CN117331033A - 基于杂波图的车载毫米波雷达地杂波虚警点抑制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于杂波图的车载毫米波雷达地杂波虚警点抑制方法及系统，包括如下步骤：S1)获取地杂波虚警点分布区域；S2)将获得的地杂波虚警点分布区域按照距离和角度划分成不同的杂波图单元；S3)计算不同路况下各杂波图单元幅值作为检测门限；S4)将计算得到的杂波图单元门限作为配置文件存入本地存储器；S5)提取地杂波分布区域内的过检测点及对应的杂波图单元门限值；S6)将过检测点的幅值逐个与对应的杂波图单元的门限进行比较，滤除地杂波点。本发明对传统杂波图技术进行优化改进后将其引入车载毫米波雷达系统，从而有效抑制车载毫米波雷达近区地杂波虚警点，且不影响对近区真实目标的探测。

Description

基于杂波图的车载毫米波雷达地杂波虚警点抑制方法及系统

技术领域

本发明涉及一种雷达地杂波虚警点抑制方法及系统，尤其涉及一种基于杂波图的车载毫米波雷达地杂波虚警点抑制方法及系统。

背景技术

如今随着各类环境感知传感器的快速发展及广泛应用，基于传感器的自动驾驶技术已经取得了很大的进步，而复杂的工况环境对传感器能够准确感知周围环境提出了更高的性能要求。

目前常用车载传感器有：摄像头、激光雷达、超声波雷达及毫米波雷达等，而摄像头和激光雷达受环境影响较大，且激光雷达成本昂贵；超声波雷达探测距离近、精度低；毫米波雷达抗干扰能力强，能穿透雾、烟、灰尘，能检测到复杂环境下的弱目标，受雨、雪天气影响小，具有全天候工作能力，可满足了自动驾驶长期道路行驶的要求。此外，毫米波雷达不仅可以测距，还能测速、测角，甚至能根据目标信息估计目标大小尺寸，具有强大功能，而且毫米波雷达成本低廉、模块小巧、已于安装，可以在智能化汽车上安装多个毫米波雷达传感器元件以便于道路覆盖探测，既拥有对多目标优良的感知特性又能满足ADAS与驾驶员的实时交互要求。因此毫米波雷达更加适用于车载系统，也逐渐成为自适应巡航、自动紧急制动、前向目标防撞等ADAS的主要传感器。

作为车载传感器的核心部件，毫米波雷达主要工作原理是射频前端通过向周围辐射连续波形式的调制信号，在信号遇到目标产生各向散射，沿辐射路径后向散射的回波信号被天线接收，经过放大、滤波、去斜等模拟处理后，进行模数转换并送至雷达信号处理和数据处理模块进行目标检测、参数估计和航迹处理，处理后获得的目标信息送车载计算机形成当前场景下的可行驾驶策略，并控制车辆的驾驶行为，以保证行车安全。

但毫米波雷达也有其不足之处，毫米波雷达虚警点可能造成辅助驾驶系统自动刹车。这是因为车载毫米波雷达安装位置通常在车身四周，当雷达俯仰维波瓣较宽，且安装位置较低时，近区地面回波进入雷达并经过信号处理后会形成虚警点，可能导致车辆智能驾驶系统触发紧急制动等逻辑，从而对驾乘人员造成影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于杂波图的车载毫米波雷达地杂波虚警点抑制方法及系统，能够有效抑制车载毫米波雷达近区地杂波虚警点，且不影响对近区真实目标的探测。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种基于杂波图的车载毫米波雷达地杂波虚警点抑制方法，包括如下步骤：S1)获取地杂波虚警点分布区域；S2)将获得的地杂波虚警点分布区域按照距离和角度划分成不同的杂波图单元；S3)计算不同路况下各杂波图单元幅值作为检测门限；S4)将计算得到的杂波图单元门限作为配置文件存入本地存储器；S5)提取地杂波分布区域内的过检测点及对应的杂波图单元门限值；S6)将过检测点的幅值逐个与对应的杂波图单元的门限进行比较，滤除地杂波点。

进一步地，所述步骤S1将毫米波雷达安装在汽车预设位置，毫米波雷达探测距离最小为R_min米，最大为R_rnax米，探测方位最小为A_min弧度，最大为A_max弧度，则毫米波雷达探测范围的俯视区域是面积为(R_max-R_min)²*|A_max-A_min|/2的一块扇形区域，获取的地杂波虚警点分布区域面积∈[0，(R_max-R_min)²*|A_max-A_min|/2]。

进一步地，所述步骤S2按照距离、方位分成两维，或者按照距离、方位、俯仰分成三维；假设某场景地杂波虚警点分布区域在距离维占据的最大宽度为R_c，被分成了N个距离维杂波图单元，由近及远编号分别为：r₁、r₂、…、r_N，每个距离维杂波图单元在方位维又分为多个方位维杂波图单元(俯仰维类似)，假设r₁、r₂、…、r_N对应的方位维杂波图单元数分别为C_r1、C_r2、…、C_rN，则总的杂波图单元数为C_r1+C_r2+…+C_rN。

进一步地，所述步骤S3包括：假设某场景划分的杂波图单元占据的距离单元和角度单元数分别为J和I，共采集了M帧数据，首先剔除异常数据，然后按照如下公式(1)计算杂波图单元的幅值：

Mag＝E(E(s_ij)+δ(s_ij))+δ(E(s_ij)+δ(s_ij)) (1)

其中，E(*)表示求均运算，δ(*)表示求标准差运算，S_ij表示该杂波图单元内第i个距离单元行的第j个角度单元的幅值。

进一步地，所述步骤S5包括：雷达系统工作时每一帧都会生成点云，根据每个点的距离和角度信息，提取属于地杂波分布区域的过检测点。

进一步地，所述步骤S6假设某个过检测点的幅值为Mag_t，与其对应的杂波图单元门限为Mag_c，如果Mag_t＞Mag_c则判定该点为真实目标并保留，否则丢弃该过检测点的所有信息特征。

本发明为解决上述技术问题还提供一种基于杂波图的车载毫米波雷达地杂波虚警点抑制系统，其中，包括如下模块：

波形产生器：根据系统设计产生射频激励信号和本振信号分别发送给发射器和接收器；

发射器：接收到波形产生器输出的射频激励信号后，对其进行射频放大和功分等处理，并分别发送至对应的发射天线；

发射天线：将射频激励信号转化成电磁波并辐射至周围空间；

接收天线：接收周围空间中的电磁波并将其转化成电信号后发送给接收器，当被发射天线辐射出去的电磁波遇到障碍物后会被各向散射，其中沿辐射路径后向散射的电磁波被接收天线接收到；

接收器：接收到回波信号和本振信号，并将回波信号进行低噪放等处理后与本振信号进行混频得到中频模拟信号，然后将中频模拟信号送至数字组件；

数字组件：将中频模拟信号转化成中频数字信号，然后再对中频数字信号进行中频放大和高、低通滤波处理后送至信号处理模块；

信号处理模块：对中频数字信号进行距离维FFT、多普勒维FFT处理后，检测出目标点云，并估计出目标点云的距离、速度、角度参数，然后将获取的点云输出给数据处理模块；

数据处理模块：对原始点云进行滤波、跟踪等处理后输出给自动驾驶系统。

本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的基于杂波图的车载毫米波雷达地杂波虚警点抑制方法及系统，对传统杂波图技术进行优化改进后将其引入车载毫米波雷达系统，从而有效抑制车载毫米波雷达近区地杂波虚警点，且不影响对近区真实目标的探测。

附图说明

图1为本发明基于杂波图的车载毫米波雷达地杂波虚警点抑制系统架构示意图；

图2为本发明门限幅值获取方法及信号处理流程示意图；

图3为本发明划分杂波图单元示意图；

图4为未使用本发明的车载毫米波雷达其前方空旷时的点云图；

图5使用本发明的车载毫米波雷达其前方空旷时的点云图；

图6使用本发明的车载毫米波雷达其前方存在目标时的点云图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

图1为本发明基于杂波图的车载毫米波雷达地杂波虚警点抑制系统架构示意图。

请参见图1，本发明提供的基于杂波图的车载毫米波雷达地杂波虚警点抑制系统，主要由发射天线、接收天线、发射器、接收器、波形产生器、数字组件、信号处理模块和数据处理模块组成。各组件模块主要功能如下：

波形产生器：其主要作用是根据系统设计产生射频激励信号和本振信号并分别发送给发射器和接收器；

发射器：其主要作用是，接收到波形产生器输出的射频激励信号后，对其进行射频放大和功分等处理，并分别发送至对应的发射天线；

发射天线：其主要作用是将射频激励信号转化成电磁波并辐射至周围空间；

接收天线：其主要作用是接收周围空间中的电磁波并将其转化成电信号(后面将其称为回波信号)后发送给接收器，当被发射天线辐射出去的电磁波遇到障碍物后会被各向散射，其中沿辐射路径后向散射的电磁波被接收天线接收到；

接收器：其主要作用是接收到回波信号和本振信号，并将回波信号进行低噪放等处理后与本振信号进行混频得到中频模拟信号，然后将中频模拟信号送至数字组件；

数字组件：其主要作用是将中频模拟信号转化成中频数字信号，然后再对中频数字信号进行中频放大和高、低通滤波等处理后送至信号处理模块；

信号处理模块：其主要作用是对中频数字信号进行距离维FFT、多普勒维FFT等处理后，检测出目标点云，并估计出目标点云的距离、速度、角度等参数，然后将获取的点云输出给数据处理模块；

数据处理模块：其主要作用是对原始点云进行滤波、跟踪等处理后输出给自动驾驶系统。

其中信号处理模块输出的点云和数据处理模块输出的目标跟踪信息即是车载毫米波雷达对周围环境的感知信息。

请继续参见图2，本发明提供了一种基于杂波图的车载毫米波雷达地杂波虚警点抑制方法流程。其中，离线处理部分为获取杂波图的方法，实时处理部分为信号处理流程，信号处理流程中的距离维FFT、多普勒维FFT、恒虚警检测、参数估计为常规处理。本发明的创新核心在于：获取地杂波分布区域、划分杂波图单元、获取杂波图门限、本地存储开辟空间并存储门限、杂波图检测及点云筛选等。本发明可有效剔除车载毫米波雷达近区地杂波虚警点，为自动驾驶系统提供更准确的环境感知信息。下文着重围绕本发明的创新部分进行介绍。

本发明提供得基于杂波图的车载毫米波雷达地杂波虚警点抑制方法，以设有毫米波雷达的汽车为载体，包括以下步骤及内容：

步骤S1：获取地杂波虚警点分布区域；毫米波雷达探测范围(FOV)通常为固定距离、方位和俯仰，地杂波虚警点分布区域通常不会占据整个探测范围，通常只在近区某个角度范围内。假设毫米波雷达探测距离最小为R_min米，最大为R_max米，探测方位最小为A_min弧度，最大为A_max弧度，则毫米波雷达探测范围俯视区域是面积为(R_max-R_min)²*|A_max-A_min|/2的一块扇形区域。为了获取地杂波虚警点分布区域，需要将毫米波雷达安装在汽车预设位置，然后到不同路况采集数据，路况要求为空旷场景，即没有任何目标的路况，“不同路况”中的“不同”是指路面材质、平坦度或位置的不同，例如，柏油路、水泥路或乡间土路，平坦位置、上坡位置或下坡位置等，统计出不同路况下地杂波虚警点分布区域。

步骤S2：划分杂波图单元；将步骤S1中获得的地杂波分布区域按照距离和角度划分成不同的杂波图单元，杂波图可以按照距离、方位分成两维，也可以按照距离、方位、俯仰分成三维。假设某场景地杂波虚警点分布区域在距离维占据的最大宽度为R_c，被分成了N个距离维杂波图单元，由近及远编号分别为：r₁、r₂、…、r_N，每个距离维杂波图单元在方位维又可分为多个方位维杂波图单元(俯仰维类似)，假设r₁、r₂、…、r_N对应的方位维杂波图单元数分别为C_r1、C_r2、…、C_rN，则总的杂波图单元数为C_r1+C_r2+…+C_rN。此处需要说明的是，每个距离维杂波图单元被分成的方位维杂波图单元数量可以相同也可以不同，具体划分杂波图单元的维度和个数可以根据系统存储空间大小、FOV大小等合理设计。如图3所示，1为地杂波虚警点分布区域，2为一个杂波图单元。

步骤S3：计算不同路况下各杂波图单元幅值作为检测门限；假设某场景步骤S2划分的杂波图单元占据的距离单元和角度单元数分别为J和I，共采集了M帧数据，首先剔除异常数据，即幅值特别大或特别小的数据，然后可以按照如下公式(1)计算杂波图单元的幅值

Mag＝E(E(S_ij)+δ(s_ij))+δ(E(S_ij)+δ(S_ij)) (1)

其中，E(*)表示求均运算，δ(*)表示求标准差运算，S_ij表示该杂波图单元内第i个距离单元行的第j个角度单元的幅值。此处需要说明的是，门限幅值的计算方法有很多，公式(1)只是其中一种示例而已。

步骤S4：将步骤S3中获取到的杂波图单元门限作为配置文件存入本地存储器；

步骤S5：提取地杂波分布区域内的过检测点及对应的杂波图单元门限值；雷达系统工作时每一帧都会生成点云，根据每个点的距离和角度等信息，提取属于地杂波分布区域的过检测点。

步骤S6：滤除地杂波点；将步骤S5中获取的过检测点的幅值逐个与对应的杂波图单元的门限进行比较，假设某个过检测点的幅值为Mag_t，与其对应的杂波图单元门限为Mag_c，如果Mag_t＞Mag_c则判定该点为真实目标并保留，否则丢弃该过检测点的所有信息特征。

本发明提供的基于杂波图的车载毫米波雷达地杂波虚警点抑制方法及系统，具有如下优点及有益效果：

1、本发明提出的一种基于杂波图的车载毫米波雷达地杂波虚警点抑制方法流程与系统利用杂波图原理，将地杂波虚警点分布区域建图并划分成杂波图单元，然后在每个单元中存入地杂波幅值作为检测门限，在雷达工作过程中，每一帧中属于地杂波分布区域的过检测点和对应的门限进行比较，以此剔除地杂波虚警点。

2、杂波图技术通常用于固定阵地的机扫或电扫雷达系统，提高系统对低慢小目标的探测能力。传统杂波图是在雷达工作过程中实时更新杂波图门限，其占用了较多硬件计算资源以及时间资源，本发明通过线下方式获取不同场景数据并得到对应杂波图门限，雷达工作过程中通过查表方式提取对应的杂波图门限即可，节省了获取杂波图门限的硬件计算资源和时间资源。

3、本发明能够有效区分地杂波区域的真实目标点和地杂波虚警点，并对地杂波虚警点进行抑制，而又不影响真实目标点输出。以下图4～图6为同一部车载毫米波雷达采用不同方法流程在不同路况下的实测路试结果，通过对3幅图进行对比分析，可证明本发明的有效性。其中，图4是没有采用本发明的路试结果，雷达前方路面空旷平整，但传统处理方法会在雷达前方生成一团点云，这团点云是由地面回波造成，是虚警点；图5是采用本发明后对同一帧原始数据处理的结果，可以发现，雷达前方原本存在的地杂波虚警点被完全抑制，证明本发明可有效抑制地杂波虚警点；图6是采用本发明而且路面存在一块板砖的路试结果，可见，板砖被成功检测到，说明本发明不会抑制真实目标。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (7)

1.一种基于杂波图的车载毫米波雷达地杂波虚警点抑制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1)获取地杂波虚警点分布区域；

S2)将获得的地杂波虚警点分布区域按照距离和角度划分成不同的杂波图单元；

S3)计算不同路况下各杂波图单元幅值作为检测门限；

S4)将计算得到的杂波图单元门限作为配置文件存入本地存储器；

S5)提取地杂波分布区域内的过检测点及对应的杂波图单元门限值；

S6)将过检测点的幅值逐个与对应的杂波图单元的门限进行比较，滤除地杂波点。

2.如权利要求1所述的基于杂波图的车载毫米波雷达地杂波虚警点抑制方法，其特征在于，所述步骤S1将毫米波雷达安装在汽车预设位置，毫米波雷达探测距离最小为R_min米，最大为R_max米，探测方位最小为A_min弧度，最大为A_max弧度，则毫米波雷达探测范围的俯视区域是面积为(R_max-R_min)²*|A_max-A_min|/2的一块扇形区域，获取的地杂波虚警点分布区域面积∈[0，(R_max-R_min)²*|A_max-A_min|/2]。

3.如权利要求1所述的基于杂波图的车载毫米波雷达地杂波虚警点抑制方法，其特征在于，所述步骤S2按照距离、方位分成两维，或者按照距离、方位、俯仰分成三维；假设某场景地杂波虚警点分布区域在距离维占据的最大宽度为R_c，被分成了N个距离维杂波图单元，由近及远编号分别为：r₁、r₂、…、r_N，每个距离维杂波图单元在方位维又分为多个方位维杂波图单元(俯仰维类似)，假设r₁、r₂、…、r_N对应的方位维杂波图单元数分别为C_r1、C_r2、…、C_rN，则总的杂波图单元数为C_r1+C_r2+…+C_rN。

4.如权利要求1所述的基于杂波图的车载毫米波雷达地杂波虚警点抑制方法，其特征在于，所述步骤S3包括：假设某场景划分的杂波图单元占据的距离单元和角度单元数分别为J和I，共采集了M帧数据，首先剔除异常数据，然后按照如下公式(1)计算杂波图单元的幅值：

Mag＝E(E(s_ij)+δ(s_ij))+δ(E(s_ij)+δ(s_ij)) (1)

其中，E(*)表示求均运算，δ(*)表示求标准差运算，S_ij表示该杂波图单元内第i个距离单元行的第j个角度单元的幅值。

5.如权利要求1所述的基于杂波图的车载毫米波雷达地杂波虚警点抑制方法，其特征在于，所述步骤S5包括：雷达系统工作时每一帧都会生成点云，根据每个点的距离和角度信息，提取属于地杂波分布区域的过检测点。

6.如权利要求1所述的基于杂波图的车载毫米波雷达地杂波虚警点抑制方法，其特征在于，所述步骤S6假设某个过检测点的幅值为Mag_t，与其对应的杂波图单元门限为Mag_c，如果Mag_t＞Mag_c则判定该点为真实目标并保留，否则丢弃该过检测点的所有信息特征。

7.一种基于杂波图的车载毫米波雷达地杂波虚警点抑制系统，用于实现如权利要求1至6任一项所述的基于杂波图的车载毫米波雷达地杂波虚警点抑制方法，其特征在于，包括如下模块：

波形产生器：根据系统设计产生射频激励信号和本振信号分别发送给发射器和接收器；

发射器：接收到波形产生器输出的射频激励信号后，对其进行射频放大和功分等处理，并分别发送至对应的发射天线；

发射天线：将射频激励信号转化成电磁波并辐射至周围空间；

接收天线：接收周围空间中的电磁波并将其转化成电信号后发送给接收器，当被发射天线辐射出去的电磁波遇到障碍物后会被各向散射，其中沿辐射路径后向散射的电磁波被接收天线接收到；

接收器：接收到回波信号和本振信号，并将回波信号进行低噪放等处理后与本振信号进行混频得到中频模拟信号，然后将中频模拟信号送至数字组件；

数字组件：将中频模拟信号转化成中频数字信号，然后再对中频数字信号进行中频放大和高、低通滤波处理后送至信号处理模块；

信号处理模块：对中频数字信号进行距离维FFT、多普勒维FFT处理后，检测出目标点云，并估计出目标点云的距离、速度、角度参数，然后将获取的点云输出给数据处理模块；

数据处理模块：对原始点云进行滤波、跟踪等处理后输出给自动驾驶系统。