CN111580109B - 一种基于幅度特征统计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特征统计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的幅度变化特征统计分析，根据该FFT的幅度变化特征统计分析结果与当前时刻的毫米波雷达多个通道的时域回波信号的FFT的幅度变化特征统计分析结果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的幅度变化特征进行统计分析，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

一种基于幅度特征统计的车载毫米波雷达遮挡检测方法
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特征统计的车载毫米波雷达遮挡检测方法。
背景技术
车载毫米波雷达作为高级驾驶辅助系统(Advanced DrivingAssistance SystemADAS)重要的传感器之一，已成为ADAS系统中不可缺少的一部分，并且随着自动驾驶技术的不断发展，车载毫米波雷达将会拥有巨大的市场需求。通过其超越人类本身的感知能力，不仅可以通过灯光预警等方式提醒驾驶员注意潜在威胁，甚至可以参与车身控制，规避潜在危险。
但是，车载毫米波雷达在装车使用过程中，毫米波雷达正前方的第二表面(车身或车标)表面容易被积雪、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甚至会直接失效，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。
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)的幅值变化较大的点的数量均有明显差异。
基于此，本发明以应用FMCW的车载毫米波雷达为研究基础，提出通过对其各通道信号的FFT的幅度变化特征进行统计分析的方法，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，提供一种基于幅度特征统计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：
一种基于幅度特征统计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幅度变化差值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幅度变化差值所构建成的第二矩阵；
分别根据第一矩阵和第二矩阵获取表征毫米波雷达有异物直接覆盖和无异物直接覆盖情况下的FFT幅度变化特征的数值信息，并根据表征毫米波雷达有异物直接覆盖和无异物直接覆盖情况下的FFT幅度变化特征的数值信息以确定毫米波雷达有无遮挡条件下的幅度变化判定阈值；
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幅度变化差值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幅度变化特征的数值信息；
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幅度变化特征的数值信息是否小于毫米波雷达有无遮挡条件下的幅度变化判定阈值，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FFT运算结果进行探测范围内全距离段或一定距离段的相邻距离单元的幅度做差运算；
将多个通道的FFT幅度变化差值构建为第一矩阵。
进一步的，作为优选技术方案，第一矩阵的获取具体包括：
其特征在于，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FFT运算结果进行探测范围内全距离段或一定距离段的相邻距离单元的幅度做差运算；
将多个通道的FFT幅度变化差值构建为第二矩阵。
进一步的，作为优选技术方案，第一矩阵的获取具体包括：
有异物直接覆盖情况下的FFT幅度变化特征的数值信息的获取具体包括：
将第一矩阵中的各元素与第一阈值进行比较，提取第一矩阵中大于第一阈值的第一元素个数，所述第一元素个数即为有异物直接覆盖情况下的FFT幅度变化特征的数值信息。
进一步的，作为优选技术方案，第一矩阵的获取具体包括：
无异物直接覆盖情况下的FFT幅度变化特征的数值信息的获取具体包括：
将第二矩阵中的各元素与第一阈值进行比较，提取第二矩阵中大于第一阈值的第二元素个数，所述第二元素个数即为无异物直接覆盖情况下的FFT幅度变化特征的数值信息。
进一步的，作为优选技术方案，第一矩阵的获取具体包括：
毫米波雷达有无遮挡条件下的幅度变化判定阈值的确定具体包括：
分别对有异物直接覆盖和无异物直接覆盖情况下的FFT幅度变化特征的数值信息取中间值，根据中间值确定毫米波雷达有无遮挡条件下的幅度变化判定阈值。
进一步的，作为优选技术方案，第一矩阵的获取具体包括：
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FFT运算结果进行探测范围内全距离段或一定距离段的相邻距离单元的幅度做差运算；
将多个通道的FFT幅度变化差值构建为第三矩阵。
进一步的，作为优选技术方案，第一矩阵的获取具体包括：
体现当前实际毫米波雷达遮挡状态下FFT幅度变化特征的数值信息的获取具体包括：
将第三矩阵中的各元素与第一阈值进行比较，提取第三矩阵中大于第一阈值的第三元素个数，所述第三素个数即为体现当前实际毫米波雷达遮挡状态下FFT幅度变化特征的数值信息。
进一步的，作为优选技术方案，第一矩阵的获取具体包括：
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，所述第一阈值根据实际的数据检测结果，并以最大程度地体现毫米波雷达有遮挡与无遮挡状态下的FFT幅度变化特征确定。
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的幅度变化特征进行统计分析，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特征统计情况示意图。
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
一种基于幅度特征统计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幅度变化差值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幅度变化差值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FFT运算结果进行探测范围内全距离段或一定距离段的相邻距离单元的幅度做差运算；
将多个通道的FFT幅度变化差值构建为第一矩阵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FFT运算结果进行探测范围内全距离段或一定距离段的相邻距离单元的幅度做差运算；
将多个通道的FFT幅度变化差值构建为第二矩阵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的任意一个chirp信号；通道的数量至少为1个，也可是全部。
S102.分别根据第一矩阵A和第二矩阵B获取表征毫米波雷达有异物直接覆盖和无异物直接覆盖情况下的FFT幅度变化特征的数值信息，并根据表征毫米波雷达有异物直接覆盖和无异物直接覆盖情况下的FFT幅度变化特征的数值信息以确定毫米波雷达有无遮挡条件下的幅度变化判定阈值Z。
本步骤中有异物直接覆盖情况下的FFT幅度变化特征的数值信息的获取具体包括：
将第一矩阵A中的各元素与第一阈值进行比较，提取第一矩阵A中大于第一阈值的第一元素个数X，所述第一元素个数X即为有异物直接覆盖情况下的FFT幅度变化特征的数值信息，表征有遮挡情况下的FFT幅值变化特征的数值信息。
本步骤中无异物直接覆盖情况下的FFT幅度变化特征的数值信息的获取具体包括：
将第二矩阵B中的各元素与第一阈值进行比较，提取第二矩阵B中大于第一阈值的第二元素个数Y，所述第二元素个数Y即为无异物直接覆盖情况下的FFT幅度变化特征的数值信息，表征无遮挡情况下的FFT幅值变化特征的数值信息。
其中：第一阈值根据实际的数据检测结果，并以最大程度地体现毫米波雷达有遮挡与无遮挡状态下的FFT幅度变化特征确定。
毫米波雷达有无遮挡条件下的幅度变化判定阈值Z的确定具体包括：
分别对有异物直接覆盖和无异物直接覆盖情况下的FFT幅度变化特征的数值信息取中间值，根据中间值确定毫米波雷达有无遮挡条件下的幅度变化判定阈值Z。
即，取第一元素个数X和第二元素个数Y进行取中间值等方式确定毫米波雷达有无遮挡条件下的幅度变化判定阈值Z。
该判定阈值Z的具体选取规则为：基于已获得有异物直接覆盖和无异物直接覆盖情况下的FFT幅度变化特征的数值信息，以能够最大程度准确区分毫米波雷达有遮挡与无遮挡两种状态的前提下，系统对遮挡的灵敏度要求而确定；例如，若系统希望低的误报率，可以将判定阈值Z选择为更接近第一元素个数X，即，将判定阈值Z选择为更接近表征有遮挡情况下的FFT幅值变化特征的数值信息，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中确定的第一阈值和毫米波雷达有无遮挡条件下的幅度变化判定阈值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幅度变化差值所构建成的第三矩阵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幅度变化特征的数值信息。
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FFT运算结果进行探测范围内全距离段或一定距离段的相邻距离单元的幅度做差运算；
将多个通道的FFT幅度变化差值构建为第三矩阵E。
体现当前实际毫米波雷达遮挡状态下FFT幅度变化特征的数值信息的获取具体包括：
将第三矩阵E中的各元素与第一阈值进行比较，提取第三矩阵E中大于第一阈值的第三元素个数N，所述第三素个数N即为体现当前实际毫米波雷达遮挡状态下FFT幅度变化特征的数值信息。
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幅度变化特征的数值信息是否小于毫米波雷达有无遮挡条件下的幅度变化判定阈值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幅度变化特征的数值信息N与毫米波雷达有无遮挡条件下的幅度变化判定阈值Z进行比较，当体现当前实际毫米波雷达遮挡状态下FFT幅度变化特征的数值信息N小于毫米波雷达有无遮挡条件下的幅度变化判定阈值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。
在本步骤中，该判断结果可为单次判断结果，也可为对多次判断结果进行二次统计分析，并根据统计分析输出的最终的判断结果。
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 (4)

1.一种基于幅度特征统计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FFT运算结果进行探测范围内全距离段或一定距离段的相邻距离单元的幅度做差运算，将多个通道的FFT幅度变化差值构建为第一矩阵；
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FFT运算结果进行探测范围内全距离段或一定距离段的相邻距离单元的幅度做差运算，将多个通道的FFT幅度变化差值构建为第二矩阵；
提取第一矩阵中大于第一阈值的第一元素个数，同时，提取第二矩阵中大于第一阈值的第二元素个数，并根据第一元素个数和第二元素个数确定毫米波雷达有无遮挡条件下的幅度变化判定阈值；
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FFT运算结果进行探测范围内全距离段或一定距离段的相邻距离单元的幅度做差运算，将多个通道的FFT幅度变化差值构建为第三矩阵；
提取第三矩阵中大于第一阈值的第三元素个数，判断第三元素个数是否小于毫米波雷达有无遮挡条件下的幅度变化判定阈值，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所述的基于幅度特征统计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判定阈值的确定具体包括：
对第一元素个数和第二元素个数进行取中间值，根据中间值确定毫米波雷达有无遮挡条件下的幅度变化判定阈值。
3.根据权利要求1所述的基于幅度特征统计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。
4.根据权利要求1所述的基于幅度特征统计的车载毫米波雷达遮挡检测方法，其特征在于，所述第一阈值根据实际的数据检测结果，并以最大程度地体现毫米波雷达有遮挡与无遮挡状态下的FFT幅度变化特征确定。
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