[發明專利]基于組合波形的無人駕駛汽車復雜環境防碰撞雷達系統及信號處理方法

在審

• 申請號: 201610723436.2
• 申請日: 2016-08-25
• 公開（公告）號: CN107783113A
• 公開（公告）日: 2018-03-09
• 發明（設計）人: 田雨農;王鑫照
• 申請（專利權）人: 大連樓蘭科技股份有限公司
• 主分類號: G01S13/93
• 分類號: G01S13/93
• 代理公司: 大連智高專利事務所(特殊普通合伙)21235
• 代理人: 李猛

技術領域

本發明屬于雷達領域，涉及一種基于組合波形的無人駕駛汽車復雜環境防碰撞雷達系統及信號處理方法。

背景技術

近年來，隨著經濟的發展，交通需求日益增加，城市交通擁堵、交通事故頻發等成為當前世界各國面臨的共同問題。對公路交通事故的分析顯示，在司機、汽車、道路三個環節中，司機是可靠性最薄弱的環節，因此近幾年來，替代司機駕駛的無人駕駛汽車孕育而生，自動駕駛汽車又稱無人駕駛汽車、電腦駕駛汽車是一種通過電腦系統實現無人駕駛的智能汽車。

為提高自動駕駛汽車行駛的安全性，自動駕駛汽車依靠人工智能、視覺計算、雷達、監控裝置和全球定位系統協同合作，讓電腦可以在沒有任何人類主動的操作下，自動安全地操作機動車輛。因此自動駕駛汽車需要判斷汽車行駛狀況，對車輛的安全性進行預測，自動采取措施防止交通事故的發生，減小事故發生概率的系統，如車道偏離系統、前向車輛碰撞警告系統、前向避障輔助系統、駕駛員注意力監測等。其中，汽車防撞雷達是自動駕駛汽車最主要的傳感器之一。主要是由于汽車防撞雷達是一種主動安全設備，可以準確的測量出周圍目標的速度和距離，以及目標所在的方位角等信息，可以準確的發現無人駕駛汽車在行駛過程中的潛在危險，并且根據雷達檢測到的障礙物信息，自動采取措施消除危險。

目前應用到汽車上的測距方法主要有激光測距，超聲波測距，紅外線測距，毫米波雷達測距等幾種方法。紅外、攝像頭等光學技術價格低廉且技術簡單，但是全天候工作效果不好，防撞性能有限；超聲波受天氣狀態影響大，探測距離較短。而毫米波雷達克服了上述幾種探測方式的缺點，具有穩定的探測性能和良好環境適用性。它不僅具有頻率高、波長短、頻帶寬、體積小、重量輕等特點，而且與上述幾種傳感器相比，毫米波雷達穿透霧、煙、灰塵的能力強，抗干擾能力強，不受光線影響，探測距離遠，具有全天候全天時等特點。成本也有所下降，并且雷達的外型尺寸可以做得很小，便于在汽車上安裝，故作為目前國內外自動駕駛汽車防撞雷達的普遍選擇方式。

綜上所述：無論從安全角度還是經濟角度而言，自動駕駛汽車防撞雷達的研制都極具應用價值和現實意義。自動駕駛汽車在實現過程中，需要全方位的進行防撞，所以本發明的自動駕駛汽車防撞雷達，可以安裝在汽車正前方作為正向防撞雷達使用，同時可以安裝在汽車前方的左邊或是右邊，作為汽車正前方的左邊以及右邊方向防撞雷達使用，同時可以安裝在汽車正后面，作為后向防撞雷達使用，同時可以按照在汽車后方左邊和右邊作為變道輔助雷達同時作為防撞雷達使用，以及可以按照在汽車左右兩側，作為汽車左右兩側的防碰撞雷達使用。本發明所設計的自動駕駛汽車防撞雷達在以下描述中，主要是針對前向防撞雷達進行描述，但是其他按照地方的雷達可以按此方法進行同理使用。

發明內容

本發明提供了一種基于組合波形的無人駕駛汽車復雜環境防碰撞雷達系統及信號處理方法，目的在于得到一種雷達信號處理系統，以實現無人駕駛汽車遠距離復雜環境防撞。

本發明采用如下技術方案：

一種基于組合波形的無人駕駛汽車復雜環境防碰撞雷達系統，包括天線分系統、射頻分系統、信號調理分系統、信號處理分系統；

所述天線分系統形成雷達探測所需的發射和接收波束，并將發射信號向指定區域輻射，并接收指定區域內的目標散射回波信號；

所述射頻分系統，產生發射信號且發射信號的頻率按照調制信號的規律進行變化，實現輸出線性調頻連續波；

所述信號調理分系統，對中頻模擬信號的濾波和幅值放大；

所述信號處理分系統，使信號調理分系統輸出的四路I/Q中頻信號，采集到AD采集通道中，并進行基于組合波形的無人駕駛汽車復雜環境防碰撞雷達信號處理且輸出。

上述的基于組合波形的無人駕駛汽車復雜環境防碰撞雷達系統的信號處理方法，所述組合波形是三角波調制的FMCW信號及恒頻波調制的CW信號組合而成的波形，第一段為三角波，第二段為恒頻波；

所述信號處理方法包括以下步驟：

S1.對各段波形，將A/D采集到的IQ數據，進行時頻的FFT變換，將時域數據轉換成頻率數據；

S2.將各段波形FFT變換后的復數模值做門限檢測CFAR，輸出過門限點位置，根據過門限的點計算其對應的頻率值，并由此得到對應點上的頻率矩陣，同時計算出恒頻段過門限點對應的相位值，并由此得到對應點上的相位矩陣；

S3.對于恒頻波，計算得到速度矩陣；而對于三角波，其上掃頻頻率矩陣和下掃頻對應的頻率矩陣，兩兩進行配對計算距離和速度，并由此得到距離矩陣和速度矩陣。