调频连续波雷达发射波控制方法及装置与流程
本发明涉及雷达技术领域，更具体地说，涉及调频连续波雷达发射波控制方法及装置。
背景技术：
车载雷达由于其对目标较好的测速能力和对雨雾较好的穿透能力，成为智能驾驶方案中不可替代的传感器选择。目前车载雷达多工作在76-77ghz的频段，信号调制方式也多采用调频连续波(fmcw，frequency-modulatedcontinuouswave)。当同一车上的不同雷达或不同车上的雷达同时工作，且波束的覆盖范围和信号频带存在重叠时，非常容易发生同频干扰。最终导致雷达探测威力受到影响或出现虚假目标。
一般将发射干扰信号的雷达称为干扰机，将接收干扰信号的雷达称为本机。对fmcw雷达，按照干扰信号调频斜率与本机信号调频斜率的差别分为两种：当二者存在差别时，本机无法对干扰信号进行相参积累，称为拒绝式干扰，干扰最终会导致本机探测距离下降；当二者相同时，本机信号可以对干扰信号进行相参积累，称为欺骗式干扰，干扰最终导致本机出现虚假目标。一般而言，欺骗式干扰引起的风险更为严重。
目前，车载雷达常用的抗干扰手段一般分为两类。一类是频率分集方法，通过将本机的调频斜率或起始频点在一定范围内随机性跳变，保证不会出现连续的同类型干扰，最终减少长时间出现严重干扰的概率；第二类是编码分集方法，通常是通过在时域对发射信号进行相位编码，包括在单个脉冲内进行编码或在不同脉冲间进行编码，并在接收端进行解码，保证非同类型码的信号不会被相参接收，从而规避欺骗式干扰。对频率分集法，其不影响雷达的自身性能，但对雷达设计、研发和测试提出了很高要求，必须保证在随机范围内的各种可能的调频斜率、频带范围等的波形配置都通过性能测试，会消耗大量人力物力；对编码分集方法，目前车载雷达的相位配置精度有限，可能存在一定相位配置误差，这种误差会对雷达信号处理的精度产生严重影响。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明提出一种调频连续波雷达发射波控制方法及装置，欲实现避免与同类型雷达以及不同类型雷达发生连续干扰的目的。
为了实现上述目的，现提出的方案如下：
第一方面，提供一种调频连续波雷达发射波控制方法，包括：
调频连续波雷达工作时，以执行一次周期性序列包含的所有工作模式为一个周期，进行循环工作，调频连续波雷达执行一个工作模式的时间为一个雷达工作周期，所述周期性序列包括至少两个不同的工作模式，调频连续波雷达执行不同的工作模式时发射波的调频斜率、起始频点和中心频点中至少有一个参数不同。
可选的，所述周期性序列，具体为：
非随机周期性序列，非随机周期性序列中任意两个工作模式均为不同的工作模式，非随机周期性序列中各个工作模式的执行先后顺序为预先人为设定的。
可选的，位于同车上且相邻的任意两个调频连续波雷达，各自非随机周期性序列中的工作模式的执行先后顺序不同。
可选的，所述周期性序列，具体为：
根据伪随机序列确定的随机周期性序列，伪随机序列中不同元素及其顺序关系对应随机周期性序列中的不同工作模式及其顺序关系。
可选的，所述周期性序列，包括：
至少一对差异工作模式；
当调频连续雷达执行任意两个工作模式时，若发射波符合第一种条件、第二种条件和第三种条件中的任意一种条件时，则所述两个工作模式为一对差异工作模式；
第一种条件为：调频连续波雷达执行所述两个工作模式时，发射波的频带范围不存在重叠；
第二种条件为：调频连续波雷达执行所述两个工作模式时，发射波的调频斜率相同，且发射波的起始频点的差值大于本机接收机中频带宽的一半；
第三种条件为：调频连续波雷达执行所述两个工作模式时，发射波的调频斜率互为相反数。
第二方面，提供一种调频连续波雷达发射波控制装置，包括：
循环工作单元，用于在调频连续波雷达工作时，以执行一次周期性序列包含的所有工作模式为一个周期，进行循环工作，调频连续波雷达执行一个工作模式的时间为一个雷达工作周期，所述周期性序列包括至少两个不同的工作模式，调频连续波雷达执行不同的工作模式时发射波的调频斜率、起始频点和中心频点中至少有一个参数不同。
可选的，所述周期性序列，具体为：
非随机周期性序列，非随机周期性序列中任意两个工作模式均为不同的工作模式，非随机周期性序列中各个工作模式的执行先后顺序为预先人为设定的。
可选的，位于同车上且相邻的任意两个调频连续波雷达，各自非随机周期性序列中的工作模式的执行先后顺序不同。
可选的，所述周期性序列，具体为：
根据伪随机序列确定的随机周期性序列，伪随机序列中不同元素及其顺序关系对应随机周期性序列中的不同工作模式及其顺序关系。
可选的，所述周期性序列，包括：
至少一对差异工作模式；
当调频连续雷达执行任意两个工作模式时，若发射波符合第一种条件、第二种条件和第三种条件中的任意一种条件时，则所述两个工作模式为一对差异工作模式；
第一种条件为：调频连续波雷达执行所述两个工作模式时，发射波的频带范围不存在重叠；
第二种条件为：调频连续波雷达执行所述两个工作模式时，发射波的调频斜率相同，且发射波的起始频点的差值大于本机接收机中频带宽的一半；
第三种条件为：调频连续波雷达执行所述两个工作模式时，发射波的调频斜率互为相反数。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
上述技术方案提供一种调频连续波雷达发射波控制方法及装置，方法包括：预先设定至少两个不同的工作模式，调频连续波雷达执行不同的工作模式时发射波的调频斜率、起始频点和中心频点中至少有一个参数不同；调频连续波雷达工作时，以执行一次周期性序列包含的所有工作模式为一个周期，进行循环工作，调频连续波雷达执行一个工作模式的时间为一个雷达工作周期，周期性序列包括至少两个不同的工作模式。对某个调频连续波雷达，其按照一定规律在特定的雷达工作周期执行特定的工作模式，对不同调频连续波雷达，这种规律可能不同。这样同时可以避免与同类型雷达以及不同类型雷达发生连续干扰，具有较强的工程实用价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为调频连续波雷达的干扰特性示意图；
图2为本发明实施例提供的一种调频连续波雷达的工作模式切换示意图；
图3为本发明实施例提供的三种模式设计的示意图；
图4为本发明实施例提供的一种模式重叠工作周期数与起始时刻差异的关系图；
图5为本发明实施例提供的一种调频连续波雷达发射波控制设备的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1示出了调频连续波雷达的干扰特点，左图方框内表示本机射频接收信号允许的时频范围，本机的发射信号的时频曲线为一条斜线，用粗直线表示，也位于该范围之内。在射频端被本机接收的干扰信号的时频曲线形式为分布在方框内的任意位置、方向和角度的线段，图1中使用4条虚线表示四种典型的干扰信号。图1中的四种典型干扰信号分别为干扰回波1、干扰回波2、干扰回波3和干扰回波4；其中，干扰回波1与发射信号的频带范围和调频斜率差异均较大；干扰回波2与发射信号的调频斜率相同，但干扰回波2与发射信号的频带范围差异较大；干扰回波3与发射信号的频带范围有较多重叠，但干扰回波3与发射信号的调频斜率差异较大；干扰回波4与发射信号的频带范围和调频斜率差异均较小。图1中右侧图为经过混频后的信号，混频后的信号频率为接收信号与本机发射信号之差，因此称为差频信号。接收信号包括本机回波和其他干扰信号。4个干扰信号对应的差频信号的时频曲线的线型与图1中左侧图一一对应。差频信号最终通过一定带宽的中频滤波器后被采样，中频滤波器的时频范围为右侧图中方框，只有落入这一方框区域的差频信号才会被输出到后端数字处理模块。
参见图1中的右侧图，干扰回波1和干扰回波2各自对应的差频信号的频率，均在中频带宽之外，中频滤波器不会输出任何干扰能量。干扰回波3对应的差频信号，部分落入了中频带宽之内，因此最终中频滤波器输出的干扰信号有效时长小于射频端接收到的干扰信号的时长。干扰回波4对应的差频信号完全落入中频带宽内，最终中频滤波器输出的干扰信号时长与射频端接收到的干扰信号的时长一致，干扰效果最严重。
通过上述分析容易发现，(1)干扰信号的频带范围与发射信号差异较大时更不容易被干扰；(2)干扰信号的调频斜率与发射信号的调频斜率差异较大时更不容易被干扰。但如何巧妙配置不同雷达的波形，从而以较小的硬件/软件代价实现较好的抗干扰效果且具有较好的鲁棒性是一个该领域目前仍待解决的问题。针对这一问题，本实施例提供了一种调频连续波雷达发射波控制方法，该方法包括：调频连续波雷达工作时，以执行一次周期性序列包含的所有工作模式为一个周期，进行循环工作。执行一次周期性序列包含的所有工作模式是指：将周期性序列中按特定顺序排列的各个工作模式依次执行一次。其中，周期性序列中的工作模式可以完全不同，也可以部分相同，但周期性序列中应包括至少两个不同的工作模式。
调频连续波雷达执行一个工作模式的时间为一个雷达工作周期。雷达工作周期指雷达执行一次微波信号发射接收、信息处理以及最终给出期望的目标信号的总时间。
周期性序列包括至少两个不同的工作模式；调频连续波雷达执行不同的工作模式时发射波的调频斜率、起始频点和中心频点中至少有一个参数不同。调频连续波雷达的发射波的形式为线性调频波形；线性调频波形的频率随着时间线性变化；调频斜率指的是线性调频波形在单位时间内的频率变化率，一般单位为mhz/us。
参见图2，为一种调频连续波雷达的工作模式切换示意图。一个序列周期(即周期性序列包含的所有工作模式被执行一次的周期)为执行4个雷达工作周期的时间。周期性序列中各个工作模式的执行先后顺序为模式a、模式b、模式b、模式a。周期性序列包括至少两个不同的工作模式，调频连续波雷达工作时，以执行一次周期性序列包含的所有工作模式为一个周期，进行循环工作。这样保证了当本机执行某一工作模式被干扰时，其不会出现连续的相同类型的干扰，这样降低了干扰引起对正确目标的连续漏检，也降低了干扰引起的连续虚假目标误报，从而最大程度提高了雷达探测性能。
在一些具体实施例中，所述周期性序列，包括至少一对差异工作模式，以保证不同工作模式时发射波之间的相互干扰尽量小。当调频连续雷达执行任意两个工作模式时，若发射波符合第一种条件、第二种条件和第三种条件中的任意一种条件时，则两个工作模式为一对差异工作模式。
第一种条件为：调频连续波雷达执行两个工作模式时，发射波频带范围不存在重叠。
第二种条件为：调频连续波雷达执行两个工作模式时，发射波的调频斜率相同，且发射波的起始频点的差值大于本机接收机中频带宽的一半。
第三种条件为：调频连续波雷达执行两个工作模式时，发射波的调频斜率互为相反数。
图3示出了三种模式设计的示意图。图3中的方框内表示本机射频接收信号允许的时频范围。图3中的左上图中的模式a和模式b对应的发射波，符合第一种条件。图3中的左下图中的模式a和模式b对应的发射波，符合第二种条件。图3中的右侧图中的模式b和模式c对应的发射波，符合第二种条件；图3中的右侧图中的模式a和模式b对应的发射波，符合第一种条件；图3中的右侧图中的模式a和模式c对应的发射波，符合第二种条件。图3中的左上图和左下图中各自的模式a和模式b对应的发射波之间不存在干扰。图3中的右侧图中的模式a和模式b对应的发射波之间不存在干扰；图3中的右侧图中的模式a和模式c对应的发射波之间也不存在干扰，但模式b和模式c之间存在部分干扰。模式a、模式b、模式c即为上述工作模式。
图3中的左上图和左下图的模式组合称为双模式设计。图3中的右侧图的模式组合称为三模式设计。对于配置同种双模式设计的本机和干扰机，假设在某一时刻本机和干扰机可能工作在任意模式，且发射波形时间重合，根据概率论和排列组合推导可知，本机和干扰机工作于同一模式下的概率为1/2；当本机和干扰机工作于同一模式下时，会发生欺骗式干扰。对配置同种三模式设计的本机和干扰机，假设在某一时刻本机和干扰机可能工作在任意模式，且发射波形时间重合，根据概率论和排列组合推导可知，本机和干扰机工作于同一模式下的概率为1/3，工作于部分干扰情况下的概率为2/9，完全不干扰情况下的概率为4/9。
实际应用中，可以根据雷达系统设计需求和应对干扰的类型，灵活选择模式的设计方案。如当干扰主要来自非同类型雷达时，其一般不会发生欺骗式干扰，可以采用图3中的双模式设计，尽可能降低较强拒绝式干扰连续出现的概率。当干扰主要来自同类型雷达时，可以采用图3中的三模式设计，降低欺骗式干扰连续出现的概率，从而使得欺骗式干扰引入的虚假目标不会被连续跟踪形成航迹。其中，干扰的类型由实际应用场景决定，比如车上只装一个雷达，这种雷达装车量又比较少，那么面临的干扰主要就是异型雷达的干扰，即拒绝性干扰，此时可采用图3中的双模式设计。
周期性序列可以是人为设计的非随机周期性序列，可以是通过随机方法生成的随机周期性序列。非随机周期性序列中任意两个工作模式均为不同的工作模式，非随机周期性序列中各个工作模式的执行先后顺序为预先人为设定的。
若设计的工作模式为n个，各个工作模式分别用1、2、…、n表示，非随机周期性序列的周期为n个雷达工作周期的时间，则非随机周期性序列的中各个工作模式的执行先后顺序可以顺序或倒序，即可以为1、2、…、n或n、n-1、…、2、1。非随机性周期性序列的设计适用于干扰主要来自于非同类型雷达的情形，其配置简单，序列周期较短，可以保证同类型干扰出现的周期间隔至少为n。
在一些具体实施例中，位于同车上且相邻的任意两个调频连续波雷达，各自非随机周期性序列中的工作模式的执行先后顺序不同。对于同车上安装的调频连续波雷达，非随机周期性序列可以采用顺序配置和倒序配置交替的方法，减少相邻雷达间的欺骗式干扰。如四个角雷达，其配置方式可以为左前角的调频连续波雷达的非随机周期性序列采用顺序配置，右前角的调频连续波雷达的非随机周期性序列采用倒序配置，右后角的调频连续波雷达的非随机周期性序列采用顺序配置，左后角的调频连续波雷达的非随机周期性序列采用倒序配置。
在一些具体实施例中，根据伪随机序列确定的随机周期性序列，伪随机序列中不同元素及其顺序关系，对应随机周期性序列中的不同工作模式及其顺序关系。伪随机序列包括m序列、gold序列、混沌序列等。以混沌序列为例，假设随机周期性序列的周期为20个雷达工作周期的时间，设计本机可工作在4个工作模式上，使用改进型logistic映射
序列1：34124241241243412411；
序列2：24134124111134124242；
序号1、2、3、4分别表示相应的工作模式，容易观察到，序列2与序列1分别在第二个雷达工作周期、第三个雷达工作周期、第五个雷达工作周期以及第十一个雷达工作周期时，工作模式相同。考虑序列2的起始时刻可能与序列1相差最小0个雷达工作周期、最大19个雷达工作周期，两个序列在单个序列周期内出现相同工作模式的次数，与起始时刻相差雷达工作周期数的关系曲线如图4所示；图4的横轴为两个序列的起始时刻相差雷达工作周期数，纵轴为两个序列在单个序列周期内出现相同工作模式的次数；经计算其均值为5.65次。而假设两个序列完全随机，基于概率理论易知每个雷达工作周期，两个序列的工作模式相同的概率即为1/n＝0.25。对于20个雷达工作周期，其期望即为5次，与设计值基本一致，证明了在上述基于混沌序列生成随机数方法的有效性。
对不同的调频连续波雷达，使用根据伪随机序列确定的随机周期性序列的方式，配置不同的随机周期性序列，这样在实际环境中即使遭遇同类型雷达的干扰，由于其工作模式切换的规律不同，可以极大减少连续出现欺骗式干扰的概率。因此这种随机周期性设计适用于干扰主要来自于同类型雷达的情形。
对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。
下述为本发明装置实施例，可以用于执行本发明方法实施例。对于本发明装置实施例中未披露的细节，请参照本发明方法实施例。
本实施例提供了一种调频连续波雷达发射波控制装置，包括：循环工作单元，用于在调频连续波雷达工作时，以执行一次周期性序列包含的所有工作模式为一个周期，进行循环工作，调频连续波雷达执行一个工作模式的时间为一个雷达工作周期；周期性序列包括至少两个不同的工作模式；调频连续波雷达执行不同的工作模式时发射波的调频斜率、起始频点和中心频点中至少有一个参数不同。
在一些具体实施例中，周期性序列，具体为非随机周期性序列。非随机周期性序列中任意两个工作模式均为不同的工作模式。非随机周期性序列中各个工作模式的执行先后顺序为预先人为设定的。
在一些具体实施例中，位于同车上且相邻的任意两个调频连续波雷达，各自非随机周期性序列中的工作模式的执行先后顺序不同。
在一些具体实施例中，周期性序列，具体为根据伪随机序列确定的随机周期性序列。伪随机序列中不同元素及其顺序关系对应随机周期性序列中的不同工作模式及其顺序关系。
在一些具体实施例中，周期性序列包括至少一对差异工作模式。当调频连续雷达执行任意两个工作模式时，若发射波符合第一种条件、第二种条件和第三种条件中的任意一种条件时，则所述两个工作模式为一对差异工作模式。
第一种条件为：调频连续波雷达执行两个工作模式时，发射波的频带范围不存在重叠。
第二种条件为：调频连续波雷达执行两个工作模式时，发射波的调频斜率相同，且发射波的起始频点的差值大于本机接收机中频带宽的一半。
第三种条件为：调频连续波雷达执行所述两个工作模式时，发射波的调频斜率互为相反数。
参见图5，为本实施例提供的一种调频连续波雷达发射波控制设备的示意图。调频连续波雷达发射波控制设备的硬件结构可以包括：至少一个处理器51，至少一个通信接口52，至少一个存储器53和至少一个通信总线54；且处理器51、通信接口52、存储器53通过通信总线54完成相互间的通信。
处理器51在一些实施例中可以是一个cpu(centralprocessingunit，中央处理器)，或者是asic(applicationspecificintegratedcircuit，特定集成电路)，或者是被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路等。
通信接口52可以包括标准的有线接口、无线接口。通常用于在调频连续波雷达发射波控制设备与其它电子设备或系统之间建立通信连接。
存储器53包括至少一种类型的可读存储介质。可读存储介质可以为如闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器等nvm(non-volatilememory，非易失性存储器)。可读存储介质还可以是高速ram(randomaccessmemory，随机存取存储器)存储器。
其中，存储器53存储有计算机程序，处理器51可调用存储器53存储的计算机程序，所述计算机程序用于：
调频连续波雷达工作时，以执行一次周期性序列包含的所有工作模式为一个周期，进行循环工作，调频连续波雷达执行一个工作模式的时间为一个雷达工作周期；周期性序列包括至少两个不同的工作模式；调频连续波雷达执行不同的工作模式时发射波的调频斜率、起始频点和中心频点中至少有一个参数不同。
所述程序的细化功能和扩展功能可参照上文描述。
图5仅示出了具有组件51～54的调频连续波雷达发射波控制设备，但是应理解的是，并不要求实施所有示出的组件，可以替代的实施更多或者更少的组件。
本发明实施例还提供一种可读存储介质，该可读存储介质可存储有适于处理器执行的程序，所述程序用于：
调频连续波雷达工作时，以执行一次周期性序列包含的所有工作模式为一个周期，进行循环工作，调频连续波雷达执行一个工作模式的时间为一个雷达工作周期；周期性序列包括至少两个不同的工作模式；调频连续波雷达执行不同的工作模式时发射波的调频斜率、起始频点和中心频点中至少有一个参数不同。
所述程序的细化功能和扩展功能可参照上文描述。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中各个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可，且本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或者组合。
对本发明所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
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