專利名稱：基于汽車防撞雷達的道路中央隔離帶檢測方法
技術領域：
本發明屬于通信技術領域，更進一步涉及雷達信號處理技術領域中的基于汽車防撞雷達的道路中央隔離帶檢測方法。本發明融入于傳統汽車防撞雷達系統中，能夠在設置中央隔離帶的高速公路上更好的輔助駕駛員，保障行駛安全、防止汽車碰撞。
背景技術：
在汽車防撞雷達預警方法的研究中，常見的汽車防撞雷達是利用回波信號和發射信號進行相干混頻，得到包含目標信息的中頻信號，然后對中頻信號進行頻譜分析得到目標的距離、速度和方位角，進行簡單的預警分析，但該方法存在的不足是，無法對高速公路中央隔離帶進行檢測，所以往往會將反向行駛于隔離帶另一側的汽車識別為危險目標，這就容易在雷達目標檢測中產生較高的虛警率。阮樹成在其專利申請“毫米波時分線性調頻多目標檢測汽車防撞雷達”(專利申請 號200810120605. 9，公開號CN101354438)中提出了一種在道路環境中同時測定多個目標車輛的距離、速度和方位角的毫米波時分線性調頻多目標檢測汽車防撞雷達方法。該方法應用于毫米波段，運用時分線性調頻的方法，能夠同時測定多個目標車輛，然后通過防撞預警系統對距離自車最近的目標車輛進行防撞預警分析，若判斷此目標車輛為危險目標，則對駕駛員發出報警，保證車輛安全行駛，但是該方法存在的不足是，防撞預警系統只對距離自車最近的目標車輛進行預警分析，而沒有計算分析自車與其它目標車輛之間的理論安全距離，忽視了其它車輛對自車的潛在威脅，并且會將中央隔離帶另一側反向車道的車輛檢測為預警目標，導致預警系統發出錯誤報警。侯志在文獻“復雜探測背景下的LFMCW雷達動目標二維檢測”(西安電子科技大學學報，2011，38 (4) =1001-2400.)中提出了一種LFMCW雷達動目標二維檢測方法。該方法使用LFMCW雷達二維信號處理方法和二維恒虛警檢測方法，對復雜探測背景中的動目標車輛和靜止大目標角反射架進行檢測識別，能夠檢測淹沒在一維距離譜中的運動目標，降低了復雜探測背景對動目標檢測的影響，但是該方法存在的不足是，它只對靜止大目標進行檢測，沒有對道路環境中的連續靜止目標即中央隔離帶進行檢測識別，將這種方法應用于防撞雷達系統中，不能完整的對道路環境中存在的目標進行檢測，導致預警系統出現較高的虛警率。
發明內容
本發明針對上述現有技術存在的不足，提出了一種基于汽車防撞雷達的道路中央隔離帶檢測方法。本發明既可以較好的檢測高速公路上車輛的行駛狀態，同時又可以兼顧中央隔離帶的檢測識別，既保證了車輛的安全行駛，又降低了預警分析系統的虛警率。本發明實現上述目的的思路是將雷達接收的回波信號和發射信號相干混頻得到中頻信號后，先對中頻信號進行二維信號處理得到距離速度二維頻譜，然后對多個雷達掃描周期的二維頻譜幅值積累結果作二維恒虛警檢測，分離動目標車輛頻譜與靜止目標頻譜，確定動目標車輛的位置和速度，再對靜止目標頻譜做一維恒虛警檢測，進一步將靜目標車輛和中央隔離帶分離開，確定靜目標車輛和中央隔離帶的位置，實現對中央隔離帶的檢測識別，最后通過目標車輛與中央隔離帶之間的位置關系，判斷目標車輛是否處于同向車道，對處于同向車道的目標車輛作防撞預警分析處理，提高了防撞預警系統的預警效率，有效的保證了車輛的安全行駛。本發明的步驟包括如下(I)由自車防撞雷達陣列發射天線，連續發射多周期對稱三角波調制的線性調頻連續波信號；(2)接收回波信號2a)在一個雷達掃描周期內，防撞雷達的接收天線，持續接收每一時刻連續波信號經由前方道路環境中車輛、中央隔離帶以及其它障礙物反射回來的多周期回波信號； 2b)對雷達掃描周期內每一時刻由相鄰陣列天線單元接收的不同相位回波信號進行比相，測出它們之間的相位差；2c)根據來波方向與相位差之間的換算公式得到每一時刻回波信號的來波方向；(3)產生中頻信號3a)將步驟(I)發射的連續波信號輸入中頻信號處理系統中，作為混頻器的本振
信號;3b)將步驟2a)接收的回波信號輸入混頻器中與本振信號相乘，得到一個混頻信號;3c)將混頻信號通過低通濾波器產生一個中頻信號；(4) 二維信號處理4a)將這個中頻信號作為中頻信號處理單元；4b)根據一維快速傅里葉變換公式，對中頻信號處理單元中的中頻信號作一維快速傅里葉變換，得到包含距離信息的一維頻譜，此一維頻譜包含上掃頻段一維頻譜和下掃頻段一維頻譜；4c)根據離散快速傅里葉變換公式，對一維頻譜作離散快速傅里葉變換，得到包含距離和相對速度信息的二維頻譜，此二維頻譜包含上掃頻段二維頻譜和下掃頻段二維頻譜；4d)根據多普勒頻率配對公式，對上掃頻段二維頻譜和下掃頻段二維頻譜，作消除配對處理，得到距離-相對速度二維頻譜；4e)根據速度與相對速度之間的變換公式，對距離-相對速度二維頻譜進行變換，得到距離-速度二維頻譜；4f)對步驟3b)至4e)重復執行10次，將每次得到的距離-速度二維頻譜幅值相加積累，得到高信噪比二維頻譜，將其幅值以二維矩陣的形式記錄，此二維矩陣由Ml行NI列元素組成；(5) 二維恒虛警檢測5a)將此Ml行NI列元素組成的二維矩陣輸入二維恒虛警檢測系統；5b)選取二維矩陣中的第i行第j列矩陣元素，令i等于1，j等于I ;5c)以第i行第j列矩陣元素作為二維被檢測單元，分別提取以二維被檢測單元為中心的相鄰行和列中的4個矩陣元素和6個矩陣元素，組成二維檢測參考單元，根據二維恒虛警檢測參考單元的均值公式，求得二維檢測參考單元的均值；5d)將二維檢測參考單元的均值乘以閾值因子得到二維恒虛警檢測門限；5e)將二維被檢測單元的幅值與二維恒虛警檢測門限作比較，當幅值大于檢測門限時，記錄此幅值，否則記為0;5f)若i的值不等于M1，則將i的值加I后，轉到步驟5c);否則，轉到步驟5g)；5g)若j的值不等于NI，則將j的值加I后，轉到步驟5c);否則，轉到步驟5h)；5h)將步驟5e)記錄的全部幅值組成靜止頻譜和動目標頻譜，將靜止頻譜幅值以一維矩陣的形式記錄，此一維矩陣由LI個元素組成；
(6)確定動目標車輛位置和速度6a)將動目標頻譜最大幅值對應的橫坐標值，作為自車與動目標車輛之間的距離，對應的縱坐標值作為動目標車輛的速度；6b)將與動目標頻譜最大幅值對應的步驟2c)中同一時刻接收到的回波信號的來波方向作為動目標車輛的方位角；6c)以自車為坐標原點，根據三角變換公式，計算得到動目標車輛的位置；(7) 一維恒虛警檢測7a)將步驟5h)中LI個元素組成的一維矩陣輸入一維恒虛警檢測系統；7b)選取一維矩陣中的第k個矩陣元素，令k等于I ;7c)以第k個矩陣元素作為一維被檢測單元，分別提取以一維被檢測單元為中心的相鄰的4個矩陣元素，組成一維檢測參考單元，根據一維恒虛警檢測參考單元的均值公式，求得一維檢測參考單元的均值；7d)將一維檢測參考單元的均值乘以閾值因子得到一維恒虛警檢測門限；7e)將一維被檢測單元的幅值與一維恒虛警檢測門限作比較，當幅值大于檢測門限時，記錄此幅值，否則記為0 ;7f)若k的值不等于LI，則將k的值加I后，轉到步驟7c);否則，轉到步驟7g)；7g)將步驟7e)記錄的全部幅值組成靜目標頻譜；7h)將步驟7e)記為0的每一個被檢測單元的幅值作為一個中央隔離帶單元頻譜幅值，將所有的中央隔離帶單元頻譜幅值組成中央隔離帶頻譜；(8)確定靜目標車輛和中央隔離帶位置8a)將靜目標頻譜中最大幅值對應的橫坐標值，作為自車與靜目標車輛之間的距離；8b)將每一個中央隔離帶單元頻譜的橫坐標值，作為自車與每一個中央隔離帶單元之間的距離；Sc)將與靜目標頻譜最大幅值對應的步驟2c)中同一時刻接收到的回波信號的來波方向作為靜目標車輛的方位角；8d)將與頻譜幅值對應的步驟2c)中同一時刻接收到的的回波信號的來波方向作為每一個中央隔離帶單元的方位角；Se)以自車為坐標原點，根據三角變換公式，計算得到靜目標車輛和每一個中央隔離帶單元的位置；
(9)比較目標車輛與中央隔離帶之間的位置關系，若目標車輛的位置在中央隔離帶位置的左方，則認為此目標車輛處于反向車道，視為虛警；否則，認為此目標車輛處于同向車道；(10)防撞預警分析處理IOa)由防撞雷達預警系統對處于同向車道的目標車輛進行防撞預警分析，根據安全距離公式，計算得到自車與每個目標車輛之間的安全距離；IOb)當自車與目標車輛之間的距離小于對應的安全距離時，自車的防撞雷達預警系統對駕駛員發出聲光報警或對車輛采取緊急制動。
本發明與現有技術相比具有以下優點第一，本發明利用二維信號處理方法和恒虛警檢測方法，將動目標車輛、靜目標車輛與中央隔離帶分別檢測出來，克服了現有技術不能對連續靜止目標即中央隔離帶檢測識別的缺點，提聞了本發明對道路目標的檢測能力。第二，本發明能夠精確測量目標車輛的距離、速度和方位角，同時能夠對中央隔離帶進行定位，從而鑒別往返車道車輛，克服了現有技術存在較多虛警信息的缺點，提高了本發明中防撞預警系統的預警效率。第三，本發明利用預警系統安全距離計算公式對道路中探測雷達范圍以內的所有目標車輛進行預警分析，克服了現有技術僅對與自車距離最近的目標車輛進行預警分析的缺點，使得本發明提高了預警系統的安全系數。
圖I是本發明的流程圖；圖2是目標車輛與中央隔離帶二維頻譜圖；圖3是目標車輛與中央隔離帶檢測位置示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖I對本發明的步驟做進一步的詳細描述。步驟I,發射信號。由自車防撞雷達陣列發射天線，連續發射多周期對稱三角波調制的線性調頻連續波信號。上掃頻段發射信號為S1 具)=A1 cos2^[(/0 + 夸]下掃頻段發射信號為
_9] 5, ^n(Z2) = At COSlTtKf0 +^)t2
- 2 2其中，W1< A〈免T'+y<Z2 < (灸 + 1)7", k = 0,1,…，N-I, N 表不f目號積累周
期數，At表示發射信號幅度，f0表示載頻，三角波調制斜率為u = 2 A f/T
其中，T表示調制周期，Af表示調制帶寬。步驟2，接收回波信號。2a)在一個雷達掃描周期內，防撞雷達的接收天線，持續接收每一時刻連續波信號經由前方道路環境中車輛、中央隔離帶以及其它障礙物反射回來的多周期回波信號。上掃頻段回波信號為
權利要求
1.基于汽車防撞雷達的道路中央隔離帶檢測方法，包括如下步驟 (1)由自車防撞雷達陣列發射天線，連續發射多周期對稱三角波調制的線性調頻連續波信號； (2)接收回波信號 2a)在ー個雷達掃描周期內，防撞雷達的接收天線，持續接收每ー時刻連續波信號經由前方道路環境中車輛、中央隔離帶以及其它障礙物反射回來的多周期回波信號； 2b)對雷達掃描周期內每ー時刻由相鄰陣列天線單元接收的不同相位回波信號進行比相，測出它們之間的相位差； 2c)根據來波方向與相位差之間的換算公式得到每ー時刻回波信號的來波方向； (3)產生中頻信號 3a)將步驟(I)發射的連續波信號輸入中頻信號處理系統中，作為混頻器的本振信號； 3b)將步驟2a)接收的回波信號輸入混頻器中與本振信號相乘，得到一個混頻信號； 3c)將混頻信號通過低通濾波器產生ー個中頻信號； (4)ニ維信號處理 4a)將這個中頻信號作為中頻信號處理單元； 4b)根據ー維快速傅里葉變換公式，對中頻信號處理單元中的中頻信號作ー維快速傅里葉變換，得到包含距離信息的一維頻譜，此ー維頻譜包含上掃頻段一維頻譜和下掃頻段一維頻譜； 4c)根據離散快速傅里葉變換公式，對ー維頻譜作離散快速傅里葉變換，得到包含距離和相対速度信息的ニ維頻譜，此ニ維頻譜包含上掃頻段ニ維頻譜和下掃頻段ニ維頻譜； 4d)根據多普勒頻率配對公式，對上掃頻段ニ維頻譜和下掃頻段ニ維頻譜，作消除配對處理，得到距離-相対速度ニ維頻譜； 4e)根據速度與相対速度之間的變換公式，對距離-相対速度ニ維頻譜進行變換，得到距離-速度ニ維頻譜； 4f)對步驟3b)至4e)重復執行10次，將每次得到的距離-速度ニ維頻譜幅值相加積累，得到高信噪比ニ維頻譜，將其幅值以ニ維矩陣的形式記錄，此ニ維矩陣由Ml行NI列元素組成； (5)ニ維恒虛警檢測 5a)將此Ml行NI列元素組成的ニ維矩陣輸入ニ維恒虛警檢測系統； 5b)選取ニ維矩陣中的第i行第j列矩陣元素，令i等于1，j等于I ; 5c)以第i行第j列矩陣元素作為ニ維被檢測單元，分別提取以ニ維被檢測單元為中心的相鄰行和列中的4個矩陣元素和6個矩陣元素，組成ニ維檢測參考單元，根據ニ維恒虛警檢測參考單元的均值公式，求得ニ維檢測參考單元的均值； 5d)將ニ維檢測參考單元的均值乘以閾值因子得到ニ維恒虛警檢測門限； 5e)將ニ維被檢測單元的幅值與ニ維恒虛警檢測門限作比較，當幅值大于檢測門限吋，記錄此幅值,否則記為0 ; 5f)若i的值不等于M1，則將i的值加I后，轉到步驟5c);否則，轉到步驟5g)； 5g)若j的值不等于NI，則將j的值加I后，轉到步驟5c);否則，轉到步驟5h)； 5h)將步驟5e)記錄的全部幅值組成靜止頻譜和動目標頻譜，將靜止頻譜幅值以ー維矩陣的形式記錄，此ー維矩陣由LI個元素組成； (6)確定動目標車輛位置和速度 6a)將動目標頻譜最大幅值對應的橫坐標值，作為自車與動目標車輛之間的距離，對應的縱坐標值作為動目標車輛的速度； 6b)將與動目標頻譜最大幅值對應的步驟2c)中同一時刻接收到的回波信號的來波方向作為動目標車輛的方位角； 6c)以自車為坐標原點，根據三角變換公式，計算得到動目標車輛的位置； (7)—維恒虛警檢測 7a)將步驟5h)中LI個元素組成的ー維矩陣輸入ー維恒虛警檢測系統； 7b)選取ー維矩陣中的第k個矩陣元素，令k等于I ; 7c)以第k個矩陣元素作為ー維被檢測單元，分別提取以ー維被檢測單元為中心的相鄰的4個矩陣元素，組成ー維檢測參考單元，根據ー維恒虛警檢測參考單元的均值公式，求得一維檢測參考單元的均值； 7d)將ー維檢測參考單元的均值乘以閾值因子得到ー維恒虛警檢測門限； 7e)將ー維被檢測單元的幅值與ー維恒虛警檢測門限作比較，當幅值大于檢測門限吋，記錄此幅值,否則記為O ; 7f)若k的值不等于LI，則將k的值加I后，轉到步驟7c);否則，轉到步驟7g)； 7g)將步驟7e)記錄的全部幅值組成靜目標頻譜； 7h)將步驟7e)記為O的每ー個被檢測單元的幅值作為ー個中央隔離帶単元頻譜幅值，將所有的中央隔離帶單元頻譜幅值組成中央隔離帶頻譜； (8)確定靜目標車輛和中央隔離帶位置 8a)將靜目標頻譜中最大幅值對應的橫坐標值，作為自車與靜目標車輛之間的距離；8b)將每ー個中央隔離帶單元頻譜的橫坐標值，作為自車與每ー個中央隔離帶單元之間的距離； Sc)將與靜目標頻譜最大幅值對應的步驟2c)中同一時刻接收到的回波信號的來波方向作為靜目標車輛的方位角； 8d)將與頻譜幅值對應的步驟2c)中同一時刻接收到的的回波信號的來波方向作為每ー個中央隔離帶單元的方位角； Se)以自車為坐標原點，根據三角變換公式，計算得到靜目標車輛和每ー個中央隔離帶單元的位置； (9)比較目標車輛與中央隔離帶之間的位置關系，若目標車輛的位置在中央隔離帶位置的左方，則認為此目標車輛處于反向車道，視為虛警；否則，認為此目標車輛處于同向車道； (10)防撞預警分析處理 IOa)由防撞雷達預警系統對處于同向車道的目標車輛進行防撞預警分析，根據安全距離公式，計算得到自車與每個目標車輛之間的安全距離； IOb)當自車與目標車輛之間的距離小于對應的安全距離吋，自車的防撞雷達預警系統對駕駛員發出聲光報警或對車輛采取緊急制動。
2.根據權利要求I所述的基于汽車防撞雷達的道路中央隔離帶檢測方法，其特征在于步驟2c)所述的來波方向與相位差之間的換算公式為
3.根據權利要求I所述的基于汽車防撞雷達的道路中央隔離帶檢測方法，其特征在于步驟4b)所述的ー維快速傅里葉變換公式為
4.根據權利要求I所述的基于汽車防撞雷達的道路中央隔離帶檢測方法，其特征在于步驟4c)所述的離散快速傅里葉變換公式為
5.根據權利要求I所述的基于汽車防撞雷達的道路中央隔離帶檢測方法，其特征在于步驟4d)所述的多普勒頻率配對公式為
6.根據權利要求I所述的基于汽車防撞雷達的道路中央隔離帶檢測方法，其特征在于步驟4e)所述的速度與相対速度之間的變換公式為Vt = V0- A v/cos 0 其中，Vt表示目標的速度，Vtl表示自車的速度，Av表示目標與自車之間的相対速度，0表不回波信號的來波方向；
7.根據權利要求I所述的基于汽車防撞雷達的道路中央隔離帶檢測方法，其特征在于步驟5c)所述的ニ維恒虛警檢測參考單元的均值公式為
8.根據權利要求I所述的基于汽車防撞雷達的道路中央隔離帶檢測方法，其特征在于步驟7c)所述的ー維恒虛警檢測參考單元的均值公式為
9.根據權利要求I所述的基于汽車防撞雷達的道路中央隔離帶檢測方法，其特征在于步驟5d)和7d)所述的閾值因子由閾值因子公式得到
10.根據權利要求I所述的基于汽車防撞雷達的道路中央隔離帶檢測方法，其特征在于步驟6c)和Se)所述的三角變換公式為Rx = RXsin 0 Ry = RXcos 0 其中，Bx表示目標車輛或每ー個中央隔離帶単元的橫向位置，R表示自車與目標車輛或每ー個中央隔離帶單元之間的距離，By表示目標車輛或每ー個中央隔離帶單元的縱向位置，9表示目標車輛或每ー個中央隔離帶単元的方位角。
11.根據權利要求I所述的基于汽車防撞雷達的道路中央隔離帶檢測方法，其特征在于步驟IOa)所述的安全距離公式為
全文摘要
本發明公開了一種基于汽車防撞雷達的道路中央隔離帶檢測方法，其實現步驟為(1)發射信號；(2)接收回波信號；(3)產生中頻信號；(4)二維信號處理；(5)二維恒虛警檢測；(6)確定動目標車輛位置和速度；(7)一維恒虛警檢測；(8)確定靜目標車輛和中央隔離帶位置；(9)比較目標車輛與中央隔離帶之間的位置關系；(10)防撞預警分析處理。本發明既可以較好的檢測動目標車輛的位置和速度，又可以較好的檢測靜目標車輛和道路中央隔離帶的位置，從而鑒別往返車道車輛，兼顧檢測結果中的動目標漏檢信息和預警系統中的虛警信息，具有較好的實時性和較高的檢測精度，更好的輔助駕駛員，保障行駛安全、防止汽車碰撞，可應用于高速公路環境中的汽車防撞、導航以及自動駕駛等領域。
文檔編號G01S13/93GK102798863SQ20121024443
公開日2012年11月28日 申請日期2012年7月4日 優先權日2012年7月4日
發明者宋驪平, 張昱 申請人:西安電子科技大學