CN109633653A - 一种雷达抗干扰方法、装置、抗干扰雷达和存储介质 - Google Patents

一种雷达抗干扰方法、装置、抗干扰雷达和存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及雷达通信技术领域，公开了一种雷达抗干扰方法、装置、抗干扰雷达和存储介质。所述方法：根据待发射信号生成伪随机二相码，通过所述伪随机二相码对所述待发射信号进行二相编码调制，确定输出信号并将其发射；接收对应所述输出信号的返回信号，并对所述返回信号进行解调，得到解调信号，所述返回信号包括有效回波信号和干扰信号；从所述解调信号中提取所述有效回波信号。本发明实施例中的雷达抗干扰方法，解决了雷达间相互干扰时会引起目标误判的问题，提高了毫米波防撞雷达在复杂环境下的实用性及精准度，在实现时不需要额外增加器件，也不会消耗额外的处理时间，对现有雷达的硬件架构和软件架构没有影响。

Description

一种雷达抗干扰方法、装置、抗干扰雷达和存储介质
技术领域
本发明涉及雷达通信技术领域，特别是涉及一种雷达抗干扰方法、装置、抗干扰雷达和存储介质。
背景技术
汽车防撞雷达用于探测汽车前方一定距离内的目标与汽车的距离、速度和方位，并可根据预警系统在危险情况下发出报警信号，以提示驾驶员采取措施。
目前，汽车防撞雷达的技术主要是通过视频分辨和77GHz车载毫米波防撞雷达融合实现主动安全防碰撞功能，但是，由于该技术雷达探测广角为30度-40度，探测距离160米-200米，探测的距离和角度都比较大，在相对而行的车道上雷达将会出现互相干扰情形，雷达间相互干扰时会引起目标误判，导致车辆自动采取错误的动作或者对驾驶员有错误的导向。
可见，现有技术中的汽车防撞雷达抗干扰的能力尚未完善，不能最大程度避免雷达之间相互干扰时会引起目标误判的问题，容易造成误判事故。
发明内容
基于此，有必要针对上述的问题，提供一种雷达抗干扰方法、装置、抗干扰雷达和存储介质。
在其中一个实施例中，本发明提供了一种雷达抗干扰方法，包括如下步骤：
根据待发射信号生成伪随机二相码，通过所述伪随机二相码对所述待发射信号进行二相编码调制，确定输出信号并将其发射；
接收对应所述输出信号的返回信号，并对所述返回信号进行解调，得到解调信号，所述返回信号包括有效回波信号和干扰信号；
从所述解调信号中提取所述有效回波信号。
在其中一个实施例中，本发明提供了一种雷达抗干扰装置，包括：
信号调制模块，用于根据待发射信号生成伪随机二相码，通过所述伪随机二相码对所述待发射信号进行二相编码调制，确定输出信号并将其发射；
信号解调模块，用于接收对应所述输出信号的返回信号，并对所述返回信号进行解调，得到解调信号，所述返回信号包括有效回波信号和干扰信号；
信号确定模块，用于从所述解调信号中提取所述有效回波信号。
在其中一个实施例中，本发明还提供一种抗干扰雷达，包括雷达本体，还包括计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行上述所述雷达抗干扰方法的步骤。
在其中一个实施例中，本发明还提供一种存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行上述所述雷达抗干扰方法的步骤。
本发明实施例中的雷达抗干扰方法、装置、抗干扰雷达和存储介质，通过采用对待发射信号进行编码调制的方式进行抗干扰，解决了雷达间相互干扰时会引起目标误判的问题，提高了毫米波防撞雷达在复杂环境下的实用性及精准度；解调时通过对相应信号反相处理，在实现时不需要额外增加器件，也不会消耗额外的处理时间，对现有雷达的硬件架构和软件架构没有影响，不仅节约了成本及时间，而且计算量小。
附图说明
图1为一个实施例中提供的雷达抗干扰方法的应用环境图；
图2为一个实施例中提供的雷达抗干扰方法的流程图；
图3为一个实施例中调制待发射信号的流程图；
图4为一个实施例中解调返回信号的流程图；
图5为一个实施例中进行二维快速傅里叶变换处理的结果图；
图6为一个实施例中恒虚警检测的多普勒结果图；
图7为另一个实施例中进行二维快速傅里叶变换处理的结果图；
图8为另一个实施例中恒虚警检测的多普勒结果图；
图9为一个实施例中提供的雷达抗干扰装置的结构框图；
图10为一个实施例中提供的信号解调模块的结构框图；
图11为一个实施例中提供的信号调制模块的结构框图；
图12为一个实施例中抗干扰雷达的内部结构框图。
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，以下结合附图及实施例，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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但除非特别说明，这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一xx单元称为第二xx单元，且类似地，可将第二xx单元称为第一xx单元。
图1为一个实施例中提供的雷达抗干扰方法的应用环境图，如图1所示，在该应用环境中，包括汽车100、雷达设备110和探测目标120。
雷达设备110是用于汽车或其他地面机动车辆的雷达，包括基于不同技术(比如激光、超声波、微波)的各种不同雷达，有着不同的功能(比如发现障碍物、预测碰撞、自适应巡航控制)，以及运用不同的工作原理(比如脉冲雷达、FMCW雷达、微波冲击雷达)。雷达设备110中集成有本发明实施例中的雷达抗干扰装置，用于执行本发明的雷达抗干扰方法，以便实现雷达的抗干扰性能。
探测目标120在本发明实施中主要指在车辆行驶过程中路面出现的各种障碍物等。
在本发明实施例中，装载有雷达设备110的汽车100行驶在路面，通过发射和接收雷达信号，执行本发明实施例中的雷达抗干扰方法，来实现对探测目标进行探测的同时，减少对路面上的其他车辆雷达设备的干扰，也增强自身对其他车辆雷达设备的干扰。
实施例一
如图2所示，在一个实施例中，提出了一种雷达抗干扰方法，本实施例主要以该方法应用于上述图1中的雷达设备110来举例说明，具体可以包括以下步骤：
步骤S201，根据待发射信号生成伪随机二相码，通过所述伪随机二相码对所述待发射信号进行二相编码调制，确定输出信号并将其发射；
步骤S202，接收对应输出信号的返回信号，并对返回信号进行解调，得到解调信号，返回信号包括有效回波信号和干扰信号；
步骤S203，从解调信号中提取有效回波信号。
在本发明实施例中，雷达接收机是指雷达中对有效回波信号进行放大、变换和处理的设备。大多采用超外差式接收机，并附加各种抗干扰电路。其输出信号送给显示器或计算机等终端设备。具有灵敏度高、选择性好、抗干扰能力强等优点。雷达接收机的本振信号是指雷达接收机本身产生的载波，主要用于和接收的有效回波信号进行中频混频。
在本发明实施例中，伪随机二相码也称为伪随机二进制序列，是指只包含0和1的伪随机序列，是一种可以预先确定并可以重复地产生和复制，又具有随机统计特性的二进制码序列。在本发明实施例中，步骤S201中根据待发射信号生成伪随机二相码，通过所述伪随机二相码对待发射信号进行二相编码调制，确定输出信号并将其发射，具体是：
步骤S301，根据所待发射信号的频率和相位信息，生成与待发射信息频率和相位一致的伪随机二相码；
步骤S302，通过伪随机二相码对待发射信号周期的0和π相位进行二相编码调制，确定输出信号并将其发射。
具体的，在本发明实施例中，通过伪随机二相码对待发射信号周期的0和π相位进行二相编码调制可用公式表示为：
其中，S(t)为输出信号，f0为待发射信号的射频频率，t为调制时间，B为射频调制带宽，T为调制周期。
在本发明实施例中，步骤S202即接收对应输出信号的返回信号，并对返回信号进行解调，得到解调信号，返回信号包括有效回波信号和干扰信号，具体包括：
步骤S401，接收对应所述输出信号的返回信号，返回信号包括有效回波信号和干扰信号，通过识别伪随机二相码区分有效回波信号和干扰信号；
步骤S402，将有效回波信号与雷达接收机的本振信号进行相位一致的零中频变频，并将干扰信号与本振信号进行相位不一致的零中频变频，得到解调信号。在发明实施例中，进行零中频变频后得到的解调信号为中频信号。
进一步的，在本发明实施例中，对解调信号进行的变换为二维快速傅里叶变换。具体的包括：
对解调信号的单个周期进行N点进行模数采样，确定采样数据；其中，解调信号包括M个信号周期，N为预设的有效回波信号采样点数，采样点数越多，进行二维快速傅里叶变换的计算精度越高；
将采样数据进行快速傅里叶变换处理，得到输入信号N点的一维快速傅里叶变换处理结果；
根据得到的一维快速傅里叶变换处理结果对输入信号的M个周期再次进行快速傅里叶变化处理，以实现二维快速傅里叶变换处理，得到变换后的解调信号。
在本发明实施例中，对解调信号进行的检测为恒虚警检测，从而实现对干扰信号的滤除，其具体步骤如下：
根据上述的二维快速傅里叶变换处理结果，将变换后的解调信号送到有多个延迟单元构成的延迟线上，将解调信号分为N个被检测单元，在每个被检测单元周围设置2个参考单元；通过2个参考单元确定杂波及背景强度；设置与杂波及背景强度相关的自适应门限；依次将被检测单元与自适应门限进行幅值比较，判断被检测单元是否大于自适应门限，若是，则为有效回波信号对应的目标信号，从而实现对干扰信号的滤除，则重复对其他被检测单元比较，直到比较完毕，确定最终的有效回波信号。
进一步的，在本发明的一个实施例中，以一种77G雷达为例，其采用快扫调制方式，其一组发射脉冲由若干个扫描周期组成，周期个数常见的为128、256和512，本发明实施例以512个周期为例，每个周期的均扫描相同的带宽，一般为几十兆赫兹到两百多兆赫兹不等，本发明以扫频带宽为200MHz为例，对输入信号解调后做二维快速傅里叶变换处理结果，如图5所示，可以看出，目标对应的距离-多普勒单元存在明显的峰值，可以很容易的将目标检测到，并进一步测量出目标的距离和速度，目标所在距离单元的多普勒谱，如图6所示，可以看到与目标速度对应的多普勒频率处有明显的峰值输出。
另外，再另一个实施例中，假设有效回波信号变为干扰信号，它的能量与目标信号能量相同，但是调制方式与发射信号不同时，对输入信号解调后做二维快速傅里叶变换处理结果，如图7所示，可以看出，干扰信号的回波作快速傅里叶变换后会在对应的距离单元出现一个条带，对应的距离单元的多普勒谱，如图8所示，可以看到干扰信号的多普勒谱被“噪声化”，没有明显的峰值出现，幅度也比目标信号降低27dB，因此，当有效回波信号中存在干扰信号时，存在两种效果：如果幅度不是特别大，经过解调处理后，幅度降低了27dB，低于噪声门限，干扰信号不会被检测出来；如果幅度很大，幅度降低了27dB仍然超过了噪声门限，但是由于没有明显的峰值，采用恒虚警检测后依然不会被判定为目标，因此，采用了射频编解码后，干扰能够被有效的抑制，减少误判。
本发明实施例中的雷达抗干扰方法，通过采用对待发射信号进行编码调制的方式进行抗干扰，解决了雷达间相互干扰时会引起目标误判的问题，提高了毫米波防撞雷达在复杂环境下的实用性及精准度；解调时通过对相应信号反相处理，在实现时不需要额外增加器件，也不会消耗额外的处理时间，对现有雷达的硬件架构和软件架构没有影响，不仅节约了成本及时间，而且计算量小。
实施例二
如图9所示，在一个实施例中，提供了一种雷达抗干扰装置，该雷达抗干扰装置可以集成于上述的雷达设备110中，具体可以包括：
信号调制模块901，用于根据待发射信号生成伪随机二相码，通过伪随机二相码对待发射信号进行二相编码调制，确定输出信号并将其发射；
信号解调模块902，用于接收对应输出信号的返回信号，并对返回信号进行解调，得到解调信号，返回信号包括有效回波信号和干扰信号；
信号确定模块903，用于从解调信号中提取有效回波信号。
在本发明实施例中，雷达接收机是指雷达中对有效回波信号进行放大、变换和处理的设备。大多采用超外差式接收机，并附加各种抗干扰电路。其输出信号送给显示器或计算机等终端设备。具有灵敏度高、选择性好、抗干扰能力强等优点。雷达接收机的本振信号是指雷达接收机本身产生的载波，主要用于和接收的有效回波信号进行中频混频。
在本发明实施例中，伪随机二相码也称为伪随机二进制序列，是指只包含0和1的伪随机序列，是一种可以预先确定并可以重复地产生和复制，又具有随机统计特性的二进制码序列。
在本发明实施例中，信号调制模块901包括：
伪随机二相码生成单元1001，用于根据所待发射信号的频率和相位信息，生成与待发射信息频率和相位一致的伪随机二相码；
编码调制单元1002，通过伪随机二相码对待发射信号周期的0和π相位进行二相编码调制，确定输出信号并将其发射。
具体的，在本发明实施例中，通过伪随机二相码对待发射信号周期的0和π相位进行二相编码调制可用公式表示为：
其中，S(t)为输出信号，f0为待发射信号的射频频率，t为调制时间，B为射频调制带宽，T为调制周期。
在本发明实施例中，信号解调模块902包括：
信号识别单元1101，用于接收对应所述输出信号的返回信号，返回信号包括有效回波信号和干扰信号，通过识别伪随机二相码区分有效回波信号和干扰信号；
信号变频单元1102，用于将有效回波信号与雷达接收机的本振信号进行相位一致的零中频变频，并将干扰信号与本振信号进行相位不一致的零中频变频，得到解调信号。在发明实施例中，进行零中频变频后得到的解调信号为中频信号。
进一步的，在本发明实施例中，对解调信号进行的变换为二维快速傅里叶变换。具体的包括：
对解调信号的单个周期进行N点进行模数采样，确定采样数据；其中，解调信号包括M个信号周期，N为预设的有效回波信号采样点数，采样点数越多，进行二维快速傅里叶变换的计算精度越高；
将采样数据进行快速傅里叶变换处理，得到输入信号N点的一维快速傅里叶变换处理结果；
根据得到的一维快速傅里叶变换处理结果对输入信号的M个周期再次进行快速傅里叶变化处理，以实现二维快速傅里叶变换处理，得到变换后的解调信号。
在本发明实施例中，对解调信号进行的检测为恒虚警检测，从而实现对干扰信号的滤除，其具体步骤如下：
根据上述的二维快速傅里叶变换处理结果，将变换后的解调信号送到有多个延迟单元构成的延迟线上，将解调信号分为N个被检测单元，在每个被检测单元周围设置2个参考单元；通过2个参考单元确定杂波及背景强度；设置与杂波及背景强度相关的自适应门限；依次将被检测单元与自适应门限进行幅值比较，判断被检测单元是否大于自适应门限，若是，则为有效回波信号对应的目标信号，从而实现对干扰信号的滤除，则重复对其他被检测单元比较，直到比较完毕，确定最终的有效回波信号。
本发明实施例中的雷达抗干扰装置，通过采用对待发射信号进行编码调制的方式进行抗干扰，解决了雷达间相互干扰时会引起目标误判的问题，提高了毫米波防撞雷达在复杂环境下的实用性及精准度；解调时通过对相应信号反相处理，在实现时不需要额外增加器件，也不会消耗额外的处理时间，对现有雷达的硬件架构和软件架构没有影响，不仅节约了成本及时间，而且计算量小。
实施例三
如图12所示，为本发明实施例提供的一种抗干扰雷达的结构框图，包括雷达本体之外，还包括计算机设备，计算机设备包括存储器1201、处理器1202、通信模块1203和用户接口1204。
存储器1201中存储有操作系统1205，用于处理各种基本系统服务和用于执行硬件相关任务的程序；还存储有应用软件1206，用于实现本发明实施例中的雷达抗干扰方法的各个步骤。
在本发明实施例中，存储器1201可以是高速随机存取存储器，诸如DRAM、SRAM、DDR、RAM、或者其他随机存取固态存储设备，或者非易失性存储器，诸如一个或多个硬盘存储设备、光盘存储设备、内存设备等。
在本发明实施例中，处理器1202可通过通信模块1203接收和发送数据以实现区块链网络通信或者本地通信。
用户接口1204可以包括一个或多个输入设备1207，比如键盘、鼠标、触屏显示器，用户接口1204还可以包括一个或者多个输出设备1208，比如显示器、扩音器等。
实施例四
另外，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行上述雷达抗干扰方法的步骤。
应该理解的是，虽然本发明各实施例的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，各实施例中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种雷达抗干扰方法，其特征在于，包括如下步骤：
根据待发射信号生成伪随机二相码，通过所述伪随机二相码对所述待发射信号进行二相编码调制，确定输出信号并将其发射；
接收对应所述输出信号的返回信号，并对所述返回信号进行解调，得到解调信号，所述返回信号包括有效回波信号和干扰信号；
从所述解调信号中提取所述有效回波信号。
2.如权利要求1所述的雷达抗干扰方法，其特征在于，所述根据待发射信号生成伪随机二相码，通过所述伪随机二相码对所述待发射信号进行二相编码调制，确定输出信号并将其发射，具体包括：
根据所述待发射信号的频率和相位信息，生成与所述待发射信息频率和相位一致的伪随机二相码；
通过所述伪随机二相码对所述待发射信号周期的0和π相位进行二相编码调制，确定输出信号并将其发射。
3.如权利要求2所述的雷达抗干扰方法，其特征在于，所述通过所述伪随机二相码对所述待发射信号周期的0和π相位进行二相编码调制，确定输出信号并将其发射，所述二相编码调制可用公式表示为：
其中，S(t)为所述输出信号，f0为所述待发射信号的射频频率，t为调制时间，B为射频调制带宽，T为调制周期。
4.如权利要求1所述的雷达抗干扰方法，其特征在于，所述接收对应所述输出信号的返回信号，并对所述返回信号进行解调，得到解调信号，所述返回信号包括有效回波信号和干扰信号，具体包括：
接收对应所述输出信号的返回信号，所述返回信号包括有效回波信号和干扰信号，通过识别所述伪随机二相码区分所述有效回波信号和所述干扰信号；
将所述有效回波信号与雷达接收机的本振信号进行相位一致的零中频变频，并将所述干扰信号与所述本振信号进行相位不一致的零中频变频，得到解调信号。
5.如权利要求1所述的雷达抗干扰方法，其特征在于，所述从所述解调信号中提取所述有效回波信号，具体包括：
对所述解调信号进行的变换和检测，提取所述有效回波信号。
6.如权利要求1或5所述的雷达抗干扰方法，其特征在于，所述对所述解调信号进行的变换和检测分别为二维快速傅里叶变换和恒虚警检测。
7.一种雷达抗干扰装置，其特征在于，包括：
信号调制模块，用于根据待发射信号生成伪随机二相码，通过所述伪随机二相码对所述待发射信号进行二相编码调制，确定输出信号并将其发射；
信号解调模块，用于接收对应所述输出信号的返回信号，并对所述返回信号进行解调，得到解调信号，所述返回信号包括有效回波信号和干扰信号；
信号确定模块，用于从所述解调信号中提取所述有效回波信号。
8.一种抗干扰雷达，包括雷达本体，其特征在于，还包括计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求1至6中任一项权利要求所述雷达抗干扰方法的步骤。
9.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求1至6中任一项权利要求所述雷达抗干扰方法的步骤。
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