專利名稱：基于信道監聽機制的多汽車防撞雷達沖突抑制系統與方法
技術領域：
本發明涉及一種基于信道監聽機制的多汽車防撞雷達沖突抑制系統與方法，屬于雷達、通信和汽車電子技術領域。
背景技術：
汽車防撞雷達探測汽車前方一定距離內單個或者多個目標與本車的距離、速度、方位角，并根據預警規則在危險情況出現時發出報警信號，提示駕駛員采取措施，保障行車安全。汽車防撞雷達一般采用三角波線性調頻體制工作，工作頻段在35GHz、60GHz、77GHz等毫米波頻段，這些頻段的雷達的突出優點是分辨率高，電磁波的穿透能力強，特別適用于道路安全的狀況。 近年來，隨著社會對汽車安全問題的日益關注以及汽車主動防撞技術研究的日益深入，以汽車防撞雷達為基礎的汽車主動防碰撞控制系統已成為研究的主流方向。然而，當前對于汽車主動防碰撞控制系統的研究和測試都是基于單車系統。可以預見到，當汽車主動防碰撞控制系統實現產品化并推廣應用后，就不可避免的會出現多部裝載有汽車主動防碰撞控制系統的車輛相遇的情況。若沒有相應的抑制措施，就有可能會出現不同車輛之間信號的干擾，尤其是當兩部車迎頭相對行駛時，汽車主動防碰撞控制系統中汽車防撞雷達的雷達接收機可能會收到較強的對面車輛上雷達的發射信號，在這種情況下可能會導致汽車防撞雷達系統中的雷達接收機飽和，使真實目標湮沒在虛假目標中，汽車主動防碰撞控制系統失效。
發明內容
本發明的目的是為解決在多輛汽車同時具備汽車防撞雷達情況下，本車汽車防撞雷達系統出現雷達接收機飽和，導致汽車主動防碰撞系統失效的問題，提出一種基于信道監聽機制的多汽車雷達沖突抑制系統及方法，利用當前雷達接收機對接收信號的分析，可以確定周圍其他雷達系統所發射信號的頻段，從而將本系統射頻信號頻率設定在某一未被占用頻段上，以達到抑制沖突的目的。本發明是通過以下技術方案實現的。本發明中的基于信道監聽機制的多汽車防撞雷達沖突抑制系統中的各個汽車防撞雷達系統采用中斷連續波線性調頻體制。基于信道監聽機制的多汽車防撞雷達沖突抑制方法采用雷達發射機開關控制雷達信號的發射與關閉，在雷達發射機關閉時間內，接收機的信道頻率分析単元對接收到的外部信號進行頻譜分析即在汽車防撞雷達使用頻帶范圍內進行搜索，當發現頻帶內有其他汽車防撞雷達系統發射的雷達信號時，雷達時序控制系統發出控制信號使掃頻信號單元將當前雷達發射頻率調整到空閑頻率發射，從而有效避免了系統中各雷達間的相互干擾。—種基于信道監聽機制的多汽車防撞雷達沖突抑制系統，包括雷達發射裝置、雷達接收裝置、雷達時序控制模塊、雷達信號處理與顯示單元以及信道頻率分析系統。
所述雷達發射裝置包括掃頻信號產生單元、功率放大單元、開關以及發射天線。其中，開關、掃頻信號產生單元、功率放大單元以及發射天線依次相連，時序控制系統的輸出連接至開關，雷達時序控制模塊的輸出也接入了發射天線前端的開關。所述雷達發射裝置完成在雷達時序控制模塊的控制下，在受控時間、頻段發射掃頻信號的功能。所述雷達接收裝置包括接收天線、雷達接收通道以及復用器。接收天線的輸出送入雷達接收通道，雷達接收通道的輸出在雷達時序模塊的控制下經由復用器分為兩路，一路送入信道頻率分析系統，一路送入雷達信號處理與顯示單元。
所述雷達接收裝置完成在雷達時序控制模塊的控制下對空間中的信號進行采集接收，并將采集接收到的信號輸出到雷達信號處理與顯示單元和信道頻率分析系統中的功倉^:。所述雷達時序控制模塊包含綜合控制器、發射裝置控制器和接收裝置控制器，發射裝置控制器和接收裝置控制器分別與綜合控制器相連。雷達時序控制模塊輸出分為兩組，一路為發射裝置控制器輸出到雷達發射裝置，控制雷達發射裝置的開關以及掃頻信號產生單元；一路為接收裝置控制器輸出到雷達接收裝置。雷達時序控制模塊的輸入為信道頻率分析系統的輸出，連接到雷達時序控制模塊的綜合控制器。所述的雷達時序控制模塊中的綜合控制器接收信道頻率分析系統的輸出信息，并根據其輸出控制發射裝置控制器和接收裝置控制器工作。接收裝置控制器接收綜合控制器的命令，控制雷達接收裝置復用器，從而確定雷達接收裝置數據流向。發射裝置控制器接收綜合控制器的命令，并完成對雷達發射裝置時序和發射頻段控制的功能。所述雷達信號處理與顯示單元包括雷達回波信號處理模塊、GPS模塊、預警模塊以及動態顯示模塊。雷達回波信號處理模塊、GPS模塊以及動態顯示模塊與虛警模塊相連。雷達回波信號處理模塊的輸入與雷達接收裝置相連。所述雷達信號處理與顯示單元完成對回波信號進行處理，以計算出預警目標的方位角、距離、速度等物理信息，并結合GPS模塊提供的地理信息和判決條件實現對虛假預警目標的排除。最終將處理所得信息在動態顯示模塊上予以顯示井根據預警規則發出相應安
全警告。所述信道頻率分析系統包括信號譜估計模塊，判決控制模塊。信號譜估計模塊、判決控制模塊依次相連。信號譜估計模塊輸入端連接雷達接收裝置的輸出，判決控制模塊的輸出連接雷達時序控制模塊。所述信道頻率分析系統接收來自雷達接收裝置的監聽信號，并對其進行頻譜分析，找出空閑頻段，將頻段信息輸出到雷達時序控制模塊中。本發明的一種基于信道監聽機制的多汽車雷達沖突抑制方法，在上述一種基于信道監聽的多汽車雷達沖突抑制系統基礎上，其具體工作過程如下步驟一、汽車自身的雷達接收裝置在雷達時序控制系統的控制下，通過雷達接收裝置中的接收天線接收當前多雷達系統環境下的其他雷達所發出的射頻信號。步驟ニ、將步驟一接收的雷達射頻信號送入信道頻率分析系統，對收到的時域信息進行譜估計，將每個頻率與一個預設門限進行比較，判定頻率是否已被其他雷達所占用，將未被占用的頻率信息輸出到雷達時序控制模塊中。
步驟三、在雷達時序控制系統的控制下，雷達發射裝置中的掃頻信號產生單元生成未被占用頻段的射頻信號。步驟四、步驟三輸出的未被占用頻段的射頻信號經由各組雷達發射裝置中的功率放大器放大后發射出去。步驟五、汽車自身的雷達接收裝置接收步驟四的射頻信號回波信號，經雷達接收裝置中處理后，產生數字基帶信號。步驟六、將步驟五產生的數字基帶信號送入雷達信號處理與顯示單元中的雷達回波信號處理模塊進行數字信號處理，得到真實的預警目標的距離、速度、方位等信息。步驟七、雷達信號處理與顯示單元中的預警模塊結合GPS模塊采集到的地理信息，結合雷達回波信號處理模塊輸出的目標信號，排除虛假目標，將最終的預警目標信息在動態顯示模塊上予以顯示和警告。 有益效果本發明的汽車防撞雷達系統依靠其信道頻率分析単元可以對外部電磁環境進行監測分析，并控制雷達發射模塊選擇空閑頻率進行發射，這種方式可以有效應對多部汽車同時裝備汽車防撞雷達的情況，防止多部汽車防撞雷達之間相互干擾。
圖I為本發明的基于信道監聽機制的多汽車雷達沖突抑制系統的組成示意圖；圖2為本發明的基于信道監聽機制的多汽車雷達沖突抑制系統的系統組成結構圖；圖3為本發明實施例I中的掃頻信號控制時序。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明做進ー步說明。基于信道監聽機制的多汽車雷達沖突抑制系統實施例I圖I為本發明和實施例的總體結構圖，具體包括雷達收發裝置、時序控制系統、信道頻率分析系統和雷達信號處理與顯示單元。圖2為本發明及實施例的基于總體結構圖的具體系統組成框圖，從圖2中可以看出，本實施例中的各模塊組成為雷達時序控制模塊包含綜合控制器、發射裝置控制器和接收裝置控制器；信道頻率分析系統包括信號譜估計模塊，判決控制模塊；雷達信號處理與顯示單元包括雷達回波信號處理模塊、GPS模塊、預警模塊以及動態顯示模塊；雷達接收裝置包括接收天線、雷達接收通道以及復用器；雷達發射裝置包括掃頻信號產生單元、功率放大單元、開關以及發射天線。其中雷達時序控制模塊、信道頻率分析系統以及雷達信號處理與顯示單元中的預警模塊、雷達回波信號處理模塊由VerilogHDL語言在Altera公司的CycloneIII的FPGA上編寫實現，雷達信號處理與顯示單元中的動態顯示模塊由RGB顯示屏以及Cyclone III FPGA內部邏輯實現,GPS模塊由SiRF3模塊實現，雷達發射裝置和雷達接收裝置由SIVERSIMA生產的W波段收發模塊實現。本實施例中的雷達發送和接收裝置均工作于77GHz頻段，系統中的汽車雷達采用中斷連續波調頻體制，雷達發射和接收裝置及信道頻率分析系統均在時序控制系統的控制下工作。帶有周期間隔的三角波調制信號的時域波形如圖3所示坐標橫軸表示時間，単位為毫秒；坐標縱軸表示頻率,單位為GHz。坐標原點表示工作期間的某時刻,設起始時刻為零時刻，發射頻率為76. 5GHz。圖3中描述了本實施例中的系統在某兩個工作周期的工作時序，系統的具體エ作過程為當處于Oms至14ms期間雷達時序控制模塊控制雷達發射裝置發射三角波調制的線性調頻波，掃頻范圍在76. 5GHz 77. OGHz,且雷達接收裝置接收回波信號，并在雷達時序控制模塊控制下將接收的信號傳送到雷達信號處理與顯示單元；當處于14ms 16ms期間，雷達時序控制模塊控制雷達發射裝置停止發射，雷達接收裝置接收空間中的信 號并在雷達時序控制模塊的控制下將將接收到的信號數據傳送到信道頻率分析系統中；當處于16ms 30ms期間，雷達時序控制模塊根據信道頻率分析系統所反饋的信息，確定77. 6GHz 78. IGHz為空閑頻段，控制雷達發射裝置發射三角波調制的線性調頻波，掃頻范圍在77. 6GHz 78. 1GHz，且雷達接收裝置接收回波信號，并在雷達時序控制模塊控制下將接收的信號傳送到雷達信號處理與顯示單元。當系統處于雷達發射裝置發射期間，即圖中Oms 14ms或16ms 30ms期間，雷達信號處理與顯示單元處理雷達接收裝置傳遞的數據信息，并結合GPS模塊獲取的地理信息除去虛假目標，并將最終的目標信息顯示在動態顯示模塊上；當系統處于雷達發射裝置關閉期間，即圖中14ms 16ms期間，信道頻率分析系統分析雷達接收裝置的接收信號，尋找空閑頻段，并將空閑頻段信息發送給雷達時序控制模塊，雷達時序控制模塊依據此信息確定下次雷達發射裝置發射信號的頻段進行發射，避免了多雷達系統下的相互干擾。本實施例的基于信道監聽機制的多汽車雷達沖突抑制系統，經過系統搭建和實際道路測試，不僅實現了射頻信號的收發及預警目標的測距、測角和測速，并且有效抑制了多雷達環境下的信號沖突，解決了背景技術中所提及的問題。以上所述為本發明的較佳實施例而已，本發明不應該局限于該實施例和附圖所公開的內容。凡是不脫離本發明所公開的精神下完成的等效或修改，都落入本發明保護的范圍。
權利要求
1.基于信道監聽機制的多汽車防撞雷達沖突抑制系統，其特征在于包括雷達發射裝置、雷達接收裝置、雷達時序控制模塊、雷達信號處理與顯示單元以及信道頻率分析系統； 所述雷達發射裝置包括掃頻信號產生單元、功率放大單元、開關以及發射天線；其中，開關、掃頻信號產生單元、功率放大單元以及發射天線依次相連，時序控制系統的輸出連接至開關，雷達時序控制模塊的輸出接入開關； 所述雷達接收裝置包括接收天線、雷達接收通道以及復用器；接收天線的輸出送入雷達接收通道，雷達接收通道的輸出在雷達時序模塊的控制下經由復用器分為兩路，一路送入信道頻率分析系統，一路送入雷達信號處理與顯示單元； 所述雷達接收裝置在雷達時序控制模塊的控制下對空間中的信號進行采集接收，并將采集接收到的信號輸出到雷達信號處理與顯示單元和信道頻率分析系統； 所述雷達時序控制模塊包含綜合控制器、發射裝置控制器和接收裝置控制器，發射裝置控制器和接收裝置控制器分別與綜合控制器相連；發射裝置控制器輸出到雷達發射裝置；接收裝置控制器輸出到雷達接收裝置； 所述的雷達時序控制模塊中的綜合控制器接收信道頻率分析系統的輸出信息；接收裝置控制器接收綜合控制器的命令，控制雷達接收裝置復用器；發射裝置控制器接收綜合控制器的命令； 所述雷達信號處理與顯示單元包括雷達回波信號處理模塊、GPS模塊、預警模塊以及動態顯示模塊；雷達回波信號處理模塊、GPS模塊以及動態顯示模塊與虛警模塊相連；雷達回波信號處理模塊的輸入與雷達接收裝置相連； 所述信道頻率分析系統包括信號譜估計模塊，判決控制模塊；信號譜估計模塊、判決控制模塊依次相連；信號譜估計模塊輸入端連接雷達接收裝置的輸出，判決控制模塊的輸出連接雷達時序控制模塊； 所述信道頻率分析系統接收來自雷達接收裝置的監聽信號，并對其進行頻譜分析，找出空閑頻段，將頻段信息輸出到雷達時序控制模塊中。
2.根據權利要求I所述的基于信道監聽機制的多汽車防撞雷達沖突抑制系統，其特征在于雷達發射裝置、雷達接收裝置均工作于77GHz頻段。
3.根據權利要求I所述的基于信道監聽機制的多汽車防撞雷達沖突抑制系統，其特征在于采用中斷連續波調頻體制。
4.基于權利要求I所述的基于信道監聽機制的多汽車防撞雷達沖突抑制系統的沖突抑制方法，其特征在于包括如下步驟 步驟一、汽車自身的雷達接收裝置在雷達時序控制系統的控制下，通過雷達接收裝置中的接收天線接收當前多雷達系統環境下的其他雷達所發出的射頻信號； 步驟ニ、將步驟一接收的雷達射頻信號送入信道頻率分析系統，對收到的時域信息進行譜估計，將每個頻率與一個預設門限進行比較，判定頻率是否已被其他雷達所占用，將未被占用的頻率信息輸出到雷達時序控制模塊中； 步驟三、在雷達時序控制系統的控制下，雷達發射裝置中的掃頻信號產生單元生成未被占用頻段的射頻信號； 步驟四、步驟三輸出的未被占用頻段的射頻信號經由各組雷達發射裝置中的功率放大器放大后發射出去；步驟五、汽車自身的雷達接收裝置接收步驟四的射頻信號回波信號，經雷達接收裝置中處理后，產生數字基帶信號； 步驟六、將步驟五產生的數字基帶信號送入雷達信號處理與顯示單元中的雷達回波信號處理模塊進行數字信號處理，得到真實的預警目標的距離、速度、方位等信息； 步驟七、雷達信號處理與顯示單元中的預警模塊結合GPS模塊采集到的地理信息，結 合雷達回波信號處理模塊輸出的目標信號，排除虛假目標，將最終的預警目標信息在動態顯示模塊上予以顯示和警告。
全文摘要
本發明涉及一種基于信道監聽機制的多汽車防撞雷達沖突抑制系統與方法，屬于雷達、通信和汽車電子技術領域。本發明的多汽車防撞雷達沖突抑制系統中，各個汽車防撞雷達系統采用中斷連續波線性調頻體制。基于信道監聽機制的多汽車防撞雷達沖突抑制方法采用雷達發射機開關控制雷達信號的發射與關閉，在雷達發射機關閉時間內，接收機的信道頻率分析單元對接收到的外部信號進行頻譜分析即在汽車防撞雷達使用頻帶范圍內進行搜索，當發現頻帶內有其他汽車防撞雷達系統發射的雷達信號時，雷達時序控制系統發出控制信號使掃頻信號單元將當前雷達發射頻率調整到空閑頻率發射，從而有效避免了系統中各雷達間的相互干擾。
文檔編號G01S7/36GK102662161SQ20121016609
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月24日 優先權日2012年5月24日
發明者卜祥元, 盧繼華, 安建平, 張軍, 鄭晨 申請人:中山北京理工大學研究院, 北京理工大學, 廣東鐵將軍防盜設備有限公司