一种毫米波雷达目标加速度精确实时估计方法及其系统技术方案

本发明专利技术提供一种毫米波雷达目标加速度精确实时估计方法及其系统，该方法包括使用毫米波雷达连续发射多个线性调频信号，并通过其接收端采集相应的目标回波信号，对接收到的目标回波信号与发射参考信号进行混频、低通滤波以及距离FFT处理，把同一距离的不同周期的目标回波信号进行时频信号变换，获取信号的多普勒变换率，以及根据自适应多目标瞬时加速度提取算法获取多个目标信号速度或加速度的实时值，即可准确预测加速或减速的运动目标信号。应用本发明专利技术能够准确和实时测量自动驾驶毫米波雷达目标瞬时加速度，从而解决自动驾驶路径规划过程中对加速目标的位置预测不准确的问题。过程中对加速目标的位置预测不准确的问题。过程中对加速目标的位置预测不准确的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种毫米波雷达目标加速度精确实时估计方法及其系统


[0001]本专利技术涉及自动驾驶安全辅助
，具体涉及一种毫米波雷达目标加速度精确实时估计方法以及应用该方法的系统。

技术介绍

[0002]随着私家汽车在中国的普及、城市交通拥堵越来越严重和普通工薪人群在日常生活中驾驶车辆的时间越来越长，自动驾驶已经逐渐成为未来汽车驾驶的必然选择。自动驾驶包括感知、认知、规划和控制四个核心环节，但核心技术中的核心关是感知技术，因为获取完整和实时驾驶环境和其它目标的感知信息是自动驾驶成功的必要条件。如果感知有严重缺陷，即使有完美的认知、规划和控制技术，自动驾驶也会丧失自动功能。自动驾驶感知主要图像采集器、毫米波雷达和激光雷达等传感器等实现的。其中，毫米波雷达主要用于运动目标的检测和测量，运动目标加速度信息在自动驾驶路径规划中的有着重要意义。
[0003]在自动驾驶感知技术中，毫米波雷达主要用于运动目标的检测和测量，并用于后续的自动驾驶行驶路径规划。需要测量重要运动目标的参数包括目标距离，位置，多普勒频率或速度，甚至是目标加速度。但现有的自动驾驶毫米波雷达基本上不测量目标的加速度，或者说现有毫米波雷达系统都认为目标的加速度是零，所以无法给出目标的加速度信息。
[0004]因此，现有技术存在的问题包括以下几点：
[0005]1、目前基本上所有最好的汽车毫米波雷达都只能测量目标和环境的四维信息，即是三维位置和速度，无法给出目标瞬时加速度的测量值。有证据表明最近很多的自动驾驶撞车事故都和无法预测其它加速启动车辆的位置有关。
[0006]2、很多自动驾驶环境中的运动目标如启动或加速中的车辆虽然本身速度不高，但加速度很大，给自动驾驶在复杂环境下目标车辆的位置预测带来很大偏差，从而会在自动驾驶后面的路径规划带来安全隐患，为了准确估计和预测其它附近运动车辆的位置，自动驾驶需要实时精确估计运动车辆的瞬时加速度。
[0007]3、现在的自动驾驶系统毫米波雷达无法提供目标加速度，不是因为加速度不重要，主要是没有好的测量方法。理论上加速度可以通过速度变换率测出来，但由于测量时间太长，获得的加速度值不但不准确，而且由于时间太长而毫无意义。所以，现代自动驾驶毫米波雷达必须有一种新的能准确和实时测量目标瞬时加速度的方法。

技术实现思路

[0008]为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种毫米波雷达目标加速度精确实时估计方法及其系统，该方法和系统能够准确和实时测量自动驾驶毫米波雷达目标瞬时加速度，从而解决自动驾驶路径规划过程中对加速目标的位置预测不准确的问题。
[0009]为解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0010]一种毫米波雷达目标加速度精确实时估计方法，包括以下步骤：使用毫米波雷达连续发射多个线性调频信号，并通过其接收端采集相应的目标回波信号；对接收到的目标
回波信号与发射参考信号进行混频、低通滤波以及距离FFT处理；把同一距离的不同周期的目标回波信号进行时频信号变换，获取信号的多普勒变换率，以及根据自适应多目标瞬时加速度提取算法获取多个目标信号速度或加速度的实时值，即可准确预测加速或减速的运动目标信号。
[0011]进一步的方案是，所述使用毫米波雷达连续发射多个线性调频信号，并通过其接收端采集相应的目标回波信号，包括：在毫米波雷达工作周期内，通过毫米波雷达连续发射M个线性调频信号，其发射波形定义为公式(1)：
[0012]x1(t)＝sin[2π(f
c
+kt)t+φ1][u(t)
‑
u(t
‑
T)]ꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0013]其中，f
c
是发射载波调制频率，k是线性调频信号的调频斜率，u(t)是单位阶跃函数；
[0014]假设在距离R位置有一个目标，则产生的目标回波信号表示为公式(2)：
[0015]x2(t)＝Asin[2π(f
c
+kt
‑
kτ)(t
‑
τ)+φ1][u(t
‑
τ)
‑
u(t
‑
T)]ꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0016]其中，
[0017]更进一步的方案是，所述对接收到的目标回波信号与发射参考信号进行混频、低通滤波以及距离FFT处理，包括：当接收到目标回波信号后，将其与发射调频参考信号进行混频，输出低通滤波后，得出与目标距离相关的频率信号，表示为公式(4)：
[0018]x(t)＝Asin(2πf0t+φ0)[u(t
‑
τ)
‑
u(t
‑
T)]ꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0019]其中，输出信号的频率是f0＝kτ，对其进行FFT处理，其输出频率和目标距离成正比。
[0020]更进一步的方案是，所述对接收到的目标回波信号与发射参考信号进行混频、低通滤波以及距离FFT处理，包括：判断运动目标是否有加速度B，如是，则运动目标的瞬时速度则为公式(9)：
[0021]v(t)＝v0+Bt
ꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0022]相应目标的距离函数为公式(10)：
[0023][0024]因此，将含有加速度B的运动目标信号进行混频，输出低通滤波后，与目标距离相关的频率信号输出为公式(11)：
[0025][0026]其中，h是线性多普勒变换率，表示为公式(12)：
[0027][0028]更进一步的方案是，所述把同一距离的不同周期的目标回波信号进行时频信号变换，包括：当对信号进行混频、低通滤波以及距离FFT处理后，采样选定距离的输出数据点；选择输出数据点时频信号变换的时间以及频率二维网格点；计算出所有频率二维网格点的威格纳分布函数值；选择二维时频低通函数，并计算其在所有频率二维网格点的二维函数
值；将计算出来的威格纳分布函数值、频率二维网格点的二维函数值做二维非周期卷积，输出回波信号在该选定距离点的时频变换结果，并生成雷达目标信号时频分布图。
[0029]更进一步的方案是，所述把同一距离的不同周期的目标回波信号进行时频信号变换，包括：把同一距离的不同周期的目标回波信号选用修正的威格纳分布变换进行时频信号变换，假设输入回波信号是x(t)，其威格纳分布变换定义为公式(13)：
[0030][0031]更进一步的方案是，使用以下修正的威格纳分布变换进行雷达目标信号分析，表示为公式(14)：
[0032][0033]其中，Φ(t,f)是核函数。
[0034]更进一步的方案是，所述根据自适应多目标瞬时加速度提取算法获取多个目标信号速度或加速度的实时值，包括：在获取到的雷达目标信号时频分布图上任意选择一个时间点t1，并在该时间点上搜索所有时频图像的极大值点；在雷达目标信号时频分布图上选择一个不同的时间点t2，并在该时间点上搜索所有时频图像的极大值点；选择t1和t2的极大值点拟合成以下线本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种毫米波雷达目标加速度精确实时估计方法，其特征在于，包括以下步骤：使用毫米波雷达连续发射多个线性调频信号，并通过其接收端采集相应的目标回波信号；对接收到的目标回波信号与发射参考信号进行混频、低通滤波以及距离FFT处理；把同一距离的不同周期的目标回波信号进行时频信号变换，获取信号的多普勒变换率，以及根据自适应多目标瞬时加速度提取算法获取多个目标信号速度或加速度的实时值，即可准确预测加速或减速的运动目标信号。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述使用毫米波雷达连续发射多个线性调频信号，并通过其接收端采集相应的目标回波信号，包括：在毫米波雷达工作周期内，通过毫米波雷达连续发射M个线性调频信号其发射波形定义为公式(1)：x1(t)＝sin[2π(f
c
+kt)t+φ1][u(t)
‑
u(t
‑
T)]
ꢀꢀꢀꢀ
(1)其中，f
c
是发射载波调制频率，k是线性调频信号的调频斜率，u(t)是单位阶跃函数；假设在距离R位置有一个目标，则产生的目标回波信号表示为公式(2)：x2(t)＝Asin[2π(f
c
+kt
‑
kτ)(t
‑
τ)+φ1][u(t
‑
τ)
‑
u(t
‑
T)]
ꢀꢀꢀꢀ
(2)其中，3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对接收到的目标回波信号与发射参考信号进行混频、低通滤波以及距离FFT处理，包括：当接收到目标回波信号后，将其与发射调频参考信号进行混频，输出低通滤波后，得出与目标距离相关的频率信号，表示为公式(4)：x(t)＝Asin(2πf0t+φ0)[u(t
‑
τ)
‑
u(t
‑
T)]
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)其中，输出信号的频率是f0＝kτ，对其进行FFT处理，其输出频率和目标距离成正比。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对接收到的目标回波信号与发射参考信号进行混频、低通滤波以及距离FFT处理，包括：判断运动目标是否有加速度B，如是，则运动目标的瞬时速度则为公式(9)：v(t)＝v0+Bt
ꢀꢀꢀꢀ
(9)相应目标的距离函数为公式(10)：因此，将含有加速度B的运动目标信号进行混频，输出低通滤波后，与目标距离相关的频率信号输出为公式(11)：其中，h是线性多普勒变换率，表示为公式(12)：5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述把同一距离的不同周期的目标回波信
号进行时频信...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓海，
申请(专利权)人：珠海安自达科技有限公司，
类型：发明
国别省市：