CN116908798A - 干扰信号检测方法、干扰信号抑制方法以及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种干扰信号检测方法、干扰信号抑制方法以及装置，本发明方案首先获取降采样后的数字中频信号，然后通过双向滑窗等处理方式，进行干扰检测，得到数字中频信号所受干扰的程度和位置信息；在干扰程度为轻度时，对受干扰的区域进行干扰抑制处理，将受干扰区域替换为未受干扰的信号片段，以实现干扰信号检测和抑制，其中，本发明中的干扰信号检测方法通过拟合数字中频信号的包络，并基于包络计算干扰检测阈值，该方式不会受到干扰信号相对变化的影响，以使干扰检测阈值可以随着数字中频信号自适应变化，使得本发明方法可以有效地提高对车载毫米波雷达中干扰信号进行检测和抑制的精准性和稳定性，进而提高雷达运行的稳定性和精度。
Description
技术领域
本发明涉及车载毫米波雷达抗干扰技术领域，具体涉及一种干扰信号检测方法、干扰信号抑制方法以及装置。
背景技术
车载毫米波雷达是自动驾驶汽车的重要传感器之一，由于其全时全天候的能力，被广泛使用；其中，现有技术中线性调频连续波雷达由于其具有能同时测量目标距离和速度，且信号处理复杂度低的优点，而被广泛应用于汽车雷达领域，同时，集成电路和半导体的技术进步使得单芯片汽车雷达能够以低成本批量生产，使得毫米波雷达系统被配备到更多的汽车上，即现在的技术进步使得单芯片的汽车雷达可以大规模生产，越来越多的汽车开始配备毫米波雷达系统。
然而，随着雷达的普及，如何保证多个雷达在同一场景中正常工作成为了一个急需解决的问题，由于不同雷达之间会相互干扰，这会降低雷达的探测能力，甚至出现虚警或漏警问题，影响雷达系统的正常工作；
传统技术中，干扰检测方法是通过采用幅度或能量阈值判断实现的，这种方式稳定性较差，其性能与阈值的大小关系密切，同时，对应的干扰抑制方法则是通过将受干扰的信号置零或降低幅度实现的，该方法可能会带来额外的高频分量，甚至会导致无法完全消除干扰信号，上述问题使得现有车载毫米波雷达干扰检测与抑制方法的精准性和稳定性较差，因此，当前们需要更为精准且稳定的干扰检测和抑制方法来确保车载毫米波雷达的正常工作。
发明内容
本发明实施例提供一种干扰信号检测方法、干扰信号抑制方法以及装置，至少能保证，本发明方案通过首先获取降采样后的数字中频信号，然后通过双向滑窗等处理方式，进行干扰检测，得到数字中频信号所受干扰的程度和位置信息；在干扰程度为轻度时，对受干扰的区域进行干扰抑制处理，将受干扰区域替换为未受干扰的信号片段，以实现干扰信号检测和抑制，进而可以有效地提高对车载毫米波雷达中干扰信号进行检测和抑制的精准性和稳定性，进而提高雷达运行的稳定性和精度。
第一方面，本发明实施例提供了一种干扰信号检测方法，应用于车载毫米波雷达，所述方法包括：
获取车载毫米波雷达的数字中频信号，并对所述数字中频信号进行双向滑窗处理，得到所述数字中频信号中多个采样点双向滑窗的包络值；
根据多个所述包络值的中位数计算干扰检测阈值；
遍历多个所述包络值，获取所述包络值连续大于所述干扰检测阈值的连续点数；
设置点数门限，将所述连续点数大于所述点数门限的多个所述包络值对应的采样点区域确定为干扰区域，并将所述干扰区域的位置信息记录在干扰位置信息矩阵中；
遍历所述干扰位置信息矩阵，确定所述干扰区域对应的采样点个数占所述数字中频信号总长度的比例，并根据所述比例将干扰程度划分为未受干扰、轻度干扰和严重干扰。
在一些实施例中，所述对所述数字中频信号进行双向滑窗处理，得到所述数字中频信号中多个采样点双向滑窗的包络值，包括：
对滑窗的长度和大小进行初始化设置处理；
遍历所述数字中频信号，对所述数字中频信号中多个采样点进行前向滑窗和后向滑窗处理，得到多个所述采样点的前向滑窗包络值和后向滑窗包络值；
将所述前向滑窗包络值和所述后向滑窗包络值中的较小值确定为所述采样点双向滑窗的包络值，以得到多个所述采样点双向滑窗的包络值。
在一些实施例中，所述对所述数字中频信号中多个采样点进行前向滑窗和后向滑窗处理，得到多个所述采样点的前向滑窗包络值和后向滑窗包络值，包括：
以所述采样点为起点，增大采样点的索引，根据所述滑窗的长度顺序取出多个采样点；将大于索引最大值的索引值确定为所述索引最大值，以使取出的数据点数小于滑窗长度；计算滑窗内多个采样点的绝对值，并将多个绝对值中的最大值确定为所述采样点的前向滑窗包络值；
以所述采样点为起点，减小采样点的索引，根据所述滑窗的长度顺序取出多个采样点；将小于索引最小值的索引值确定为所述索引最小值，以使取出的数据点数小于所述滑窗长度；计算滑窗内多个采样点的绝对值，并将多个绝对值中的最大值确定为所述采样点的后向滑窗包络值。
在一些实施例中，所述干扰位置信息矩阵中记载有所述干扰区域的数量信息、所述干扰区域的起始索引信息和终止索引信息。
在一些实施例中，所述获取车载毫米波雷达的数字中频信号，包括：
获取车载毫米波雷达的雷达发射信号和目标回波信号；
将所述雷达发射信号作为参考信号，对目标回波信号进行混频、滤波、放大处理，得到中频信号；
对所述中频信号进行采样处理，得到所述数字中频信号。
在一些实施例中，所述遍历多个所述包络值，获取所述包络值连续大于所述干扰检测阈值的连续点数，包括：
遍历多个所述包络值，生成干扰标志位矩阵，其中，当所述包络值大于所述干扰检测阈值时，将所述干扰标志位矩阵中对应的位置点设置为1，当所述包络值小于或者等于所述干扰检测阈值时，将所述干扰标志位矩阵中对应的位置点设置为0；
根据所述干扰标志位矩阵中值为1的多个连续位置点的数量确定所述连续点数。
第二方面，本发明实施例提供了一种干扰信号抑制方法，应用于车载毫米波雷达，所述方法包括：
获取车载毫米波雷达的数字中频信号，并对所述数字中频信号进行双向滑窗处理，得到所述数字中频信号中多个采样点双向滑窗的包络值；根据多个所述包络值的中位数计算干扰检测阈值；遍历多个所述包络值，获取所述包络值连续大于所述干扰检测阈值的连续点数；设置点数门限，将所述连续点数大于所述点数门限的多个所述包络值对应的采样点区域确定为干扰区域，并将所述干扰区域的位置信息记录在干扰位置信息矩阵中；遍历所述干扰位置信息矩阵，确定所述干扰区域对应的采样点个数占所述数字中频信号总长度的比例，并根据所述比例将干扰程度划分为未受干扰、轻度干扰和严重干扰；
在所述干扰程度为轻度干扰的情况下，遍历所述干扰位置信息矩阵，从所述数字中频信号中确定最长的未受干扰信号片段，以根据所述未受干扰信号片段的数据对所述干扰区域的数据进行替换处理。
第三方面，本发明实施例提供了一种车载毫米波雷达的干扰检测与抑制装置，所述装置包括数字中频信号接收模块、干扰检测模块和干扰抑制模块；
所述数字中频信号接收模块，用于获取车载毫米波雷达的数字中频信号；
所述干扰检测模块，用于对所述数字中频信号进行双向滑窗处理，得到所述数字中频信号中多个采样点双向滑窗的包络值；根据多个所述包络值的中位数计算干扰检测阈值；遍历多个所述包络值，获取所述包络值连续大于所述干扰检测阈值的连续点数；设置点数门限，将所述连续点数大于所述点数门限的多个所述包络值对应的采样点区域确定为干扰区域，并将所述干扰区域的位置信息记录在干扰位置信息矩阵中；遍历所述干扰位置信息矩阵，确定所述干扰区域对应的采样点个数占所述数字中频信号总长度的比例，并根据所述比例将干扰程度划分为未受干扰、轻度干扰和严重干扰；
所述干扰抑制模块，用于在所述干扰程度为轻度干扰的情况下，遍历所述干扰位置信息矩阵，从所述数字中频信号中确定最长的未受干扰信号片段，以根据所述未受干扰信号片段的数据对所述干扰区域的数据进行替换处理。
第四方面，本发明实施例提供了一种控制器，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第一方面中任意一项实施例所述的干扰信号检测方法，并实现如第二方面中任意一项实施例所述的干扰信号抑制方法。
第五方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令用于执行如第一方面中任意一项实施例所述的干扰信号检测方法，并实现如第二方面中任意一项实施例所述的干扰信号抑制方法。
本发明至少具有以下有益效果：本发明提出了一种干扰信号检测方法、干扰信号抑制方法以及装置，至少能保证，本发明方案通过首先获取降采样后的数字中频信号，然后通过双向滑窗等处理方式，进行干扰检测，得到数字中频信号所受干扰的程度和位置信息；在干扰程度为轻度时，对受干扰的区域进行干扰抑制处理，将受干扰区域替换为未受干扰的信号片段，以实现干扰信号检测和抑制，其中，本发明中的干扰信号检测方法通过拟合数字中频信号的包络，并基于包络计算干扰检测阈值的方式不会受到干扰信号相对变化的影响，与现有设置幅度或能量的阈值方法相比可以随着数字中频信号自适应变化，此外还可以估计出数字中频信号受到干扰的程度，进而可以用于判断是否进一步处理，以节约计算资源，而在干扰信号抑制方法中，由于雷达中频回波信号具有周期性，故采用未受干扰的区域填充受干扰的区域，可以最大程度近似不受干扰的情况，与现有置零和抑制干扰信号幅度相比可以更多的抑制干扰，达到抗干扰的目的，综上，本发明方法可以有效地提高对车载毫米波雷达中干扰信号进行检测和抑制的精准性和稳定性，进而提高雷达运行的稳定性和精度。
附图说明
图1为本发明一实施例提出的干扰信号检测方法的流程图；
图2为本发明另一实施例提出的线性调频连续波雷达接收到的目标回波信号与雷达发射信号的时频关系图；
图3为本发明另一实施例提出的无干扰时数字中频信号时域与频域结果图；
图4为本发明一实施例提出的发生干扰时数字中频信号时域和频域结果图；
图5为本发明另一实施例提出的车载毫米波雷达干扰检测与抑制方法的完整流程图；
图6为本发明另一实施例提出的不同类型滑窗处理后的信号包络结果图；
图7为本发明另一实施例提出的抑制干扰前后数字中频信号的时域结果对照图；
图8为本发明另一实施例提出的抑制干扰前后数字中频信号的频域结果对照图；
图9为本发明另一实施例提出车载毫米波雷达的干扰检测与抑制装置的示意图；
图10为本发明另一实施例提出的控制器的结构示意图。
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用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在一些实施例中，虽然在系统示意图中进行了功能模块划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于系统中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。说明书和权利要求书及上述附图中的术语第一、第二等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
此外，除非另有明确的规定和限定，术语“连接/相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接或活动连接，也可以是可拆卸连接或不可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。
在本发明实施例的描述中，参考术语“一个实施例/实施方式”、“另一实施例/实施方式”或“某些实施例/实施方式”、“在上述实施例/实施方式”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明公开的至少两个实施例或实施方式中。在本发明公开中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的示实施例或实施方式。需要说明的是，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。
目前，车载毫米波雷达作为自动驾驶汽车的数字眼睛，由于其全天时、全天候的能力，逐渐成为一个关键传感器。线性调频连续波雷达可同时获得目标的距离和速度参数，信号处理复杂度低，而被广泛应用于汽车雷达领域。集成电路和半导体的技术进步使得单芯片汽车雷达能够以低成本批量生产，毫米波雷达系统被配备到更多的汽车上。随着车载毫米波雷达的普及，保证多个传感器在同一场景中正常工作成为了亟需解决的问题。车载毫米波雷达之间的相互干扰会降低雷达的探测能力，发生虚警或漏警问题，影响雷达系统的正常工作。通过波形设计、极化等方法不能完全避免干扰的发生。因此，需要对雷达是否受到干扰进行检测，并对受到干扰的信号抑制干扰。通常采用幅度或能量阈值判断的方法检测干扰，这种方式稳定性较差，其性能与阈值的大小关系密切。常用的抑制干扰的方法是对受干扰的样本置零或降低幅度，置零会带来额外的高频分量，降低干扰信号的幅度可能仍然会保留较高能量的干扰信号。
为至少解决上述问题，本发明提出了一种干扰信号检测方法、干扰信号抑制方法以及装置，至少能保证，本发明方案通过首先获取降采样后的数字中频信号，然后通过双向滑窗等处理方式，进行干扰检测，得到数字中频信号所受干扰的程度和位置信息；在干扰程度为轻度时，对受干扰的区域进行干扰抑制处理，将受干扰区域替换为未受干扰的信号片段，以实现干扰信号检测和抑制，其中，本发明中的干扰信号检测方法通过拟合数字中频信号的包络，并基于包络计算干扰检测阈值的方式不会受到干扰信号相对变化的影响，与现有设置幅度或能量的阈值方法相比可以随着数字中频信号自适应变化，此外还可以估计出数字中频信号受到干扰的程度，进而可以用于判断是否进一步处理，以节约计算资源，而在干扰信号抑制方法中，由于雷达中频回波信号具有周期性，故采用未受干扰的区域填充受干扰的区域，可以最大程度近似不受干扰的情况，与现有置零和抑制干扰信号幅度相比可以更多的抑制干扰，达到抗干扰的目的，综上，本发明方法可以有效地提高对车载毫米波雷达中干扰信号进行检测和抑制的精准性和稳定性，进而提高雷达运行的稳定性和精度。
下面结合附图，对本发明实施例作进一步描述。
参考图1，图1为本发明一实施例提出的干扰信号检测方法的流程图；第一方面，在一些实施例中，干扰信号检测方法应用于车载毫米波雷达，且至少包括以下步骤：
步骤S110，获取车载毫米波雷达的数字中频信号，并对数字中频信号进行双向滑窗处理，得到数字中频信号中多个采样点双向滑窗的包络值；
在一些实施例中，获取车载毫米波雷达的数字中频信号，包括：获取车载毫米波雷达的雷达发射信号和目标回波信号；将雷达发射信号作为参考信号，对目标回波信号进行混频、滤波、放大处理，得到中频信号，该过程可以有效提高数字中频信号的质量和精度，进而为后续干扰信号检测提供准确、可靠的信号源。
在一些实施例中，对数字中频信号进行双向滑窗处理，得到数字中频信号中多个采样点双向滑窗的包络值，包括：对滑窗的长度和大小进行初始化设置处理；遍历数字中频信号，对数字中频信号中多个采样点进行前向滑窗和后向滑窗处理，得到多个采样点的前向滑窗包络值和后向滑窗包络值；将前向滑窗包络值和后向滑窗包络值中的较小值确定为采样点双向滑窗的包络值，以得到多个采样点双向滑窗的包络值，其中，该过程可以实时地获取车载毫米波雷达的数字中频信号，为后续干扰信号检测打下基础，且通过使用双向滑窗处理可以获取多个采样点的包络值，进一步减小误差，提高干扰信号检测的精度。
在一些实施例中，对数字中频信号中多个采样点进行前向滑窗和后向滑窗处理，得到多个采样点的前向滑窗包络值和后向滑窗包络值，包括：
以采样点为起点，增大采样点的索引，根据滑窗的长度顺序取出多个采样点；将大于索引最大值的索引值确定为索引最大值，以使取出的数据点数小于滑窗长度；计算滑窗内多个采样点的绝对值，并将多个绝对值中的最大值确定为采样点的前向滑窗包络值；以采样点为起点，减小采样点的索引，根据滑窗的长度顺序取出多个采样点；将小于索引最小值的索引值确定为索引最小值，以使取出的数据点数小于滑窗长度；计算滑窗内多个采样点的绝对值，并将多个绝对值中的最大值确定为采样点的后向滑窗包络值，进而得到数字中频信号中多个采样点双向滑窗的包络值。
步骤S120，根据多个包络值的中位数计算干扰检测阈值；
在在一些实施例中，在本发明提出的干扰信号检测方法通过拟合数字中频信号的包络，并基于包络计算干扰检测阈值的方式中，干扰检测阈值可以随着数字中频信号自适应变化，故与现有设置幅度或能量的阈值方法相比不会受到干扰信号相对变化的影响，进而可以有效避免噪声和干扰点对阈值的影响，提高干扰检测的精度。
步骤S130，遍历多个包络值，获取包络值连续大于干扰检测阈值的连续点数；
在一些实施例中，遍历多个包络值，获取包络值连续大于干扰检测阈值的连续点数，包括：遍历多个包络值，生成干扰标志位矩阵，其中，当包络值大于干扰检测阈值时，将干扰标志位矩阵中对应的位置点设置为1，当包络值小于或者等于干扰检测阈值时，将干扰标志位矩阵中对应的位置点设置为0；根据干扰标志位矩阵中值为1的多个连续位置点的数量确定连续点数，进而在后续步骤中根据连续点数更为有效的确定干扰信号的具体区域，从而更好地进行后续分析和处理。
步骤S140，设置点数门限，将连续点数大于点数门限的多个包络值对应的采样点区域确定为干扰区域，并将干扰区域的位置信息记录在干扰位置信息矩阵中；
在一些实施例中，本发明通过设置点数门限，将被干扰的连续采样点区域确定为干扰区域，减小了误差，且通过干扰位置信息矩阵从而更精准地确定干扰位置，记录干扰信号位置信息，为后续分析和处理提供有力支持。
在一些实施例中，干扰位置信息矩阵中记载有干扰区域的数量信息、干扰区域的起始索引信息和终止索引信息，本发明通过记录干扰区域的起始索引和终止索引信息，可以更准确地定位干扰区域的位置，进一步提高干扰信号检测的精度。
步骤S150，遍历干扰位置信息矩阵，确定干扰区域对应的采样点个数占数字中频信号总长度的比例，并根据比例将干扰程度划分为未受干扰、轻度干扰和严重干扰。
在一些实施例中，本发明根据干扰区域占总长度的比例，对干扰程度进行定量评估，并将干扰程度具体划分为未受干扰、轻度干扰和严重干扰，进而可以估计出数字中频信号受到干扰的程度，并根据受到干扰的程度进而判断是否进一步处理，具体的，对于被判定为未受干扰的中频信号无需做进一步的抗干扰处理；对于被判定为受到干扰且干扰程度为轻度的中频信号需要抑制干扰，减轻干扰带来的影响；对于被判定为受到干扰且干扰程度为严重的中频信号考虑丢弃该帧数据，这种情况下雷达受到严重干扰无法正常工作，可采取关闭发射天线分析干扰信号参数，重新设计波形尽量避免干扰，以提高雷达的抗干扰能力。
在一些实施例中通过上述步骤S110至步骤S150，可以有效地提高对车载毫米波雷达中干扰信号进行检测和抑制的精准性和稳定性，进而提高雷达运行的稳定性和精度。
在一些实施例中，参考图2，图2为本发明另一实施例提出的线性调频连续波雷达接收到的目标回波信号与雷达发射信号的时频关系图，图2中(a)显示了无干扰信号时线性调频连续波雷达接收到的目标回波信号与雷达发射信号的时频关系，目标回波信号是雷达发射信号的延时版本，当目标速度不为0时目标回波信号的起始频率会发生偏移，偏移的量对应目标的多普勒频率。将雷达发射信号作为参考信号，与目标回波信号进行混频、滤波、放大处理后可以得到中频信号，对该中频信号进行下采样可以得到数字中频信号，如以下式(1)所示：
SUF(t)＝A cos(2π(fcτ+Kτt)) (1)
每个目标对应的中频差拍信号是一个单频信号，该频率正比于目标与雷达之间的距离信息，其中，t表示一个数字中频信号周期内的时间轴，fc为雷达发射线性调频连续波信号的载波频率，K为雷达发射线性调频连续波信号的调频斜率，
τ表示目标回波信号的延时，A为雷达系统增益。
在一些实施例中，参考图3，图3显示了包含三个目标的数字中频信号的时域和频域结果图，从时域信号结果中可以看出，该信号是三个单频信号的线性叠加组合，通过对中频信号做傅里叶变换(FFT)处理可以得到三个频率不同的峰值，根据这三个中频频率可以解析目标的距离信息，如式(2)所示：
其中，c表示光在真空中的传播速度，fs表示数字中频信号的采样率，N表示采样点总数，n表示频域目标峰值处的采样点索引。
在一些实施例中，图2中(b)显示了发生干扰时，干扰信号与雷达发射信号的时频关系。干扰信号与雷达发射信号发生了交叉，当以雷达发射信号作为参考信号进行混频处理时，交叉位置处将发生干扰，通过低通滤波后将会有干扰信号与雷达发射信号的差频被保留在数字中频信号中，如式(3)所示：
其中，表示干扰雷达发射线性调频连续波信号的载波频率，KI表示干扰雷达发射线性调频连续波信号的调频斜率，τI表示干扰信号的延时。
图4显示了发生干扰时中频信号的时域和频域结果，从时域的结果中可以看出，发生干扰的区域呈现短时的调频连续波规律，这与式(3)的数学模型相符,综合图2(a)、图2(b)、图3和图4可以看出，在频域中由于干扰的存在抬升了噪底，其中两个目标被淹没，无法通过检测算法识别出来，将会导致漏警的发生，因此需要进行抗干扰的处理，故本发明提供一种车载毫米波雷达干扰信号检测方法与干扰信号抑制方法，能有效检测和抑制干扰信号，从而达到抗干扰的目的，进而提高雷达运行的稳定性和精度。
第二方面，在一些实施例中，本发明提供了一种干扰信号抑制方法，应用于车载毫米波雷达，方法包括：获取车载毫米波雷达的数字中频信号，并对数字中频信号进行双向滑窗处理，得到数字中频信号中多个采样点双向滑窗的包络值；根据多个包络值的中位数计算干扰检测阈值；遍历多个包络值，获取包络值连续大于干扰检测阈值的连续点数；设置点数门限，将连续点数大于点数门限的多个包络值对应的采样点区域确定为干扰区域，并将干扰区域的位置信息记录在干扰位置信息矩阵中；遍历干扰位置信息矩阵，确定干扰区域对应的采样点个数占数字中频信号总长度的比例，并根据比例将干扰程度划分为未受干扰、轻度干扰和严重干扰；
在干扰程度为轻度干扰的情况下，遍历干扰位置信息矩阵，从数字中频信号中确定最长的未受干扰信号片段，以根据未受干扰信号片段的数据对干扰区域的数据进行替换处理，其中，在干扰信号抑制方法中，由于雷达中频回波信号具有周期性，故采用未受干扰的区域填充受干扰的区域，可以最大程度近似不受干扰的情况，与现有置零和抑制干扰信号幅度相比可以更多的抑制干扰，达到抗干扰的目的，进而可以有效地提高对车载毫米波雷达中干扰信号进行抑制的精准性和稳定性，进而提高雷达运行的稳定性和精度。
参考图5，图5为本发明另一实施例提出的车载毫米波雷达干扰检测与抑制方法的完整流程图，本发明对车载毫米波雷达干扰信号的检测与抑制过程如下：
对应步骤S110，获取降采样后的数字中频信号，以线性调频连续波雷达发射信号作为参考，与天线接收到的信号进行混频后滤波、放大、降采样处理得到数字中频信号。
并对数字中频信号做干扰检测处理，设置滑窗长度L，大小为采样点个数的十分之一左右。根据采样点个数，初始化前向滑窗的信号包络结果s_winF、后向滑窗的信号包络结果s_winB，双向滑窗的信号包络结果s_winBD。
遍历数字中频信号s，在每个采样点处依次做前向滑窗、后向滑窗以及双向滑窗处理，得到双向滑窗的信号包络结果。
前向滑窗包括：以采样点索引i为起点，增加采样点的索引，顺序取出滑窗长度L个采样点，索引用j表示；对于索引j超出索引最大值len_s的取到最大值len_s为止，即取出的数据点数小于滑窗长度，j的范围表示为式(4)，计算滑窗内采样点的绝对值后取其中的最大值，得到采样点的前向滑窗包络值s_winF(i)。
s_winF(i)＝max(abs(s(i：j_max))) (5)
后向滑窗包括：以采样点索引i为起点，减小采样点的索引，顺序取出滑窗长度L个采样点，索引用j表示；对于索引小于索引最小值1的取到最小值1为止，即取出的数据点数小于滑窗长度，j的范围表示为式(6)，计算滑窗内采样点的绝对值后取其中的最大值，得到采样点的后向滑窗包络值s_winB(i)。
s_winB(i)＝max(abs(s(j_min：i))) (7)
根据式(5)和式(7)，比较前向滑窗包络值s_winF(i)和后向滑窗包络值s_winB(i)，取其中较小的即为采样点s(i)的双向滑窗的包络值s_winBD(i)。
完成对数字中频信号s的双向滑窗处理得到信号的包络结果s_winBD(采样点双向滑窗的包络值)。
对应步骤S120，计算信号的包络结果s_winBD的中位数，用s_winBD_middle表示。根据中位数s_winBD_middle计算干扰检测阈值th_det，用式(8)表示，其中σ为门限缩放因子。
th_det＝σ·s_winBD_middle (8)
对应步骤S130，遍历信号的包络结果s_winBD，与干扰检测阈值th_det比较，记录每个样本是否超出阈值，得到干扰标志位矩阵flag_det，用式(9)表示。
对应步骤S140，设置点数门限，用于检测受干扰区域。初始化干扰区域个数为0，初始化干扰位置信息矩阵。
其中，遍历干扰标志位矩阵flag_det，当出现连续多个点的值为1且该点数超过点数门限则判定为受干扰区域。在干扰位置信息矩阵中记录下该段数据的起始索引和终止索引并更新干扰区域个数增加1。
对应步骤S150，遍历干扰位置信息矩阵，计算受到干扰的采样点个数占数字中频信号长度的比例，设置阈值判断数字中频信号受到干扰的程度，可分为未受干扰、轻度干扰和严重干扰。对于被判定为未受干扰的中频信号无需做进一步的抗干扰处理；对于被判定为受到干扰且干扰程度为轻度的中频信号需要抑制干扰，减轻干扰带来的影响；对于被判定为受到干扰且干扰程度为严重的中频信号考虑丢弃该帧数据，这种情况下雷达受到严重干扰无法正常工作，可采取关闭发射天线分析干扰信号参数，重新设计波形尽量避免干扰。
对应第二方面中的干扰信号抑制方法，对数字中频信号进行干扰检测处理后得到受干扰的程度以及干扰信号的位置信息。当受干扰的程度为轻度干扰时对数字中频信号做如下干扰抑制处理。
具体的，遍历干扰位置信息矩阵，搜索数字中频信号，得到数字中频信号中最长的未受到干扰的信号片段。重新遍历干扰位置信息矩阵，然后采用信号片段替换数字中频信号中受到干扰的区域，即取出与干扰区域等长度的信号片段进行替换，可以有效对干扰信号进行抑制。
在一些实施例中，参考图6，图6显示了不同类型滑窗处理后的信号包络结果图。前向滑窗和后向滑窗得到的信号包络均与真实的结果误差较大，采用双向滑窗可以高度拟合时域中频信号的包络，而通过检测干扰区域后，可以得到干扰标志位矩阵flag_det，从而准确判断出干扰区域的位置。
在一些实施例中，参考图7，图7为抑制干扰前后中频信号的时域结果对照，可以看出干扰检测算法准确定位到了干扰信号的区域，并采用未受干扰信号片段替换了该区域信号。
在在一些实施例中，参考图8，图8为抑制干扰前后中频信号的频域结果对照，被干扰遮盖的两个目标峰值明显，可以通过检测算法识别出来，避免了漏警的发生；高频部分的旁瓣明显降低，减小了虚警概率，可以看出，本申请能有效对干扰信号进行检测。
此外，在一些实施例中，本发明在干扰抑制方法上与抑制干扰信号幅度、对干扰信号置零两种方法进行了对比，与采用未受干扰信号片段替换干扰信号的方法相比，本发明的抑制干扰信号的幅度仍然会保留一定幅度的高频部分，而将干扰信号置零底噪更高，这将降低目标检测的性能，说明本申请相对现有的抑制干扰信号幅度、对干扰信号置零两种方法，具有更好的干扰信号抑制效果。
在一些实施例中，参考图9，图9所示为车载毫米波雷达干扰检测与抑制装置的示意图，第三方面，本发明提供了一种车载毫米波雷达干扰检测与抑制的装置，装置包括：数字中频信号接收模块、干扰检测模块和干扰抑制模块；
数字中频信号接收模块，用于获取车载毫米波雷达的数字中频信号；干扰检测模块，用于对数字中频信号进行双向滑窗处理，得到数字中频信号中多个采样点双向滑窗的包络值；根据多个包络值的中位数计算干扰检测阈值；遍历多个包络值，获取包络值连续大于干扰检测阈值的连续点数；设置点数门限，将连续点数大于点数门限的多个包络值对应的采样点区域确定为干扰区域，并将干扰区域的位置信息记录在干扰位置信息矩阵中；遍历干扰位置信息矩阵，确定干扰区域对应的采样点个数占数字中频信号总长度的比例，并根据比例将干扰程度划分为未受干扰、轻度干扰和严重干扰；干扰抑制模块，用于在干扰程度为轻度干扰的情况下，遍历干扰位置信息矩阵，从数字中频信号中确定最长的未受干扰信号片段，以根据未受干扰信号片段的数据对干扰区域的数据进行替换处理。
在一些实施例中，数字中频信号接收模块以线性调频连续波雷达发射信号作为参考，与天线接收到的信号进行混频后滤波、放大、降采样处理得到数字中频信号。数字中频信号是目标回波信号、干扰信号以及噪声的线性叠加结果。
在一些实施例中，干扰检测模块采用双向滑窗拟合数字中频信号的包络，根据包络结果计算干扰检测门限。对包络结果利用该门限得到数字中频信号干扰标志位矩阵，干扰标志位矩阵表示了每个采样点检测干扰的结果，如值为1表示受到干扰，值为0表示未受到干扰。设置点数门限，在干扰标志位矩阵中搜索受到干扰的区域，即连续标志为受到干扰的采样点个数大于点数门限的区域，由此得到干扰区域的个数以及干扰位置信息矩阵，干扰位置信息矩阵包含每个干扰区域的起始索引和终止索引。根据干扰区域的个数和干扰位置信息矩阵计算受到干扰的采样点总数，计算受到干扰的采样点总数与数字中频信号点数的比值，根据比值的大小判断数字中频信号受干扰的程度：未受干扰、轻度干扰、严重干扰。对于被判定为未受干扰的中频信号无需做进一步的抗干扰处理；对于被判定为受到干扰且干扰程度为轻度的中频信号需要抑制干扰，减轻干扰带来的影响；对于被判定为受到干扰且干扰程度为严重的中频信号考虑丢弃该帧数据，这种情况下雷达受到严重干扰无法正常工作，可采取关闭发射天线分析干扰信号参数，重新设计波形尽量避免干扰。
在一些实施例中，干扰抑制模块用于对判定为受到轻度干扰的数字中频信号做干扰抑制处理，基于干扰位置信息矩阵找到数字中频信号中最长的未受到干扰的信号片段，然后用该信号片段的数据替换数字中频信号中受到干扰的区域。遍历干扰位置信息矩阵，对所有受干扰的区域做替换处理，得到重构的数字中频信号，完成干扰抑制处理。
在一些实施例中，该车载毫米波雷达符合供上述任意一项实施例的干扰信号检测方法和干扰信号抑制方法运行的运行环境，使车载毫米波雷达具备上述任意一项实施例的干扰信号检测方法的功能与效果，使本发明通过获取降采样后的数字中频信号，然后通过双向滑窗等处理方式，进行干扰检测，得到数字中频信号所受干扰的程度和位置信息；在干扰程度为轻度时，对受干扰的区域进行干扰抑制处理，将受干扰区域替换为未受干扰的信号片段；通过该方法，可以有效地抑制车载毫米波雷达受到的干扰信号，提高雷达运行的稳定性和精度。
第四方面，参考图10,图10是本发明实施例提供的控制器的结构示意图。
本发明的一些实施例提供了一种控制器，控制器包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述任意一项实施例的干扰信号检测方法和干扰信号抑制方法，例如，执行以上描述的图1中的方法步骤S110至步骤S150。
本发明实施例的控制器1000包括一个或多个处理器1010和存储器1020，图10中以一个处理器1010及一个存储器1020为例。
处理器1010和存储器1020可以通过总线或者其他方式连接，图10中以通过总线连接为例。
存储器1020作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序以及非暂态性计算机可执行程序。此外，存储器1020可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施方式中，存储器1020可选包括相对于处理器1010远程设置的存储器1020，这些远程存储器可以通过网络连接至控制器1000，同时，上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
在一些实施例中，处理器执行计算机程序时按照预设间隔时间执行上述任意一项实施例的干扰信号检测方法和干扰信号抑制方法。
本领域技术人员可以理解，图10中示出的装置结构并不构成对控制器1000的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
在图10所示的控制器1000中，处理器1010可以用于调用存储器1020中储存的干扰信号检测方法和干扰信号抑制方法，从而实现干扰信号检测方法和干扰信号抑制方法。
基于上述控制器1000的硬件结构，提出本发明的车载毫米波雷达的各个实施例，同时，实现上述实施例的干扰信号检测方法和干扰信号抑制方法所需的非暂态软件程序以及指令存储在存储器中，当被处理器执行时，执行上述实施例的干扰信号检测方法和干扰信号抑制方法。
此外，本发明实施例的还提供了一种车载毫米波雷达，该车载毫米波雷达包括由上述的控制器。
在一些实施例中，由于本发明实施例的车载毫米波雷达具有上述实施例的控制器，并且上述实施例的控制器能够执行上述实施例的干扰信号检测方法和干扰信号抑制方法，因此，本发明实施例的车载毫米波雷达的具体实施方式和技术效果，可以参照上述任一实施例的干扰信号检测方法和干扰信号抑制方法的具体实施方式和技术效果。
第五方面，本发明实施例的还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令用于执行上述的干扰信号检测方法和干扰信号抑制方法，例如，可使得上述一个或多个处理器执行上述方法实施例中的干扰信号检测方法和干扰信号抑制方法，例如，执行以上描述的图1中的方法步骤S110至步骤S150。
综上，本发明相比现有技术存在以下优点:
1)采用线性调频连续波雷达发射信号作为参考信号，能够准确地对接收到的目标回波信号进行混频处理，得到中频信号，从而获得数字中频信号。
2)通过采用双向滑窗的方式计算数字中频信号的包络，可以尽可能地减小高频噪声和其他干扰对数字中频信号的影响。
3)采用干扰检测阈值的方式进行干扰检测，能够根据数字中频信号的情况自适应调整干扰检测阈值，准确地判断数字中频信号是否受到干扰，从而有效地辨别干扰类型和干扰程度。
4)根据干扰检测结果，对受到轻度干扰的数字中频信号进行抑制处理，可以有效地减小干扰的影响并提高数字中频信号的可靠性。
5)根据受干扰的区域位置信息及连续被标记超过干扰检测阈值的点数，判断数字中频信号的干扰程度，并作出相应的处理，可使系统更加鲁棒，同时也可以节约计算资源。
6)通过将受干扰的区域用未受干扰的区域进行填充的方式，可以最大程度地抑制干扰，提高数字中频信号的质量和可靠性。
综上，本发明的抗干扰能力更强、可靠性更高、计算资源利用更加高效，可以满足车载毫米波雷达等需要对目标进行精确测量的应用场景中对高质量的信号传输的需求。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络节点上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机可读存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机可读存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机可读存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本发明权利要求所限定的范围内。
Claims (10)
1.一种干扰信号检测方法，应用于车载毫米波雷达，其特征在于，所述方法包括：
获取车载毫米波雷达的数字中频信号，并对所述数字中频信号进行双向滑窗处理，得到所述数字中频信号中多个采样点双向滑窗的包络值；
根据多个所述包络值的中位数计算干扰检测阈值；
遍历多个所述包络值，获取所述包络值连续大于所述干扰检测阈值的连续点数；
设置点数门限，将所述连续点数大于所述点数门限的多个所述包络值对应的采样点区域确定为干扰区域，并将所述干扰区域的位置信息记录在干扰位置信息矩阵中；
遍历所述干扰位置信息矩阵，确定所述干扰区域对应的采样点个数占所述数字中频信号总长度的比例，并根据所述比例将干扰程度划分为未受干扰、轻度干扰和严重干扰。
2.根据权利要求1所述的干扰信号检测方法，其特征在于，所述对所述数字中频信号进行双向滑窗处理，得到所述数字中频信号中多个采样点双向滑窗的包络值，包括：
对滑窗的长度和大小进行初始化设置处理；
遍历所述数字中频信号，对所述数字中频信号中多个采样点进行前向滑窗和后向滑窗处理，得到多个所述采样点的前向滑窗包络值和后向滑窗包络值；
将所述前向滑窗包络值和所述后向滑窗包络值中的较小值确定为所述采样点双向滑窗的包络值，以得到多个所述采样点双向滑窗的包络值。
3.根据权利要求2所述的干扰信号检测方法，其特征在于，所述对所述数字中频信号中多个采样点进行前向滑窗和后向滑窗处理，得到多个所述采样点的前向滑窗包络值和后向滑窗包络值，包括：
以所述采样点为起点，增大采样点的索引，根据所述滑窗的长度顺序取出多个采样点；将大于索引最大值的索引值确定为所述索引最大值，以使取出的数据点数小于滑窗长度；计算滑窗内多个采样点的绝对值，并将多个绝对值中的最大值确定为所述采样点的前向滑窗包络值；
以所述采样点为起点，减小采样点的索引，根据所述滑窗的长度顺序取出多个采样点；将小于索引最小值的索引值确定为所述索引最小值，以使取出的数据点数小于所述滑窗长度；计算滑窗内多个采样点的绝对值，并将多个绝对值中的最大值确定为所述采样点的后向滑窗包络值。
4.根据权利要求1所述的干扰信号检测方法，其特征在于，所述干扰位置信息矩阵中记载有所述干扰区域的数量信息、所述干扰区域的起始索引信息和终止索引信息。
5.根据权利要求1所述的干扰信号检测方法，其特征在于，所述获取车载毫米波雷达的数字中频信号，包括：
获取车载毫米波雷达的雷达发射信号和目标回波信号；
将所述雷达发射信号作为参考信号，对目标回波信号进行混频、滤波、放大处理，得到中频信号；
对所述中频信号进行采样处理，得到所述数字中频信号。
6.根据权利要求1所述的干扰信号检测方法，其特征在于，所述遍历多个所述包络值，获取所述包络值连续大于所述干扰检测阈值的连续点数，包括：
遍历多个所述包络值，生成干扰标志位矩阵，其中，当所述包络值大于所述干扰检测阈值时，将所述干扰标志位矩阵中对应的位置点设置为1，当所述包络值小于或者等于所述干扰检测阈值时，将所述干扰标志位矩阵中对应的位置点设置为0；
根据所述干扰标志位矩阵中值为1的多个连续位置点的数量确定所述连续点数。
7.一种干扰信号抑制方法，应用于车载毫米波雷达，其特征在于，所述方法包括：
获取车载毫米波雷达的数字中频信号，并对所述数字中频信号进行双向滑窗处理，得到所述数字中频信号中多个采样点双向滑窗的包络值；根据多个所述包络值的中位数计算干扰检测阈值；遍历多个所述包络值，获取所述包络值连续大于所述干扰检测阈值的连续点数；设置点数门限，将所述连续点数大于所述点数门限的多个所述包络值对应的采样点区域确定为干扰区域，并将所述干扰区域的位置信息记录在干扰位置信息矩阵中；遍历所述干扰位置信息矩阵，确定所述干扰区域对应的采样点个数占所述数字中频信号总长度的比例，并根据所述比例将干扰程度划分为未受干扰、轻度干扰和严重干扰；
在所述干扰程度为轻度干扰的情况下，遍历所述干扰位置信息矩阵，从所述数字中频信号中确定最长的未受干扰信号片段，以根据所述未受干扰信号片段的数据对所述干扰区域的数据进行替换处理。
8.一种车载毫米波雷达的干扰检测与抑制装置，其特征在于，所述装置包括数字中频信号接收模块、干扰检测模块和干扰抑制模块；
所述数字中频信号接收模块，用于获取车载毫米波雷达的数字中频信号；
所述干扰检测模块，用于对所述数字中频信号进行双向滑窗处理，得到所述数字中频信号中多个采样点双向滑窗的包络值；根据多个所述包络值的中位数计算干扰检测阈值；遍历多个所述包络值，获取所述包络值连续大于所述干扰检测阈值的连续点数；设置点数门限，将所述连续点数大于所述点数门限的多个所述包络值对应的采样点区域确定为干扰区域，并将所述干扰区域的位置信息记录在干扰位置信息矩阵中；遍历所述干扰位置信息矩阵，确定所述干扰区域对应的采样点个数占所述数字中频信号总长度的比例，并根据所述比例将干扰程度划分为未受干扰、轻度干扰和严重干扰；
所述干扰抑制模块，用于在所述干扰程度为轻度干扰的情况下，遍历所述干扰位置信息矩阵，从所述数字中频信号中确定最长的未受干扰信号片段，以根据所述未受干扰信号片段的数据对所述干扰区域的数据进行替换处理。
9.一种控制器，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6中任意一项所述的干扰信号检测方法，并实现如权利要求7中所述的干扰信号抑制方法。
10.一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令用于执行如权利要求1至6中任意一项所述的干扰信号检测方法，并实现如权利要求7中所述的干扰信号抑制方法。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
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2023
- 2023-06-12 CN CN202310692082.XA patent/CN116908798A/zh active Pending
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