雷达信号处理系统和方法与流程

1.本公开涉及一种雷达信号处理系统和方法，更具体地，涉及一种通过使用能够通过辐射频率调制雷达信号来检测物体的距离和速度的调频连续波(frequency modulation continuous wave，fmcw)的用于处理雷达信号的系统和方法，以减少车辆中车对车雷达信号的干扰信号。


背景技术：

2.调频连续波(fmcw)雷达可发射线性调频信号以接收待测物体反射的发射雷达信号，并基于接收信号和发射信号间频率不同来检测物体的距离和速度。
3.最近，为了车辆的行驶安全，越来越多的车辆配备了通过识别周围环境来提供信息的使用量增多的雷达。在通过识别周围环境来提供信息的雷达中，fmcw方案的雷达通常应用于车辆。当利用fmcw方案的雷达检测到另一辆车和物体时，会发生相互干扰，导致无法检测到目标消失或生成错误目标的误检测。
4.安装在传统车辆中以检测另一辆车和物体的fmcw雷达是传感器，其辐射电磁波并通过使用接收的电磁波信号的特性来识别物体，并且由于引入另一雷达信号的干扰现象中目标原始信号的失真，进而导致其性能下降。
5.背景技术所描述的事项仅是为了提高对本公开背景技术的理解，不应视为承认其与本领域普通技术人员已知的现有技术相对应。


技术实现要素：

6.提出本公开以解决这些问题，并旨在通过使用能够通过辐射频率调制雷达信号来检测物体的距离和速度的fmcw雷达，来减少车对车雷达信号的干扰信号，以减轻车辆性能下降的因素，从而防止在执行车辆控制，如制动、转向等关键时刻，由于生成错误目标造成的故障和非操作发生，从而提供正常操作。
7.根据本公开的第一方面，提供了一种雷达信号处理系统，用于从调频连续波(fmcw)雷达辐射的采样数字输入信号中获取多普勒频率，所述系统包括：发射模块，重复发射具有唯一频率变化和脉冲重复间隔的雷达信号；变化模块，改变所述发射模块发射的所述雷达信号的所述频率变化或所述脉冲重复间隔；提取模块，当具有变化的频率变化或变化的脉冲重复间隔的所述雷达信号与另一雷达信号之间发生干扰时，从变化的雷达信号中提取干扰信号；调整模块，调整所述雷达信号以减少提取的干扰信号。所述变化模块可以持续改变所述频率变化或所述脉冲重复间隔，当所述变化模块改变所述雷达信号时，所述提取模块可以提取所述干扰信号。
8.所述提取模块计算采样数字输入信号的累积直方图，并从所述计算的累积直方图中提取所述干扰信号。采样数字输入信号所述累积直方图可以通过取所述采样数字输入信号的绝对值，累加所述绝对值，并通过将累加平方值与参考值进行比较，生成和累加所有数字输入信号的配置文件来计算。所述提取模块可以从计算出的累积直方图中选择阈值，并
为超出所选阈值的信号提取所述干扰信号。所述提取模块可以以幂级数的形式，从计算所述采样数字输入信号的累积直方图中通过计算与特定比率相对应的值，来选择所述阈值。
9.所述调整模块可以将提取的干扰信号替换为0来调整雷达信号以减少所述干扰信号。
10.根据本公开的另一方面，提供了一种雷达信号处理方法，用于从调频连续波(fmcw)雷达辐射的采样数字输入信号中获取多普勒频率，所述方法包括：通过发射模块重复发射具有唯一频率变化和脉冲重复间隔的雷达信号；通过变化模块改变所述发射模块发射的所述雷达信号的所述频率变化或所述脉冲重复间隔；当具有变化的频率变化或变化的脉冲重复间隔的所述雷达信号与另一雷达信号之间发生干扰时，通过提取模块提取干扰信号；通过调整模块调整所述雷达信号以减少提取的干扰信号。
11.所述通过变化模块改变所述雷达信号的所述频率变化或所述脉冲重复间隔可以包括持续改变所述频率变化或所述脉冲重复间隔，并当所述变化模块改变所述雷达信号时通过所述提取模块提取所述干扰信号。
12.所述当具有变化的频率变化或变化的脉冲重复间隔的所述雷达信号与另一雷达信号之间发生干扰时，通过提取模块提取干扰信号可以包括计算采样数字输入信号的累积直方图并从计算的累积直方图中提取所述干扰信号。
13.所述通过所述提取模块计算采样数字输入信号的累积直方图并从计算的累积直方图中提取所述干扰信号可以包括通过取所述采样数字输入信号的绝对值，累加绝对值，并通过将累加平方值与参考值进行比较，生成和累加所有数字输入信号的配置文件，来计算所述累积直方图。所述通过所述提取模块计算采样数字输入信号的累积直方图并从计算的累积直方图中提取所述干扰信号可以包括在计算出的累积直方图中选择阈值，并为超出所选阈值的信号提取所述干扰信号。
14.所述通过所述提取模块在计算出的累积直方图中选择所述阈值，并为超出所选阈值的信号提取所述干扰信号可以包括以幂级数的形式，从计算所述采样数字输入信号的所述累积直方图中通过计算与特定比率相对应的值来选择所述阈值。
15.所述通过所述调整模块调整所述雷达信号以减少提取的干扰信号可以包括通过将提取的干扰信号替换为0来调整所述雷达信号以减少所述干扰信号。
16.根据本公开用于雷达信号处理系统和方法，可以通过使用能够通过辐射频率调制雷达信号来检测物体的距离和速度的fmcw雷达，来减少车对车雷达信号的干扰信号，以减轻车辆性能下降的因素，从而防止在执行车辆控制，如制动、转向等关键时刻，由于生成错误目标造成的故障和非操作发生，从而提供正常操作。
17.此外，本公开获得的效果不限于上述效果，并且从以下详细描述中，上面未描述的其它效果对于本领域普通技术人员将变得显而易见。
附图说明
18.图1示出了根据本公开实施例的雷达信号处理系统；
19.图2为示出了当两个雷达信号的频率变化不同时和当雷达信号的频率变化相同时的干扰的曲线图；
20.图3为示出了当两个雷达信号的频率变化相同时脉冲重复间隔对应的干扰的曲线
图；
21.图4为示出了本公开在采样数字输入信号中调整雷达信号以减少从累积直方图中提取的干扰信号的流程图；以及
22.图5为示出了由于生成错误目标引起的故障和非操作所导致的目标损耗(loss)消失的曲线图。
具体实施方式
23.对于本说明书或申请中公开的本公开实施例，具体的结构或功能描述只是为了说明描述本公开的实施例的目的，本公开的实施例可以以各种形式实施，并且不应被解释为限于本说明书或申请中描述的实施例。下文将参照附图详细描述本公开的实施例。
24.图1示出了根据本公开实施例的雷达信号处理系统。图2为示出了当两个雷达信号的频率变化不同时和当雷达信号的频率变化相同时的干扰的曲线图。图3为示出了当两个雷达信号的频率变化相同时脉冲重复间隔对应的干扰的曲线图。图4为示出了本公开在采样数字输入信号中调整雷达信号以减少从累积直方图中提取的干扰信号的流程图。图5为示出了由于生成错误目标引起的故障和非操作所导致的目标损耗消失的曲线图。
25.图1示出了根据本公开实施例的雷达信号处理系统。参照图1，一种用于从调频连续波(fmcw)雷达辐射的采样数字输入信号中获取多普勒频率雷达信号处理系统可以包括一个处理器和一个相关的非瞬态存储软件指令的存储器，在处理器执行该存储器时，其提供发射模块的功能，重复发射具有唯一频率变化和脉冲重复间隔的雷达信号；提供变化模块的功能，改变发射模块发射的雷达信号的频率变化或脉冲重复间隔；提供提取模块的功能，当具有变化的频率变化或变化的脉冲重复间隔的雷达信号与另一雷达信号之间发生干扰时，从变化的雷达信号中提取干扰信号；提供调整模块的功能，调整雷达信号以减少提取的干扰信号该处理器可以采用一个或多个处理器与相关存储程序指令的存储器的形式。
26.本公开通过使用能够通过辐射频率调制雷达信号来检测物体的距离和速度的fmcw雷达，来减少车对车雷达信号的干扰信号，以减轻车辆性能下降的因素，从而防止在执行车辆控制，如制动、转向等关键时刻，由于生成错误目标造成的故障和非操作发生，从而提供正常操作。为此，当具有变化的频率变化或变化的脉冲重复间隔的雷达信号与另一雷达信号发生干扰时，可以从变化的雷达信号中提取干扰信号，并调整雷达信号以减少提取干扰信号。
27.雷达信号处理系统通常可以使用能够通过辐射调频雷达信号检测物体的距离和速度信号的fmcw雷达。fmcw雷达可以通过从模数转换器(analog-to-digital converter，adc)数据输入的采样数字输入信号执行第一快速傅立叶变换，来确定物体与雷达之间的距离，以检测物体的距离和速度。传统的fmcw雷达的雷达信号处理设备可以通过对雷达信号的每个脉冲周期存储的第一快速傅立叶变换的结果进行第二快速傅立叶变换以导出多普勒频率，来确定物体与雷达之间的速度。当雷达信号处理系统使用fmcw方案的雷达检测到另一辆车和物体时，会发生相互干扰，导致未检测到目标消失或生成错误目标的误检测。安装在传统车辆中以检测另一辆车和物体的fmcw雷达是一种传感器，其辐射电磁波并通过使用接收的电磁波信号的特性识别物体，并且由于目标原始信号处于引入的另一雷达信号的干扰现象中而失真进而导致其性能下降，因此有必要防止未检测到目标消失或生成错误目
标的误检测。
28.因此，本公开通过减少车对车雷达信号的干扰信号以减轻性能下降因素，从而防止在执行车辆控制，如制动、转向等关键时刻，由于生成错误目标造成的故障和非操作发生，从而保证正常操作。
29.更具体地，发射模块可以重复发射具有唯一频率变化和脉冲重复间隔的雷达信号。发射模块可通过车辆中的fmcw雷达辐射雷达信号，其中雷达信号给车辆之间的每个fmcw雷达重复发射线性调频并且将一组重复发射的线性调频定义为一帧。雷达信号具有不同频率变化和不同脉冲重复间隔的唯一值，并且雷达之间的相互干扰的类型可根据辐射的雷达信号的频率变化和脉冲重复间隔进行分类。
30.变化模块可改变从发射模块发射的雷达信号的频率变化或脉冲重复间隔。即使每个雷达信号具有不同频率变化和不同脉冲重复间隔的唯一值，如果车辆间具有相同的频率变化和脉冲重复间隔的雷达信号间发生干扰时，雷达盲区现象为根本无法检测到目标完全干扰。因此，只有当变化模块改变从发射模块发射雷达信号的频率变化或脉冲重复间隔时，根本无法检测到目标的雷达盲区现象才会为完全干扰。当频率变化或脉冲重复间隔变化时，可能会即刻发生故障和非操作，而不是完全干扰。在瞬时干扰的情况下，与正常信号相比较大的信号进入时域，这样在执行一阶快速傅立叶变换和二阶快速傅立叶变换时，可能会增加整体噪声，降低fmcw雷达的检测性能，甚至导致无法检测。当具有变化的频率或变化的脉冲重复间隔的雷达信号与另一雷达信号之间发生干扰时，提取模块可从变化的雷达信号中提取干扰信号。本公开中，可改变雷达信号的频率变化或脉冲重复间隔，当出现相应的瞬时干扰时可对采样数字输入信号的累积直方图进行计算，并且可从计算出的累积直方图中提取干扰信号。提取模块可从计算出的累积直方图中选择一个阈值，将超出所选阈值的信号定义为干扰信号，并提取干扰信号。变化模块和提取模块可位于基本相同的位置，并且可改变从发射模块发射的雷达信号的频率变化或脉冲重复间隔，或者从变化的雷达信号中提取干扰信号。调整模块可调整雷达信号以减少提取的干扰信号。可以通过将干扰信号替换为0，来调整雷达信号以减少干扰信号，这可以通过在fmcw雷达中形成内部算法以将干扰信号对应的数据输入信号替换为0来实现。
31.图2为示出了当两个雷达信号的频率变化不同时和当雷达信号的频率变化相同时的干扰的曲线图。图3为示出了当两个雷达信号的频率变化相同时脉冲重复间隔对应的干扰的曲线图变化模块可连续改变频率变化或脉冲重复间隔，而提取模块可在变化模块改变雷达信号时提取干扰信号。
32.参照图2，对于具有脉冲重复间隔相同但频率变化不同的雷达信号，雷达信号间可能会即刻发生干扰，增加整体噪声，且对于具有脉冲重复间隔相同但频率变化不同的雷达信号，雷达盲区现象为根本无法检测到目标的完全干扰，根本无法检测到目标。参照图3，如图3右图所示，对于具有频率变化相同但脉冲重复间隔不同的雷达信号，瞬时干扰仅发生在特定线性调频中，但如图3左图所示，对于具有频率变化相同且脉冲重复间隔相同的雷达信号，雷达盲区现象为根本无法检测到目标的完全干扰，根本无法检测到目标。因此，为了防止根本无法检测到具有唯一频率变化和脉冲重复间隔的雷达信号的目标的完全干扰，变化模块需连续地随机改变频率变化或脉冲重复间隔。从而，提取模块可从变化模块改变的雷达信号中提取干扰信号。
33.提取模块可计算采样数字输入信号的累积直方图，并从计算的累积直方图中提取干扰信号。
34.直方图将测量值存在的范围划分为若干部分，累积直方图将获得的所有测量值累积到特定部分，并将测量值存在的范围划分为若干部分。提取模块可以对采样数字输入信号计算累积直方图，并且从计算出的累积直方图中提取干扰信号可以通过先选择后述阈值并将超出阈值的信号作为干扰信号来执行。
35.计算累积直方图可通过取采样数字输入信号的绝对值，累加绝对值，然后通过将累加平方值与参考值进行比较，生成和累加所有数字输入信号的配置文件来计算。
36.可对采样数字输入信号提取累积直方图，并通过取采样数字输入信号的绝对值，然后计算边界值之间的匹配(hit)数，来执行对累积直方图的计算。边界值的总数是64，且具有0-2范围内的16次幂，从而可以通过计算采样数字输入信号的边界值之间的匹配数来计算直方图。累积直方图可通过将累加平方值与参考值进行比较，并生成和累加所有数字输入信号的配置文件来计算。提取模块可以通过累积直方图选择后述的阈值，从而提取干扰信号。
37.图4为示出了本公开在采样数字输入信号中调整雷达信号以减少从累积直方图中提取的干扰信号的流程图。
38.参照图4，提取模块可从计算的累积直方图中选择阈值，并为超出所选阈值的信号提取干扰信号。
39.选取阈值以防止采样数字输入信号发散或收敛到零(0)，并且可通过多个测试数据凭经验选择阈值。提取模块可基于频率变化和脉冲重复间隔会影响计算的累积直方图的特定比例来选择阈值，图4可以看出，经过多次数据测试基于累积直方图60％的数值来选择阈值。可以基于瞬时干扰影响很小的比例选择特定比例。相关技术通过基于一阶快速傅立叶变换和二阶快速傅立叶变换导出多普勒频率(而不是从累积直方图中选择阈值)，来确定目标和雷达之间的速度。然而，本公开在从采样数字输入信号中提取累积直方图之后，为采样数字输入信号选择阈值。
40.提取模块可以以幂级数的形式，从计算采样数字输入信号的累积直方图中通过计算与特定比率相对应的值，来选择阈值。
41.幂级数可以是表示为∑a(x－a)的级数，也可以是常数级数。提取模块可将瞬时干扰影响较小的比例定义为特定比例以选择阈值。对于幂级数，可以在指数级数中加入一个随机系数，其中一个值可以与x值不同，收敛或发散状态也可以不同。因此，可通过获取和累加采样数字输入信号的绝对值，然后通过将累加平方值与参考值进行比较生成和累加所有数字输入信号的配置文件，来计算累积直方图，从而阈值可以通过与累积直方图中的特定速率相对应的值的幂级数来选择，从该累积直方图计算采样的数字输入信号。
42.图5为示出了由于生成错误目标引起的故障和非操作所导致的目标损耗消失的曲线图。
43.调整模块通过将提取的干扰信号替换为0来调整雷达信号以减少干扰信号。
44.超过阈值的雷达信号被确定为干扰信号，从而调整模块可以将干扰信号对应的采样数字输入信号替换为0。虽然随着变化模块改变频率变化或脉冲重复间隔，雷达信号中会发生瞬时干扰，但是当调整模块将干扰信号对应的采样数字输入信号替换为0，干扰则消
失。参照图5，x轴表示时间，y轴表示检测距离，x为0的点表示初始识别目标的时间点，此时检测到的距离为初始识别距离。图5上图示出了当fmcw雷达通常检测到物体的距离和速度时的干扰，其中不连续的点表示未检测或误检测。如图5下图所示，变化模块可改变频率变化或脉冲重复间隔，调整模块将提取的干扰信号替换为0来调整雷达信号的干扰信号以减少干扰信号，从而减轻性能下降的因素，并防止在执行车辆控制(如制动、转向)等关键时刻由于生成错误目标造成的故障和非操作，进而能够正常操作。
45.一种雷达信号处理方法，用于从调频连续波(fmcw)雷达辐射的采样数字输入信号中获取多普勒频率，可以包括通过发射模块重复发射具有唯一频率变化和脉冲重复间隔的雷达信号；通过变化模块改变发射模块发射的雷达信号的频率变化或脉冲重复间隔；当具有变化的频率变化或变化的脉冲重复间隔的雷达信号与另一雷达信号之间发生干扰时，通过提取模块提取干扰信号；通过调整模块调整雷达信号以减少提取的干扰信号。
46.此外，通过变化模块改变雷达信号的频率变化或脉冲重复间隔包括持续改变频率变化或脉冲重复间隔，并当变化模块改变雷达信号时通过提取模块提取干扰信号。
47.当具有变化的频率变化或变化的脉冲重复间隔的雷达信号与另一雷达信号之间发生干扰时，通过提取模块提取干扰信号可以包括计算采样数字输入信号的累积直方图并从计算的累积直方图中提取干扰信号。
48.通过提取模块计算采样数字输入信号的累积直方图并从计算的累积直方图中提取干扰信号可以包括通过取采样数字输入信号的绝对值，累加绝对值，并通过将累加平方值与参考值进行比较，生成和累加所有数字输入信号的配置文件，来计算累积直方图。
49.通过提取模块计算采样数字输入信号的累积直方图并从计算的累积直方图中提取干扰信号可以包括在计算出的累积直方图中选择阈值，并为超出所选阈值的信号提取干扰信号。通过提取模块在计算出的累积直方图中选择阈值，并为超出所选阈值的信号提取干扰信号可以包括以幂级数的形式，从计算采样数字输入信号的累积直方图中通过计算与特定比率相对应的值来选择阈值。
50.通过调整模块调整雷达信号以减少提取的干扰信号可以包括通过将提取的干扰信号替换为0来调整雷达信号以减少干扰信号。
51.如上，虽然本公开已经示出和描述了关于其的特定实施例，但是对于本领域普通技术人员显而易见的是，在不背离所附权利要求提供的本公开的精神下，可以对本公开进行各种改进和改变。
52.附图标记说明
53.a发射模块b变化模块
54.c提取模块d调整模块