CN102798863B - 基于汽车防撞雷达的道路中央隔离带检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于汽车防撞雷达的道路中央隔离带检测方法，其实现步骤为：(1)发射信号；(2)接收回波信号；(3)产生中频信号；(4)二维信号处理；(5)二维恒虚警检测；(6)确定动目标车辆位置和速度；(7)一维恒虚警检测；(8)确定静目标车辆和中央隔离带位置；(9)比较目标车辆与中央隔离带之间的位置关系；(10)防撞预警分析处理。本发明既可以较好的检测动目标车辆的位置和速度，又可以较好的检测静目标车辆和道路中央隔离带的位置，从而鉴别往返车道车辆，兼顾检测结果中的动目标漏检信息和预警系统中的虚警信息，具有较好的实时性和较高的检测精度，更好的辅助驾驶员，保障行驶安全、防止汽车碰撞，可应用于高速公路环境中的汽车防撞、导航以及自动驾驶等领域。

Description

基于汽车防撞雷达的道路中央隔离带检测方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步涉及雷达信号处理技术领域中的基于汽车防撞雷达的道路中央隔离带检测方法。本发明融入于传统汽车防撞雷达系统中，能够在设置中央隔离带的高速公路上更好的辅助驾驶员，保障行驶安全、防止汽车碰撞。

背景技术

在汽车防撞雷达预警方法的研究中，常见的汽车防撞雷达是利用回波信号和发射信号进行相干混频，得到包含目标信息的中频信号，然后对中频信号进行频谱分析得到目标的距离、速度和方位角，进行简单的预警分析，但该方法存在的不足是，无法对高速公路中央隔离带进行检测，所以往往会将反向行驶于隔离带另一侧的汽车识别为危险目标，这就容易在雷达目标检测中产生较高的虚警率。

阮树成在其专利申请“毫米波时分线性调频多目标检测汽车防撞雷达”(专利申请号：200810120605.9，公开号：CN101354438)中提出了一种在道路环境中同时测定多个目标车辆的距离、速度和方位角的毫米波时分线性调频多目标检测汽车防撞雷达方法。该方法应用于毫米波段，运用时分线性调频的方法，能够同时测定多个目标车辆，然后通过防撞预警系统对距离自车最近的目标车辆进行防撞预警分析，若判断此目标车辆为危险目标，则对驾驶员发出报警，保证车辆安全行驶，但是该方法存在的不足是，防撞预警系统只对距离自车最近的目标车辆进行预警分析，而没有计算分析自车与其它目标车辆之间的理论安全距离，忽视了其它车辆对自车的潜在威胁，并且会将中央隔离带另一侧反向车道的车辆检测为预警目标，导致预警系统发出错误报警。

侯志在文献“复杂探测背景下的LFMCW雷达动目标二维检测”(西安电子科技大学学报，2011，38(4)：1001-2400.)中提出了一种LFMCW雷达动目标二维检测方法。该方法使用LFMCW雷达二维信号处理方法和二维恒虚警检测方法，对复杂探测背景中的动目标车辆和静止大目标角反射架进行检测识别，能够检测淹没在一维距离谱中的运动目标，降低了复杂探测背景对动目标检测的影响，但是该方法存在的不足是，它只对静止大目标进行检测，没有对道路环境中的连续静止目标即中央隔离带进行检测识别，将这种方法应用于防撞雷达系统中，不能完整的对道路环境中存在的目标进行检测，导致预警系统出现较高的虚警率。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的不足，提出了一种基于汽车防撞雷达的道路中央隔离带检测方法。本发明既可以较好的检测高速公路上车辆的行驶状态，同时又可以兼顾中央隔离带的检测识别，既保证了车辆的安全行驶，又降低了预警分析系统的虚警率。

本发明实现上述目的的思路是：将雷达接收的回波信号和发射信号相干混频得到中频信号后，先对中频信号进行二维信号处理得到距离速度二维频谱，然后对多个雷达扫描周期的二维频谱幅值积累结果作二维恒虚警检测，分离动目标车辆频谱与静止目标频谱，确定动目标车辆的位置和速度，再对静止目标频谱做一维恒虚警检测，进一步将静目标车辆和中央隔离带分离开，确定静目标车辆和中央隔离带的位置，实现对中央隔离带的检测识别，最后通过目标车辆与中央隔离带之间的位置关系，判断目标车辆是否处于同向车道，对处于同向车道的目标车辆作防撞预警分析处理，提高了防撞预警系统的预警效率，有效的保证了车辆的安全行驶。

本发明的步骤包括如下：

(1)由自车防撞雷达阵列发射天线，连续发射多周期对称三角波调制的线性调频连续波信号；

(2)接收回波信号

2a)在一个雷达扫描周期内，防撞雷达的接收天线，持续接收每一时刻连续波信号经由前方道路环境中车辆、中央隔离带以及其它障碍物反射回来的多周期回波信号；

2b)对雷达扫描周期内每一时刻由相邻阵列天线单元接收的不同相位回波信号进行比相，测出它们之间的相位差；

2c)根据来波方向与相位差之间的换算公式得到每一时刻回波信号的来波方向；

(3)产生中频信号

3a)将步骤(1)发射的连续波信号输入中频信号处理系统中，作为混频器的本振信号；

3b)将步骤2a)接收的回波信号输入混频器中与本振信号相乘，得到一个混频信号；

3c)将混频信号通过低通滤波器产生一个中频信号；

(4)二维信号处理

4a)将这个中频信号作为中频信号处理单元；

4b)根据一维快速傅里叶变换公式，对中频信号处理单元中的中频信号作一维快速傅里叶变换，得到包含距离信息的一维频谱，此一维频谱包含上扫频段一维频谱和下扫频段一维频谱；

4c)根据离散快速傅里叶变换公式，对一维频谱作离散快速傅里叶变换，得到包含距离和相对速度信息的二维频谱，此二维频谱包含上扫频段二维频谱和下扫频段二维频谱；

4d)根据多普勒频率配对公式，对上扫频段二维频谱和下扫频段二维频谱，作消除配对处理，得到距离-相对速度二维频谱；

4e)根据速度与相对速度之间的变换公式，对距离-相对速度二维频谱进行变换，得到距离-速度二维频谱；

4f)对步骤3b)至4e)重复执行10次，将每次得到的距离-速度二维频谱幅值相加积累，得到高信噪比二维频谱，将其幅值以二维矩阵的形式记录，此二维矩阵由M1行N1列元素组成；

(5)二维恒虚警检测

5a)将此M1行N1列元素组成的二维矩阵输入二维恒虚警检测系统；

5b)选取二维矩阵中的第i行第j列矩阵元素，令i等于1，j等于1；

5c)以第i行第j列矩阵元素作为二维被检测单元，分别提取以二维被检测单元为中心的相邻行和列中的4个矩阵元素和6个矩阵元素，组成二维检测参考单元，根据二维恒虚警检测参考单元的均值公式，求得二维检测参考单元的均值；

5d)将二维检测参考单元的均值乘以阈值因子得到二维恒虚警检测门限；

5e)将二维被检测单元的幅值与二维恒虚警检测门限作比较，当幅值大于检测门限时，记录此幅值，否则记为0；

5f)若i的值不等于M1，则将i的值加1后，转到步骤5c)；否则，转到步骤5g)；

5g)若j的值不等于N1，则将j的值加1后，转到步骤5c)；否则，转到步骤5h)；

5h)将步骤5e)记录的全部幅值组成静止频谱和动目标频谱，将静止频谱幅值以一维矩阵的形式记录，此一维矩阵由L1个元素组成；

(6)确定动目标车辆位置和速度

6a)将动目标频谱最大幅值对应的横坐标值，作为自车与动目标车辆之间的距离，对应的纵坐标值作为动目标车辆的速度；

6b)将与动目标频谱最大幅值对应的步骤2c)中同一时刻接收到的回波信号的来波方向作为动目标车辆的方位角；

6c)以自车为坐标原点，根据三角变换公式，计算得到动目标车辆的位置；

(7)一维恒虚警检测

7a)将步骤5h)中L1个元素组成的一维矩阵输入一维恒虚警检测系统；

7b)选取一维矩阵中的第k个矩阵元素，令k等于1；

7c)以第k个矩阵元素作为一维被检测单元，分别提取以一维被检测单元为中心的相邻的4个矩阵元素，组成一维检测参考单元，根据一维恒虚警检测参考单元的均值公式，求得一维检测参考单元的均值；

7d)将一维检测参考单元的均值乘以阈值因子得到一维恒虚警检测门限；

7e)将一维被检测单元的幅值与一维恒虚警检测门限作比较，当幅值大于检测门限时，记录此幅值，否则记为0；

7f)若k的值不等于L1，则将k的值加1后，转到步骤7c)；否则，转到步骤7g)；

7g)将步骤7e)记录的全部幅值组成静目标频谱；

7h)将步骤7e)记为0的每一个被检测单元的幅值作为一个中央隔离带单元频谱幅值，将所有的中央隔离带单元频谱幅值组成中央隔离带频谱；

(8)确定静目标车辆和中央隔离带位置

8a)将静目标频谱中最大幅值对应的横坐标值，作为自车与静目标车辆之间的距离；

8b)将每一个中央隔离带单元频谱的横坐标值，作为自车与每一个中央隔离带单元之间的距离；

8c)将与静目标频谱最大幅值对应的步骤2c)中同一时刻接收到的回波信号的来波方向作为静目标车辆的方位角；

8d)将与频谱幅值对应的步骤2c)中同一时刻接收到的的回波信号的来波方向作为每一个中央隔离带单元的方位角；

8e)以自车为坐标原点，根据三角变换公式，计算得到静目标车辆和每一个中央隔离带单元的位置；

(9)比较目标车辆与中央隔离带之间的位置关系，若目标车辆的位置在中央隔离带位置的左方，则认为此目标车辆处于反向车道，视为虚警；否则，认为此目标车辆处于同向车道；

(10)防撞预警分析处理

10a)由防撞雷达预警系统对处于同向车道的目标车辆进行防撞预警分析，根据安全距离公式，计算得到自车与每个目标车辆之间的安全距离；

10b)当自车与目标车辆之间的距离小于对应的安全距离时，自车的防撞雷达预警系统对驾驶员发出声光报警或对车辆采取紧急制动。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

第一，本发明利用二维信号处理方法和恒虚警检测方法，将动目标车辆、静目标车辆与中央隔离带分别检测出来，克服了现有技术不能对连续静止目标即中央隔离带检测识别的缺点，提高了本发明对道路目标的检测能力。

第二，本发明能够精确测量目标车辆的距离、速度和方位角，同时能够对中央隔离带进行定位，从而鉴别往返车道车辆，克服了现有技术存在较多虚警信息的缺点，提高了本发明中防撞预警系统的预警效率。

第三，本发明利用预警系统安全距离计算公式对道路中探测雷达范围以内的所有目标车辆进行预警分析，克服了现有技术仅对与自车距离最近的目标车辆进行预警分析的缺点，使得本发明提高了预警系统的安全系数。

附图说明

图1是本发明的流程图；

图2是目标车辆与中央隔离带二维频谱图；

图3是目标车辆与中央隔离带检测位置示意图。

具体实施方式

下面结合附图1对本发明的步骤做进一步的详细描述。

步骤1，发射信号。

由自车防撞雷达阵列发射天线，连续发射多周期对称三角波调制的线性调频连续波信号。

上扫频段发射信号为：

$S_{t\_\mathrm{up}}\left(t_1\right)=A_t\cos 2\mathrm{\π}[(f_0-\frac{\mathrm{\Δf}}{2})t_1+\frac{{{\mathrm{\μt}}_1}^2}{2}]$

下扫频段发射信号为：

$S_{t\_\mathrm{down}}\left(t_2\right)=A_t\cos 2\mathrm{\π}[(f_0+\frac{3\mathrm{\Δf}}{2})t_2+\frac{{{\mathrm{\μ}}_2}^2}{2}]$

其中， $\mathrm{kT}<t_1<\mathrm{kT}+\frac{T}{2},$ $\mathrm{kT}+\frac{T}{2}<t_2<(k+1)T,$ k＝0，1，…，N-1，N表示信号积累周期数，A_t表示发射信号幅度，f₀表示载频，三角波调制斜率为：

μ＝2Δf/T

其中，T表示调制周期，Δf表示调制带宽。

步骤2，接收回波信号。

2a)在一个雷达扫描周期内，防撞雷达的接收天线，持续接收每一时刻连续波信号经由前方道路环境中车辆、中央隔离带以及其它障碍物反射回来的多周期回波信号。

上扫频段回波信号为：

$S_{r\_\mathrm{up}}\left(t_1\right)=A_r\cos 2\mathrm{\&pi;}[(f_0-\frac{\mathrm{\&Delta;f}}{2})(t_1-\mathrm{\&tau;})+\frac{\mathrm{\&mu;}}{2}{(t_1-\mathrm{\&tau;})}^2]$

下扫频段回波信号为：

$S_{r\_\mathrm{down}}\left(t_2\right)=A_r\cos 2\mathrm{\&pi;}[(f_0+\frac{3\mathrm{\&Delta;f}}{2})(t_2-\mathrm{\&tau;})+\frac{\mathrm{\&mu;}}{2}{(t_2-\mathrm{\&tau;})}^2]$

其中，A_r＝KA_t，表示回波信号幅度，K表示衰减因子，τ＝2r/c，表示回波延时，r表示目标与自车之间的距离，c表示光速，其它因子同上。

2b)对雷达扫描周期内每一时刻由相邻阵列天线单元接收的不同相位回波信号进行比相，测出它们之间的相位差。

2c)根据下面的来波方向与相位差之间的换算公式得到每一时刻回波信号的来波方向。

其中，θ(t)表示t时刻回波信号的来波方向，λ表示连续波信号的波长，d表示相邻阵列天线单元的间距，

表示t时刻相邻阵列天线单元所接收的不同回波信号之间的相位差。

步骤3，产生中频信号。

3a)将步骤1发射的连续波信号输入中频信号处理系统中，作为混频器的本振信号。

3b)将步骤2a)接收的回波信号输入混频器中与本振信号相乘，得到一个混频信号。

3c)将混频信号通过低通滤波器产生一个中频信号。

上扫频段中频信号为：

$S_{b\_\mathrm{up}}\left(t_1\right)=\frac{1}{2}{A}_t{A}_r\cos 2\mathrm{\&pi;}[f_b{t}_1+(f_0-\frac{\mathrm{\&Delta;f}}{2})\mathrm{\&tau;}-\frac{{\mathrm{\&mu;\&tau;}}^2}{2}]$

下扫频段中频信号为：

$S_{b\_\mathrm{down}}\left(t_2\right)=\frac{1}{2}{A}_t{A}_r\cos 2\mathrm{\&pi;}[f_b{t}_1+(f_0+\frac{3\mathrm{\&Delta;f}}{2})\mathrm{\&tau;}-\frac{{\mathrm{\&mu;\&tau;}}^2}{2}]$

其中，f_b＝μτ，表示多普勒频移，其它因子同上。

步骤4，二维信号处理。

4a)将这个中频信号作为中频信号处理单元。

4b)根据下面一维快速傅里叶变换公式，对中频信号处理单元中的中频信号作一维快速傅里叶变换，得到包含距离信息的一维频谱，此一维频谱包含上扫频段一维频谱和下扫频段一维频谱。

上扫频段一维频谱：

$X_{\mathrm{up}}\left(\mathrm{\&omega;}\right)={\&Integral;}_{\mathrm{kT}+\mathrm{\&tau;}}^{\mathrm{kT}+T/2}{S}_{b\_\mathrm{up}}\left(t_1\right)\exp (-\mathrm{j\&omega;}{t}_1){\mathrm{dt}}_1$

下扫频段一维频谱：

$X_{\mathrm{down}}\left(\mathrm{\&omega;}\right)={\&Integral;}_{\mathrm{kT}+T/2}^{(k+1)T}{S}_{b\_\mathrm{down}}\left(t_2\right)\exp (-\mathrm{j\&omega;}{t}_2){\mathrm{dt}}_2$

其中，k表示周期序号，T表示三角波调制周期，S_{b_up}(t₁)表示上扫频段中频信号，S_{b_down}(t₂)表示下扫频段中频信号。

4c)对一维频谱按照下式作离散快速傅里叶变换，得到包含距离和相对速度信息的二维频谱，此二维频谱包含上扫频段二维频谱和下扫频段二维频谱。

上扫频段二维频谱为：

$V_{\mathrm{up}}\left(\mathrm{\&omega;}\right)=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{X}_{\mathrm{up}}\left(\mathrm{\&omega;}\right)\exp (-\mathrm{jk\&theta;})$

下扫频段二维频谱为：

$V_{\mathrm{down}}\left(\mathrm{\&omega;}\right)=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{X}_{\mathrm{down}}\left(\mathrm{\&omega;}\right)\exp (-\mathrm{jk\&theta;})$

其中，N表示中频信号的周期数，k表示周期序号，X_up(ω)表示上扫频段二维频谱，X_down(ω)表示下扫频段二维频谱。

4d)根据下面的多普勒频率配对公式，对上扫频段二维频谱和下扫频段二维频谱，作消除配对处理，得到距离-相对速度二维频谱。

$r=\frac{\mathrm{cT}}{4\mathrm{\&Delta;F}}(f_{-}+f_{+})$ $\mathrm{\&Delta;v}=\frac{c}{{2f}_0}(f_{-}-f_{+})$

其中，r表示道路前方目标与自车之间的距离，c表示光速，T表示三角波调制周期，ΔF表示调制带宽，f_-表示下扫频段二维频谱频率，f₊表示上扫频段二维频谱频率，Δv表示目标与自车之间的相对速度，f₀表示中心频率。

4e)根据下面的速度与相对速度之间的变换公式，对距离-相对速度二维频谱进行变换，得到距离-速度二维频谱。

V_t＝v₀-ΔV/cosθ(t)

其中，V_t表示目标的速度，v₀表示自车的速度，Δv表示目标与自车之间的相对速度，θ(t)表示t时刻回波信号的来波方向。

4f)对步骤3b)至4e)重复执行10次，将每次得到的距离-速度二维频谱幅值相加积累，得到高信噪比二维频谱，将其幅值以二维矩阵的形式记录，此二维矩阵由M1行N1列元素组成。

步骤5，二维恒虚警检测。

5a)将此M1行N1列元素组成的二维矩阵输入二维恒虚警检测系统。

5b)选取二维矩阵中的第i行第j列矩阵元素，令i等于1，j等于1。

5c)以第i行第j列矩阵元素作为二维被检测单元，分别提取以二维被检测单元为中心的相邻行和列中的4个矩阵元素和6个矩阵元素，组成二维检测参考单元，根据下面的二维恒虚警检测参考单元的均值公式，求得二维检测参考单元的均值。

$Z_{i,j}=\frac{1}{\mathrm{MN}-1}(\underset{m=i-M/2}{\overset{i+M/2}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=j-N/2}{\overset{j+N/2}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_{m,n}-x_{i,j})$

其中，Z_i，j表示二维恒虚警检测参考单元的均值，M和N分别表示提取的以二维被检测单元为中心相邻的行和列矩阵元素的个数，x_m，n表示二维检测参考单元幅值，x_i，j表示二维被检测单元的幅值。

5d)将二维检测参考单元的均值乘以阈值因子得到二维恒虚警检测门限。

$U=P^{\frac{1}{M+N}}+K$

其中，U表示阈值因子，P表示虚警概率，一般取10^-6，M和N分别表示提取的以二维被检测单元为中心相邻的行和列矩阵元素的个数，K表示线性因子，一般取0.5。

5e)将二维被检测单元的幅值与二维恒虚警检测门限作比较，当幅值大于检测门限时，记录此幅值，否则记为0。

5f)若i的值不等于M1，则将i的值加1后，转到步骤5c)；否则，转到步骤5g)。

5g)若j的值不等于N1，则将j的值加1后，转到步骤5c)；否则，转到步骤5h)。

5h)将步骤5e)记录的全部幅值组成静止频谱和动目标频谱，将静止频谱幅值以一维矩阵的形式记录，此一维矩阵由L1个元素组成。

步骤6，确定动目标车辆位置和速度。

6a)将动目标频谱最大幅值对应的横坐标值，作为自车与动目标车辆之间的距离R_i，对应的纵坐标值作为动目标车辆的速度v_i。

6b)将与动目标频谱最大幅值对应的步骤2c)中同一时刻接收到的回波信号的来波方向作为第i个动目标车辆的方位角θ_i。

6c)以自车为坐标原点，根据下面的三角变换公式，计算得到动目标车辆的位置。

Rx_i＝R_i×sinθ_i   Ry_i＝R_i×cosθ_i

其中，Rx_i表示第i个动目标车辆的横向位置，R_i表示自车与第i个动目标车辆之间的距离，Ry_i表示第i个动目标车辆的纵向位置，θ_i表示第i个动目标车辆的方位角。

步骤7，一维恒虚警检测。

7a)将步骤5h)中L1个元素组成的一维矩阵输入一维恒虚警检测系统。

7b)选取一维矩阵中的第k个矩阵元素，令k等于1。

7c)以第k个矩阵元素作为一维被检测单元，分别提取以一维被检测单元为中心的相邻的4个矩阵元素，组成一维检测参考单元，根据下面的一维恒虚警检测参考单元的均值公式，求得一维检测参考单元的均值。

$Z_k=\frac{1}{L-1}(\underset{l=k-L/2}{\overset{k+L/2}{\mathrm{\&Sigma;}}}{y}_l-y_k)$

其中，Z_k表示一维恒虚警检测参考单元的均值，L表示提取的与一维被检测单元为中心相邻元素的个数。，y₁表示一维检测参考单元幅值，y_k表示一维被检测单元的幅值。

7d)将一维检测参考单元的均值乘以阈值因子得到一维恒虚警检测门限。

$U=P^{\frac{1}{L}}+K$

其中，U表示阈值因子，P表示虚警概率，一般取10^-6，L表示提取的与一维被检测单元为中心相邻元素的个数，K表示线性因子，一般取0.5。

7e)将一维被检测单元的幅值与一维恒虚警检测门限作比较，当幅值大于检测门限时，记录此幅值，否则记为0。

7f)若k的值不等于L1，则将k的值加1后，转到步骤7c)；否则，转到步骤7g)；

7g)将步骤7e)记录的全部幅值组成静目标频谱。

7h)将步骤7e)记为0的每一个被检测单元的幅值作为一个中央隔离带单元频谱幅值，将所有的中央隔离带单元频谱幅值组成中央隔离带频谱。

步骤8，确定静目标车辆和中央隔离带位置。

8a)将静目标频谱中最大幅值对应的横坐标值，作为自车与静目标车辆之间的距离。

8b)将每一个中央隔离带单元频谱的横坐标值，作为自车与每一个中央隔离带单元之间的距离。

8c)将与静目标频谱最大幅值对应的步骤2c)中同一时刻接收到的回波信号的来波方向作为静目标车辆的方位角θ_i′。

8d)将与频谱幅值对应的步骤2c)中同一时刻接收到的的回波信号的来波方向作为第i个中央隔离带单元的方位角θ_j。

8e)以自车为坐标原点，根据下面的三角变换公式，计算得到静目标车辆和每一个中央隔离带单元的位置。

静目标车辆三角变换公式：

Rx_i′＝R_i′×sinθ_i′   Ry_i′＝R_i′×cosθ_i′

中央隔离带单元三角变换公式：

Rx_j＝R_j×sinθ_j   Ry_j＝R_j×cosθ_j

其中，Rx_i′表示第i个静目标车辆的横向位置，R_i′表示自车与第i个静目标车辆的距离，θ_i′表示第i个静目标车辆的方位角，Ry_i′表示第i个静目标车辆的纵向位置，Rx_j表示第j个中央隔离带单元的横向位置，R_j表示自车与第j个中央隔离带单元之间的距离，Ry_j表示第i个中央隔离带单元的纵向位置，θ_j表示第j个中央隔离带单元的方位角。

步骤9，比较目标车辆与中央隔离带之间的位置关系，若目标车辆的位置在中央隔离带位置的左方，则认为此目标车辆处于反向车道，视为虚警；否则，认为此目标车辆处于同向车道。

步骤10，防撞预警分析处理。

10a)由防撞雷达预警系统对处于同向车道的目标车辆进行防撞预警分析，根据下面的安全距离公式，计算得到自车与每个目标车辆之间的安全距离。

$S_f=v_t\&times;t_0+\frac{{\left(\mathrm{\&Delta;v}\right)}^2}{2\&times;a}+S_0$

其中，S_f表示自车与目标车辆之间的安全距离，v_t表示目标车辆速度，t₀表示驾驶员的反应时间，一般取1～2s，Δv表示自车与目标车辆之间的相对速度，a表示自车的最大刹车减速度，由自车刹车系统决定，S₀表示道路安全法中规定的两车静止时的最小间距，一般取2～3m。

10b)当自车与目标车辆之间的距离小于对应的安全距离时，自车的防撞雷达预警系统对驾驶员发出声光报警或对车辆采取紧急制动。

下面结合附图2、附图3对本发明的仿真效果做进一步的描述。

1.仿真条件

本发明的仿真是在主频3.1GHZ的Intel(R) Core CPU(TM)i3-2100、内存1.91GB的硬件环境和MATLAB R2008a的软件环境下进行的。

2.仿真内容

本实验采用配置有毫米波汽车防撞雷达的车辆，实验环境设置为有中央隔离带的三车道高速公路环境下，以中央隔离带为基准，从内至外依次为内车道、中车道、外车道，自车的防撞雷达系统对前方车辆目标和中央隔离带进行探测识别。已知自车行驶于内车道，速度为15m/s，高速公路中央隔离带位于自车左侧，与自车之间的距离为2m左右，目标车辆甲行驶于反向车道，速度为15m/s，目标车辆乙静止于中车道，目标车辆丙行驶于外车道，速度为12m/s。

本发明实施例中采用的调制信号的中心频率为77GHz，调频带宽为300MHz，三角波调制周期为2ms。

3.仿真效果分析

仿真实验中通过运用二维信号处理和恒虚警检测，能够分离出车辆目标和中央隔离带，并确定各自在道路中的分布。仿真结果分别如图2和图3所示，其中：

图2表示防撞雷达信号处理系统通过对中频信号进行二维信号处理后的距离-速度频谱图，从图中可以看出，两个离散频谱峰值之间存在一段连续频谱，在这段连续频谱中存在一个频谱突变，根据坐标能够确定前方道路探测环境中存在两个动目标车辆、一个静目标车辆以及道路中央隔离带，通过对此距离-速度频谱作二维恒虚警检测，能够确定两个动目标车辆甲和丙的位置和速度，通过对二维恒虚警检测出的连续频谱作一维恒虚警检测，能够确定静目标车辆乙的位置和中央隔离带的位置，将动目标车辆、静目标车辆和中央隔离带的位置分布输出在显示屏上，如图3，图3中◇表示自车位置，□表示动目标车辆甲，○表示静目标车辆乙，Δ表示动目标车辆丙，·表示中央隔离带。从图3中可以看出此发明能够精确测量目标的距离、速度和方位角，同时能够对中央隔离带进行定位，有效的检测出高速公路中央隔离带并确定出其位置分布，克服了现有技术不能对连续静止目标即中央隔离带检测识别的缺点，提高了本发明对道路目标的检测能力。

Claims (11)

1.基于汽车防撞雷达的道路中央隔离带检测方法，包括如下步骤： 

(1)由自车防撞雷达阵列发射天线，连续发射多周期对称三角波调制的线性调频连续波信号； 

(2)接收回波信号 

2a)在一个雷达扫描周期内，防撞雷达的接收天线，持续接收每一时刻连续波信号经由前方道路环境中车辆、中央隔离带以及其它障碍物反射回来的多周期回波信号； 

2b)对雷达扫描周期内每一时刻由相邻阵列天线单元接收的不同相位回波信号进行比相，测出它们之间的相位差； 

2c)根据来波方向与相位差之间的换算公式得到每一时刻回波信号的来波方向； 

(3)产生中频信号 

3a)将步骤(1)发射的连续波信号输入中频信号处理系统中，作为混频器的本振信号； 

3b)将步骤2a)接收的回波信号输入混频器中与本振信号相乘，得到一个混频信号； 

3c)将混频信号通过低通滤波器产生一个中频信号； 

其特征在于，还包括如下步骤： 

(4)二维信号处理 

4a)将中频信号作为中频信号处理单元； 

4b)根据一维快速傅里叶变换公式，对中频信号处理单元中的中频信号作一维快速傅里叶变换，得到包含距离信息的一维频谱，此一维频谱包含上扫频段一维频谱和下扫频段一维频谱； 

4c)根据离散快速傅里叶变换公式，对一维频谱作离散快速傅里叶变换，得到包含距离和相对速度信息的二维频谱，此二维频谱包含上扫频段二维频谱和下扫频段二维频谱； 

4d)根据多普勒频率配对公式，对上扫频段二维频谱和下扫频段二维频谱，作消除配对处理，得到距离-相对速度二维频谱； 

4e)根据速度与相对速度之间的变换公式，对距离-相对速度二维频谱进行变换，得到距离-速度二维频谱； 

4f)对步骤3b)至4e)重复执行10次，将每次得到的距离-速度二维频谱幅值相加积累，得到高信噪比二维频谱，将其幅值以二维矩阵的形式记录，此二维矩阵由M1行N1列元素组成； 

(5)二维恒虚警检测 

5a)将此M1行N1列元素组成的二维矩阵输入二维恒虚警检测系统； 

5b)选取二维矩阵中的第i行第j列矩阵元素，其中，i等于3，j等于4； 

5c)以第i行第j列矩阵元素作为二维被检测单元，分别提取以二维被检测单元为中心的相邻行和列中的4个矩阵元素和6个矩阵元素，组成二维检测参考单元，根据二维恒虚警检测参考单元的均值公式，求得二维检测参考单元的均值； 

5d)将二维检测参考单元的均值乘以阈值因子得到二维恒虚警检测门限； 

5e)将二维被检测单元的幅值与二维恒虚警检测门限作比较，当幅值大于检测门限时，记录此幅值，否则记为0； 

5f)若i的值不等于M1-2，则将i的值加1后，转到步骤5c)；否则，转到步骤5g)； 

5g)若j的值不等于N1-3，则将j的值加1后，转到步骤5c)；否则，转到步骤5h)； 

5h)将步骤5e)记录的全部幅值组成静止频谱和动目标频谱，将静止频谱幅值以一维矩阵的形式记录，此一维矩阵由L1个元素组成； 

(6)确定动目标车辆位置和速度 

6a)将动目标频谱最大幅值对应的横坐标值，作为自车与动目标车辆之间的距离，对应的纵坐标值作为动目标车辆的速度； 

6b)将与动目标频谱最大幅值对应的步骤2c)中同一时刻接收到的回波信号的来波方向作为动目标车辆的方位角； 

6c)以自车为坐标原点，根据三角变换公式，计算得到动目标车辆的位置； 

(7)一维恒虚警检测 

7a)将步骤5h)中L1个元素组成的一维矩阵输入一维恒虚警检测系统； 

7b)选取一维矩阵中的第k个矩阵元素，其中，k等于3； 

7c)以第k个矩阵元素作为一维被检测单元，分别提取以一维被检测单元为中心的相邻的4个矩阵元素，组成一维检测参考单元，根据一维恒虚警检测参考单元的均值公式，求得一维检测参考单元的均值； 

7d)将一维检测参考单元的均值乘以阈值因子得到一维恒虚警检测门限； 

7e)将一维被检测单元的幅值与一维恒虚警检测门限作比较，当幅值大于检测门限时，记录此幅值，否则记为0； 

7f)若k的值不等于L1-2，则将k的值加1后，转到步骤7c)；否则，转到步骤7g)； 

7g)将步骤7e)记录的全部幅值组成静目标频谱； 

7h)将步骤7e)记为0的每一个被检测单元的幅值作为一个中央隔离带单元频谱幅值，将所有的中央隔离带单元频谱幅值组成中央隔离带频谱； 

(8)确定静目标车辆和中央隔离带位置 

8a)将静目标频谱中最大幅值对应的横坐标值，作为自车与静目标车辆之间的距离； 

8b)将每一个中央隔离带单元频谱的横坐标值，作为自车与每一个中央隔离带单元之间的距离； 

8c)将与静目标频谱最大幅值对应的步骤2c)中同一时刻接收到的回波信号的来波方向作为静目标车辆的方位角； 

8d)将与频谱幅值对应的步骤2c)中同一时刻接收到的的回波信号的来波方向作为每一个中央隔离带单元的方位角； 

8e)以自车为坐标原点，根据三角变换公式，计算得到静目标车辆和每一个中央隔离带单元的位置； 

(9)比较目标车辆与中央隔离带之间的位置关系，若目标车辆的位置在中央隔离带位置的左方，则认为此目标车辆处于反向车道，视为虚警；否则，认为此目标车辆处于同向车道； 

(10)防撞预警分析处理 

10a)由防撞雷达预警系统对处于同向车道的目标车辆进行防撞预警分析，根据安全距离公式，计算得到自车与每个目标车辆之间的安全距离； 

10b)当自车与目标车辆之间的距离小于对应的安全距离时，自车的防撞雷达预 警系统对驾驶员发出声光报警或对车辆采取紧急制动。 

2.根据权利要求1所述的基于汽车防撞雷达的道路中央隔离带检测方法，其特征在于：步骤2c)所述的来波方向与相位差之间的换算公式为： 

其中，θ表示回波信号的来波方向，λ表示连续波信号的波长，d表示相邻阵列天线单元的间距，

表示相邻阵列天线单元所接收的不同回波信号之间的相位差。 

3.根据权利要求1所述的基于汽车防撞雷达的道路中央隔离带检测方法，其特征在于：步骤4b)所述的一维快速傅里叶变换公式为： 

其中，X(ω)表示一维快速傅里叶变换结果，k表示周期序号，T表示三角波调制周期，τ表示回波信号最大时间延迟，S(t)表示中频信号。 

4.根据权利要求1所述的基于汽车防撞雷达的道路中央隔离带检测方法，其特征在于：步骤4c)所述的离散快速傅里叶变换公式为： 

其中，V(ω)表示离散快速傅里叶变换结果，N表示中频信号的周期数，k表示周期序号，X(ω)表示一维快速傅里叶变换结果。 

5.根据权利要求1所述的基于汽车防撞雷达的道路中央隔离带检测方法，其特征在于：步骤4d)所述的多普勒频率配对公式为： 

其中，r表示道路前方目标与自车之间的距离，c表示光速，T表示三角波调制周期，ΔF表示调制带宽，f_-表示下扫频段二维频谱频率，f₊表示上扫频段二维频谱频率，Δv表示目标与自车之间的相对速度，f₀表示中心频率。 

6.根据权利要求1所述的基于汽车防撞雷达的道路中央隔离带检测方法，其特征在于：步骤4e)所述的速度与相对速度之间的变换公式为； 

v₀＝v₀-Δv/cosθ 

其中，v_t表示目标的速度，v₀表示自车的速度，Δv表示目标与自车之间的相对速度，θ表示回波信号的来波方向。 

7.根据权利要求1所述的基于汽车防撞雷达的道路中央隔离带检测方法，其特征在于：步骤5c)所述的二维恒虚警检测参考单元的均值公式为： 

其中，Z表示二维检测参考单元的均值，M和N分别表示提取的以二维被检测单元为中心相邻的行和列矩阵元素的个数，S表示全部二维检测参考单元幅值的和，E表示二维被检测单元的幅值。 

8.根据权利要求1所述的基于汽车防撞雷达的道路中央隔离带检测方法，其特征在于：步骤7c)所述的一维恒虚警检测参考单元的均值公式为： 

其中，Z表示一维恒虚警检测参考单元的均值，L表示提取的与一维被检测单元为中心相邻元素的个数，S表示全部一维检测参考单元幅值的和，E表示一维被检测单元的幅值。 

9.根据权利要求1所述的基于汽车防撞雷达的道路中央隔离带检测方法，其特征在于：步骤5d)和7d)所述的阈值因子由阈值因子公式得到： 

U＝P^W+K 

其中，U表示阈值因子，P表示虚警概率，P取10^-6，W表示矩阵因子，步骤5d)中

M和N分别表示提取的以二维被检测单元为中心相邻的行和列矩阵元素的个数，步骤7d)中

L表示提取的与一维被检测单元为中心相邻元素的个数，K表示线性因子，K取0.5。 

10.根据权利要求1所述的基于汽车防撞雷达的道路中央隔离带检测方法，其特征在于：步骤6c)和8e)所述的三角变换公式为： 

Rx＝R×sinθ    Ry＝R×cosθ 

其中，Rx表示目标车辆或每一个中央隔离带单元的横向位置，R表示自车与目标车辆或每一个中央隔离带单元之间的距离，Ry表示目标车辆或每一个中央隔离带 单元的纵向位置，θ表示目标车辆或每一个中央隔离带单元的方位角。 

11.根据权利要求1所述的基于汽车防撞雷达的道路中央隔离带检测方法，其特征在于：步骤10a)所述的安全距离公式为： 

其中，S_f表示自车与目标车辆之间的安全距离，v_t表示目标车辆速度，t₀表示驾驶员的反应时间，t₀取1～2s，Δv表示自车与目标车辆之间的相对速度，a表示自车的最大刹车减速度，由自车刹车系统决定，S₀表示道路安全法中规定的两车静止时的最小间距，S₀取2～3m。 

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