CN111580051B - 一种基于幅度变化率分析的车载毫米波雷达遮挡检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于幅度变化率分析的车载毫米波雷达遮挡检测方法，包括：分别获取异物直接覆盖条件下和无异物直接覆盖条件下的毫米波雷达多个通道的时域回波信号的FFT幅度变化率信息，根据该FFT幅度变化率信息与当前时刻的毫米波雷达多个通道的时域回波信号的FFT幅度变化率的比较结果判断毫米波雷达是否被遮挡。本发明通过对毫米波雷达的各通道时域回波信号的FFT的幅度变化率进行分析，以对毫米波雷达的遮挡情况进行判断，从而有效地实现了车载毫米波雷达的遮挡状况检测，同时，该方法对算力要求较低，在保证了车载毫米波雷达系统对环境的实时感知的同时，也满足车载毫米波雷达自诊断功能的实时性。
Description
技术领域
本发明涉及雷达技术领域，特别是涉及一种基于幅度变化率分析的车载毫米波雷达遮挡检测方法。
背景技术
毫米波雷达具有定向性好、分辨率高、功率低等特点，尤其是调频连续波(Frequency Modulation Continuous Wave，FMCW)雷达，具有无测距盲区、易于实现小型化等优点，使其在汽车领域备受青睐，成为汽车对周围环境感知的重要器件之一。但是，车载毫米波雷达装车使用过程中，毫米波雷达正前方的车身容易被积雪、泥土或其他物体覆盖，即表征为雷达被遮挡，其结果为雷达对目标的检测性能受损，严重遮挡时，雷达对目标的检测功能直接失效，使雷达系统不能为本车提供或提供错误的环境感知信息与决策，存在行车危险。
针对此问题，现有的大多遮挡检测算法的实现方法为，从信号处理角度，通过观察雷达对环境目标做CFAR(Constant False Alarm Rate)检测的直观结果，进而判断毫米波雷达是否被遮挡，在一定情况下，这种方法确实有效，但在绝对空旷环境里或毫米波雷达紧邻目标物体时，易产生遮挡检测误报警，且较难区别真正的异物直接覆盖的遮挡与周边环境限制导致的探测范围变小(如墙体、车辆等)的伪遮挡。
而即使是在绝对空旷环境里或毫米波雷达紧邻目标物体时，雷达在有无遮挡条件下，其时域信号的快速傅里叶变换(Fast Fourier Transformation，FFT)的幅值变化率均有较大差异。
基于此，本发明以应用FMCW的车载毫米波雷达为研究基础，提出通过提取时域信号的快速傅里叶变换(FFT)的幅度变化率特征进行统计分析的优化方法，对毫米波雷达的遮挡情况进行判断，从而实现车载毫米波雷达的遮挡自诊断功能。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的不足，提供一种基于幅度变化率分析的车载毫米波雷达遮挡检测方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种基于幅度变化率分析的车载毫米波雷达遮挡检测方法，包括如下步骤：
分别获取异物直接覆盖条件下的毫米波雷达多个通道的时域回波信号的FFT幅度非相干累加所构建成的第一矩阵和无异物直接覆盖条件下的毫米波雷达多个通道的时域回波信号的FFT幅度非相干累加所构建成的第二矩阵；
根据第一矩阵和第二矩阵分别获取表征毫米波雷达有异物直接覆盖情况下的FFT幅值变化率上限和表征毫米波雷达无异物直接覆盖情况下的FFT幅值变化率下限，并根据FFT幅值变化率上限和FFT幅值变化率下限确定毫米波雷达有无遮挡条件下的幅度变化率判定阈值；
获取当前时刻的毫米波雷达多个通道的时域回波信号的FFT幅度非相干累加所构建成的第三矩阵，根据第三矩阵获取体现当前实际毫米波雷达遮挡状态下FFT幅值变化率；
判断第三矩阵获取体现当前实际毫米波雷达遮挡状态下FFT幅值变化率是否小于毫米波雷达有无遮挡条件下的幅度变化率判定阈值，若是，则判断毫米波雷达被遮挡，否则，毫米波雷达未被遮挡。
进一步的，作为优选技术方案，第一矩阵的获取具体包括：
提取异物直接覆盖条件下的毫米波雷达多个通道的时域回波信号；
分别对每个通道的时域回波信号进行FFT运算，并对所有通道的FFT运算结果进行探测范围内全距离段或一定距离段的幅度做非相干累加，以得到有异物直接覆盖条件下的毫米波雷达的非相干FFT幅度结果；
将多个通道的表示距离维的非相干FFT幅度结果构建为第一矩阵。
进一步的，作为优选技术方案，第二矩阵的获取具体包括：
提取无异物直接覆盖条件下的毫米波雷达多个通道的时域回波信号；
分别对每个通道的时域回波信号进行FFT运算，并对所有通道的FFT运算结果进行探测范围内全距离段或一定距离段的幅度做非相干累加，以得到无异物直接覆盖条件下的毫米波雷达的非相干FFT幅度结果；
将多个通道的表示距离维的非相干FFT幅度结果构建为第二矩阵。
进一步的，作为优选技术方案，有异物直接覆盖情况下的FFT幅值变化率上限的获取具体包括：
对第一矩阵进行差分运算，得到FFT幅值变化率信息，从而得到有异物直接覆盖情况下的FFT幅值变化率上限。
进一步的，作为优选技术方案，无异物直接覆盖情况下的FFT幅值变化率下限的获取具体包括：
对第二矩阵进行差分运算，得到FFT幅值变化率信息，从而得到无异物直接覆盖情况下的FFT幅值变化率下限。
进一步的，作为优选技术方案，毫米波雷达有无遮挡条件下的幅度变化率判定阈值的确定具体包括：
根据有异物直接覆盖情况下的FFT幅值变化率上限和无异物直接覆盖情况下的FFT幅值变化率下限之间的大小差距，对FFT幅值变化率上限和FFT幅值变化率下限进行取中间值或者依据雷达系统对遮挡报警的误报率与漏报率要求确定毫米波雷达有无遮挡条件下的幅度变化率判定阈值。
进一步的，作为优选技术方案，第三矩阵的获取具体包括：
提取当前时刻的毫米波雷达多个通道的时域回波信号；
分别对每个通道的时域回波信号进行FFT运算，并对所有通道的FFT运算结果进行探测范围内全距离段或一定距离段的幅度做非相干累加，以得到当前时刻的毫米波雷达的非相干FFT幅度结果；
将多个通道的表示距离维的非相干FFT幅度结果构建为第三矩阵。
进一步的，作为优选技术方案，体现当前实际毫米波雷达遮挡状态下FFT幅值变化率的获取具体包括：
对第三矩阵进行差分运算，得到体现当前实际毫米波雷达遮挡状态下FFT幅值变化率。
进一步的，作为优选技术方案，还包括将毫米波雷达被遮挡的判断结果进行相应输出。
进一步的，作为优选技术方案，还包括将毫米波雷达被遮挡的判断结果进行二次统计分析，并基于此统计分析输出最终判断结果。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明通过对毫米波雷达的各通道时域回波信号的FFT的幅度变化率进行分析，以对毫米波雷达的遮挡情况进行判断，从而有效地实现了车载毫米波雷达的遮挡状况检测，同时，该方法对算力要求较低，在保证了车载毫米波雷达系统对环境的实时感知的同时，也满足车载毫米波雷达自诊断功能的实时性。
附图说明
图1为本发明方法步骤流程图。
图2为本发明有无遮挡状态下的幅度变化率对比示意图。
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的；相同或相似的标号对应相同或相似的部件；附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征更易被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围作出更为清楚的界定。
实施例1
一种基于幅度变化率分析的车载毫米波雷达遮挡检测方法，如图1所示：包括如下步骤：
S10.确定遮挡实时检测算法的输入条件，即毫米波雷达有无遮挡条件下的幅度变化率判定阈值。
具体包括：
S101.分别获取异物直接覆盖条件下的毫米波雷达多个通道的时域回波信号的FFT幅度非相干累加所构建成的第一矩阵A和无异物直接覆盖条件下的毫米波雷达多个通道的时域回波信号的FFT幅度非相干累加所构建成的第二矩阵B。
本步骤中第一矩阵A的获取具体包括：
提取毫米波雷达正前方保险杠处有异物直接覆盖条件下的毫米波雷达多个通道的时域回波信号；
分别对每个通道的时域回波信号进行FFT运算，并对所有通道的FFT运算结果进行探测范围内全距离段或一定距离段的幅度做非相干累加，以得到异物直接覆盖条件下的毫米波雷达的非相干FFT幅度结果；
将多个通道的表示距离维的非相干FFT幅度结果构建为第一矩阵A。
本步骤中第二矩阵B的获取具体包括：
提取毫米波雷达正前方保险杠处无异物直接覆盖条件下的毫米波雷达多个通道的时域回波信号；
分别对每个通道的时域回波信号进行FFT运算，并对所有通道的FFT运算结果进行探测范围内全距离段或一定距离段的幅度做非相干累加，以得到无异物直接覆盖条件下的毫米波雷达的非相干FFT幅度结果；
将多个通道的表示距离维的非相干FFT幅度结果构建为第二矩阵B。
在本步骤中，每个通道的时域回波信号为选取的一帧时域回波信号，FFT运算结果为每个通道的任意一帧时域回波信号对应的FFT结果；通道的数量至少为1个，也可是全部。
S102.根据第一矩阵A和第二矩阵B分别获取表征毫米波雷达有异物直接覆盖情况下的FFT幅值变化率上限X和表征毫米波雷达无异物直接覆盖情况下的FFT幅值变化率下限Y，并根据FFT幅值变化率上限X和FFT幅值变化率下限Y确定毫米波雷达有无遮挡条件下的幅度变化率判定阈值Z。
本步骤中有异物直接覆盖情况下的FFT幅值变化率上限X的获取具体包括：
对第一矩阵A进行差分运算，得到FFT幅值变化率信息，从而得到有异物直接覆盖情况下的FFT幅值变化率上限X。
本步骤中无异物直接覆盖情况下的FFT幅值变化率下限Y的获取具体包括：
对第二矩阵B进行差分运算，得到FFT幅值变化率信息，从而得到无异物直接覆盖情况下的FFT幅值变化率下限Y。
毫米波雷达有无遮挡条件下的幅度变化率判定阈值Z的确定具体包括：
根据有异物直接覆盖情况下的FFT幅值变化率上限X和无异物直接覆盖情况下的FFT幅值变化率下限Y之间的大小差距，对FFT幅值变化率上限X和FFT幅值变化率下限Y进行取中间值或者依据雷达系统对遮挡报警的误报率与漏报率要求确定毫米波雷达有无遮挡条件下的幅度变化率判定阈值Z。
该幅度变化率判定阈值Z的具体选取规则为需要在能够准确区分毫米波雷达有遮挡与无遮挡两种状态的前提下雷达系统对遮挡报警的误报率与漏报率要求而确定幅度变化率判定阈值Z倾向哪一种条件的方式；例如，若系统希望低的误报率，可以将幅度变化率判定阈值Z选择为更接近有异物直接覆盖情况下的FFT幅值变化率上限X，反之亦然。
S20.根据遮挡实时检测算法的输入条件进行实时遮挡检测。即，根据步骤S10中确定的毫米波雷达有无遮挡条件下的幅度变化率判定阈值Z进行实时遮挡检测。
具体包括如下步骤：
S201.获取当前时刻的毫米波雷达多个通道的时域回波信号的FFT幅度非相干累加所构建成的E，根据第三矩阵E获取体现当前实际毫米波雷达遮挡状态下FFT幅值变化率。
本步骤具体为：
第三矩阵E的获取具体包括：
提取当前时刻的毫米波雷达多个通道的时域回波信号；
分别对每个通道的时域回波信号进行FFT运算，并对所有通道的FFT运算结果进行探测范围内全距离段或一定距离段的幅度做非相干累加，以得到当前时刻的毫米波雷达的非相干FFT幅度结果；
将多个通道的表示距离维的非相干FFT幅度结果构建为第三矩阵E。
体现当前实际毫米波雷达遮挡状态下FFT幅度变化趋势的差异特征的获取具体包括：
对第三矩阵E进行差分运算，得到体现当前实际毫米波雷达遮挡状态下FFT幅值变化率。
S202.判断第三矩阵E获取体现当前实际毫米波雷达遮挡状态下FFT幅值变化率N是否小于毫米波雷达有无遮挡条件下的幅度变化率判定阈值Z，若是，则判断毫米波雷达被遮挡，否则，毫米波雷达未被遮挡。
在本部中，将体现当前实际毫米波雷达遮挡状态下FFT幅值变化率N与毫米波雷达有无遮挡条件下的幅度变化率判定阈值Z进行比较，当体现当前实际毫米波雷达遮挡状态下FFT幅值变化率N小于毫米波雷达有无遮挡条件下的幅度变化率判定阈值Z时，毫米波雷达被遮挡，否则，毫米波雷达未被遮挡。
S203.将毫米波雷达被遮挡的判断结果进行相应输出，包括语音、文字、视觉等方式，实现遮挡报警功能，以提醒驾驶员对毫米波雷达进行相应的异物去除工作，使毫米波雷达恢复其对环境的正常感知能力。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于幅度变化率分析的车载毫米波雷达遮挡检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
提取异物直接覆盖条件下的毫米波雷达多个通道的时域回波信号，分别对每个通道的时域回波信号进行FFT运算，并对所有通道的FFT运算结果进行探测范围内全距离段或一定距离段的幅度做非相干累加运算，以得到有异物直接覆盖条件下的毫米波雷达的非相干FFT幅度结果，将多个通道的表示距离维的非相干FFT幅度结果构建为第一矩阵；
提取无异物直接覆盖条件下的毫米波雷达多个通道的时域回波信号，分别对每个通道的时域回波信号进行FFT运算，并对所有通道的FFT运算结果进行探测范围内全距离段或一定距离段的幅度做非相干累加，以得到无异物直接覆盖条件下的毫米波雷达的非相干FFT幅度结果，将多个通道的表示距离维的非相干FFT幅度结果构建为第二矩阵；
根据第一矩阵和第二矩阵分别获取表征毫米波雷达有异物直接覆盖情况下的FFT幅值变化率上限和表征毫米波雷达无异物直接覆盖情况下的FFT幅值变化率下限，并根据FFT幅值变化率上限和FFT幅值变化率下限确定毫米波雷达有无遮挡条件下的幅度变化率判定阈值；
提取当前时刻的毫米波雷达多个通道的时域回波信号，分别对每个通道的时域回波信号进行FFT运算，并对所有通道的FFT运算结果进行探测范围内全距离段或一定距离段的幅度做非相干累加，以得到当前时刻的毫米波雷达的非相干FFT幅度结果，将多个通道的表示距离维的非相干FFT幅度结果构建为第三矩阵；根据第三矩阵获取体现当前实际毫米波雷达遮挡状态下FFT幅值变化率；
判断第三矩阵获取体现当前实际毫米波雷达遮挡状态下FFT幅值变化率是否小于毫米波雷达有无遮挡条件下的幅度变化率判定阈值，若是，则判断毫米波雷达被遮挡，否则，毫米波雷达未被遮挡。
2.根据权利要求1所述的基于幅度变化率分析的车载毫米波雷达遮挡检测方法，其特征在于，有异物直接覆盖情况下的FFT幅值变化率上限的获取具体包括：
对第一矩阵进行差分运算，得到FFT幅值变化率信息，从而得到有异物直接覆盖情况下的FFT幅值变化率上限。
3.根据权利要求1所述的基于幅度变化率分析的车载毫米波雷达遮挡检测方法，其特征在于，无异物直接覆盖情况下的FFT幅值变化率下限的获取具体包括：
对第二矩阵进行差分运算，得到FFT幅值变化率信息，从而得到无异物直接覆盖情况下的FFT幅值变化率下限。
4.根据权利要求1所述的基于幅度变化率分析的车载毫米波雷达遮挡检测方法，其特征在于，毫米波雷达有无遮挡条件下的幅度变化率判定阈值的确定具体包括：
根据有异物直接覆盖情况下的FFT幅值变化率上限和无异物直接覆盖情况下的FFT幅值变化率下限之间的大小差距，对FFT幅值变化率上限和FFT幅值变化率下限进行取中间值或者依据雷达系统对遮挡报警的误报率与漏报率要求确定毫米波雷达有无遮挡条件下的幅度变化率判定阈值。
5.根据权利要求1所述的基于幅度变化率分析的车载毫米波雷达遮挡检测方法，其特征在于，体现当前实际毫米波雷达遮挡状态下FFT幅值变化率的获取具体包括：
对第三矩阵进行差分运算，得到体现当前实际毫米波雷达遮挡状态下FFT幅值变化率。
6.根据权利要求1所述的基于幅度变化率分析的车载毫米波雷达遮挡检测方法，其特征在于，还包括将毫米波雷达被遮挡的判断结果进行相应输出。
7.根据权利要求1所述的基于幅度变化率分析的车载毫米波雷达遮挡检测方法，其特征在于，还包括将毫米波雷达被遮挡的判断结果进行二次统计分析，并基于此统计分析输出最终判断结果。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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