车载雷达以及判断车载雷达是否被遮挡的方法、装置与流程

本公开涉及车载设备领域，具体地，涉及一种车载雷达以及判断车载雷达是否被遮挡的方法、装置。

背景技术：

随着毫米波雷达技术越来越成熟，射频前端的成本不断下降，毫米波雷达技术被越来越多地使用在车辆上。

毫米波雷达的调制方式主要包括线性调制(包括锯齿波和三角波)和正弦波调制。由于调频连续波(frequency-modulatedcontinuouswave，fmcw)雷达具有结构简单、功耗低和占用空间小等优势，大多数车载毫米波雷达采用fmcw调制模式。fmcw雷达成为目前研究和应用的主要方向。

车载雷达是通过发射和接收信号来探测障碍物的，如果被遮挡，则会“失明”。有时候车载雷达遭遇到泥、雪等轻微覆盖，也会造成一定程度上的“失明”，只能识别较近的障碍物，而对于处于检测范围内但距离较远的障碍物，则检测不出来。

技术实现要素：

本公开的目的是提供一种简单有效的车载雷达以及判断车载雷达是否被遮挡的方法、装置。

为了实现上述目的，本公开提供一种判断车载雷达是否被遮挡的方法，所述方法包括：控制发出发射信号，所述发射信号包括多段连续的、调制带宽相同、调制斜率不同的频率调制斜坡；将所述发射信号和所接收的回波信号进行混频，生成差拍信号；根据所述差拍信号的功率判断所述车载雷达是否被遮挡。

可选地，所述根据所述差拍信号的功率判断所述车载雷达是否被遮挡的步骤包括：确定所述差拍信号的振幅随时间的变化关系；根据所述差拍信号的振幅随时间的变化关系确定所述差拍信号的功率与反射物距离之间的关系；根据所述差拍信号的功率与反射物距离之间的关系判断所述车载雷达是否被遮挡。

可选地，所述根据所述差拍信号的振幅随时间的变化关系确定所述差拍信号的功率与反射物距离之间的关系的步骤包括：根据所述差拍信号的振幅随时间的变化关系确定所述差拍信号的功率与频率之间的关系；根据所述差拍信号的功率与频率之间的关系确定所述差拍信号的功率与反射物距离之间的关系。

可选地，所述根据所述差拍信号的功率与反射物距离之间的关系判断所述车载雷达是否被遮挡的步骤包括：根据所述差拍信号的功率与反射物距离之间的关系，判断所接收的回波信号是否包括反射物信号；当判定在预定的第一时长内所接收的回波信号不包括反射物信号时，判定所述车载雷达已经被遮挡。

可选地，所述根据所述差拍信号的功率与反射物距离之间的关系判断所述车载雷达是否被遮挡的步骤包括：根据所述差拍信号的功率与反射物距离之间的关系，判断所接收的回波信号是否包括反射物信号；当判定所接收的回波信号包括反射物信号时，判断反射物距离是否包括大于预定的距离阈值的值；当判定在预定的第二时长内反射物距离不包括大于所述预定的距离阈值的值时，判定所述车载雷达已经被遮挡。

可选地，所述发射信号包括两段连续的、调制带宽相同、调制斜率不同的频率调制斜坡，所述根据所述差拍信号的功率与反射物距离之间的关系，判断所接收的回波信号是否包括反射物信号的步骤包括：当满足以下方程时，判定所接收的回波信号包括反射物信号：

其中，d为功率积分差，σ为功率方差，p1(r)为第一段频率调制斜坡对应的差拍信号的功率p1与反射物距离r之间的函数关系，p2(r)为第二段频率调制斜坡对应的差拍信号的功率p2与反射物距离r之间的函数关系，r0为功率的峰值所对应的反射物距离，a为所述功率的峰值对应的反射物距离与下一谷值对应的反射物距离二者之间的距离，d0为预定的积分差阈值，σ0为预定的方差阈值。

本公开还提供一种判断车载雷达是否被遮挡的装置。所述装置包括控制模块、混频模块、判断模块。

控制模块用于控制发出发射信号，所述发射信号包括多段连续的、调制带宽相同、调制斜率不同的频率调制斜坡；混频模块与所述控制模块连接，用于将所述发射信号和所接收的回波信号进行混频，生成差拍信号；判断模块与所述混频模块连接，用于根据所述差拍信号的功率判断所述车载雷达是否被遮挡。

本公开还提供一种车载雷达，包括本公开提供的上述装置。

通过上述技术方案，构建了包括多段连续的、调制带宽相同、调制斜率不同的频率调制斜坡的发射信号，由于反射物回波信号和噪声回波信号二者与多段频率调制斜坡对应的功率具有不同的特点，因此，能够根据差拍信号的功率区分出反射物的差拍信号和噪声的差拍信号，从而判断出车载雷达是否已遭到遮挡。这样，在判断车载雷达是否遭遮挡时，不需要调节发射功率，从而使车载雷达所能探测到的距离不受影响。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是一示例性实施例提供的判断车载雷达是否被遮挡的方法的流程图；

图2是一示例性实施例提供的发射信号和回波信号的波形图；

图3是一示例性实施例提供的判断车载雷达是否被遮挡的方法的流程图；

图4是一示例性实施例提供的差拍信号的振幅随时间变化的曲线图；

图5是一示例性实施例提供的差拍信号的功率与频率的关系的曲线图；

图6是一示例性实施例提供的差拍信号的功率与反射物距离之间的关系的曲线图；

图7是另一示例性实施例提供的差拍信号的功率与反射物距离之间的关系的曲线图；

图8是一示例性实施例提供的判断车载雷达是否被遮挡的装置的框图。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

图1是一示例性实施例提供的判断车载雷达是否被遮挡的方法的流程图。如图1所示，所述方法可以包括以下步骤。

在步骤s11中，控制发出发射信号，所述发射信号包括多段连续的、调制带宽相同、调制斜率不同的频率调制斜坡。

在步骤s12中，将发射信号和所接收的回波信号进行混频，生成差拍信号。

在步骤s13中，根据差拍信号的功率判断车载雷达是否被遮挡。

本公开提供的判断车载雷达是否被遮挡的方法可以应用于fmcw车载雷达。fmcw车载雷达其发射信号通常为调制带宽相同、调制斜率也相同的频率调制斜坡。而在本公开中，发射信号可以包括多段连续的、调制带宽相同、调制斜率不同的频率调制斜坡。

图2是一示例性实施例提供的发射信号和回波信号的波形图。如图2所示，发射信号(实线所示)包括两段频率调制斜坡。回波信号(虚线所示)与发射信号波形相同，但有一定的时延。车载雷达与反射物之间的距离即反映在回波信号与发射信号的时延上。

车载雷达发出图2所示的发射信号之后，可以将接收的回波信号与发射信号进行混频，生成差拍信号。fd1和fd2分别是两段斜坡对应的差拍信号的频率。同一反射物对应于两段斜坡的差拍信号具有不同的频率分布特征。

当两段斜坡的扫频速度较快时，同一反射物相对于雷达系统的反射截面积以及周围环境变化都很小，因此，通常反射物产生的回波信号在两段频谱中的功率大致是相同的。而噪声信号的功率则不具有该特点。

因此，通过上述技术方案，构建了包括多段连续的、调制带宽相同、调制斜率不同的频率调制斜坡的发射信号，由于反射物回波信号和噪声回波信号二者与多段频率调制斜坡对应的功率具有不同的特点，因此，能够根据差拍信号的功率区分出反射物的差拍信号和噪声的差拍信号，从而判断出车载雷达是否已遭到遮挡。这样，在判断车载雷达是否遭遮挡时，不需要调节发射功率，从而使车载雷达所能探测到的距离不受影响。

图3是一示例性实施例提供的判断车载雷达是否被遮挡的方法的流程图。如图3所示，在图1的基础上，根据差拍信号的功率判断车载雷达是否被遮挡的步骤(步骤s13)可以包括以下步骤。

在步骤s131中，确定差拍信号的振幅随时间的变化关系。

在步骤s132中，根据差拍信号的振幅随时间的变化关系确定差拍信号的功率与反射物距离之间的关系。

在步骤s133中，根据差拍信号的功率与反射物距离之间的关系判断车载雷达是否被遮挡。

图4是一示例性实施例提供的差拍信号的振幅随时间变化的曲线图。其中，横轴为时间，纵轴为差拍信号的振幅。当车载雷达的发射信号为图2所示的波形时，回波信号和发射信号混频后的差拍信号的时域图，也就是差拍信号的振幅随时间变化的曲线图可以如图4所示。不同的调制斜坡具有不同的频率—距离对应关系，即同一反射物相对于前后两段斜坡的回波信号将具有不同的中频频率。在图2中，第一段斜坡的斜率要大于第二段斜坡的斜率，因此，fd1＞fd2。在图4中，时间在175之前的波形对应着第一段斜坡，其频率要大于时间在175之后与第二段斜坡对应的波形的频率。

利用差拍信号的振幅随时间的变化关系以及相关技术可以推导得出差拍信号的功率与反射物距离之间的关系。

如前所述，通常反射物产生的回波信号在多段频谱中的功率大致是相同的，而噪声信号的功率则不具有该特点。因此，根据反射物距离能够判断是否为同一处发送的回波信号，而根据差拍信号在多段频谱中的功率是否大致相同，能够判断该回波信号是反射物信号还是噪声信号，再进一步根据反射物信号和噪声信号判断车载雷达是否被遮挡。

该实施例中，根据相关技术推导出差拍信号的功率与反射物距离之间的关系，以此来判断车载雷达是否被遮挡，换算简单，数据处理速度快。

在又一实施例中，上述根据差拍信号的振幅随时间的变化关系确定差拍信号的功率与反射物距离之间的关系的步骤(步骤s132)可以包括以下步骤。

根据差拍信号的振幅随时间的变化关系确定差拍信号的功率与频率之间的关系；根据差拍信号的功率与频率之间的关系确定差拍信号的功率与反射物距离之间的关系。

具体地，可以对多段斜坡的混频后的中频时域信号(例如图4中的信号)做相同点数的快速傅里叶变换，生成差拍信号的功率与频率(例如，数字频率)的关系曲线图。图5是一示例性实施例提供的差拍信号的功率与频率的关系的曲线图。图5可以看作是图4的曲线图换算而来。其中，横轴为数字频率，纵轴为差拍信号的功率。第一段斜坡对应c1的曲线，第二段斜坡对应c2的曲线。

如图5所示，在相同的数字频谱分辨率下，第二段斜坡对应曲线中的反射体所占谱线相较于第一段斜坡是被压缩了。相同的距离范围，在第二段斜坡的频谱中只能用比第一段斜坡更少的谱线去体现。

接下来确定差拍信号的功率与反射物距离之间的关系时，可以在差拍信号的功率与频率之间的关系的基础上，考虑反射物距离与差拍信号的(与多个斜坡对应的)频率之间的关系来换算得出。

反射物距离与差拍信号的频率之间的关系可以由以下方程得出：

其中，r为反射物与车载雷达的距离，c为光速，δt为斜坡时长，δf为调制带宽，τ为延时，fd为差拍信号的频率，k为斜坡的斜率。

由方程(1)可知，反射物在多段差拍信号中的频点fd的比值即为斜率k的比值。例如，在图5中，当fd1/fd2＝4时，一反射物在第一段斜坡的曲线中位于第36根谱线，该反射物在第二段斜坡的曲线中位于第9根谱线。

本公开中，多段斜坡的斜率的比值可以根据需要来选取。可以选取2的指数作为斜率的比值，例如，2、4、8、16等。

根据上述方程(1)得到反射物距离与差拍信号的频率之间的关系之后，就能够确定差拍信号的功率与反射物距离之间的关系。图6是一示例性实施例提供的差拍信号的功率与反射物距离之间的关系的曲线图。图6可以看作是图5的曲线图和方程(1)换算而来。其中，横轴为反射物距离，纵轴为差拍信号的功率。第一段斜坡对应c1的曲线，第二段斜坡对应c2的曲线。

如上所述，当多段斜坡扫频速度较快时，周围环境变化以及同一反射物相对于雷达系统的反射截面积变化非常小，因此反射物产生的回波信号功率大致相同。如图6所示，两段斜坡的距离—功率谱在反射物处的包络基本一致，该频段的功率方差较小，说明图6所示的波峰处有反射物。

对于空间中不存在反射物的距离单元，其对应频点处的差拍信号的功率大致由外部环境中的杂波以及雷达系统内的热噪声组合而成，不存在与斜坡的斜率比值相关的频谱对应关系。图7是另一示例性实施例提供的差拍信号的功率与反射物距离之间的关系的曲线图。其中，横轴为反射物距离，纵轴为差拍信号的功率。第一段斜坡对应c1的曲线，第二段斜坡对应c2的曲线。如图7所示，前后两段斜坡的距离—功率谱的功率积分差异较大，功率方差较大，说明图7为噪声频段的距离—功率谱。

在确定差拍信号的功率与反射物距离之间的关系之后，可以根据预定时长内是否接收到反射物信号来判断所述车载雷达是否被遮挡。在一实施例中，上述根据差拍信号的功率与反射物距离之间的关系判断车载雷达是否被遮挡的步骤(步骤s133)可以包括以下步骤：

步骤s1331，根据差拍信号的功率与反射物距离之间的关系，判断所接收的回波信号是否包括反射物信号。

步骤s1332，当判定在预定的第一时长内所接收的回波信号不包括反射物信号时，判定车载雷达已经被遮挡。

其中，第一时长可以根据试验或经验得到。该实施例中，可以认为在正常情况下，在第一时长内车载雷达应该会接收到反射物的回波信号。如果没有接收到，就可以判定车载雷达已经被遮挡。

该实施例简单地通过反射物回波信号的有无，来判断车载雷达是否被遮挡，算法简单，效率高。

有时候，车载雷达仅仅是被轻微的遮挡，并不是完全被遮挡，此时，车载雷达还是能够检测到反射物的回波信号的，但是仅能检测到近距离的反射物，对那些处于检测范围内但距离较远的反射物并不能检测到。要想辨别这种轻微遮挡的情况，还可以考虑遮挡物距离的因素来判断车载雷达是否被遮挡。

在另一实施例中，上述根据差拍信号的功率与反射物距离之间的关系判断车载雷达是否被遮挡的步骤(步骤s133)可以包括以下步骤：

步骤s1331，根据差拍信号的功率与反射物距离之间的关系，判断所接收的回波信号是否包括反射物信号。

步骤s1333，当判定所接收的回波信号包括反射物信号时，判断反射物距离是否包括大于预定的距离阈值的值。

步骤s1334，当判定在预定的第二时长内反射物距离不包括大于预定的距离阈值的值时，判定车载雷达已经被遮挡。

其中，第二时长可以根据试验或经验得到。该实施例中，可以认为在正常情况下，在第二时长内车载雷达应该会接收到较远距离的反射物的回波信号。如果没有接收到，就可以判定车载雷达已经被遮挡。

相比于上一实施例，该实施例能够通过反射物的距离来判断车载雷达是否被遮挡，从而能够识别车载雷达的轻微遮挡。

本领域技术人员可以理解的是，上述两个实施例可以结合起来使用。也就是，当第一时长内所接收的回波信号不包括反射物信号时，判定车载雷达已经被完全遮挡，并且当第二时长内反射物距离仅包括较近的距离，不包括大于预定的距离阈值的值时，判定车载雷达已经被部分遮挡。

其中，在判断所接收的回波信号是否包括反射物信号时，可以通过比对同一距离单元在多段频谱中的功率积分差和功率方差来确定。具体地，在本公开的一实施例中，发射信号包括两段连续的、调制带宽相同、调制斜率不同的频率调制斜坡。根据差拍信号的功率与反射物距离之间的关系，判断所接收的回波信号是否包括反射物信号的步骤(步骤s1331)可以包括：当满足以下方程时，判定所接收的回波信号包括反射物信号：

其中，d为功率积分差，σ为功率方差，p1(r)为第一段频率调制斜坡对应的差拍信号的功率p1与反射物距离r之间的函数关系，p2(r)为第二段频率调制斜坡对应的差拍信号的功率p2与反射物距离r之间的函数关系，r0为功率的峰值所对应的反射物距离，a为所述功率的峰值对应的反射物距离与下一谷值对应的反射物距离二者之间的距离，d0为预定的积分差阈值，σ0为预定的方差阈值。

其中，可以通过cfar-ca、cfar-os等常用的雷达目标检测方法筛选出功率的峰值。单一的反射体信号经过计算后，在理论上d＝0、σ＝0。本公开中可以在误差范围内设定一对阈值d0和σ0，当d≤d0且σ≤σ0时，就可以判定该功率峰值为车载雷达的反射物信号。

本公开还提供一种判断车载雷达是否被遮挡的装置。图8是一示例性实施例提供的判断车载雷达是否被遮挡的装置的框图。如图8所示，所述判断车载雷达是否被遮挡的装置10可以包括控制模块11、混频模块12和判断模块13。

控制模块11用于控制发出发射信号，所述发射信号包括多段连续的、调制带宽相同、调制斜率不同的频率调制斜坡。

混频模块12与控制模块11连接，用于将发射信号和所接收的回波信号进行混频，生成差拍信号。

判断模块13与混频模块12连接，用于根据差拍信号的功率判断车载雷达是否被遮挡。

可选地，判断模块13可以包括第一确定子模块、第二确定子模块和第一判断子模块。

第一确定子模块用于确定差拍信号的振幅随时间的变化关系；

第二确定子模块与第一确定子模块连接，用于根据差拍信号的振幅随时间的变化关系确定所述差拍信号的功率与反射物距离之间的关系；

第一判断子模块与第二确定子模块连接，用于根据差拍信号的功率与反射物距离之间的关系判断车载雷达是否被遮挡。

可选地，第二确定子模块可以包括第三确定子模块和第四确定子模块。

第三确定子模块用于根据差拍信号的振幅随时间的变化关系确定差拍信号的功率与频率之间的关系。

第四确定子模块与第三确定子模块连接，用于根据差拍信号的功率与频率之间的关系确定差拍信号的功率与反射物距离之间的关系。

可选地，第一判断子模块可以包括第二判断子模块和第三判断子模块。

第二判断子模块用于根据差拍信号的功率与反射物距离之间的关系，判断所接收的回波信号是否包括反射物信号。

第三判断子模块与第二判断子模块连接，用于当判定在预定的第一时长内所接收的回波信号不包括反射物信号时，判定车载雷达已经被遮挡。

可选地，第一判断子模块可以包括第二判断子模块、第四判断子模块和第五判断子模块。

第二判断子模块用于根据差拍信号的功率与反射物距离之间的关系，判断所接收的回波信号是否包括反射物信号。

第四判断子模块与第二判断子模块连接，用于当第二判断子模块判定所接收的回波信号包括反射物信号时，判断反射物距离是否包括大于预定的距离阈值的值。

第五判断子模块与第四判断子模块连接，用于当第四判断子模块判定在预定的第二时长内反射物距离不包括大于预定的距离阈值的值时，判定车载雷达已经被遮挡。

可选地，发射信号包括两段连续的、调制带宽相同、调制斜率不同的频率调制斜坡。第二判断子模块可以包括第六判断子模块。

第六判断子模块用于当满足以下方程时，判定所接收的回波信号包括反射物信号：

其中，d为功率积分差，σ为功率方差，p1(r)为第一段频率调制斜坡对应的差拍信号的功率p1与反射物距离r之间的函数关系，p2(r)为第二段频率调制斜坡对应的差拍信号的功率p2与反射物距离r之间的函数关系，r0为功率的峰值所对应的反射物距离，a为所述功率的峰值对应的反射物距离与下一谷值对应的反射物距离二者之间的距离，d0为预定的积分差阈值，σ0为预定的方差阈值。

关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。

通过上述技术方案，构建了包括多段连续的、调制带宽相同、调制斜率不同的频率调制斜坡的发射信号，由于反射物回波信号和噪声回波信号二者与多段频率调制斜坡对应的功率具有不同的特点，因此，能够根据差拍信号的功率区分出反射物的差拍信号和噪声的差拍信号，从而判断出车载雷达是否已遭到遮挡。这样，在判断车载雷达是否遭遮挡时，不需要调节发射功率，从而使车载雷达所能探测到的距离不受影响。

本公开还提供一种车载雷达，该车载雷达包括上述装置10。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。