一种基于毫米波雷达的车辆目标速度变化测量方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于毫米波雷达的车辆目标速度变化测量方法及系统，涉及数字信号处理技术领域。方法包括：步骤一：产生LFMCW信号；步骤二、通过无线收发单元进行信号传递；步骤三：获得中频信号；步骤四：提取慢时间信号序列；步骤五：测量车辆目标速度变化量。系统包括信号产生单元、无线收发单元、信号去斜单元、信号校正单元、速度变化量测量单元。本发明专利技术实现了对前车速度变化量的高精度、实时的测量，将前方的车辆的速度变化以及其它信息融合及决策，进而帮助驾驶员或自动驾驶系统采取必要的合理措施，提高行车安全。提高行车安全。提高行车安全。

【技术实现步骤摘要】
一种基于毫米波雷达的车辆目标速度变化测量方法及系统


[0001]本专利技术涉及数字信号处理
，尤其涉及一种基于毫米波雷达的车辆目标速度变化测量方法及系统。

技术介绍

[0002]毫米波雷达探测范围适中，在距离和速度信息测量方面精度高且性能稳定，在常见的雾、雨、尘等天气状况下均能全天候不间断工作。同时随着近几十年来微波半导体器件工艺的进步，毫米波雷达的硬件电路成本得到有效控制，且可以实现高度集成，非常适应车载传感器轻便、易安装、低功率、低成本的需求。在高级驾驶辅助系统中，毫米波雷达被看作传感器系统中的核心传感器之一，成为车载雷达应用的主流。
[0003]目前，虽然越来越多的车辆配置了雷达探头，但是传统的傅里叶变换(Fourier Transform，FT)是一种全局性变换，只能得到信号的时域或频域信息，所以该变换只适用于研究平稳信号。由于目标速度的突变会引起回波频率的跳变，是典型的非平稳信号。目前，时频分析是研究这类非平稳信号的主要手段之一，它利用以时间、频率为变量的函数来描述信号频率在时间轴上的分布。时频分析主要分为两类：线性时频分析和双线性时频分析。其中线性时频变换的代表是短时傅里叶变换(Short
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Time Fourier Transform，STFT)，虽然STFT计算量小，容易实现，但受到窗函数的制约，其时间分辨率和频率分辨率不能同时达到最佳。为了克服STFT的缺点，双线性时频分析方法逐步被提出。其中典型的双线性变换时是魏格纳维尔分布(Wigner
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Ville Distribution，WVD)，虽然解决了STFT中窗函数带来的问题，但该方法在分析多分量信号时会不可避免地产生交叉项，造成严重干扰。为了克服这个缺点，伪魏格纳
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维尔分布和平滑伪魏格纳
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维尔分布概念随后被提出，虽然抑制了交叉项的干扰但是以信号的时频分辨率、算法的运算复杂度为代价。因此需要一种高灵敏、高精度车辆目标速度变化的测量方法，为驾驶人员或智能系统平台制动决策提供及时、准确的信息，避免追尾等事故的发生概率和危害程度。
[0004]模糊函数(Ambiguity Function，AF)可以看作是信号能量的分解，因为当它在(θ,τ)平面上积分时，得到的是信号的能量。模糊函数和WVD通过两次傅里叶变换可实现相互转换。根据互模糊项峰值位置和频率差之间的对应关系，对互模糊项的峰值进行搜索并估计频率。针对自模糊项旁瓣对于互模糊项峰值位置偏移导致估计误差较大的现象，在时域内利用合适的窗函数来抑制自模糊项的旁瓣，提高速度变化量的估计的精度。
[0005]目前商业化的车载毫米波雷达主要是基于线性调频连续波(Linear Frequency Modulated Continuous Wave,LFMCW)体制，该体制具有信号产生简单、发射功率较低、抗干扰能力强等优点。LFMCW波形主要分为三角波和锯齿波两种，其中多周期快扫频的锯齿波波形又因为其优越的距离/多普勒分辨性能，更为容易的硬件实现，且没有多目标配对问题成为了车载雷达领域较为成熟主流的雷达波形。
[0006]针对上面提到的情况以及实际应用需求，本专利技术提出了基于毫米波雷达的车辆目标速度变化测量的方法，可以实现当前车发生减速或紧急制动时，能够在尽可能短的时间
内对其减速状态进行实时检测、并准确估计其速度变化量。该方法采用LFMCW锯齿波信号，针对回波的慢时间信号序列，利用模糊函数中互模糊项与速度变化量的关系实现车辆目标速度变化的高灵敏、高精度测量。在此基础之上，将获取的车辆目标的速度变化信息传输给智能系统平台，智能系统平台将信息融合、决策分析和判断车辆驾驶模式和将要执行的操作。该方法可以为驾驶人员或智能系统平台制动决策提供及时、准确的信息，可有效避免追尾等事故的发生概率和危害程度。
[0007]因此，提出一种基于毫米波雷达的车辆目标速度变化测量方法及系统，来解决现有技术存在的困难，是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0008]有鉴于此，本专利技术提供了一种基于毫米波雷达的车辆目标速度变化测量方法及系统，可以通过采用LFMCW锯齿波信号，针对回波的慢时间信号序列，利用模糊函数中互模糊项与速度变化量的关系实现车辆目标速度变化的高灵敏、高精度测量。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0010]一种基于毫米波雷达的车辆目标速度变化测量方法，应用于基于毫米波雷达的车辆目标速度变化测量系统，包括以下步骤：
[0011]S1、信号生成步骤：信号产生单元生成LFMCW信号，并将LFMCW信号分为两路，一路传输至无线收发单元，另一路传输至信号去斜单元；
[0012]S2、信号收发步骤：无线收发单元，一方面将产生的LFMCW信号发射，另一方面接收目标散射的回波信号再传输至信号去斜单元进行处理；
[0013]S3、中频信号获得步骤：信号去斜单元将发射信号作为本振信号，将目标散射的回波信号去斜为中频信号，并将中频信号传输至信号校正单元；
[0014]S4、慢时间信号序列提取步骤：信号校正单元对中频信号距离徙动校正并提取慢时间信号序列；将提取的慢时间信号序列传输至速度变化测量单元；
[0015]S5、速度变化量测量步骤：速度变化测量单元根据速度与多普勒之间的关系计算前车目标的速度变化量。
[0016]一种基于毫米波雷达的车辆目标速度变化测量系统，执行上述的一种基于毫米波雷达的车辆目标速度变化测量方法，包括：信号产生单元、无线收发单元、信号去斜单元、信号校正单元、速度变化量测量单元；
[0017]信号产生单元与无线收发单元的输入端、信号去斜单元的输入端分别连接，信号产生单元用于生成LFMCW信号，并将LFMCW信号分为两路，一路传输至无线收发单元，另一路传输至信号去斜单元；
[0018]无线收发单元，与信号去斜单元的输入端连接，用于LFMCW信号的发射和接收，一方面将产生的LFMCW信号发射，另一方面接收目标散射的回波信号再传输至信号去斜单元进行处理；
[0019]信号去斜单元，与信号校正单元的输入端连接，用于将发射信号作为本振信号，将目标散射的回波信号去斜为中频信号，并将中频信号传输至信号校正单元；
[0020]信号校正单元，与速度变化量测量单元的输入端连接，用于对中频信号距离徙动校正并提取慢时间信号序列；将提取的慢时间信号序列传输至速度变化测量单元；
[0021]速度变化测量单元，用于利用慢时间信号序列提取前车目标的速度变化量。
[0022]上述的系统，可选的，信号产生单元，用于发射信号的LFMCW调制，得到LFMCW信号，通过耦合器将LFMCW信号分两路传输，一路通过功率放大器传输至无线收发单元的发射天线，另一路作为信号去斜单元的本振信号。
[0023]上述的系统，可选的，无线收发单元包括发射天线和接收天线，用于发射和接收信号，待发射的LFMCW信号传输至发射天线后向当本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于毫米波雷达的车辆目标速度变化测量方法，其特征在于应用于基于毫米波雷达的车辆目标速度变化测量系统，包括以下步骤：S1、信号生成步骤：信号产生单元生成LFMCW信号，并将LFMCW信号分为两路，一路传输至无线收发单元，另一路传输至信号去斜单元；S2、信号收发步骤：无线收发单元，一方面将产生的LFMCW信号发射，另一方面接收目标散射的回波信号再传输至信号去斜单元进行处理；S3、中频信号获得步骤：信号去斜单元将发射信号作为本振信号，将目标散射的回波信号去斜为中频信号，并将中频信号传输至信号校正单元；S4、慢时间信号序列提取步骤：信号校正单元对中频信号距离徙动校正并提取慢时间信号序列；将提取的慢时间信号序列传输至速度变化测量单元；S5、速度变化量测量步骤：速度变化测量单元根据速度与多普勒之间的关系计算前车目标的速度变化量。2.一种基于毫米波雷达的车辆目标速度变化测量系统，其特征在于，执行权利要求1所述的一种基于毫米波雷达的车辆目标速度变化测量方法，包括：信号产生单元、无线收发单元、信号去斜单元、信号校正单元、速度变化量测量单元；信号产生单元与无线收发单元的输入端、信号去斜单元的输入端分别连接，信号产生单元用于生成LFMCW信号，并将LFMCW信号分为两路，一路传输至无线收发单元，另一路传输至信号去斜单元；无线收发单元，与信号去斜单元的输入端连接，用于LFMCW信号的发射和接收，一方面将产生的LFMCW信号发射，另一方面接收目标散射的回波信号再传输至信号去斜单元进行处理；信号去斜单元，与信号校正单元的输入端连接，用于将发射信号作为本振信号，将目标散射的回波信号去斜为中频信号，并将中频信号传输至信号校正单元；信号校正单元，与速度变化量测量单元的输入端连接，用于对中频信号距离徙动校正并提取慢时间信号序列；...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷鹏，李永苏，王俊，徐迈，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：