一种基于汽车辅助驾驶系统的多目标测向系统及其方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及的是一种探测技术，具体的说是一种基于汽车辅助驾驶系统的多目标 测向系统及其方法。
【背景技术】
[0002] 最近在无线电、网络和云计算技术的进展使得基于物联网的服务和发展得到了迅 速的发展。物联网是将多样的物理和电子设备与互联网相连来提高对人类的服务质量。作 为一种新兴技术，物联网在现有的工业电子系统有许多应用，例如交通系统和制造业系统。 现在，科研人员将更多的技术融入物联网，例如，传感器、GI^设备W及移动设备。智能交 通系统在物联网中扮演重要的角色，是一种新兴的提高交通系统性能和增强交通安全的有 效方式。当驾驶员在开车途中，在汽车尾部存在一定的盲区，从后视镜中也难W观察到，因 此辅助驾驶系统被引入到汽车电子系统中，它最开始是在汽车的自适应巡航系统中得到应 用。雷达系统是辅助驾驶系统中的一个重要组成部分，其可W同时探测多个目标。然而在 其具体应用中存在一些难W解决的问题例如频谱配对、临近目标位置判断W及弯道驾驶时 临近车道和广告牌等的判断。
[0003] 经对现有文献检索发现，目前尚未利用波达方向估计进行频谱配对、临近目标位 置判断W及弯道驾驶时临近车道和广告牌等的判断的研究，但是利用其它信息对目标进行 测向和频谱配对等的研究已有报道，相关文献如下：
[0004] 1. 2003年，史林等人在《调频连续波雷达频谱配对信号处理方法》中首次采用的 上、下扫频段差拍频谱面积配对的方法，但是对处于同一距离具有不同速度的目标不能分 辨。
[0005] 2. 2011年，潘勇先等人在《一种调频连续波距离-速度配对处理方法》中提出利 用同一目标产生的回波频谱的幅度在正/负调制段总是具有最大的相似性运一点来实现 频谱配对问题，但是当两个目标具有相同距离和速度时，运种方法无法正确分辨目标。
[0006] 3. 2012年，卢继华等人首次在发明专利《基于干设原理的汽车防撞雷达高精度测 角方法》中，提出一种基于干设原理的汽车防撞雷达高精度测角方法，基于长基线/短波长 W及互质波长的干设原理，并结合干设原理实现方向角去模糊，从而得到高精度方向角。但 是该方法只适用于对单个目标进行测向，无法对多个目标进行同时估计，因此实现不了上 述频谱配对等功能。
[0007] 4. 2013 年，PhilippHeidenreich在《FastmaximumlikelihoodDOA estimationinthetwo-targetcasewithapplicationstoautomotiveradar》中将最 大似然方法应用到由于护栏反射产生的虚假目标去除中，但是并没有对频谱配对和汽车过 弯等具体细节进行讨论。
[0008] 5. 2011年，钟霞等人在《汽车防撞雷达对弯道行驶目标的车道识别》中，根据安装 在本车上的防撞雷达对前方车辆的实时探测数据，计算前车行驶车道半径，通过与本车所 在车道半径进行比较，从而判断前方汽车是否与本车在同一车道，但是对道路旁边的广告 牌等并没有具体办法进行识别。
【发明内容】
[0009]本发明的目的主要为提高汽车辅助驾驶系统对驾驶员的安全性，解决车载雷达在 对多个目标进行探测的过程中的一些难W解决的问题例如频谱配对、临近目标位置判断W 及弯道驾驶时临近车道和广告牌等的判断。汽车辅助驾驶系统通过实时监测各个模块传送 的参数信息是否超过车辆行驶中的安全阔值，如果一旦超过，该系统会通过对驾驶员进行 告警，让驾驶员对车辆的行进路线进行修正，避免事故的发生。
[0010] 本发明提供了一种基于汽车辅助驾驶系统的多目标测向系统，所述系统包括信号 处理模块W及系统融合与决策模块，
[0011] 所述信号处理模块包括：
[001引用于获取方向盘的转角、油口、刹车值的方向盘控制模块；
[0013] 用于获取前方障碍物的距离、位置速度的红外成像模块；
[0014] 用于获取前方车辆、护栏、广告牌等障碍物的距离、位置速度的毫米波雷达测向测 距测速模块；
[0015]所述系统融合与决策模块包括总线控制器及驱动器一、总线控制器及驱动器二、 红外图像处理W及显示控制单元、车载液晶显示器、车载嵌入式计算机、声光报警系统；
[0016]所述信号处理模块将采集到的数据通过方向盘控制模块、红外成像模块和毫米波 雷达测向测距测速模块进行处理，获得汽车在运动状态下的各种参数信息，所述信号处理 模块得到的参数信息通过信息融合与决策模块进行红外数据和雷达数据之间的融合，所述 信号处理模块处理后的信息通过总线控制器及驱动器一将处理后的参数送到红外图像处 理W及显示控制单元，通过对传送的参数进行进一步处理与融合，将车辆的位置信息W及 其周围环境情况显示到车载液晶显示器上，另一路参数通过总线控制器及驱动器二传送到 一个小型嵌入式计算机中，通过对数据进行分析，计算机控制声光报警系统给出，追尾报 警、侧翻报警W及线路偏离报警的提示，并在液晶显示器上进行显示。
[0017] 一种基于汽车辅助驾驶系统的多目标测向方法，利用上述的系统，通过毫米波雷 达测向测距测速模块对雷达回波方向进行精确重构，其方法的步骤如下：
[0018](1)、毫米波雷达测向模块中的均匀线阵安装在汽车前端和汽车周围；
[0019] (2)、利用辅助阵元构造互禪矩阵来消除互禪影响，利用雷达回波在空域的稀疏特 性，对整个空间进行离散化网格处理；
[0020] (3)、为了补偿孔径损失，对接收数据的协方差矩阵进行向量化处理形成新的协方 差向量；
[0021] (4)、通过对新的协方差向量进行非自适应线性投影测量得到最终的测量向量；
[0022] 巧）、通过正交匹配追踪等算法对雷达回波方向进行精确重构。
[0023] 上述步骤（2)的方法如下：
[0024]假设K个窄带目标回波入射到阵元数为M的均匀线阵上，其中M>K，阵列与地面 水平平行，相邻阵元之间的距离为半波长，K个雷达回波从不同方向入射到阵列上，车载雷 达线阵积累N个快拍的输出为：
[00巧]X(t) =A(白）S似+N(t)，t= 1，. ..，N
[002引其中X(t) = [Xi(t)，X2(t)，. . .，XM(t)]T是MXl维的阵列输出向量，S(t)=
[Si(t)，S2(t)，. . .，S|((t)]T是KXI信号向量，N(t) =[ni(t)，ri2(t)，. . .，riM(t)]T是MXI 维的零均值方差为O2的加性高斯白噪声向量，（?）T，（，）H和分别代表矩阵转 置、共辆转置W及数学期望，A(0) = [a(0i)，a(0 2)，...，a(9K)]为阵列流形矩阵， 紅(巧-）三[1乂...，皆-1了为第1^个信号的导向矢量，其中乂,= 6邱(-扣。(131。（0^/入）；
[0027] 在存在未知互禪时，车载雷达的接收数据写为：
[0028] X=CA(白）S+N
[0029] 矩阵X为MXN维接收数据矩阵，矩阵S为MXN维信号矩阵，矩阵N为MXN维噪声 矩阵，矩阵C为MXM维互禪矩阵，根据互易原则，互禪矩阵是一个带状对称拓普利兹矩阵， 其第一行为C= [。1，。2，…，Cp，0，…，0]，满足 0 < |cp| <|cpi| 0??<Ci= 1，其中P为 互禪自由度，在阵元间距大于（P-I)d时，互禪影响可忽略不计，互禪矩阵写为：
[0030]
[003。 构造一个由潜在导向矢量列向量构成的过完备字典祁"巧)，...，0闽]￡严； 其中a 为潜在方向的导向矢量；在多快