CN109917393A - 双阵面分置的车载毫米波雷达系统及其协同工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双阵面分置的车载毫米波雷达系统及其协同工作方法，所述系统在车辆前侧两处不同位置分别安装雷达阵面，每个雷达阵面均为数字双通道，协同工作时，每个雷达阵面接收本阵面以及另外一个阵面发射被目标反射回来的信号，并进行匹配处理，实现多路信号的隔离后，联合处理多路信号，完成目标探测。本发明通过多发多收的配置，既可以收到自己发射信号的回波，又可以收到其他雷达发射的回波，通过联合处理，提升了对小目标的发现概率以及探测的探测距离。

Description

双阵面分置的车载毫米波雷达系统及其协同工作方法

技术领域

本发明属于电子工程领域，具体涉及一种双阵面分置的车载毫米波雷达系统及其协同工作方法。

背景技术

目前车载毫米波雷达主要安装在车辆正前方，以保证车辆行驶中对前方区域的有效探测。但是在实际使用中，对突然靠近车辆左前侧或右前侧的近距离目标测量预警和定位能力不足。同时，由于受到单个雷达物理口径的限制，单一的观测通道对远距离目标的横向分辨能力有限。由于毫米波雷达的探测对象各向散射特性存在差异，单一的观测通道（角度）对目标的分类识别能力也不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双阵面分置的车载毫米波雷达系统及其协同工作方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种双阵面分置的车载毫米波雷达系统，在车辆前侧两处不同位置分别安装雷达阵面，每个雷达阵面均为数字双通道，在接收本阵面以及另外一个阵面发射被目标反射回来的信号后，进行匹配处理实现多路信号的隔离，并联合处理多路信号完成目标探测，可提升目标发现距离和定位精度。

一种双阵面分置车载毫米波雷达系统的协同工作方法，包括以下步骤：

步骤1、各雷达阵面同时发射相同频率和带宽的正交波形信号；

步骤2、各雷达接收本阵面以及其他阵面发射被目标反射回来的信号；

步骤3、对各雷达阵面接收的回波信号进行匹配处理，实现多路信号的隔离；

步骤4、联合处理隔离的多路信号，完成目标探测。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：本发明通过多发多收的配置，既可以收到自己发射信号的回波，又可以收到其他雷达发射的回波，通过联合处理，提升了对小目标的发现概率以及探测的探测距离。

附图说明

图1为车辆前方两侧安装毫米波雷达的示意图。

图2为两个毫米波雷达阵面以及后端的处理架构示意图。

图3为目标所处空间范围的示意图。

图4为双发双收的回波信息处理的流程图。

图5为非相参积累检的测威力示意图。

图6为单双雷达的盲区对比示意图，其中a为左侧雷达误差空间；b为右侧雷达误差空间；c为航迹融合后误差空间。

具体实施方式

本发明双阵面分置的车载毫米波雷达系统，在车辆前侧两处不同位置分别安装雷达阵面，每个雷达阵面均为数字双通道，在接收本阵面以及另外一个阵面发射被目标反射回来的信号后，进行匹配处理实现多路信号的隔离，并联合处理多路信号完成目标探测，可提升目标发现距离和定位精度。

作为一种具体实施方式，所述每个雷达阵面同时发射相同频率和带宽的正交波形信号。

作为一种具体实施方式，所述每个雷达阵面对同一个发射波形的回波做相参处理，对正交波形的回波信号采用非相参处理，进行目标探测。

作为一种具体实施方式，在左、右前大灯位置处安装雷达阵面。

本发明还提出一种双阵面分置车载毫米波雷达系统的协同工作方法，包括以下步骤：

步骤1、各雷达阵面同时发射相同频率和带宽的正交波形信号；

步骤2、各雷达接收本阵面以及其他阵面发射被目标反射回来的信号；

步骤3、对各雷达阵面接收的回波信号进行匹配处理，实现多路信号的隔离；

步骤4、联合处理隔离的多路信号，完成目标探测。

作为一种具体实施方式，步骤4中，对同一个发射波形的回波做相参处理，对正交波形的回波信号采用非相参处理，通过能量积累，可进一步提升目标发现距离，对于同样距离上的目标，可获得更高的目标信号能量，进一步提升探测精度。

实施例

以普通轿车平台为例，在车辆的左前和右前安装两个毫米波雷达，如图1所示，采用双发双收工作方式，开展针对性设计。

1、安装位置的选择

由于一般车载毫米波雷达安装于车身正前方中心处，为便于计算，将该中心点作为建模时的坐标系原点、位于车头位置垂直于车辆行驶方向为x轴，其车辆正前方为y轴，地面垂线为z轴（竖直向上），单阵面、双阵面工作模式研究均采用该坐标系。

对于本发明提出的双阵面工作模式，不妨设两阵面分别安装在左右前大灯位置附近，具体安装位置根据车辆结构设计确定，为便于计算，令其为车头两端点。被测目标所处空间位于车身正前方（y轴正半轴区域），具体如图3所示；

2、雷达工作方式和信息流程

双阵面毫米波雷达采用如图2所示的工作方式，两个阵面同时发射相同频率和带宽的正交波形信号，这样避免了在后端处理过程中出现混叠。而其中每一个阵面的发射信号被目标散射的回波被两个阵面同时接收到，对于远距离目标，例如目标距离车辆大于100米，由于两个雷达阵面的横向距离不到2米，两阵面对目标的视角差异比较小，可以认为目标散射没有闪烁（即没有因为目标RCS空间分布以及入射角不同导致回波不相干），因此对于两个阵面收到的同一个发射波形的回波做相参处理，获得相参处理得益。而两个具备正交波形的回波信号，只能采用非相参处理，即没有相位信息的回波能量累积，具体处理流程如图4所示。

3、雷达探测距离分析

双发双收工作模式下，目标被两个阵面发射的电磁波照射，两个阵面发射的波形相互正交，两个阵面都可以接收目标散射回波；通过相参和非相参处理，积累后的回波能量都明显比单基地工作模式高，因而可以降低虚警、漏警概率。此外，更高能量的回波，还意味着更远的探测范围。

根据单基地雷达方程可直接确定双站各自覆盖的威力范围；根据双基地雷达方程和回波积累计算方法，可确定双发双收的回波能量，当该能量大于指定的最小可检测信号功率时，目标可被探测到，以此可确定双发双收雷达覆盖的区域范围。

以普通轿车为例，设计参数如下：

双站角度覆盖为120°，站距为1.7m，载频为24GHz，带宽为100MHz，发射功率为1mW，（角度范围）内天线发射与接收增益均为41dB，RCS均为2m²，发射、接收损耗均为8dB，接收机噪声系数均为1.5，最小输出信噪比均为12.8dB。

对单基地工作模式覆盖区域（虚线）、双基地工作模式覆盖区域（×线）与双发双收工作模式覆盖区域（点迹）计算并作图，如图5所示，虚线和×线重合，小于点迹线范围。

显而易见，非相参积累检测能发现更远的目标，在等距离情况下信号的回波具有更高的能量和信噪比。

4、雷达探测盲区分析

在双雷达工作模式下，每一个雷达既能作为独立的单雷达工作，两个雷达同时又能以双基地雷达的方式工作。相比于单雷达，忽略安装时的天线指向角度偏差，设雷达近程角度覆盖最大均为120°，单双雷达的探测范围覆盖如图6所示。由此容易得知，双雷达工作模式以牺牲小部分正前方中心区域的探测区域为代价，以此显著增加两侧的探测区域，这将带来非常大的好处。

在单雷达工作模式下，车辆左右两侧的探测盲区使得雷达无法对其预警。目前应对该缺陷的措施为超声波补盲（一般安置在车尾为倒车测距服务），但其探测的距离非常有限。在公路上，对于从右/左侧以一定速度靠近的各类车俩或行人，雷达的预警距离应为司机提供充足的反应时间。尤其在高速公路等危险的场合，考虑到高速行驶下的长刹车距离等因素，超声波补盲雷达有限的探测距离使其无法发挥作用。

而双发双收工作模式下，则不存在这样的缺陷。两个雷达分别工作在单雷达模式下，百米级别的探测范围已足够保证司机及时避免可能到来的危险状况。

5、雷达探测精度分析

雷达在测距、测速、测角时，不可避免地会因为传输衰减、环境噪声、系统噪声等因素而产生测量误差、虚警、漏警等定位上的差错。

1）测量误差

一般车载毫米波雷达为单雷达工作模式。直接由雷达测得的距离、方位角与俯仰角即可计算目标公共坐标系坐标，从而实现定位。

本专利提出的双发双收毫米波雷达工作模式，既包括了单基地雷达工作模式，又涵盖了双基地雷达工作模式。单双基地雷达工作模式下，测量数据均存在冗余，可以分别通过数据融合、数据压缩与模式选择的方式来使得定位精度进一步提升。

i.数据融合

由于测量噪声的存在，俯仰与方位角度上、距离上的测量值会落在真实值附近的区间内，三个误差区间决定一个误差空间。对两个雷达在单基地工作模式下的测试结果进行数据融合，取误差空间的交集来纠正测量数据，能够提升定位的准确性。

ii.数据压缩

当两个雷达协同工作在双基地雷达模式下时，数据处理系统可以测得目标分别与两个雷达所呈的角度与距离和。这三个量之间，只需要两个分量便可以确定目标的位置，即测量数据存在冗余度。

以误差椭圆积来评定定位精度，已有研究证明，采用基于马尔可夫估计的数据压缩处理方式，可以改善双基地采用单一测量组合时的性能。即便在近区的定位精度仍赶不上单基地雷达，但在中远区则高于后者。

Claims (6)

1.一种双阵面分置的车载毫米波雷达系统，其特征在于，在车辆前侧两处不同位置分别安装雷达阵面，每个雷达阵面均为数字双通道，在接收本阵面以及另外一个阵面发射被目标反射回来的信号后，进行匹配处理实现多路信号的隔离，并联合处理多路信号完成目标探测。

2.根据权利要求1所述的双阵面分置的车载毫米波雷达系统，其特征在于，所述每个雷达阵面同时发射相同频率和带宽的正交波形信号。

3.根据权利要求1所述的双阵面分置的车载毫米波雷达系统，其特征在于，所述每个雷达阵面对同一个发射波形的回波做相参处理，对正交波形的回波信号采用非相参处理，进行目标探测。

4.根据权利要求1所述的双阵面分置的车载毫米波雷达系统，其特征在于，在左、右前大灯位置处安装雷达阵面。

5.一种双阵面分置车载毫米波雷达系统的协同工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、各雷达阵面同时发射相同频率和带宽的正交波形信号；

步骤2、各雷达接收本阵面以及其他阵面发射被目标反射回来的信号；

步骤3、对各雷达阵面接收的回波信号进行匹配处理，实现多路信号的隔离；

步骤4、联合处理隔离的多路信号，完成目标探测。

6.根据权利要求5所述的协同工作方法，其特征在于，步骤4中，对同一个发射波形的回波做相参处理，对正交波形的回波信号采用非相参处理。