车辆目标信息探测识别系统及其信号处理方法与流程

本发明涉及雷达信号处理技术领域，尤其涉及一种车辆目标信息探测识别系统及其信号处理方法。

背景技术：

车辆目标信息探测识别是汽车防撞类雷达的技术基础。引入车道识别(方位分辨)作为当前汽车防撞雷达技术的必然趋势，可以有效提升防撞雷达的性能和目标检测识别能力。

图1描述了现有道路汽车探测雷达技术的信号处理流程，雷达发射系统向外发射特定雷达信号并由接收系统接收探测区域回波，经过放大、混频、A/D采样后得到差频信号，对该差频信号进行距离维FFT，得到距离像，然后进行慢时间FFT即MTD，得二维处理结果，对该二维处理结果进行CFAR检测，获得目标模糊的距离速度信息，然后利用相关解模糊手段进行速度解模糊，获得目标距离速度信息以后，根据双通道比相测角技术进行目标车道信息解算，从而获得目标多维信息。传统方法直接进行了二维处理后再进行CFAR检测，数据量比较大。另外，传统处理方法中能够对目标进行准确车道识别的前提是将雷达波束中心严格对准车道线。但是很显然，在没有专业标校设备辅助的情况下，由于雷达装配和安装过程中引入的误差，会造成车道识别误差过大。

汽车防撞雷达的思路看似简单，但研发的难度却非常大，不仅受限于检测环境和毫米波技术，还要综合考虑民用系统对功率、尺寸、成本、电磁干扰和稳定性等的苛刻要求，其设计处于诸多相互矛盾的要求中，技术上存在的最大问题是多目标检测时的虚警问题。

汽车防撞雷达的工作环境恶劣，虚警问题的产生可能起源于多种因素，相邻车道上的车辆，护栏，路旁的数目，标识牌，以及空中和远处的建筑物都会对雷达系统形成干扰，导致防撞雷达发出错误警报。所以，如何获得可以接受的低虚警率，是汽车防撞雷达理论研究中的重点和难点。

为了解决虚警问题，大家已经逐渐达成共识，即，要求防撞雷达具备测角能力，目标的方位角信息对于去除虚警是必不可少的。设计出易于产生，抗干扰性能强的复杂雷达发射信号，配合以实时高效的信号处理和目标检测算法，以去除虚警。只有以上两点紧密结合起来，才能保证汽车防撞雷达的工作可靠性。

技术实现要素：

本发明提供一种车辆目标信息探测识别系统及其信号处理方法，可在雷达探测器任意摆放条件下实现中长距离车辆目标的持续跟踪，实现对车辆目标的距离、速度、车道信息的高精度探测，在降低系统硬件处理复杂性的基础上实现对运动车辆目标的低虚警率高精度探测，可以在复杂应用背景下，有效滤除干扰和杂波，解决了没有专业标校设备标校雷达波束指向情况下对中远距离车辆目标车道精确识别的难题。

为了达到上述目的，本发明提供一种车辆目标信息探测识别系统，包含：雷达探测器和两个辅助车道标校导标；

所述的雷达探测器包含：

雷达发射系统，雷达发射系统中的发射机向探测区域发射线性调频连续波；

雷达接收系统，雷达接收系统中的两个接收通道分别接收探测区域的回波信号；

信号处理系统，其电性连接雷达接收系统，信号处理系统对接收到回波信号进行目标检测处理，获得目标车辆的距离、速度和车道信息；

所述的辅助车道标校导标用于标定车道线。

本发明还提供一种车辆目标信息探测识别系统的信号处理方法，包含以下步骤：

将两个辅助车道标校导标放置在同一条车道线上，采用雷达探测器测量得到两个辅助车道标校导标与雷达探测器之间的距离以及两个辅助车道标校导标之间的相位信息；

采用雷达探测器对目标车辆进行目标检测处理，获得目标车辆与雷达探测器之间的距离以及目标车辆与距雷达探测器最近的辅助车道标校导标之间的相位信息；

信号处理系统距雷达探测器根据两个辅助车道标校导标与雷达探测器之间的距离、两个辅助车道标校导标之间的相位信息、目标车辆与雷达探测器之间的距离、以及目标车辆与距雷达探测器最近的辅助车道标校导标之间的相位信息，利用点到直线的距离计算公式解算得到目标车辆的车道信息。

所述的两个辅助车道标校导标设置在雷达探测器的测距盲区之内，辅助车道标校导标的反射面朝向雷达探测器。

所述的车辆目标信息探测识别系统的信号处理方法还包含：在进行探测之前，根据要求距离分辨率和速度范围，确定线性调频连续波信号的调频斜率、调频时宽、参差重频的数值、以及一个相参处理间隔内的脉冲个数；

距离分辨率正比于发射信号带宽，发射信号带宽B＝k*τ，其中，k，τ分别表示调频斜率和调频时宽；

根据目标速度，确定所需的无模糊速度范围，设最大无模糊速度为v，则回波最大多普勒为f_d＝2v/λ，其中λ为发射信号波长；

两组参差重复频率满足它们的最小公倍数大于10倍回波最大多普勒f_d，进行相参积累或者非相参积累要求目标在一个相参处理间隔内的距离走动量小于距离分辨单元的大小。

所述的车辆目标信息探测识别系统的信号处理方法还包含：利用卡尔曼滤波技术进行目标的跟踪滤波，输出无模糊距离速度和检测结果，根据预设的距离和速度报警门限判断目标车辆是否属于威胁车辆，从而选择是否进行报警。

在采用雷达探测器测量辅助车道标校导标与雷达探测器的距离和相位信息，以及采用雷达探测器获得目标车辆的距离和速度时，雷达发射系统中的发射机按照步骤S0中设定的参数向探测区域发射线性调频连续波，雷达接收系统中的两个接收通道分别接收探测区域的回波信号，将回波信号进行放大、混频、A/D转换后输出到信号处理系统。

采用雷达探测器对目标车辆进行目标检测处理的方法具体包含以下步骤：

步骤S2.1、信号处理系统对目标回波经混频以后得到的差频信号进行距离FFT；

步骤S2.2、进行动目标显示处理，滤除固定杂波和静止目标；

步骤S2.3、将同一个相参处理间隔内的多个相参脉冲进行非相参积累；

步骤S2.4、对距离FFT和动目标显示处理以及积累以后的结果作恒虚警CFAR检测，保留存在目标的距离单元；

步骤S2.5、对存在目标的距离单元进行动目标检测，即沿多普勒维进行FFT变换；

步骤S2.6、经过动目标检测以后，沿着速度维进行恒虚警检测，从而提取出目标点，进而可以获得目标车辆的模糊距离和速度；

步骤S2.7、根据不同相参处理间隔的速度进行速度解模糊并进行距离补偿，获得目标车辆的精确测量距离和准确测量速度。

所述的信号处理系统解算得到目标车辆的车道信息的方法包含以下步骤：

步骤S3.1、建立以雷达探测器为原点、以雷达探测器与距雷达探测器最近的辅助车道标校导标连线为横轴的坐标系；

步骤S3.2、根据两个辅助车道标校导标与雷达探测器之间的距离、两个辅助车道标校导标之间的相位信息、目标车辆与雷达探测器之间的距离、以及目标车辆与距雷达探测器最近的辅助车道标校导标之间的相位信息，得到两个辅助车道标校导标和目标车辆在该坐标系中的坐标值；

两个辅助车道标校导标之间的夹角为θ；

距雷达探测器最近的辅助车道标校导标D₁与雷达探测器O之间的距离为R₁，D₁的坐标为(x₁,y₁)，x₁＝R₁，y₁＝0；

另一个辅助车道标校导标D₂与雷达探测器O之间的距离的坐标为R₁，D₂的坐标为(x₂,y₂)，x₂＝R₂cosθ，y₂＝R₂sinθ；

目标车辆T与雷达探测器O之间的距离为R₀，目标车辆T与辅助车道标校导标D₁之间的夹角为目标车辆点T的坐标为(x₀,y₀)，

步骤S3.3、计算目标车辆到车道线的距离为：

其中，A＝R₂sinθ，B＝R₁-R₂cosθ，C＝-R₁R₂cosθ。

本发明可在雷达探测器任意摆放条件下实现中长距离车辆目标的持续跟踪，实现对车辆目标的距离、速度、车道信息的高精度探测，在降低系统硬件处理复杂性的基础上实现对运动车辆目标的低虚警率高精度探测，可以在复杂应用背景下，有效滤除干扰和杂波，解决了没有专业标校设备标校雷达波束指向情况下对中远距离车辆目标车道精确识别的难题。

附图说明

图1是背景技术中现有道路汽车探测雷达技术的信号处理流程。

图2是信号处理方法的流程图。

图3是对目标车辆进行目标检测处理的流程图。

图4是车道信息解算的几何示意图。

具体实施方式

以下根据图2～图4，具体说明本发明的较佳实施例。

本发明提供一种车辆目标信息探测识别系统，包含：雷达探测器和两个辅助车道标校导标。

所述的雷达探测器包含：

雷达发射系统，雷达发射系统中的发射机向探测区域发射线性调频连续波；

所述的线性调频连续波的调频斜率、调频时宽、参差重频的数值、以及一个相参处理间隔内的脉冲个数根据所需的距离分辨率、速度分辨率以及目标检测所需的信噪比要求确定。

雷达接收系统，雷达接收系统中的两个接收通道分别接收探测区域的回波信号，将回波信号进行放大、混频、A/D转换后输出到信号处理系统；

信号处理系统，其电性连接雷达接收系统，信号处理系统对接收到回波信号进行目标检测处理，获得目标车辆的距离、速度和车道信息。

所述的辅助车道标校导标用于标定车道线。

如图2所示，本发明还提供一种车辆目标信息探测识别系统的信号处理方法，包含以下步骤：

步骤S0、根据要求距离分辨率和速度范围，确定线性调频连续波信号的调频斜率、调频时宽、参差重频的数值、以及一个相参处理间隔(CPI)内的脉冲个数；

其中，距离分辨率正比于发射信号带宽，发射信号带宽B＝k*τ，其中，k，τ分别表示调频斜率和调频时宽；

根据目标速度，确定所需的无模糊速度范围，设最大无模糊速度为v，则回波最大多普勒为f_d＝2v/λ，其中λ为发射信号波长；

两组参差重复频率需要满足它们的最小公倍数大于10倍回波最大多普勒f_d，进行相参积累或者非相参积累要求目标在一个相参处理间隔内的距离走动量小于距离分辨单元的大小，如果设最大无模糊速度为v，一个CPI中由N个脉冲组成，T为相参处理间隔，那么需要满足v*N*T<ΔR，其中ΔR表示雷达距离分辨率；

步骤S1、将两个辅助车道标校导标放置在同一条车道线上，采用雷达探测器测量得到两个辅助车道标校导标与雷达探测器的距离和相位信息；

为了抑制近距地面杂波，雷达探测器的接收机中所采用的带通滤波器的下边带决定了雷达盲区，所述的两个辅助车道标校导标设置在雷达探测器的测距盲区之内，因此，雷达探测器的工作中有两种工作模式，探测导标时采用导标模式，在该种模式下采用较高的调频斜率保证近距离导标回波频率位于系统低通滤波器的通带内，辅助车道标校的导标，其反射面朝向雷达探测器，两个辅助车道标校导标与雷达探测器之间的距离根据系统参数确定，第一个辅助车道标校导标(距离雷达近的为第一个)与雷达探测器之间的距离取决于雷达探测盲区，要求其位于雷达盲区之外尽量靠近雷达探测器以获得最佳探测精度的位置，第二个辅助车道标校导标与雷达探测器之间的距离取决于所需的角度测量精度，在一定范围内距离越大角度分辨性能越好；

所述的相位信息是指两个辅助车道标校导标之间的夹角角度；

步骤S2、采用雷达探测器对目标车辆进行目标检测处理，获得目标车辆的距离和相位信息；

步骤S3、信号处理系统进行车道信息解算；

根据两个辅助车道标校导标的距离和相位信息，将雷达自身坐标系变换到以雷达探测器作为原点、以雷达探测器和第一个导标的连线作为横轴的坐标系中，将雷达探测器测量得到的目标车辆的相位信息和距离信息转换为该坐标系下的坐标值，利用点到直线的距离计算公式获得目标车辆的车道信息；

所述的步骤S3中，雷达探测器与目标车辆以及两个辅助车道标校导标的几何关系如图4所示，其中点D₁，D₂分别代表两个导标，O表示雷达探测器，T表示目标车辆；

设导标D₁到雷达探测器的距离为R₁，导标D₂到雷达探测器的距离为R₂，，设雷达探测器测得两个导标之间的夹角为θ，目标车辆与导标D₁之间的夹角为目标车辆到雷达探测器的距离为R₀，以雷达探测器作为坐标系原点，以雷达探测器和导标D₁的连线作为x轴，形成新的坐标系；

如果设D₁点的坐标为(x₁,y₁)，D₂点的坐标为(x₂,y₂)，目标车辆点T的坐标为(x₀,y₀)，那么在新坐标系中，两个导标与目标点的横纵坐标分别表示为：

x₁＝R₁

y₁＝0

x₂＝R₂cosθ

y₂＝R₂sinθ

根据直角坐标系中两点式直线表示法，那么可以得到两个导标连线即车道线的方程为：

如果用一般式直线表示法表示车道线方程为：

Ax+By+C＝0

其中，A＝R₂sinθ，B＝R₁-R₂cosθ，C＝-R₁R₂cosθ；

根据点到直线距离的计算公式，那么可以得到目标车辆到车道线的距离为：

由于导标和目标的距离是绝对且可信的，与雷达波束指向无关，根据双通道比相测角技术可知回波相位(双通道相位差)正比于目标与雷达波束轴线夹角的正弦值，而波束指向不同获得导标和目标的角度信息均不同，因此绝对的角度信息是不可信的，而在上述距离表达公式中，直线方程中参数A、B、C以及目标坐标(x₀,y₀)是根据两个导标的距离和相对角度信息(即夹角)确定，此处的相对角度信息涉及第二个导标与第一个导标的相对角度，目标车辆与第一个导标的相对角度，相对角度信息是可信的，不随雷达波束指向而变换，从而实现对目标车辆的车道识别；

从上述推导过程中可以看出，两个导标之间的夹角θ和目标车辆与导标D₁之间的夹角均是与雷达波束指向无关的量，这样便实现在雷达任意摆放(保证目标在雷达波束照射范围之内)情况下对目标角度的准确测量；

步骤S4、利用卡尔曼滤波技术进行目标的跟踪滤波，输出无模糊距离速度和检测结果，提高结果可信度；

步骤S5、根据预设的距离和速度报警门限判断目标车辆是否属于威胁车辆，从而选择是否进行报警。

在采用雷达探测器测量辅助车道标校导标与雷达探测器的距离和相位信息，以及采用雷达探测器获得目标车辆的距离和速度时，雷达发射系统中的发射机按照步骤S0中设定的参数向探测区域发射线性调频连续波，雷达接收系统中的两个接收通道分别接收探测区域的回波信号，将回波信号进行放大、混频、A/D转换后输出到信号处理系统。

所述的步骤S2中，信号处理系统分别将不同脉冲重复频率(PRF)的相参处理间隔(CPI)内的一组回波进行目标检测处理，得到各自CPI(一个CPI包含32个相参脉冲)的目标检测结果，并且将不同CPI的检测结果的距离和多普勒信息进行解模糊处理。

如图3所示，采用雷达探测器对目标车辆进行目标检测处理的方法具体包含以下步骤：

步骤S2.1、信号处理系统对目标回波经混频以后得到的差频信号进行距离FFT；

步骤S2.2、进行动目标显示(MTI)处理，滤除固定杂波和静止目标；

步骤S2.3、将同一个相参处理间隔内的多个相参脉冲进行非相参积累(即模值相加)；

步骤S2.4、对距离FFT和动目标显示处理以及积累以后的结果作恒虚警CFAR检测，保留存在目标的距离单元(即，该距离单元中的目标超过预设门限)；

步骤S2.5、对存在目标的距离单元进行动目标检测(MTD)(即沿多普勒维进行FFT变换)；

步骤S2.6、经过动目标检测以后，沿着速度维进行恒虚警检测，从而提取出目标点，进而可以获得目标车辆的模糊距离和速度；

由于第二维处理过程是在第一次恒虚警检测以后，只是针对有目标存在的距离单元，因而处理的数据量是小于传统方法的；

步骤S2.7、根据不同相参处理间隔的速度进行速度解模糊并进行距离补偿，获得目标车辆的精确测量距离和准确测量速度。

本发明中利用双通道比相测角技术实现对于目标方位的测量，尤其需要说明的是，对于方位的测量最终是需要转换到车道识别才能作为有效检测结果的，但是能够正确转换的前提是雷达波束指向需要与车道线重合，否则会造成巨大的误差。然而对于波束宽度本身就很窄的汽车防撞雷达而言，发射天线安装于封闭外壳之中，很难确保波束指向与车道线重合，因此本发明特别引入双导标辅助标校车道，即利用两个便携式导标，将其安放于车道线上，然后雷达探测器任意安放，车道识别之前首先通过对导标的识别将雷达坐标系进行一个等价转化，使得车道线作为其中一个坐标轴，从而实现目标车辆的车道识别。如果说仅仅利用一个导标，那么为了标校车道线，使用时必然需要将雷达探测器与导标一同摆在车道线上，这样对于复杂路况和环境条件下，限制了雷达的使用，但是对于双导标而言，雷达探测器可以任意位置安放，将两个导标安放在车道线上实现车道标校。

本发明提供一种基于连续波调频技术、利用动目标检测、无盲区参差重频解速度模糊和双导标辅助双通道比相车道识别技术的中长距离运动车辆目标信息探测识别系统及其信号处理方法，可在雷达探测器任意摆放(波束覆盖探测区域)条件下实现中长距离车辆目标的持续跟踪，实现对车辆目标的距离、速度、车道信息的高精度探测，在降低系统硬件处理复杂性的基础上实现对运动车辆目标的低虚警率高精度探测，可以在复杂应用背景下，有效滤除干扰和杂波，解决了没有专业标校设备标校雷达波束指向情况下对中远距离车辆目标车道精确识别的难题。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。