CN106959439B - 汽车调频连续波雷达的强干扰抑制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车调频连续波雷达的强干扰抑制方法及系统，该方法包括：确定雷达发射信号的带宽及总子带数，利用雷达信号控制单位产生随机子带频谱的中心频率，确定所述随机子带频谱的时频关系；根据所述随机子带频谱的时频关系产生压控振荡器的控制电压，进而控制压控振荡器发射随机子带信号；根据所述的随机子带信号对强干扰信号在接收通道中进行混频去斜处理，使得强干扰基带信号落在低通滤波器的阻带中。本发明同时公开了一种实现前述方法的雷达强干扰抑制的系统。使用本发明的技术方案进行汽车调频连续波雷达的强干扰抑制，能准确、稳定有效地抑制雷达的强干扰信号，提高汽车调频连续波雷达的对目标测距测速的可靠性。

Description

汽车调频连续波雷达的强干扰抑制方法及系统

技术领域

本发明属于汽车调频连续波雷达技术领域，特别涉及一种汽车调频连续波雷达强干扰抑制方法及系统。

背景技术

汽车调频连续波雷达在驾驶员辅助驾驶、智能车辆环境感知、无人驾驶等技术中有着重要的应用。随着这种类型的雷达在辅助汽车安全驾驶的进一步广泛应用，雷达数量增多，装载同样雷达的汽车对周边雷达产生了强干扰信号，导致雷达的性能下降并产生虚假目标，甚至导致汽车误判。因此汽车雷达的强干扰抑制具有非常重要的意义。

目前，主要有天线波束控制方法、变调频率及回波后处理时域的方法。天线波束控制方法利用数字波束形成的方法来灵活控制天线波束指向，避免强干扰发生的概率；一般来说，天线波束控制方法能在一定的程度上抑制强干扰，但硬件成本大。基于变调频率的方法，不需要增加设备量，但目前现有的算法稳定性不佳。回波后处理方法，需预先知道强干扰信号的频率，利用时域陷波器进行滤除强干扰信号，导致系统的信噪比大幅下降。

综上所述，如何在不增加雷达硬件结构的基础上，准确、稳定有效地抑制强干扰信号是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种汽车调频连续波雷达的强干扰抑制方法与系统，该方法对雷达的强干扰信号进行稳定、有效地抑制。为达到上述目的，本发明的由以下技术方案实现：

所述汽车调频连续波雷达的强干扰抑制方法，该方法包括如下步骤：

步骤1)，计算雷达发射信号的带宽及总子带数，通过雷达信号控制单位产生随机子带频谱的中心频率，确定所述随机子带频谱的时频关系；

步骤2)，根据所述随机子带频谱的时频关系产生压控振荡器的控制电压，控制压控振荡器发射随机子带信号；

步骤3)，根据所述的随机子带信号对强干扰信号在接收通道中进行混频去斜处理得到中频信号后，对所述中频信号进行低通滤波，完成整个强干扰抑制过程。

所述汽车调频连续波雷达的强干扰抑制方法的进一步设计在于，步骤1)中，根据式(1)得到随机子带频谱的中心频率fc，

f_c＝f₀+B/N·(Randc (N)-1) (1)

其中，f₀为雷达载波中心频率，Randc(N)是一个随机向量产生器，输出的长度为1×N，每个分量的数值都不相同，范围分布在1到N，B为雷达发射信号的带宽，根据汽车雷达测距的精度性能要求确定，B/N表示将信号的带宽B分成N个子带，N的值为不大于B/2E8的整数。

所述汽车调频连续波雷达的强干扰抑制方法的进一步设计在于，步骤1)中，根据式(2)计算所述随机子带频谱的时频关系，

其中，f_k(t)为在时间t第k个雷达发射信号子带信号的时频关系，i表示当前扫描周期数，T₀为当前扫描时间长度，K为当前扫描周期的调频率，其值为

所述汽车调频连续波雷达的强干扰抑制方法的进一步设计在于，步骤2)中，为在时间t第k个雷达发射信号子带信号的控制电压波形V(k)如式(3)：

其中，i表示当前扫描周期数，A为每个子带信号的控制电压的最高电压与最低电压幅度差值。

所述汽车调频连续波雷达的强干扰抑制方法的进一步设计在于，根据式(4)控制电压输入压控振荡器产生发射随机子带信号S(t)，

所述汽车调频连续波雷达的强干扰抑制方法的进一步设计在于，步骤2)中，压控振荡器交替采用两个扫描周期，分别为T₀和2T₀，每个周期内雷达发射信号的控制步骤相同。

所述汽车调频连续波雷达的强干扰抑制方法的进一步设计在于，步骤3)中根据式(5)进行混频去斜处理得到中频信号，

s_IF(t)＝s_r(t)·s^*(t) (5)

其中，s_r(t)表示雷达接收信号，s^*(t)表示发射信号的复共轭。

所述汽车调频连续波雷达的强干扰抑制方法的进一步设计在于，步骤3)中根据式(6)所述是否为中频信号进行低通滤波，得到基带信号为

s_b(t)＝∫s_IF(t-τ)h(τ)dτ (6)

其中，h(τ)表示低通滤波器系数。

采用所述的汽车调频连续波雷达强干扰抑制方法，提供一种汽车调频连续波雷达强干扰抑制系统，所述系统包括：

频谱随机分割单元，将发射信号的频谱进行随机分割成子带信号，得到所述随机子带频谱的时频关系；

信号控制电压单元，得到产生压控振荡器的控制电压波形；

混频去斜处理单元，对随机子带接收和发射信号在接收通道中的混频器进行去斜处理，得到中频信号；

低通滤波单元，对所述中频信号进行低通滤波；

扫描时间更新单元，在相邻的扫描周期中更新扫描时间长度。

所述汽车调频连续波雷达强干扰抑制系统的进一步设计在于，还包括随机数产生单元，用于在每个扫描周期内输出一个长度为1×N的随机整数向量。向量中每个分量的数值各不相同，范围分布在1到N。

本发明的有益效果为：

随着无人驾驶技术的兴起，汽车雷达将会被广泛地使用。雷达间的干扰问题是制约汽车雷达发挥威力的关键问题之一。通过本发明的技术方案进行汽车调频连续波雷达的强干扰抑制，能准确、稳定有效地抑制雷达的强干扰信号，提高雷达的抗强干扰能力，进而提高汽车调频连续波雷达的对目标测距测速的可靠性，为智能车辆的安全驾驶动作提供可靠决策信息。该技术方案的优点还在于在不增加雷达硬件结构情况下，利用雷达的信号处理及控制模块中的逻辑硬件资源以低复杂度实现。

附图说明

图1为本发明强干扰抑制方法流程示意图。

图2为本发明所涉及的调频连续波雷达结构原理框图。

图3为本发明利用随机频谱技术接收回波处理示意图。

图4为本发明利用随机频谱技术接收强干扰处理示意图。

图5为本发明实施例中强干扰未进行抑制结果图。

图6为时域陷波器抑制结果的示意图。

图7为本发明技术方案的强干扰抑制结果的示意图。

图8为本发明实施例中的强干扰抑的系统的组成结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术流程和优势更加清晰明了，下面结合附图及实施例对本发明再作进一步详细的说明。本实施例提供一种汽车调频连续波雷达强干扰抑制方法及系统，该方法的基本思想为：将雷达发射信号的频谱随机地分成多个子带，使得雷达之间的强干扰信号在接收处理后的落在低通滤波的阻带内。

如图1，本示例的强干扰抑制方法包括以下步骤：

步骤101：计算雷达发射信号的带宽及总子带数，利用雷达信号控制单位产生随机子带频谱的中心频率，确定所述随机子带频谱的时频关系；

2)根据所述随机子带频谱的时频关系产生压控振荡器的控制电压，进而控制压控振荡器发射随机子带信号；

3)根据所述的随机子带信号对强干扰信号在接收通道中进行混频去斜处理，使得强干扰基带信号落到低通滤波器的阻带中。

具体地，步骤101中确定雷达发射信号的带宽及总子带数，利用雷达信号控制单位产生随机子带频谱的中心频率，确定所述随机子带频谱的时频关系，为：

根据汽车雷达测距的精度性能要求，确定雷达发射信号的带宽B。把信号的带宽B分成N个子带，随机子带频谱的中心频率f_c由式(1)计算得到

f_c＝f₀+B/N·(Randc(N)-1) (1)

其中，f₀为雷达载波中心频率，Randc(N)是一个随机向量产生器，输出的长度为1×N，每个分量的数值都不相同，范围分布在1到N。N的值为不大于B/2E8的整数，即实现控制子带的带宽大于200MHz。

具体地，上述随机子带频谱的时频关系计算如式(2)，

其中，f_k(t)为在时间t第k个雷达发射信号子带信号的时频关系，i表示当前扫描周期数,T₀为当前扫描时间长度，K为当前扫描周期的调频率，其值为

具体地，步骤102中根据上述随机子带频谱的时频关系产生压控振荡器的控制电压，为，

其中，V(k)为在时间t第k个雷达发射信号子带信号的控制电压波形，i表示当前扫描周期数，A为每个子带信号的控制电压的最高电压与最低电压幅度差值。

进一步的，上述控制电压输入压控振荡器产生发射随机子带信号S(t)，如式(4)：

该步骤中，在每个扫描周期中，除了交替采用两个扫描周期，T₀和2T₀，雷达发射信号的控制步骤均相同。

具体地，步骤103中所述的随机子带接收和发射信号在接收通道中的混频器进行去斜处理，得到中频信号，如式(5)：

s_IF(t)＝s_r(t)·s^*(t) (5)

其中s_r(t)表示雷达接收信号，s^*(t)表示发射信号的复共轭。

将上述的去斜处理信号进行低通滤波，得到基带信号为

s_b(t)＝∫s_IF(t-τ)h(τ)dτ (6)

其中h(τ)表示低通滤波器系数。

图2为本发明方法所涉及的汽车调频连续波雷达原理框图。下面结合图3～4，将详细描述本实施例的汽车调频连续波雷达强干扰抑制过程。首先，计算雷达发射信号的带宽及总子带数，利用雷达信号控制单位产生随机子带频谱的中心频率，确定所述随机子带频谱的时频关系；图3给出了每个子带信号的时频关系图。

其次，根据所述随机子带频谱的时频关系产生压控振荡器的控制电压，进而控制压控振荡器发射随机子带信号。

最后，根据所述的随机子带信号对强干扰信号在接收通道中进行混频去斜处理，使得强干扰基带信号落到低通滤波器的阻带中，进而被有效地抑制；图3给出了对于目标回波可有效接收处理；但对于强干扰信号，图4给出了强干扰信号被抑制的过程。

本发明的方法可用于汽车调频连续波雷达的强干扰信号抑制。

由图5可知，在未进行强干扰信号抑制的情况下，强干扰信号进入基带信号成为典型的虚假目标。图5中，虚线框表示强干扰信号产生的虚假目标。

由图6、图7可知，时域陷波器虽然抑制了强干扰信号，但信噪比被降低了；使用本发明的方法有效地抑制了强干扰信号。

从以上描述中可以看出，采用本发明提供的方法，能准确、有效稳定地抑制雷达的强干扰信号。

如图8所示，本发明的强干扰抑制的系统主要由频谱随机分割单元70、信号控制电压单元71、混频去斜处理单元72以及低通滤波单元73组成。

频谱随机分割单元70，用于对发射信号的频谱进行随机分割成子带信号，确定所述随机子带频谱的时频关系。其中，频谱随机分割单元71，用于确定产生压控振荡器的控制电压波形。混频去斜处理单元72，用于随机子带接收和发射信号在接收通道中的混频器进行去斜处理。低通滤波单元73，用于对所述的去斜处理信号进行低通滤波。

在图8所示的强干扰抑制的系统的基础上，本示例的强干扰抑制的系统还包括随机数产生单元(图8中未示出)和扫描时间更新单元(图8中未示出)。其中，随机数产生单元，用于在每个扫描周期内输出一个随机整数向量，向量中每个分量的数值各不相同。扫描时间更新单元，用于在相邻的扫描周期中更新扫描时间长度。

本领域技术人员应当理解，图8中所示的强干扰抑制的系统中的各处理单元的实现功能可参照前述的强干扰抑制方法的相关描述而理解。本领域技术人员应当理解，图8中所示的强干扰抑制的系统中的频谱随机分割单元及频谱随机分割单元的功能可通过具体的逻辑电路而实现。

通过本实施例的技术方案进行汽车调频连续波雷达的强干扰抑制，能准确、稳定有效地抑制雷达的强干扰信号，提高汽车调频连续波雷达的对目标测距测速的可靠性，且不增加雷达硬件结构。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种汽车调频连续波雷达的强干扰抑制方法,其特征在于该方法包括如下步骤：

步骤1)，计算雷达发射信号的带宽及总子带数，通过雷达信号控制单位产生随机子带频谱的中心频率，确定所述随机子带频谱的时频关系；

步骤2)，根据所述随机子带频谱的时频关系产生压控振荡器的控制电压，控制压控振荡器发射随机子带信号；

步骤3)，根据所述的随机子带信号对强干扰信号在接收通道中进行混频去斜处理得到中频信号后，对所述中频信号进行低通滤波，完成整个强干扰抑制过程；

步骤1)中，根据式(1)得到随机子带频谱的中心频率f_c(k)，

f_c(k)＝f₀+B/N·(Randc(N)-1) (1)

其中，f₀为雷达载波中心频率，Randc(N)是一个随机向量产生器，输出的长度为1×N，每个分量的数值都不相同，范围分布在1到N，B为雷达发射信号的带宽，根据汽车雷达测距的精度性能要求确定，B/N表示将信号的带宽B分成N个子带，N的值为不大于B/2E8的正整数；

步骤1)中，根据式(2)计算所述随机子带频谱的时频关系，

其中，f_k(t)为在时间t第k个雷达发射信号子带信号的时频关系，i表示当前扫描周期数，T为当前扫描时间长度，K为当前扫描周期的调频率，其值为

2.根据权利要求1所述的汽车调频连续波雷达的强干扰抑制方法，其特征在于，步骤2)中，为在时间t第k个雷达发射信号子带信号的控制电压波形V(k)如式(3)：

其中，i表示当前扫描周期数，A为每个子带信号的控制电压的最高电压与最低电压幅度差值。

3.根据权利要求2所述的汽车调频连续波雷达的强干扰抑制方法，其特征在于，根据式(4)控制电压输入压控振荡器产生发射随机子带信号S(t)，

4.根据权利要求2所述的汽车调频连续波雷达的强干扰抑制方法，其特征在于，步骤2)中，压控振荡器交替采用两个扫描周期，分别为T₀和2T₀，每个周期内雷达发射信号的控制步骤相同。

5.根据权利要求1所述的汽车调频连续波雷达的强干扰抑制方法，其特征在于，步骤3)中根据式(5)进行混频去斜处理得到中频信号，

S_IF(t)＝s_r(t)·s^*(t) (5)

其中，s_r(t)表示雷达接收信号，s^*(t)表示发射信号的复共轭。

6.根据权利要求5所述的汽车调频连续波雷达的强干扰抑制方法，其特征在于，步骤3)中根据式(6)得到基带信号为：

s_b(t)＝∫S_IF(t-τ)h(τ)dτ (6)

其中，h(τ)表示低通滤波器系数，τ表示目标延时。

7.采用如权利要求1-6任一项所述的汽车调频连续波雷达的强干扰抑制方法的汽车调频连续波雷达强干扰抑制系统，其特征在于，所述系统包括：

频谱随机分割单元，将发射信号的频谱进行随机分割成子带信号，得到所述随机子带频谱的时频关系；

信号控制电压单元，得到产生压控振荡器的控制电压波形；

混频去斜处理单元，对随机子带接收和发射信号在接收通道中的混频器进行去斜处理，得到中频信号；

低通滤波单元，对所述中频信号进行低通滤波；

扫描时间更新单元，在相邻的扫描周期中更新扫描时间长度。

8.根据权利要求7所述的汽车调频连续波雷达强干扰抑制系统，其特征在于，还包括随机数产生单元，随机数产生单元在每个扫描周期内输出一个长度为1×N的随机整数向量，该向量中每个分量的数值各不相同，范围分布在1到N。

Images