汽车前向防撞系统信号处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于信号处理领域，具体说是一种汽车前向防撞系统信号处理方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着高速公路的发展，汽车行驶速度的不断提高，恶性交通事故频频发 生，其中绝大多数道路交通事故是由人为因素造成的，无法通过规范驾驶员行为加W有效 克服。因此，开发研究汽车防碰撞报警系统，就成了解决高速公路交通安全问题的根本途 径。汽车主动防碰撞控制系统等主动安全驾驶辅助装置，可W明显减少司机的负担和判断 错误，对于提高交通安全，降低恶性交通事故发生率、减少生命财产损失将起到重要作用。
[0003] 在汽车测距、测速的应用中，常用的方式有激光方式、超声波方式、红外方式和毫 米波雷达方式。其中，激光方式、超声波方式、红外方式存在不同程度的缺陷，而毫米波雷达 工作波长介于1mm~10mm之间，与其他的探测方式相比，主要有探测性能稳定、环境适应良 好、尺寸小、价格低等特点。因此，毫米波雷达方式成为汽车防撞雷达系统的最佳选择。国内 对基于雷达的汽车主动防碰撞技术研究大多是线性调频连续波LFCWM体制，调制信号为周 期性Ξ角波。
【发明内容】
[0004] 为解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种汽车前向防撞系统信号处理 方法，是基于24G化的毫米波雷达方式，采用的是Ξ角波调频连续波毫米波雷达体制，通过 对信号处理的优化，使得系统能够快速反应，实时性更好，更快。
[000引为实现上述目的，本发明的技术方案是，汽车前向防撞系统信号处理方法，在每个 扫频周期时间内，对每个通道的上下扫频IQ数据分别做如下处理：
[0006]S1:对IQ数据做N点的快速傅里叶变换FFT;
[0007]S2:将变换后的复数据做自适应口限检测，输出过口限点位置；
[0008]S3:将过口限点位置前后各一个点的区间作为变换区间，进行Μ点的chi巧-Z变换；
[0009]S4:对进行chi巧-Z变换后的数据进行峰值捜索，输出峰值点位置；
[0010]S5:根据峰值点位置计算差频频率及相位；
[00·Μ]S6:根据差频频率及相位输出目标距离，相对径向速度及方位角。
[0012] 进一步的，Μ的取值范围为25-45。
[0013] 进一步的，步骤S5中，是通过如下方法计算差频频率:分别将通道I和Π中的上下 扫频段输出的Μ个值求模，找到其中的最大值位置yiup，yidown，y2up和ysdown，计算通道I的上下 扫频差频频率fl_up和fl_down:
[0014]
[001引其中
，P为口限检测后输出的目标位置，fs是采样频率。
[0016] 进一步的，步骤S5中的相位为:傅里叶变换FFT后的数据是复数数据，复数的表示 形式是cos(x)+i*sin(x)，tan(x) =sin(x)/cos(x),求得tan(x)后对其求反正切，得出X的 大小，即为该点对应的相位值。
[0017] 进一步的，步骤S6中的目标距离为：
[001引
其中c= 3.0X108,B为频率带宽，T为周期。
[0019]进一步的，步骤S6中的相对径向速度为：
[0026] 其中，Θ为所求的相位角，ΔΦ为通道2与通道1之间的相位差，d为天线间距，λ为毫 米波波长，巧,W为通道2的相位值，巧，为通道1的相位值，/'"7巧和)分别表示 第2通道上扫频时输出峰值点y2up位置对应FFT变化后复数数据的虚部和实部，/'"?"別气.）和Tw/W，）分别表示第1通道上扫频时输出峰值点yiup位置对应FFT变化后复数数据的虚部 和实部。
[0027] 作为更进一步的，N点的傅里叶变换FFT运算所需要的复数乘法次数为^log:Λ'。
[0028] 作为更进一步的，N点的傅里叶变换FFT运算所需要的复数加法次数为NlogsN。
[0029] 本发明的有益效果在于:本发明能够实现目标的测速、测距W及测角等功能;在进 行信号处理中引入了chip-z变换运个步骤，该步骤的加入对于提高频率分辨率有很好的效 果，可W有效地提高速度分辨率，达到汽车前向防撞系统高精度的要求。
[0030] 本发明在后期系统设计中，可W根据该方法大概估计出系统在信号处理中所花费 的时间，通过对信号处理算法的优化，使得系统能够快速反应，实时性更好，更快。
【附图说明】
[0031] 本发明共有附图1幅：
[0032]图1为本发明的流程框图；
【具体实施方式】
[0033]下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
[0034] 实施例1
[0035] -种汽车前向防撞系统信号处理方法，在每个扫频周期时间内，对每个通道的上 下扫频IQ数据分别做如下处理：
[0036] S1:对IQ数据做N点的快速傅里叶变换FFT;
[0037]S2:将变换后的复数据做自适应口限检测，输出过口限点位置；
[0038] S3:将过口限点位置前后各一个点的区间作为变换区间，进行Μ点的chi巧-Z变换；
[0039] S4:对进行chi巧-Z变换后的数据进行峰值捜索，输出峰值点位置；
[0040] S5:根据峰值点位置计算差频频率及相位：
[0041] 分别将通道I和Π中的上下扫频段输出的Μ个值求模，找到其中的最大值位置yiup， yidown,y2叩和ysdmm,计算通道I的上下扫频差频频率f1_叩和fl_down:
[0042]
[0043] 其中
，P为口限检测后输出的目标位置，fs是采样频率。
[0044] 傅里叶变换FFT后的数据是复数数据，复数的表示形式是cos(x)+i*sin(x)，tan (x)=sin(x)/cos(x)，求得化n(x)后对其求反正切，得出X的大小，即为该点对应的相位值。 [004引S6:根据差频频率及相位输出目标距离，相对径向速度及方位角。
[0046]目标距离为；
，其中c= 3.0X108，B为频率带宽，T为周期。相 对径向速度为：
其中fo= 24GHz。
[0047]方位角为：
[0052]其中，θ为所求的相位角，Δφ为通道2与通道1之间的相位差，d为天线间距，λ为毫 米波波长，马,^为通道2的相位值，馬W为通道1的相位值，胃塔巧,^ )郝mv/i乂 )分别表示 第2通道上扫频时输出峰值点y2up位置对应FFT变化后复数数据的虚部和实部，心哗(0,,.,)和 ??"/(今)'分别表示第1通道上扫频时输出峰值点yiup位置对应FFT变化后复数数据的虚部 和实部。
[0053]N点的傅里叶变换FFT运算所需要的复数乘法次数为^log;Λ';N点的傅里叶变换 FFT运算所需要的复数加法次数为NlogsN。假设本谱分析算法需做512点FFT和38点的chirp-z变换，其中chi巧-Z变换包括2次FFT变换和1次IFFT变换。
[0054]对于一个通道的半扫频周期:FFT复数乘法次数
;复数加法次数M2 = 4XN Xlog2N=512Xlog2512+3X512Xlog2512 = 18432；
[00巧]CZT变换中其他运算的复数乘法次数M3=5*51化51化38=3110;复数乘法总次数：M1+M3=12326;复数加法总次数:M2=18432;双通道的上下扫频周期共需12326 X 4=49304 次复数乘法和18432X4 = 73728次复数加法。
[0056]由于单次复数乘法需要四次实数乘法和两次实数加法，单次复数加法需要两次实 数加法完成，则双通道的上下扫频周期共需49304X4 = 197216次实数乘法和73728X2+ 49304X2 = 246064次实数加法。由系统框图可W看出，对于通道2中Q路数据并没有用到，所 W再设计过程中，可W相对应的减少部口运算量。
[0057]本发明是基于24G化的毫米波雷达方式，采用的是Ξ角波调频连续波毫米波雷达 体制，本发明主要针对的是汽车防撞雷达系统中对接收通道的混频信号数据进行AD采用后 的数据进行信号处理的过程。
[0058]W上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其 发明构思加W等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 汽车前向防撞系统信号处理方法，其特征在于，在每个扫频周期时间内，对每个通道 的上下扫频IQ数据分别做如下处理： S1:对IQ数据做N点的快速傅里叶变换FFT; S2:将变换后的复数的模值数据做自适应门限检测，输出过门限点位置； S3:将过门限点位置前后各一个点的区间作为变换区间，进行Μ点的chirp-z变换； S4:对进行chirp-z变换后的数据进行峰值搜索，输出峰值点位置； S5:根据峰值点位置计算差频频率及相位； S6:根据差频频率及相位输出目标距离，相对径向速度及方位角。2. 根据权利要求1所述的汽车前向防撞系统信号处理方法，其特征在于，Μ的取值范围 为25-45。3. 根据权利要求2所述的汽车前向防撞系统信号处理方法，其特征在于，步骤S5中，是 通过如下方法计算差频频率:分别将通道I和Π 中的上下扫频段输出的Μ个值求模，找到其 中的最大值位置ylup，ylcbwn，y2up和y2d_，计算通道I的上下扫频差频频率f l_up和f l_cbwn :其中，P为门限检测后输出的目标位置，fs是采样频率。4. 根据权利要求1或3所述的汽车前向防撞系统信号处理方法，其特征在于，步骤S5中 的相位为:傅里叶变换FFT后的数据是复数数据，复数的表示形式是c 〇S(X)+i*sin(X)，tan (x)=sin(x)/cos(x)，求得tan(x)后对其求反正切，得出X的大小，即为该点对应的相位值。5. 根据权利要求1所述的汽车前向防撞系统信号处理方法，其特征在于，步骤S6中的目 标距离为：其中〇 = 3.0\108,8为频率带宽，1'为周期。6. 根据权利要求5所述的汽车前向防撞系统信号处理方法，其特征在于，步骤S6中的相 对径向速度为：7. 根据权利要求5或6所述的汽车前向防撞系统信号处理方法，其特征在于，步骤S6中 的方位角为：其中，Θ为所求的相位角，Δ φ为通道2与通道1之间的相位差，d为天线间距，λ为毫米波 波长为通道2的相位值，I为通道1的相位值，_嗯)和分别表示第2通 道上扫频时输出峰值点y2UP位置对应FFT变化后复数数据的虚部和实部，和 顺收'）分别表示第1通道上扫频时输出峰值点ylup位置对应FFT变化后复数数据的虚部 和实部。8. 根据权利要求7所述的汽车前向防撞系统信号处理方法，其特征在于，N点的傅里叶 变换FFT运算所需要的复数乘法次数为9. 根据权利要求8所述的汽车前向防撞系统信号处理方法，其特征在于，N点的傅里叶 变换FFT运算所需要的复数加法次数为N log2 N。
【专利摘要】汽车前向防撞系统信号处理方法，在每个扫频周期时间内，对每个通道的上下扫频IQ数据分别做如下处理：对IQ数据做N点的快速傅里叶变换FFT；将变换后的复数的模值数据做自适应门限检测，输出过门限点位置；将过门限点位置前后各一个点的区间作为变换区间，进行M点的chirp-z变换；对进行chirp-z变换后的数据进行峰值搜索，输出峰值点位置；根据峰值点位置计算差频频率及相位；根据差频频率及相位输出目标距离，相对径向速度及方位角。本发明通过对信号处理的优化，使得系统能够快速反应，实时性更好，更快。
【IPC分类】G01S13/93, G01S7/41
【公开号】CN105445714
【申请号】CN201510828762
【发明人】田雨农, 王鑫照, 周秀田, 史文虎
【申请人】大连楼兰科技股份有限公司
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年11月24日