WO2020181964A1 - 一种盲区检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种盲区检测方法，用于判断车辆盲区内是否存在目标，包括如下步骤：根据雷达中获取的帧的频谱计算出信杂比；求出频谱的包络线，并计算频谱的包络线宽度、以及频谱幅值的最大值与频谱包络线在频谱幅值最大值处对应的包络幅值的比值；根据所述信杂比、频谱幅值的最大值与频谱包络线在频谱幅值最大值处对应的包络幅值的比值、频谱包络线的宽度，判断是否单帧盲区报警；根据连续多帧的距离信息和每一帧的单帧盲区报警情况，判断是否多帧盲区报警。采用了本发明的技术方案，当目标处于车辆盲区位置的时候，可以有效消除栅栏以及花坛等无效目标的干扰，提高了盲区检测的精准度。

Description

一种盲区检测方法 技术领域

本发明属于车载雷达检测领域，尤其是一种盲区检测方法。

背景技术

现有的频移键控连续波(FSK-CW)雷达，它由FSK调制器，微波压控振荡器，微波前端，天线，微波混频器，中频低噪声放大器，FSK解调器，双通道模拟数字转换器,字同步信号产生器、和DSP处理器组成。其主要原理是利用目标的运动产生一个多普勒频率，利用该多普勒频率求解速度，同时利用不同距离在两个对应的频段上产生一个不同的相位差来求解距离。

现有的FSK-CW雷达，由于在车子开动过程中经过栅栏区域会在0频附近的低速运动区域产生很大的杂波。如图1所示，栅栏对应的杂波区域，如果使用普通的OS-CFAR或者CA-CFAR方法，对于杂波边缘的检测容易产生虚警的问题。对于存在的此种问题提出一种新型检测方法代替现有的恒虚警检测方法，解决栅栏之间的干扰。

行业内一种解决该问题的思路是通过检测栅栏和本车的角度以及求解栅栏和本车的相对车速，从而判断出栅栏和本车的相对车速等于本车的车速，通过这样的方法剔除栅栏以及地杂波。

对于栅栏可以利用车速信息来解决，栅栏因为是相对地面静止 的物体，其和本车车速是速度值相等方向相反，因此可以利用该信息判断静止的栅栏目标，同时生成栅栏轨迹来判断该路段是否栅栏路段，如果是栅栏路段可以把报警功能暂时关闭。考虑如果栅栏和本车在相邻车道位置，则关闭报警满足需求，如果栅栏与本车相隔一个车道，当目标处于车辆盲区位置的时候将会挡住栅栏目标因此无法形成栅栏的轨迹从而不会关闭报警功能，因此该方案是可以有效消除栅栏以及花坛等无效目标的干扰。

但是该方法也有显著的缺点，该方法对角度精度有极高的要求，这就对天线以及射频的设计提出了一定的要求，最主要的问题是车辆和栅栏的相对速度是通过雷达和栅栏的径向速度以及角度信息求得。如图4所示，栅栏纵向速度

其中v _r为雷达和目标径向速度，θ为栅栏和车辆之间的偏航角。由于角度雷达存在角度误差，靠近车辆水平方向的栅栏由于θ趋近0所以速度存在较大的偏差，其次本身角度测量的精度不够也会影响栅栏纵向速度的结果。

另外一种解决栅栏干扰的思路是对于小于一定径向速度的目标剔除，留下来的目标做跟踪,可以利用栅栏位置出现的随机性，和小概率能连续跟踪到目标的特性去除栅栏的干扰，但这种方法的准确度低，容易发生漏报或者误报。

发明内容

本发明提供了一种盲区检测方法，从而实现有效消除栅栏以及花坛等无效目标的干扰，提高了车载雷达盲区检测的精准度。

依据上述目的，实施本发明的一种盲区检测方法，用于判断车辆盲区内是否存在目标，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1，根据雷达中获取的帧的频谱计算出信杂比；

步骤S2，求出所述频谱的包络线，并计算频谱的包络线宽度、以及频谱幅值的最大值与频谱包络线在频谱幅值的最大值处对应的包络幅值的比值；

步骤S3，根据所述信杂比、频谱幅值的最大值与频谱包络线在频谱幅值的最大值处对应的包络幅值的比值、频谱包络线的宽度，判断是否单帧盲区报警；

步骤S4，根据连续多帧的距离信息和每一帧的单帧盲区报警情况，判断是否多帧盲区报警；

其中，所述频谱包络线中的点与所述频谱中的点一一对应,所述频谱幅值为频谱中点的幅值，所述包络幅值为频谱包络线中点的幅值。

可选的，所述步骤S1包括如下步骤：

步骤S11，从频谱中确定频谱幅值的最大值点；

步骤S12，在最大值点的左边以及右边分别选取12个峰值点，如果其中一边峰值点的数量不够12个，则左边以及右边选取峰值点的数量皆为峰值点少的一边峰值点的数量；

步骤S13，分别对两边选取的峰值点按频谱幅值大小做升序排列；

步骤S14，分别取两个升序队列的第3个到第8个峰值点的频 谱幅值并进行排列，生成一个新的峰值队列，剔除掉小于500的峰值，其中，所述峰值为所述峰值点的频谱幅值；

步骤S15，如果新的峰值队列为空，设置信杂比的数值范围30-100；否则，计算新的峰值队列的平均值，所述信杂比为频谱幅值的最大值点的幅值与所述新的峰值队列的平均值的比值。

可选的，所述步骤S15中，如果新的峰值队列为空，设置信杂比的数值为30。

可选的，所述步骤S2包括如下步骤：

步骤S21，求出频谱的包络线；

步骤S22，确定频谱包络线中的最大值点；

步骤S23，取频谱包络线的最大值点的一半作为包络门限，同时选出频谱包络线的最大值点的左边和右边第一个小于包络门限的点的索引值；

步骤S24，频谱包络线的宽度即是两个索引值之差的绝对值的一半；

步骤S25，计算出频谱幅值的最大值与频谱包络线中对应点的包络幅值的比值。

可选的，所述频谱包络线与所述频谱中相对应的点具有相同的索引值，所述索引值为所述频谱包络线与所述频谱中点的位置值。

可选的，所述步骤S21中，组成所述频谱包络线的最左边16个点的包络幅值为频谱中对应点的左边所有点和右边相邻16个点的频谱幅值的平均值，组成所述频谱包络线的最右边16个点的包络幅值 为频谱中对应点的左边相邻16个点和右边所有点的频谱幅值的平均值，组成所述频谱包络线的其余点的包络幅值为频谱中对应点的左、右相邻各16个点的频谱幅值的平均值。

可选的，所述步骤S3包括如下步骤：

步骤S31，设定信杂比用scr表示，频谱包络线的宽度用max_space表示，频谱幅值的最大值与频谱包络线在频谱幅值的最大值处对应的包络幅值的比值用rate表示；

步骤S32，如果scr>＝10，或者rate>＝2.5,或者15<max_space<30且scr>5,或者30<max_space<＝40且scr>7,单帧盲区报警；

否则，单帧盲区不报警。

可选的，所述步骤S4包括如下步骤：

步骤S41，求出一帧中频谱幅值的最大值的点对应的距离值；

步骤S42，判断所述频谱幅值的最大值是否大于第一阈值，且是否单帧盲区报警：如果频谱幅值的最大值大于第一阈值，且单帧盲区报警，则跟踪状态值加1，将该帧的频谱幅值的最大值以及所述距离值放入跟踪数组，继续执行下一步骤；否则，跟踪状态值赋0，同时清空跟踪数组，执行步骤S45；

步骤S43，判断跟踪状态值是否大于第二阈值：如果跟踪状态值大于第二阈值，继续执行下一步骤；否则，执行步骤S45；

步骤S44，剔除跟踪数组中错误的距离值后，求距离值的均值，判断所述距离值的均值是否在盲区距离范围内：如果在该盲区距离 范围内，则多帧盲区报警，盲区内存在目标；否则多帧盲区不报警，盲区内不存在目标，跟踪状态值赋0，同时清空跟踪数组；

步骤S45，选取下一帧的频谱，继续执行步骤S41。

可选的，所述步骤S41中，计算频谱幅值的最大值的点对应的距离值的公式如下：

其中，c表示光速，φ1代表FSK体制脉冲低电平部分的FFT频谱目标的相位，φ2代表FSK体制脉冲高电平部分的FFT频谱目标的相位，f ₁、f ₂表示雷达发射信号的第一个频率、第二个频率。

可选的，所述步骤S42中，所述第一阈值为10000。

可选的，所述步骤S42中，所述第二阈值为4。

可选的，所述步骤S44中，所述盲区距离范围为6米。

采用了本发明的技术方案，针对现有技术的不足，根据观测到的频谱设计频谱包络线和信杂比这两个指标的观测结果，确定了单帧盲区目标的监测策略；其中，频谱包络线主要是对频谱起到平滑的作用，其主要是能够体现频谱宽度特点；信杂比这一指标体现能量集中度，能够很好地区别盲区内的目标和栅栏。同时采用多帧综合判断进行盲区报警，并求出每一帧的最高点对应的距离，可以有效减少报警存在的误报和漏报的情况。

附图说明

图1是：无目标车辆只有栅栏时产生的频谱图；

图2是：同时有栅栏和目标车辆时产生的频谱图；

图3是：无栅栏只有目标车辆时产生的频谱图；

图4是：栅栏和目标车辆示意图；

图5是：跟踪报警流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。本发明中盲区检测方法的具体实施步骤为：

首先，通过信杂比判断盲区是否有目标，信杂比求取步骤如下所示：

(1)首先找到频谱的最大值点；

(2)在最大值点左边以及右边分别取12个峰值点(如果不够12个，则选取找到的最大峰值点数)；

(3)分别对两边选取的峰值点按峰值点的幅值做升序排列；

(4)定义峰值点的幅值为峰值，分别取两个升序队列的第3位到第8位的峰值；

(5)将从两个升序队列中选取的峰值合并为一个新的峰值队列，并且剔除掉幅值小于500的峰值；

(6)如果队列为空，将信杂比设置为比较大的数字(本例设置 为30)，否则进流程(7)；

(7)将队列求均值；

(8)信杂比为频谱最大值点和(7)所求均值点的比例。

如图1、2、3所示，其中X轴代表做1024点FFT后面的每个点，Y轴代表求得的信号的幅值，图中虚线表示包络线，实线表示频谱线。雷达中获取的帧的频谱为接收到的IQ信号做FFT变换保留的复数谱,只有机动车辆的频谱相比有栅栏的频谱能量相对更加集中，顶点能量更高。根据上述观测结果，设计信杂比这一指标体现能量集中度这一信息，具体说就是通过最高顶点的能量幅值和它左右附近的顶点幅值均值的比例作为信杂比的指标，信杂比越高说明越趋向于目标而不是栅栏。

其次，可以通过频谱包络线的宽度来判断盲区是否存在目标，其步骤如下所示：

(1)求出频谱的包络线，频谱包络线由连续的点组成，组成所述频谱包络线的点与频谱中的点一一对应，其中，组成所述频谱包络线的最左边16个点的包络幅值为频谱中对应点的左边所有点和右边相邻16个点的频谱幅值平均值，组成所述频谱包络线的最右边16个点的包络幅值为频谱中对应点的左边相邻16个点和右边所有点的频谱幅值平均值，组成所述频谱包络线的其余点的包络幅值为频谱中与对应点相邻的左、右各16个点的频谱幅值平均值，图1、2、3示出了各自包络线的形状；

(2)求出包络线的最大值点；

(3)取包络线最大值点的一半作为包络门限，同时选出包络线最大值点的左边和右边第一个小于包络门限的索引值；

(4)包络线宽度即是两个索引值之差的绝对值的一半；

(5)最后计算出频谱幅值的最大值和频谱包络线在对应频谱幅值的最大值处的包络幅值的比值。

如图1、2、3所示，其中X轴代表做1024点FFT后面的每个点，Y轴代表求得的信号的幅值，图中虚线表示包络线，实线表示频谱线。比较图1至图3，只有目标车辆的频谱宽度明显比有栅栏的频谱宽度要窄些；根据上述观测到的现象可以设计频谱包络线，频谱包络线主要是对频谱起到平滑的作用，其主要是能够体现频谱的宽度特点，本专利是取每个频谱点附近N个频谱幅值的均值作为每个包络点。然后对包络线宽度做出定义，本专利定义包络线最大值的一半在其最大值左边和右边对应的点的频点距离做为包络线宽度；确定一个阈值，做为区分目标和栅栏状态的标准之一。

再其次，具体对于单帧盲区报警策略如下：

(1)首先设定信杂比用scr表示，盲区宽度(即包络线宽度)用max_space表示，频谱幅值的最大值和频谱包络线在频谱幅值的最大值处的包络幅值比值用rate表示；

(2)针对实际测试情况，如果scr>＝10或者rate>＝2.5,单帧盲区报警；

(3)如果max_space<30并且max_space>15并且scr>5,单帧盲区报警；

(4)如果max_space<＝40并且max_space>30并且scr>7,单帧盲区报警；

(5)如果不满足上述3种情况，则单帧盲区不报警。

根据以上两个观测结果确定了单帧盲区目标的监测策略，但是单帧盲区报警存在一定的误报和漏报的可能性。

最后，对于单帧盲区报警并不能完全避免栅栏误报的情况，此时需要多帧连续判断，最终判断是否报警。基于这样的原则一般假设在盲区范围内(距离本车纵向距离3m以内的目标)只有一个目标，同时目标应该是频谱幅值的最大值的点，具体步骤如下：

(1)可以求出最大点对应的距离值，其计算公式如下所示

其中，c表示光速，φ1代表FSK体制脉冲低电平部分的FFT频谱目标的相位，φ2代表FSK体制脉冲高电平部分的FFT频谱目标的相位，f ₁、f ₂表示雷达发射信号的第一个频率、第二个频率。

其具体推导及FSK体制距离公式说明如下：

发射信号：

S _T(t)＝A _Tcos(2πf ₁t+ρ ₀)  t∈(2nT _step，(2n+1)T _step]＝A _Tcos(2πf ₂t+ρ ₀)  t∈((2n+1)T _step，(2n+2)T _step]    (2)

其中，S _T(t)代表发射信号幅值随时间变化的函数，A _T代表信号幅值，f ₁是信号第一个频率，f ₂是信号第二个频率，

ρ ₀是初始相位,T _step代表采样周期。

接收信号：

S _R(t)＝A _Tcos(2πf ₁(t-t _d)+ρ ₀)  t∈(2nT _step，(2n+1)T _step]＝A _Tcos(2πf ₂(t-t _d)+ρ ₀)  t∈((2n+1)T _step，(2n+2)T _step]         (3)

其中，S _R(t)代表接收信号幅值随时间变化的函数，t _d代表雷达发射信号到接收信号的时延。

中频信号相当于保留了低频部分的差频，滤掉两信号频率相加的高频部分，因此

其中，Sm(t)表示发射信号和接收信号混频后的中频信号幅值随着时间变化的函数，Am表示中频信号波峰值，V表示目标和雷达的径向相对速度，△t表示雷达发射调制波形然后经过目标反射后接收到信号的时间差。

由于V*Δt相对R来说数值很小可以忽略该项，则可以得到

因此，

由此，可以推导得到公式(1)。

(2)对于跟踪判断报警有如下策略，如图5所示为其流程图。

步骤a)首先判断频谱幅值的最大值是否大于第一阈值同时是否单帧盲区报警；

步骤b)如果满足条件(a)，则跟踪状态值加1，同时将该帧求的频谱幅值以及距离放入跟踪数组，该帧求的频谱幅值即为该帧求的幅值是指该帧求的频谱目标位置对应的幅值；若不满足条件，跟踪状态值赋0，同时清空跟踪数组，返回步骤a；

步骤c)如果跟踪状态值累加后的数值大于第二阈值，则在剔除跟踪数组中完全错误距离数据后，求距离均值；如果跟踪状态值累加后的数值小于第二阈值，返回步骤a；

步骤d)、判断距离均值是否在盲区距离范围内，如果在该范围则盲区报警；否则，不报警，同时清空跟踪数组，返回步骤a。

上述第一阈值实际是根据道路环境进行选取，本实施例中第一阈值为取道路谱线底噪的10倍到20倍，如果修改了雷达硬件可能会有不同第一阈值，本实施例中的第一阈值选取10000。

上述第二阈值也是通过道路环境测试来确定的，实际该第二阙值是连续跟踪的次数，选取3～20，本实施例中的第二阙值选取为4。

上述盲区距离范围根据ISO17387的标准确定，本实施例选取6米以内。

通过采用优化后的最佳数值，能够最大程度提高盲区检测的精准度，最大程度的减少漏报和误报的情况。

多帧报警一个中心思想是如果能够连续N帧判定有目标，则有更大的概率是目标，同时求出每一帧的最高点对应的距离(基于盲区内最高点更趋向于是目标)，如果这些帧所求得的距离都在盲区内则有更大概率是盲区内有目标而不是栅栏，因此做出报警判定。本发明主要针对解决雷达FSK体制存在的栅栏干扰的问题，通过信杂比、频谱包络线、跟踪判断这三点对应的解决方法把栅栏剔除掉。

本发明所提供的盲区检测方法方案，根据观测到的频谱设计频谱包络线和信杂比这两个指标的观测结果确定了单帧盲区目标的监测策略，同时采用多帧综合判断进行盲区报警，并求出每一帧的最高点对应的距离，可以有效消除栅栏以及花坛等无效目标的干扰，提高了盲区检测的精准度，有效减少报警存在的误报和漏报的情况。

Claims (12)

1. 一种盲区检测方法，用于判断车辆盲区内是否存在目标，其特征在于，包括如下步骤：

   步骤S1，根据雷达中获取的帧的频谱计算出信杂比；

   步骤S2，求出所述频谱的包络线，并计算频谱的包络线宽度、以及频谱幅值的最大值与频谱包络线在频谱幅值最大值处对应的包络幅值的比值；

   步骤S3，根据所述信杂比、频谱幅值的最大值与频谱包络线在频谱幅值最大值处对应的包络幅值的比值、频谱包络线的宽度，判断是否单帧盲区报警；

   步骤S4，根据连续多帧的距离信息和每一帧的单帧盲区报警情况，判断是否多帧盲区报警；

   其中，所述频谱包络线中的点与所述频谱中的点一一对应,所述频谱幅值为频谱中点的幅值，所述包络幅值为频谱包络线中点的幅值。
2. 如权利要求1所述的一种盲区检测方法，其特征在于，所述步骤S1包括如下步骤：

   步骤S11，从频谱中确定频谱幅值的最大值点；

   步骤S12，在最大值点的左边以及右边分别选取12个峰值点，如果其中一边峰值点的数量不够12个，则左边以及右边选取峰值点的数量皆为峰值点少的一边峰值点的数量；

   步骤S13，分别对两边选取的峰值点按频谱幅值大小做升序排 列；

   步骤S14，分别取两个升序队列的第3个到第8个峰值点的频谱幅值并进行排列，生成一个新的峰值队列，剔除掉小于500的峰值，其中，所述峰值为所述峰值点的频谱幅值；

   步骤S15，如果新的峰值队列为空，设置信杂比的数值范围为30～100；否则，计算新的峰值队列的平均值，所述信杂比为频谱幅值的最大值点的幅值与所述新的峰值队列的平均值的比值。
3. 如权利要求2所述的一种盲区检测方法，其特征在于，所述步骤S15中，如果新的峰值队列为空，设置信杂比的数值为30。
4. 如权利要求2所述的一种盲区检测方法，其特征在于，所述步骤S2包括如下步骤：

   步骤S21，求出频谱的包络线；

   步骤S22，确定频谱包络线中的最大值点；

   步骤S23，取频谱包络线的最大值点的一半作为包络门限，同时选出频谱包络线的最大值点的左边和右边第一个小于包络门限的点的索引值；

   步骤S24，频谱包络线的宽度即是两个索引值之差的绝对值的一半；

   步骤S25，计算出频谱幅值的最大值与频谱包络线中对应点的包络幅值的比值。
5. 如权利要求4所述的一种盲区检测方法，其特征在于，所述频谱包络线与所述频谱中相对应的点具有相同的索引值，所述索引值为所述频谱包络线与所述频谱中点的位置值。
6. 如权利要求4所述的一种盲区检测方法，其特征在于，所述步骤S21中，组成所述频谱包络线的最左边16个点的包络幅值为频谱中对应点的左边所有点和右边相邻16个点的频谱幅值的平均值，组成所述频谱包络线的最右边16个点的包络幅值为频谱中对应点的左边相邻16个点和右边所有点的频谱幅值的平均值，组成所述频谱包络线的其余点的包络幅值为频谱中对应点的左、右相邻各16个点的频谱幅值的平均值。
7. 如权利要求1所述的一种盲区检测方法，其特征在于，所述步骤S3包括如下步骤：

   步骤S31，设定信杂比用scr表示，频谱包络线的宽度用max_space表示，频谱幅值的最大值与频谱包络线在频谱幅值的最大值处对应的包络幅值的比值用rate表示；

   步骤S32，如果scr>＝10，或者rate>＝2.5,或者15<max_space<30且scr>5,或者30<max_space<＝40且scr>7,单帧盲区报警；

   否则，单帧盲区不报警。
8. 如权利要求1所述的一种盲区检测方法，其特征在于，所述步骤S4包括如下步骤：

   步骤S41，求出一帧中频谱幅值的最大值的点对应的距离值；

   步骤S42，判断所述频谱幅值的最大值是否大于第一阈值，且是否单帧盲区报警：如果频谱幅值的最大值大于第一阈值，且单帧盲区报警，则跟踪状态值加1，将该帧的频谱幅值的最大值以及所述距离值放入跟踪数组，继续执行下一步骤；否则，跟踪状态值赋0，同时清空跟踪数组，执行步骤S45；

   步骤S43，判断跟踪状态值是否大于第二阈值：如果跟踪状态值大于第二阈值，继续执行下一步骤；否则，执行步骤S45；

   步骤S44，剔除跟踪数组中错误的距离值后，求距离值的均值，判断所述距离值的均值是否在盲区距离范围内：如果在该盲区距离范围内，则多帧盲区报警，盲区内存在目标；否则多帧盲区不报警，盲区内不存在目标，跟踪状态值赋0，同时清空跟踪数组；

   步骤S45，选取下一帧的频谱，继续执行步骤S41。
9. 如权利要求8所述的一种盲区检测方法，其特征在于，所述步骤S41中，计算频谱幅值的最大值的点对应的距离值的公式如下：

   

   其中，c表示光速，φ1代表FSK体制脉冲低电平部分的FFT 频谱目标的相位，φ2代表FSK体制脉冲高电平部分的FFT频谱目标的相位，f ₁、f ₂表示雷达发射信号的第一个频率、第二个频率。
10. 如权利要求8所述的一种盲区检测方法，其特征在于，所述步骤S42中，所述第一阈值为10000或第一阈值为道路频谱线底噪的10～20倍。
11. 如权利要求8所述的一种盲区检测方法，其特征在于，所述步骤S42中，所述第二阈值为4。
12. 如权利要求8所述的一种盲区检测方法，其特征在于，所述步骤S44中，所述盲区距离范围为6米。

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