一种汽车防撞雷达系统及采用其的多目标识别算法

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一种汽车防撞雷达系统及采用其的多目标识别算法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及汽车防撞雷达技术领域,尤其涉及一种汽车防撞雷达系统及采用其的 多目标识别算法。
【背景技术】
[0002] 存在容易产生差频匹配模糊、难以同时检测多个目标的缺点,国内外现有的汽车 雷达测量系统中,常采用调频连续波(FMCW)雷达作为前端检测传感器。FMCW雷达具有高灵 敏度和高距离分辨率的优点,但存在容易产生差频匹配模糊、难以同时检测多个目标的缺 点。
[0003] 现常用的软件解决方式是:在接收端通过计算方法对获得的中频信号进行频谱匹 配处理。或是在发射端通过设定有规律变周期或随机变周期的调制模式,再通过后期计算 消除多目标识别产生的虚目标。但这些针对FMCW雷达进行改进的方法因频谱匹配难、调制 信号周期过长或过于复杂等原因,都会使得运算量剧增,使得运算周期过长,影响系统运转 速度,还会使检测精度出现下降。需高性能硬件才能实现,从而增加硬件成本。
[0004] 现常用的硬件解决办法是:采用同一探测范围内多部同体制或异体制雷达同时使 用的方式,这种方式势必会使硬件成本大幅增加,且会产生干扰问题。
[0005] 频移键控(FSK)雷达虽可同时测量多个运动目标,但当多目标间相对静止时则不 能检测,且其检测精度不高,单独使用时需依赖后期信号处理。
[0006] 近年来随着雷达技术的发展,虽不少雷达同时具有FSK和FMCW两种调制模式,但 同一时间内只可使用一种调制模式。

【发明内容】

[0007] 本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点,而提出的一种汽车防撞雷达系 统及采用其的多目标识别算法,此雷达结构和算法不仅可以检测单目标的距离速度,也可 识别和检测多目标的距离速度。
[0008] 本发明采用的技术方案是: 一种汽车防撞雷达系统,包括调制电路11、调制模式控制器17、调频连续波FMCW/频移 键控FSK双功能雷达12、雷达体制切换器16、射频前端13、中频处理模块14、数据处理模块 15。其中, 调制电路11负责产生适用于FMCW雷达的调制波形波段和适用于FSK雷达的调制波形 波段。
[0009] 调制模式控制器17负责控制调制电路11。调制模式控制器17按接收到的时间指 令使调制电路11的输出信号在一周期内,既包括一段适用于FMCW雷达的调制波形波段,又 包括一段适用于FSK雷达的调制波形波段,换言之,适用于FMCW雷达的调制波形波段和适 用于FSK雷达的调制波形波段组合为一个周期的重复调制波形。
[0010] 雷达体制切换器16负责与调制模式控制器17同步,雷达体制切换器16按接收到 的时间指令切换FMCW/FSK双功能雷达12的工作体制。
[0011] FMCW/FSK双功能雷达12负责具有FMCW雷达和FSK雷达双功能,产生调制信号。
[0012] 射频前端13负责将FMCW/FSK双功能雷达12输出的调制信号通过压控振荡器输 出发射信号,与发现目标后获得的回波信号在混频器中混频,输出含干扰的中频信号。
[0013] 中频处理模块14负责将射频前端输出的含干扰的中频信号进行放大滤波等处 理,输出有效中频信号。
[0014] 数据处理模块15负责按调制模式输出时间指令给调制模式控制器17和雷达体制 切换器16。将有效中频信号进行时域频域等计算分析,获得所需的目标距离速度信息。将 计算信息反馈给中频处理模块14,控制含干扰的中频信号的放大增益。
[0015] 调制电路11的输入端与调制模式控制器17的输出端相连接。
[0016] 调制电路11输出端、雷达体制切换器16的输出端分别与FMCW/FSK双功能雷达12 的输入端相连接。
[0017] FMCW/FSK双功能雷达12的输出端经射频前端13与中频处理模块14的输入端相 连接。
[0018] 中频处理模块14与数据处理模块15连接,并双向通信。
[0019] 数据处理模块15的输出端分别与雷达体制切换器16和调制模式控制器17的输 入端相连接。
[0020] 调制模式控制器17与雷达体制切换器16连接,并双向通信。
[0021] 采用本发明所述汽车防撞雷达系统的多目标识别算法,按如下步骤进行: 步骤1 :按人工设定的调制模式,通过数据处理模块15向调制模式控制器17输入设定 时间指令。由调制模式控制器17控制调制电路11,按调制模式控制器17接收到的时间指 令使调制电路11的输出信号在一周期内,且该输出信号包括一段适用于FMCW雷达的调制 波形波段,和一段适用于FSK雷达的调制波形波段,换言之,适用于FMCW雷达的调制波形波 段和适用于FSK雷达的调制波形波段组合为一个周期的重复调制波形。
[0022] 步骤2 :按人工设定的调制模式,通过数据处理模块15向雷达体制切换器16输入 设定时间指令,使雷达体制切换器16与调制模式控制器17同步,按接收到的时间指令切换 FMCW/FSK双功能雷达12的工作体制。
[0023] 步骤3 :在步骤1中,调制电路11产生的调制波形输入步骤2控制后的FMCW/FSK 双功能雷达12的传感器,得到调制信号。
[0024] 步骤4 :通过射频前端13将步骤3所得的调制信号转换成含干扰的中频信号。所 述含干扰的中频信号为含所需目标距离速度等信息的,但同时含有高频杂波项和受到噪声 干扰及幅值微小的中频信号。
[0025] 步骤5 :通过中频处理模块14对步骤4所得的中频信号处理,得到有效中频信号。 所述有效中频信号为经过滤除高频杂波项、噪声干扰并经过放大后,可以用于计算的中频 信号。
[0026] 步骤6 :通过数据处理模块15对由步骤5所得有效中频信号分析处理,得到所需 的相对静止和/或相对运动状态的单个或多个目标的距离速度信息。通过数据处理模块15 对步骤4所得含干扰的中频信号进行放大参数的计算,并将此参数反馈到中频信号处理模 块14〇
[0027] 优选的,在本发明所述的一种汽车防撞雷达系统中: 射频前端13包括压控振荡器和混频器。
[0028] 中频处理模块14包括滤波电路、可调增益放大器、峰值检波电路、ADC电路。
[0029] 数据处理模块15包括DAC电路、FIFO电路、由DSP或FPGA为核心的数据处理器 电路。
[0030] 优选的,采用本发明所述汽车防撞雷达系统的多目标识别算法中的调制信号,在 步骤1中,人工设定的调制模式为同时具有FMCW雷达和FSK雷达的调制特点。其中,适用 于FMCW雷达的调制波形为锯齿波、三角波、或锯齿波与三角波的组合波,适用于FSK雷达的 调制波形为阶跃波形。
[0031] 在步骤3中,含有一段适用于FMCW雷达调制波形的波段和一段适用于FSK雷达调 制波形的波段的调制信号的公式为:
其中,f。为信号的中心频率,Af为雷达的带宽,T为调制信号周期,a = 2Af/T为适 用于FMCW雷达调制波形的波段频率变化的斜率。
[0032] 步骤4中,经射频前端13中压控振荡器输出的发射信号为:
上述发射信号遇目标后获得的回波信号为:
其中4是信号从振荡器发射经过天线传播后受到影响的幅值,n Jt)为噪声信号。
[0033] 优选的,在采用本发明所述汽车防撞雷达系统的多目标识别算法中,在步骤6中, 分析处理有效中频信号可得到相对静止和相对运动状态的单个或多个目标的距离速度信 息,具体过程如下: (a)当单个或多个目标与雷达相对静止时,雷达系统通过调制信号中适用于FMCW雷达 调制波形波段得到的中频信号,通过中频处理及快速傅里叶变换计算后,得到该波段的中 频信号频谱图各峰值U,其中i = 1,2.....为发现目标的数量。从而得到单个或多个静 止目标的距离
其中Af为雷达的带宽,T为调制信号周期,c为 光速。
[0034] b当单个目标与雷达发生相对运动时,通过调制信号任一波段中获得的多普勒频 移,得到目标相对速度V = fd λ/2,其中匕为多普勒频移,λ为雷达波长。
[0035] c当多个目标与雷达发生相对运动时候,雷达系统通过调制信号中适用于FSK雷 达调制波形波段出现的多普勒频移,可识别各个运动目标,通过滤波、快速傅里叶变换计算 及调制解调后可得到各目标的距离
为各目标信号的 相位差,B为雷达带宽。
[0036] 优选的,在本发明所述一种汽车防撞雷达系统及其采用的多目标识别算法中,在 步骤6中,放大参数反馈过程为:含干扰的中频信号经中频信号处理模块14中的可调增益 放大器进行预放大,输入峰值检波电路检测信号幅值,输入AD
再多了解一些
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