所述计算锯齿波段的差频频率值的方法是：通道1中，线性调频锯齿波FMCW，其过门限点幅值最大的点的坐标p1_fmcw，根据如下规则，则该点对应的差频频率值为fb；该规则是：若获得的该过门限点幅值最大的点的个数，符合1≤p1_fmcw≤256，其对应点上的差频频率值若获得的最大点数p1_fmcw，256＜p1_fmcw≤512，其对应点上的差频频率值fs表示系统采样频率。进一步的，计算所述恒频段的多普勒频率值的方法是：通道1中，恒频波CW，过门限点幅值最大的点的坐标p1_cw，根据如下规则计算该点对应的多普勒频率为fd；规则如下：若做512点的FFT变换，点数x，符合1≤x≤256，判断目标靠近，其对应点上的多普勒频率点数x，符合256＜x≤512，判断目标远离，其对应点上的多普勒频率进一步的，计算所述相对速度值的方法是：根据计算得到的多普勒频率值fd，计算目标的速度v，计算目标的速度公式为其中，c为光速，f为中心频率。进一步，计算所述相对距离值的方法是：根据恒频段计算得到的多普勒频率值fd，以及锯齿波段得到的差频频率值fb，计算目标的距离R，计算距离公式为其中，T为周期，B为调频带宽。进一步的，由通过通道1和通道2中，线性调频锯齿波段分别本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于组合波形的自动驾驶汽车防撞雷达系统信号处理方法，其特征在于，所述组合波形是锯齿波和恒频波的组合波形，该波形的第一段为锯齿波FMCW，第二段为恒频波CW；所述处理方法包括如下步骤：S1.对各段波形，将A/D采集到的IQ数据，去除前部分数据点后去直流，进行时频的FFT变换，将时域数据转换成频率数据；S2.将各段波形的经FFT变换后的复数模值做CFAR门限检测，对CFAR门限检测后的数据，令每一个数据为一个距离单元，对每一个距离单元的数据均进行二进制累计，输出过门限的第一个峰值点，计算得到相位；S3.计算锯齿波段的差频频率值、恒频段的多普勒频率值、相对速度值、计算相对距离值、计算方向角中的一种或多种。

【技术特征摘要】
1.一种基于组合波形的自动驾驶汽车防撞雷达系统信号处理方法，其特征在于，所述组合波形是锯齿波和恒频波的组合波形，该波形的第一段为锯齿波FMCW，第二段为恒频波CW；所述处理方法包括如下步骤：S1.对各段波形，将A/D采集到的IQ数据，去除前部分数据点后去直流，进行时频的FFT变换，将时域数据转换成频率数据；S2.将各段波形的经FFT变换后的复数模值做CFAR门限检测，对CFAR门限检测后的数据，令每一个数据为一个距离单元，对每一个距离单元的数据均进行二进制累计，输出过门限的第一个峰值点，计算得到相位；S3.计算锯齿波段的差频频率值、恒频段的多普勒频率值、相对速度值、计算相对距离值、计算方向角中的一种或多种。2.如权利要求1所述的基于组合波形的自动驾驶汽车防撞雷达系统信号处理方法，其特征在于，步骤S1中的去直流的方法是：(1)计算通道1锯齿波段和恒频波段的去除前部分点后的I、Q数据的均值，计算通道2的锯齿波段的去除前部分点后的I、Q数据的均值；(2)对于上述的每一个I、Q数据，减掉上一步计算得到的各自I、Q数据的均值，则完成去直流的方式；(3)IQ数据去直流计算公式为：其中，I表示I路数据，I′为去直流后的数据，Q表示Q路数据，Q′为去直流后的数据，N表示去除前部分数据点后剩余数据点数；去直流后的I、Q数据，合并成I+jQ的数据形式，然后进行加窗处理，将对通道1中的第一段锯齿波FMCW、第二段恒频波CW，通道2中第一段锯齿波FMCW，各自数据进行加窗处理。3.如权利要求1所述的基于组合波形的自动驾驶汽车防撞雷达系统信号处理方法，其特征在于，步骤S2的所述二进制累计的方法是：如果所述距离单元的数据过门限，则记为1，如果没过门限，则记为0，然后进行多周期积累，如果某一个距离单元的门限累计1的个数超过K个，则输出该点坐标值，否则不作为过门限的目标输出，其中K表示累计1的个数；计算方式分为两步：(1)将检测的输出量转换成二进制数，量化关系为：|xi|表示FFT后的模值大小，γi表示门限值；(2)在N1个周期内对量化脉冲积累，若N1个周期内量化脉冲累计数m，二进制累积后，当同时满足要求过门限的点数不唯一，只选择输出过门限的第一个峰值点。4.如权利要求1所述的基于组合波形的自动驾驶汽车防撞雷达系统信号处理方法，其特征在于，设通道1中线性调频锯齿波FMCW第一个过门限点的峰值坐标为p1_fmcw，对应的FFT变换后的数据为a_p1+1j*b_p1，相位为恒频波CW第一个过门限点的峰值坐标为p1_cw；设通道2中线性调频锯齿波FMCW第一个过门限点的峰值坐标为p2_fmcw，对应的FFT变换后的数据为a_p2+1j*b_p2，相位为若过门限的位置点等于1，则认为其是直流分量，不作为目标判定；其中：a表示I路的数据值，b表示Q路的数据值，a_p1表示在a+j*b组成的数组中，过门限的峰值点对应的坐标为p1，a_p2表示在a+j*b组成的数组中，过门限的峰值点对应的坐标为p2，b_p1表示在a+j*b组成的数组中，过门限的峰值点对应的坐标为p1，b_p2表示在a+j*b组成的数组中，过门限的峰值点对应的坐标为p2。5.如权利要求1所述的基于组合波形的自动驾驶汽...

【专利技术属性】
技术研发人员：田雨农，王鑫照，
申请(专利权)人：大连楼兰科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21