CN112230222B - 一种用于识别车型的微波雷达装置 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于识别车型的微波雷达装置，包括：数字信号处理器；被设置为其法向与道路方向成夹角且包括至少1个阵元的发射天线阵列和包括至少2个阵元的接收天线阵列；在第1模式下，全部发射阵元依次发射信号，全部接收阵元接收回波信号，在第2模式下，1个发射阵元发射信号，1个接收阵元接收回波信号；数字信号处理器被配置为：针对第1模式下的第1数字信号，执行二维傅里叶变换、非相干积累、目标检测、角度测量和目标跟踪操作，从而获得目标信息；针对第2模式下的第2数字信号，执行一维傅里叶变换，然后根据目标信息，执行后向投影算法，获得地面坐标系中各点的图像信息；针对图像信息执行车型识别算法，获得各目标的车型信息。

Description

一种用于识别车型的微波雷达装置
技术领域
本发明涉及微波测距测速领域，具体涉及用于交通控制的微波雷达系统，更具体涉及一种用于识别车型的微波雷达装置。
背景技术
对车型的识别技术，在红绿灯配时、ETC稽查稽核等智能交通场景中的具有广阔的应用空间。目前，对于车型进行识别的技术，主要包括以下三种：
1、通过视觉传感器获取图像数据。图像数据中富含丰富的目标特征信息，利用深度学习技术可以提取出车辆的品牌、车型、颜色等信息。然而，在暴雨、大雪、大雾等极端天气下，或在黑夜等低光照条件下，摄像机无法获取有效的图像数据，车型识别功能失效。
2、通过激光雷达获取三维点云数据。三维点云数据能够较准确的勾画出目标车辆的轮廓，结合机器学习技术实现车型识别。然而，现阶段激光雷达的价格极为昂贵，且在暴雨、大雪、大雾等极端天气下无法正常工作。
3、通过微波雷达提取电磁特征数据。微波雷达能够在任何天气条件、任何光照条件下正常工作。然而，微波雷达的角度分辨性能远逊于摄像机和激光雷达；尽管通过微多普勒技术、频谱分析技术能够提取出某些目标特征，然而这些特征的鲁棒性较差，导致车型识别效果不佳。例如，发明名称为“基于多普勒交通雷达进行车型识别的方法”、公开号为CN102360528B的现有专利，通过对雷达的时域回波信号进行快速傅里叶变换，然后从中提取多普勒频谱特征，来推测车辆长度等轮廓特征，但其识别精度和分辨率不高，且探测距离较短。
可见，本领域中需要一种改进的用于识别车型的技术方案。
发明内容
根据本发明的实施例，提供了一种用于识别车型的微波雷达装置，包括：
数字信号处理器，包括微处理器CPU、模数转换器ADC、数模转换器DAC、静态随机存取存储器SRAM，且被配置为通过数模转换器DAC调制压控振荡器发射波形，通过模数转换器ADC将中频模拟信号转换成数字信号，并将该数字信号存储在静态随机存取存储器SRAM内，以及通过微处理器CPU对数字信号进行算法处理；
压控振荡器，被配置为将模拟电压信号转换成高频振荡的电磁波；
功率放大器，被配置为提高压控振荡器输出的能量；
发射天线阵列，包括至少1个发射天线阵元，被配置为发射探测目标的电磁波信号；
接收天线阵列，包括至少2个接收天线阵元，被配置为接收目标散射的电磁波信号；
低噪声放大器，被配置为提高目标散射的电磁波信号的能量，在这个过程中引入较低的噪声；
混频器，被配置为将接收的目标散射电磁波信号，与发射的探测目标电磁波信号做混频，输出中频信号，
其中，所述发射天线阵列和接收天线阵列被设置为其法向与道路方向成夹角，
其中，所述微波雷达装置包括按时间切换的第1工作模式和第2工作模式，在第1工作模式下，全部发射天线阵元依次发射电磁波信号，全部接收天线阵元接收回波信号，在第2工作模式下，1个发射天线阵元发射电磁波信号，1个接收天线阵元接收回波信号，并且
其中，所述数字信号处理器被配置为执行如下算法处理：
针对在第1工作模式下接收到的第1数字信号，执行二维傅里叶变换、非相干积累、目标检测、角度测量和目标跟踪操作，从而获得车辆目标信息；
针对在第2工作模式下接收到的第2数字信号，执行一维傅里叶变换；
根据所述车辆目标信息，针对所述一维傅里叶变换的结果执行后向投影算法，获得地面坐标系中各点的图像信息；
针对所述图像信息执行车型识别算法，从而获得各车辆目标的车型信息。
在一些实施例中，所述第1数字信号记为
Figure 800871DEST_PATH_IMAGE001
，表示
Figure 61082DEST_PATH_IMAGE002
个接收通道、第
Figure 454018DEST_PATH_IMAGE003
个宽带调制信号的第
Figure 947316DEST_PATH_IMAGE004
个采样点的采样值，
所述二维傅里叶变换表示如下：
Figure 247847DEST_PATH_IMAGE005
，其中，
Figure 156373DEST_PATH_IMAGE006
表示二维窗函数，N 1 表示在第1工作模式下采样点的数量，K 1 表示在第1工作模式下宽带调制信号的数量，n 1 、k 1 表示该二维傅里叶变换引入的新变量；
所述非相干积累操作表示如下：
Figure 392313DEST_PATH_IMAGE007
，其中M T 表示发射天线阵元的数量，M R 表示接收天线阵元的数量；
所述目标检测操作表示如下：
如果满足
Figure 389219DEST_PATH_IMAGE008
，则在距离
Figure 493441DEST_PATH_IMAGE009
、速度
Figure 852879DEST_PATH_IMAGE010
处，存在目标，其中
Figure 243409DEST_PATH_IMAGE011
和
Figure 586665DEST_PATH_IMAGE012
为检测算法参数，表示电磁波传播速度，B 1 表示第1工作模式下发射信号带宽，
Figure 104365DEST_PATH_IMAGE013
表示雷达工作波长，T 1 表示第1工作模式下的宽带调制信号的时间间隔；
所述角度测量操作如下：
对于(n 1 ,k 1 )处的目标，其角度
Figure 849467DEST_PATH_IMAGE014
由下式计算得到，
Figure 286265DEST_PATH_IMAGE015
，其中
Figure 382397DEST_PATH_IMAGE016
表示第
Figure 687476DEST_PATH_IMAGE017
个接收通道的横向位置，
Figure 552664DEST_PATH_IMAGE018
表示第
Figure 767220DEST_PATH_IMAGE019
个接收通道的初始相位；以及
所述目标跟踪包括对目标的距离
Figure 819490DEST_PATH_IMAGE020
、速度
Figure 662681DEST_PATH_IMAGE021
和角度
Figure 382375DEST_PATH_IMAGE022
进行平滑滤波。
在一些实施例中，所述第2数字信号记为
Figure 426555DEST_PATH_IMAGE023
，表示第
Figure 841487DEST_PATH_IMAGE024
个宽带调制信号的第
Figure 363735DEST_PATH_IMAGE025
个采样点的采样值，
所述一维傅里叶变换表示如下：
Figure 203515DEST_PATH_IMAGE026
，其中
Figure 277650DEST_PATH_IMAGE027
表示一维窗函数，N 2 表示在第2工作模式下采样点的数量，K 2 表示在第2工作模式下宽带调制信号的数量，n 1 为该一维傅里叶变换引入的新变量；
所述后向投影算法表示如下：
Figure 38933DEST_PATH_IMAGE028
其中，
Figure 896030DEST_PATH_IMAGE029
，
B 2 表示第2工作模式下发射信号带宽，T 2 表示第2工作模式下的宽带调制信号的时间间隔，
Figure 668945DEST_PATH_IMAGE030
表示所述发射天线阵列和接收天线阵列的法向与道路方向的夹角，I(x,y)表示地面坐标系中各点的图像信息；
所述车型识别算法包括通过如下操作获得车长
Figure 789348DEST_PATH_IMAGE031
和车宽
Figure 428140DEST_PATH_IMAGE032
：
Figure 557770DEST_PATH_IMAGE033
其中，
Figure 450771DEST_PATH_IMAGE034
表示图像的检测阈值。
在一些实施例中，所述车型识别算法还包括按照如下分类输出车型信息：
Figure 7654DEST_PATH_IMAGE035
。
根据本发明的实施例的识别车型的微波雷达装置结合了微波雷达的合成孔径技术，利用目标的相对运动等效为一个大型天线孔径，并创造性地引入分时切换的跟踪模式和成像模式，利用对特定车辆目标的跟踪参数进行成像，从成像结果提取车辆轮廓，识别车辆，实现了对车辆的高角度分辨率的跟踪和车型识别。与其它车型识别技术相比，具有低成本、高可靠性、且能够在各种天气和光照条件下工作的优点。
附图说明
图1示出了根据本发明的实施例的一种用于识别车型的微波雷达装置的安装示意图。
图2示出了根据本发明的实施例的用于识别车型的微波雷达装置的结构示意图。
图3示出了根据本发明的实施例的用于识别车型的微波雷达装置中的数字信号处理器的结构示意图。
图4示出了根据本发明的实施例的用于识别车型的微波雷达装置中的发射天线阵列和接收天线阵列的布置示意图。
图5示出了根据本发明的实施例的用于识别车型的微波雷达装置的工作模式。
图6示出了根据本发明的实施例的用于识别车型的微波雷达装置中的数字信号处理器所执行的具体算法。
具体实施方式
下面参照附图详细描述本发明的实施例。在附图及下面的描述中，阐述了许多具体细节以便使所属技术领域的技术人员更全面地了解本发明。但是，对于所属技术领域内的技术人员明显的是，本发明的实现可不具有这些具体细节中的一些。此外，应当理解的是，本发明并不限于所图示和介绍的特定实施例。相反，可以考虑用图示和描述的特征和要素的任意组合来实施本发明，而无论它们是否涉及不同的实施例。因此，图示和描述的方面、特征、实施例和优点仅作说明之用而不应被看作是权利要求的要素或限定，除非在权利要求中明确提出。
本发明提出了一种用于识别车型的微波雷达装置，其结合微波雷达的合成孔径成像技术，利用目标的相对运动等效为一个大型天线孔径，实现对车辆的高角度分辨率观测，获得雷达图像，再提取轮廓特征进行车型识别。与其它车型识别技术相比，具有低成本、高可靠性、不论天气、光照条件工作的优点。
微波雷达的角度分辨率与天线口径尺寸成反比，如下式如示：
Figure 9108DEST_PATH_IMAGE036
其中，
Figure 67063DEST_PATH_IMAGE037
表示角度分辨率，
Figure 939204DEST_PATH_IMAGE038
表示电磁波波长，
Figure 539425DEST_PATH_IMAGE039
表示天线口径尺寸。
合成孔径技术，通过目标的相对运动等效为一个大天线孔径，有效提升了雷达角度分辨率。例如，利用该技术，低轨道星载雷达能够实现对地观测0.3m的分辨率，相当于0.000032deg，远优于激光雷达0.08deg。
现参照图1，其示出了根据本发明的实施例的一种用于识别车型的微波雷达装置100的安装示意图。
如图1中所示，根据本发明的实施例的用于识别车型的微波雷达装置100安装在路侧，微波雷达装置100的天线阵列的法向与道路方向之间存在一个夹角，即图中的
Figure 762596DEST_PATH_IMAGE040
，该角度
Figure 234029DEST_PATH_IMAGE040
的范围可以为大于0度且小于180度，从而使得该微波雷达装置100发射的电磁波能够到达道路上的车辆并从车辆反射回波。
现参照图2和图3，其中图2示出了根据本发明的实施例的用于识别车型的微波雷达装置100的结构示意图，图3示出了根据本发明的实施例的用于识别车型的微波雷达装置100中的数字信号处理器110的结构示意图。如图2和图3中所示，该微波雷达装置100包括如下部件：
数字信号处理器110，其包括微处理器CPU 111（例如ARM、DSP、FPGA等架构的微控制器、微处理器、数字信号处理器等）、模数转换器ADC 112、数模转换器DAC 113以及静态随机存取存储器SRAM 114，且被配置为通过数模转换器DAC 113调制压控振荡器120发射波形，通过模数转换器ADC 112将中频模拟信号转换成数字信号，并将该数字信号存储在静态随机存取存储器SRAM 114内，以及对数字信号进行相应的算法处理；
压控振荡器120，被配置为将模拟电压信号转换成高频振荡的电磁波；
功率放大器130，被配置为提高压控振荡器120输出的能量；
发射天线阵列140，包括至少1个发射天线阵元141，被配置为发射探测目标的电磁波信号；
接收天线阵列150，包括至少2个接收天线阵元151，被配置为接收目标散射的电磁波信号；
低噪声放大器160，被配置为提高目标散射的电磁波信号的能量，在这个过程中引入较低的噪声；
混频器170，被配置为将接收的目标散射电磁波信号，与发射的探测目标电磁波信号做混频，输出中频信号。
现参照图4，其示出了根据本发明的实施例的用于识别车型的微波雷达装置100中的发射天线阵列140和接收天线阵列150的布置示意图。
如图4中所示，所述发射天线阵列140包含M T 个发射阵元141，所述接收天线阵列150包含M R 个接收阵元151，并且满足：
Figure 350889DEST_PATH_IMAGE041
雷达天线阵列的法向与道路方向之间存在一个夹角，即
Figure 515154DEST_PATH_IMAGE042
。
现参照图5，其示出了根据本发明的实施例的用于识别车型的微波雷达装置100的工作模式。
如图5中所示，该微波雷达装置100包括交替切换的以下两个工作模式：
a) 模式1，即跟踪模式，由全部 M T 个发射阵元发射电磁波信号、全部M R 个接收阵元接收回波信号，并记该模式下模数转换器ADC采集到的信号为“中频信号1”，用于对目标车辆的位置进行连续跟踪；
b) 模式2，即成像模式，由1个发射阵元发射电磁波信号、1个接收阵元接收回波信号，并记该模式下模数转换器ADC采集到的信号为“中频信号2”，用于对指定目标进行成像。
在模式1和模式2下，发射信号都是一组多个宽带调制信号，包括但不限于线性调频信号、非线性调频信号、巴克码信号等。每个模式例如可持续若干毫秒。
现参照图6，其示出了根据本发明的实施例的用于识别车型的微波雷达装置100中的数字信号处理器110所执行的具体算法。
如图6中所示，该算法包括以下步骤601-608，其中步骤601-605针对中频信号1执行，用于进行目标跟踪。中频信号1，即模式1（跟踪模式）下接收到的数字信号，可记为
Figure 835408DEST_PATH_IMAGE043
，表示第
Figure 376111DEST_PATH_IMAGE044
个接收通道、第
Figure 488424DEST_PATH_IMAGE045
个宽带调制信号的第
Figure 151486DEST_PATH_IMAGE046
个采样点的采样值。在本文中，一个接收通道为一个发射阵元和一个接收阵元的组合。
步骤606针对中频信号2执行一维傅里叶变换。中频信号2，即模式2（成像模式）下接收到的数字信号，可记为
Figure 614828DEST_PATH_IMAGE047
，表示第
Figure 428064DEST_PATH_IMAGE048
个宽带调制信号的第
Figure 739090DEST_PATH_IMAGE049
个采样点的采样值。步骤607基于步骤605的目标跟踪信息，针对步骤606的一维傅里叶变换结果，执行合成孔径技术中的后向投影算法，获得目标的图像信息，即地面坐标系中包含目标的各点的回波强度信息。在步骤607，根据目标的图像信息进行车型识别。
具体地，在步骤601，针对中频信号1，执行二维傅里叶变换，即对
Figure 838633DEST_PATH_IMAGE050
进行以下操作，得到
Figure 54851DEST_PATH_IMAGE051
：
Figure 406198DEST_PATH_IMAGE052
其中，
Figure 102890DEST_PATH_IMAGE053
表示二维窗函数，包括但不限于切比雪夫窗函数、汉明窗函数等，N 1 表示在模式1下采样点的数量，K 1 表示在模式1下宽带调制信号的数量，n 1 、k 1 表示该二维傅里叶变换引入的新变量；
在步骤602，执行非相干积累操作，即对
Figure 514279DEST_PATH_IMAGE054
进行以下操作，得到
Figure 545689DEST_PATH_IMAGE055
：
Figure 435148DEST_PATH_IMAGE056
在步骤603，执行目标检测操作，即对
Figure 907718DEST_PATH_IMAGE057
进行以下操作，若满足下式，则在距离
Figure 108585DEST_PATH_IMAGE058
（其中
Figure 502657DEST_PATH_IMAGE059
表示电磁波传播速度，B 1 表示模式1下发射信号带宽）、速度
Figure 320440DEST_PATH_IMAGE060
（其中
Figure 647516DEST_PATH_IMAGE061
表示雷达工作波长， T 1 表示模式1下宽带调制信号的时间间隔）处，存在目标，其中
Figure 400709DEST_PATH_IMAGE062
和
Figure 157443DEST_PATH_IMAGE063
为检测算法参数，
Figure 388705DEST_PATH_IMAGE064
在步骤604，执行角度测量操作，即对于(n 1 ,k 1 )处的目标，其角度
Figure 163763DEST_PATH_IMAGE065
由下式计算得到，其中
Figure 619015DEST_PATH_IMAGE066
表示第
Figure 987679DEST_PATH_IMAGE067
个接收通道的横向位置，
Figure 897997DEST_PATH_IMAGE068
表示第
Figure 934087DEST_PATH_IMAGE069
个接收通道的初始相位，
Figure 29081DEST_PATH_IMAGE070
。
在这里，角度
Figure 9676DEST_PATH_IMAGE071
是指雷达与目标之间的连线与雷达天线法向之间的夹角。所述第
Figure 582740DEST_PATH_IMAGE072
个接收通道的横向位置
Figure 145439DEST_PATH_IMAGE073
是指第
Figure 411335DEST_PATH_IMAGE072
个接收通道的发射天线阵元与接收天线阵元的横向位置之和，所述横向位置是指在以雷达位置（具体地，例如雷达的质心位置）为坐标原点、以道路方向为纵轴方向的地面坐标系中的横坐标。所述第
Figure 830291DEST_PATH_IMAGE072
个接收通道的初始相位
Figure 597259DEST_PATH_IMAGE074
是由第
Figure 76781DEST_PATH_IMAGE072
个接收通道的接收天线阵元与雷达馈线之间的距离等雷达电气特性决定的雷达初始参数。
在步骤605，执行目标跟踪操作，即对目标的距离
Figure 123366DEST_PATH_IMAGE075
、速度
Figure 547394DEST_PATH_IMAGE076
和角度
Figure 275310DEST_PATH_IMAGE077
进行平滑滤波，包括但不限于
Figure 265131DEST_PATH_IMAGE078
滤波、
Figure 607251DEST_PATH_IMAGE079
滤波、卡尔曼滤波、粒子滤波等。
在以上步骤601-605中，针对模式1下的中频信号1执行操作，可产生若干个目标的距离
Figure 190679DEST_PATH_IMAGE080
、速度
Figure 784603DEST_PATH_IMAGE081
和角度
Figure 504297DEST_PATH_IMAGE082
，每个目标代表被雷达跟踪到的道路上的一个车辆。在以下步骤中，根据跟踪到的每一个目标的距离
Figure 814056DEST_PATH_IMAGE083
、速度
Figure 212676DEST_PATH_IMAGE084
和角度
Figure 503DEST_PATH_IMAGE085
，进行成像和车型识别操作。
在步骤606，针对中频信号2，执行一维傅里叶变换，即对
Figure 915982DEST_PATH_IMAGE086
进行以下操作，得到
Figure 865484DEST_PATH_IMAGE087
：
Figure 16979DEST_PATH_IMAGE088
，其中
Figure 342918DEST_PATH_IMAGE089
表示一维窗函数，N 2 表示在模式2下采样点的数量，K 2 表示模式2下宽带调制信号的数量，
Figure 771626DEST_PATH_IMAGE090
为该一维傅里叶变换引入的新变量。
在步骤607，基于步骤605获得的每一个目标的距离
Figure 767395DEST_PATH_IMAGE091
、速度
Figure 281553DEST_PATH_IMAGE092
和角度
Figure 676762DEST_PATH_IMAGE093
，执行后向投影算法，即对
Figure 819030DEST_PATH_IMAGE094
进行一些操作，得到最终图像
Figure 375914DEST_PATH_IMAGE095
，即
Figure 642947DEST_PATH_IMAGE096
，
其中，
Figure 920475DEST_PATH_IMAGE097
，
B 2 表示模式2下发射信号带宽，T 2 表示模式2下的宽带调制信号的时间间隔，
Figure 58196DEST_PATH_IMAGE098
表示所述雷达天线的法向与道路方向的夹角，
Figure 910614DEST_PATH_IMAGE099
表示地面坐标系中各点的图像信息，该地面坐标系以雷达位置（具体地，例如雷达的质心位置）为坐标原点、以道路方向为纵轴方向。图像信息
Figure 868206DEST_PATH_IMAGE099
表示地面坐标系中各坐标点的雷达回波强度信息。
在步骤608，执行车型识别算法，即对
Figure 870797DEST_PATH_IMAGE100
进行以下操作，获得车长
Figure 738390DEST_PATH_IMAGE101
和车宽
Figure 371497DEST_PATH_IMAGE102
，并按照下表进行分类，输出车型：
Figure 206597DEST_PATH_IMAGE103
Figure 216142DEST_PATH_IMAGE104
其中，
Figure 594033DEST_PATH_IMAGE105
表示图像
Figure 536057DEST_PATH_IMAGE106
的检测阈值，其可以根据需要设定。当然，在其他实施例中，所述小型车、中型车等车型的定义可以改变。
根据本发明的实施例的用于识别车型的微波雷达装置100不仅可以识别车型，还能根据雷达成像结果识别其种类，例如机动车、非机动车、行人等等。本发明对雷达工作频段没有任何要求，可以用于各个频段的雷达，包括但不限于P频段、L频段、C频段、X频段、Ku频段、K频段、Ka频段、W频段等。
以上参照附图描述了根据本发明的实施例的用于识别车型的微波雷达装置100，应指出的是，以上描述和图示仅为示例，而不是对本发明的限制。在本发明的其他实施例中，该用于识别车型的微波雷达装置100可具有更多、更少或不同的部件，且各部件之间的连接、包含和功能等关系可以与所描述和图示的不同。例如，某些部件可以组合为一个更大的部件，一个部件可以分解为几个较小的部件，由某个部件执行的功能也可能由另一个部件执行。再例如，在一些实施例中，该用于识别车型的微波雷达装置100中的部件执行的算法中的一些步骤可以与以上描述的不同，等等。所有这些变化都处于本发明的精神和范围之内。
根据本发明的实施例的识别车型的微波雷达装置结合了微波雷达的合成孔径技术，利用目标的相对运动等效为一个大型天线孔径，并创造性地引入分时切换的跟踪模式和成像模式，利用对特定车辆目标的跟踪参数进行成像，从成像结果提取车辆轮廓，识别车辆，实现了对车辆的高角度分辨率的跟踪和车型识别。与其它车型识别技术相比，具有低成本、高可靠性、且能够在各种天气和光照条件下工作的优点。
本说明书中涉及的各术语的含义一般为本领域中的通常含义，或者为本领域技术人员在阅读本说明书之后所正常理解的含义。在此使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，并非对本发明进行限制。正如在此使用的那样，单数形式“一”、“一个”和“所述”旨在同时包括复数形式，除非上下文另外明确指出。将进一步理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定存在所述特性、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但并不排除其中存在或添加一个或多个其他特性、整数、步骤、操作、元件、组件和/或由此构成的组。本说明书中的用语 “连接”、“相连”等类似术语通常包括机械连接、电连接、通信连接或其组合，且通常既可以包括直接连接，也包括经由其他部件的间接连通或连接。本说明书中的用语“第一”、“第二”等仅用于区别不同部件或要素，而不表示这些部件或要素之间的任何重要性或顺序关系。
权利要求中的所有装置功能元件或步骤功能元件（在适用时）的对应结构、材料、操作和等价物旨在包括用于与如具体声明的那样的其他所声明的元件结合执行所述功能的任何结构、材料或操作。出于说明和描述目的给出了对本发明的描述，但是所述描述并非旨在是穷举的或是将本发明限于所公开的形式。在不偏离本发明的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域的技术人员来说都将是显而易见的。实施例的选择和描述是为了最佳地解释本发明的原理和实际应用，并且使得本领域的其他技术人员能够针对具有各种修改的适合于所构想的特定使用的各种实施例理解本发明。因此，尽管根据实施例对本发明进行了描述，但是本领域的技术人员将理解，本发明的实现可以具有修改并且处于所附权利要求的精神和范围中。

Claims (4)

1.一种用于识别车型的微波雷达装置，包括：
数字信号处理器，包括微处理器CPU、模数转换器ADC、数模转换器DAC、静态随机存取存储器SRAM，且被配置为通过数模转换器DAC调制压控振荡器发射波形，通过模数转换器ADC将中频模拟信号转换成数字信号，并将该数字信号存储在静态随机存取存储器SRAM内，以及通过微处理器CPU对数字信号进行算法处理；
压控振荡器，被配置为将模拟电压信号转换成高频振荡的电磁波；
功率放大器，被配置为提高压控振荡器输出的能量；
发射天线阵列，包括至少1个发射天线阵元，被配置为发射探测目标的电磁波信号；
接收天线阵列，包括至少2个接收天线阵元，被配置为接收目标散射的电磁波信号；
低噪声放大器，被配置为提高目标散射的电磁波信号的能量，在这个过程中引入较低的噪声；
混频器，被配置为将接收的目标散射电磁波信号，与发射的探测目标电磁波信号做混频，输出中频信号，
其中，所述发射天线阵列和接收天线阵列被设置为其法向与道路方向成夹角，
其中，所述微波雷达装置包括按时间切换的第1工作模式和第2工作模式，在第1工作模式下，全部发射天线阵元依次发射电磁波信号，全部接收天线阵元接收回波信号，在第2工作模式下，1个发射天线阵元发射电磁波信号，1个接收天线阵元接收回波信号，并且
其中，所述数字信号处理器被配置为执行如下算法处理：
针对在第1工作模式下接收到的第1数字信号，执行二维傅里叶变换、非相干积累、目标检测、角度测量和目标跟踪操作，从而获得车辆目标信息；
针对在第2工作模式下接收到的第2数字信号，执行一维傅里叶变换；
根据所述车辆目标信息，针对所述一维傅里叶变换的结果执行后向投影算法，获得地面坐标系中各点的图像信息；
针对所述图像信息执行车型识别算法，从而获得各车辆目标的车型信息。
2.根据权利要求1所述的微波雷达装置，其中：
所述第1数字信号记为
Figure 757046DEST_PATH_IMAGE001
，表示第
Figure 143028DEST_PATH_IMAGE002
个接收通道、第
Figure 922765DEST_PATH_IMAGE003
个宽带调制信号的第
Figure 911450DEST_PATH_IMAGE004
个采样点的采样值，
所述二维傅里叶变换表示如下：
Figure 194663DEST_PATH_IMAGE005
，其中，
Figure 361334DEST_PATH_IMAGE006
表示二维窗函数，N 1 表示在第1工作模式下采样点的数量，K 1 表示在第1工作模式下宽带调制信号的数量，n 1 、k 1 表示该二维傅里叶变换引入的新变量；
所述非相干积累操作表示如下：
Figure 97209DEST_PATH_IMAGE007
，其中M T 表示发射天线阵元的数量，M R 表示接收天线阵元的数量；
所述目标检测操作表示如下：
如果满足
Figure 296109DEST_PATH_IMAGE008
，则在距离
Figure 558463DEST_PATH_IMAGE009
、速度
Figure 20668DEST_PATH_IMAGE010
处，存在目标，其中
Figure 119205DEST_PATH_IMAGE011
和
Figure 856217DEST_PATH_IMAGE012
为检测算法参数，
Figure 848444DEST_PATH_IMAGE013
表示电磁波传播速度，B 1 表示第1工作模式下发射信号带宽，
Figure 871764DEST_PATH_IMAGE014
表示雷达工作波长，T 1 表示第1工作模式下的宽带调制信号的时间间隔；
所述角度测量操作如下：
对于
Figure 582231DEST_PATH_IMAGE015
处的目标，其角度
Figure 857354DEST_PATH_IMAGE016
由下式计算得到，
Figure 845033DEST_PATH_IMAGE017
，其中
Figure 649041DEST_PATH_IMAGE018
表示第
Figure 971438DEST_PATH_IMAGE019
个接收通道的横向位置，
Figure 519094DEST_PATH_IMAGE020
表示第
Figure 358349DEST_PATH_IMAGE021
个接收通道的初始相位；以及
所述目标跟踪包括对目标的距离
Figure 192313DEST_PATH_IMAGE022
、速度
Figure 142952DEST_PATH_IMAGE023
和角度
Figure 494298DEST_PATH_IMAGE024
进行平滑滤波。
3.根据权利要求2所述的微波雷达装置，其中，
所述第2数字信号记为，表示第个宽带调制信号的第个采样点的采样值，
所述一维傅里叶变换表示如下：
Figure 190990DEST_PATH_IMAGE025
，其中
Figure 602380DEST_PATH_IMAGE026
表示一维窗函数，N 2 表示在第2工作模式下采样点的数量，K 2 表示在第2工作模式下宽带调制信号的数量，n 1 为该一维傅里叶变换引入的新变量；
所述后向投影算法表示如下：
Figure 633790DEST_PATH_IMAGE027
其中，
Figure 523248DEST_PATH_IMAGE028
，
B 2 表示第2工作模式下发射信号带宽，T 2 表示第2工作模式下的宽带调制信号的时间间隔，
Figure 340026DEST_PATH_IMAGE029
表示所述发射天线阵列和接收天线阵列的法向与道路方向的夹角，I(x,y)表示地面坐标系中各点的图像信息；
所述车型识别算法包括通过如下操作获得车长
Figure 453475DEST_PATH_IMAGE030
和车宽
Figure 847548DEST_PATH_IMAGE031
：
Figure 665331DEST_PATH_IMAGE032
其中，
Figure 195669DEST_PATH_IMAGE033
表示图像
Figure 824228DEST_PATH_IMAGE034
的检测阈值。
4.根据权利要求3所述的微波雷达装置，其中，所述车型识别算法还包括按照如下分类输出车型信息：
Figure 236755DEST_PATH_IMAGE035
。
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