CN109375202A - 一种基于车载毫米波雷达的车辆测距测速方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于车载毫米波雷达的车辆测距测速方法，该方法基于三角波、锯齿波的混合波调频方式的测距测速，并且混合波中的锯齿波段调频周期远小于混合波中三角波段调频周期，三角波、锯齿波的混合波中的三角波段的上升段和下降段的差拍信号分别进行1024次的快速傅里叶变换，分别得到n条谱线，计算出n²组距离和速度信息，再对锯齿波的差拍信号进行1024次的快速傅里叶变换，得到n条谱线，计算出目标的n组距离。对三角波段和锯齿波各自计算得到的距离信息进行比较，当两组距离相差小于某个给定阈值，即得到了真实目标的距离与速度信息。本发明提出的方法，很大程度上降低了中频信号数据处理时间和数据比较时间，提高了测距测速的实时性。

Description

一种基于车载毫米波雷达的车辆测距测速方法

技术领域

本发明涉及智能汽车辅助技术，尤其涉及一种基于车载毫米波雷达的车辆测距测速方法。

背景技术

毫米波雷达的工作原理是对部分发射信号与遇到车辆目标反射回来的回波信号进行混频，产生中频信号，而中频信号中包括车辆目标的距离和速度信息，之后对中频信号进行频谱分析就能够计算出车辆目标的距离与速度信息。

毫米波雷达的调频波主要有锯齿波，三角波。锯齿波调频方式可以探测多目标，但是只能探测车辆目标的距离信息，无法探测车辆目标的速度信息。三角波调频方式可以同时探测车辆目标的距离和速度信息，但当探测多目标时，将出现虚假目标。

从目前的公开文献和技术手段来看，主要利用变周期三角波调频方式来去除虚假目标：变周期三角波调频信号由三段三角波信号组成，三段三角波的带宽相同而周期不同，他们的周期分别为T1,T2,T3,分别对周期为T1、T2、T3段三角波的上升段和下降段的差拍信号各进行1024次的快速傅里叶变换，分别得到n条谱线，再分别计算出T1、T2、T3段的n²组距离和速度信息；比较三组数据，找出距离和速度相同的n组数据，即为真实目标的距离和速度信息。此种方法需要对三段三角波输出的中频信号进行快速傅里叶变换处理，增加了系统信号处理的计算量，从而增加了中频信号处理时间，降低了实时性，而实时性是雷达测距测速系统的重要指标之一。

综上所述，现有解决办法难以同时满足测距测速的准确性和实时性的要求，为了解决这一问题，本发明提出了一种锯齿波、三角波混合波调频方法，很大程度上降低了中频信号数据处理时间和数据比较时间，提高了系统的实时性。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种基于车载毫米波雷达的车辆测距测速方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于车载毫米波雷达的车辆测距测速方法，包括以下步骤：

1)通过车载毫米波雷达获得包括车辆目标的距离和速度信息的混合波信号；

2)对于混合波中的三角波段，当车辆目标静止时，由三角形相似原理可知：

公式(1)中，T为混合波中的三角波调频周期；B为混合波中的三角波的调频带宽；f_b为三角波段从静止车辆目标反射的回波信号和雷达发射信号进行混频后产生的中频信号频率，它的值就是回波信号与发射信号之间的频率差值；τ为发射信号和接受到从车辆目标反射的回波信号之间的时间间隔；

则车辆目标的距离R的计算公式为：

公式(2)中,c为光速；

那么，

由公式(3)可得f_b：

当车辆目标运动时：

公式(5)中,f_d为多普勒频移造成的频率,f_b上,f_b下分别代表三角波上升段和下降段产生的中频信号频率；

由多普勒原理可知，多普勒频移引起的频率f_d为：

公式(6)中，f为微波雷达发射信号的中心频率,v为车辆目标的速度信息，设定v在车辆目标靠近雷达时为正值，远离雷达时为负值；

将公式(4)、公式(6)代入公式(5)中，得到R和v的表达式：

3)对混合波的三角波段的上升段和下降段的中频信号分别进行1024次的快速傅里叶变换，如果毫米波雷达前方存在n个真实目标，那么在上升段和下降段都将出现n条谱线，计算上升段和下降段的中频信号频率的公式为：

对上升段和下降段n条谱线进行两两组合运算，得到n²组目标的距离和速度信息(R_ij,V_ij),i,j∈[1,n]，

即：

由上式子可以看出，真实车辆目标的距离和速度信息与三角波调频周期T无关，而虚假目标的信息与三角波调频周期有关；

4)由于探测的目标为运动目标，混合波中的锯齿波段会收到多普勒频移影响，得到锯齿波段的产生的中频信号为：

多普勒频移造成的距离误差为：

5)对锯齿波的差拍信号进行1024次的快速傅里叶变换，得到n条谱线，计算出目标的距离R_k，k∈[1,n],比较R_k和R_ij的值，由于对于运动目标锯齿波调频方式受多普勒频移的影响，因此锯齿波调频方式和三角波调频方式计算出的距离不完全相等，当R_k和R_ij距离相差小于给定的某个阈值ΔR时，判断其为真实目标，就得到真实目标的距离和速度信息。

按上述方案，所述步骤4)中锯齿波调频周期T₁远小于混合波中的三角波段T。

本发明产生的有益效果是：本发明通过提出一种锯齿波、三角波混合波调频方法，很大程度上降低了中频信号数据处理时间和数据比较时间，提高了系统的实时性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的方法流程图；

图2为传统变周期三角波调频方式探测物体时的发射波与反射波的波形图；

图3为本发明所提出的三角波、锯齿波混合波调频波示意图；

图4为本发明和传统方法的实时性比较示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明方法的步骤流程是：对三角波、锯齿波的混合波中的三角波段的上升段和下降段的差拍信号分别进行1024次的快速傅里叶变换,分别得到n条谱线，计算出n²组距离与速度信息(R_ij,V_ij)，i,j∈[1,n]，再对混合波中的锯齿波段的差拍信号进行1024次的快速傅里叶变换，得到n条谱线，计算出目标的距离R_k，k∈[1,n],在对R_ij和R_k进行比较，当两者距离相差小于给定的阈值ΔR，此时的R_ij和R_k，即为真实目标的距离，则此时真实目标的距离和速度信息为即为(R_ij,V_ij)。

第一步，对于混合波中的三角波段来说，当车辆目标静止时，由图2可以看出，由三角形相似原理可知：

公式(1)中，T为混合波中的三角波调频周期，B为混合波中的三角波的调频带宽，f_b为从静止车辆目标反射的回波信号和雷达发射信号进行混频后产生的中频信号频率，它的值就是回波信号与发射信号之间的频率差值，τ为发射信号和接受到从车辆目标反射的回波信号之间的时间间隔，故车辆目标的距离R的计算公式为：

公式(2)中,c为光速，因此结合公式(1)和(2)可导出距离R的公式：

由公式(3)可得f_b：

当车辆目标运动时，

公式(5)中,f_d为多普勒频移造成的频率,f_b上,f_b下分别代表三角波上升段和下降段产生的中频信号频率，

由多普勒原理可知，多普勒频移引起的频率f_d为：

公式(6)中，f为微波雷达发射信号的中心频率,v为车辆目标的速度信息，规定v在车辆目标靠近雷达时为正值，远离雷达时为负值。

将公式(4)、公式(6)代入公式(5)中，则推出R和v的表达式：

第二步，对混合波的三角波段的上升段和下降段的中频信号分别进行1024次的快速傅里叶变换，如果毫米波雷达前方存在n个真实目标，那么在上升段和下降段都将出现n条谱线，计算上升段和下降段的中频信号频率的公式为：

对上升段和下降段n条谱线进行两两组合运算，可以得到n²组目标的距离和速度信息(R_ij,V_ij),i,j∈[1,n]，即：

由上式子可以看出，真实车辆目标的距离和速度信息与三角波调频周期T无关，而虚假目标的信息与三角波调频周期有关。

由于探测的目标为运动目标，混合波中的锯齿波段会收到多普勒频移影响，得到锯齿波段的产生的中频信号为：

多普勒频移造成的距离误差为：

为了降低多普勒频移造成的误差，故应降低锯齿波调频周期T₁，使T₁＜＜T。

图2所示表明，三角波、锯齿波的混合波中的锯齿波段周期T₁应远小于混合波中的三角波段T。

第三步，对锯齿波的差拍信号进行1024次的快速傅里叶变换，得到n条谱线，计算出目标的距离R_k，k∈[1,n],比较R_k和R_ij的值，由于对于运动目标锯齿波调频方式受多普勒频移的影响，因此锯齿波调频方式和三角波调频方式计算出的距离不完全相等，当R_k和R_ij距离相差小于给定的某个阈值ΔR时，认为其为真实目标，就得到真实目标的距离和速度信息。

图3为本发明所提出的三角波、锯齿波混合波调频波示意图，图3所示表明，本发明提出的三角波、锯齿波混合波调频方式可以准确地计算出车辆目标的距离信息。

图4所示表明，传统变周期三角波调频方式的数据处理时间上是本发明提出的三角波、锯齿波混合波调频方式的两倍多。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于车载毫米波雷达的车辆测距测速方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)通过车载毫米波雷达获得包括车辆目标的距离和速度信息的混合波信号；

2)对于混合波中的三角波段，当车辆目标静止时，由三角形相似原理可知：

公式(1)中，T为混合波中的三角波调频周期；B为混合波中的三角波的调频带宽；f_b为三角波段从静止车辆目标反射的回波信号和雷达发射信号进行混频后产生的中频信号频率，它的值就是回波信号与发射信号之间的频率差值；τ为发射信号和接受到从车辆目标反射的回波信号之间的时间间隔；

则车辆目标的距离R的计算公式为：

公式(2)中,c为光速；

那么，

由公式(3)可得f_b：

当车辆目标运动时：

公式(5)中,f_d为多普勒频移造成的频率,f_b上,f_b下分别代表三角波上升段和下降段产生的中频信号频率；

由多普勒原理可知，多普勒频移引起的频率f_d为：

公式(6)中，f为微波雷达发射信号的中心频率,v为车辆目标的速度信息，设定v在车辆目标靠近雷达时为正值，远离雷达时为负值；

将公式(4)、公式(6)代入公式(5)中，得到R和v的表达式：

3)对混合波的三角波段的上升段和下降段的中频信号分别进行1024次的快速傅里叶变换，如果毫米波雷达前方存在n个真实目标，那么在上升段和下降段都将出现n条谱线，计算上升段和下降段的中频信号频率的公式为：

…………

对上升段和下降段n条谱线进行两两组合运算，得到n²组目标的距离和速度信息(R_ij,V_ij),i,j∈[1,n]，

即：

由上式子可以看出，真实车辆目标的距离和速度信息与三角波调频周期T无关，而虚假目标的信息与三角波调频周期有关；

4)由于探测的目标为运动目标，混合波中的锯齿波段会收到多普勒频移影响，得到锯齿波段的产生的中频信号为：

多普勒频移造成的距离误差为：

5)对锯齿波的差拍信号进行1024次的快速傅里叶变换，得到n条谱线，计算出目标的距离R_k，k∈[1,n],比较R_k和R_ij的值，由于对于运动目标锯齿波调频方式受多普勒频移的影响，因此锯齿波调频方式和三角波调频方式计算出的距离不完全相等，当R_k和R_ij距离相差小于给定的某个阈值ΔR时，判断其为真实目标，就得到真实目标的距离和速度信息。

2.根据权利要求1所述的基于车载毫米波雷达的车辆测距测速方法，其特征在于，所述步骤4)中锯齿波调频周期T₁远小于混合波中的三角波段T。