CN109001692A - 一种毫米波雷达自适应抗相互干扰方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种毫米波雷达自适应抗相互干扰方法，包括：1、将接收信号与本振信号进行混频得到中频信号，对中频信号滤波并通过模数转换芯片将滤波后的中频信号数字化；2、对上下扫频段的目标进行配对，得到虚警率低的目标数V(n)；3、目标数V(n)进行判断，若大于预设阈值VT则执行下一步骤，否则将上一次求得的斜率数作为下一次斜率数，再执行步骤5；4、根据目标数的变化更改斜率数X(n)；5、按随机顺序遍历长度为调制波斜率数X(n)的斜率表L，产生随机变换的调制波斜率；6：根据步骤5得出斜率值生成调制波并发射出雷达波。本发明对于提高车载雷达抗干扰能力，减少虚假目标，降低虚警率，提高雷达可靠性有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及毫米波应用技术领域，尤其涉及一种适用于车上装载有毫米波雷达的自适应抗相互干扰方法。
背景技术
在毫米波雷达被越来越多地应用于高级驾驶辅助***的情况下，同类型雷达之间信号相互干扰的问题不能被忽视。雷达波的相互干扰是指本车雷达接收到其他同类型雷达发射的信号后，由于两雷达的调频信号相似，本车雷达把外界雷达信号误判为目标反射信号，从而造成虚警。
目前针对毫米波雷达相互干扰的问题主要有两种解决方案：
一、通过减小雷达波的波束宽度来降低相互干扰概率。然而此方法降低干扰的程度有限，在车况复杂的道路上，由于汽车的转向，此方法的雷达仍然会发生相互干扰现象。而且高级驾驶辅助***要求车载雷达的探测角度必须足够大，使其能探测到相邻车道车辆信息，以达到车辆变道的目的。
二、对雷达波的波形进行设计，以减少干扰。此方法一般为设定一定数量的调制波斜率，***根据这些斜率生成一系列不同斜率的调制波来控制雷达波的频率变化。此方法能够有效抑制相互干扰，同时不增加雷达前端硬件成本，而且能保证车载雷达的探测角度不被缩小。但是，此方法的斜率数是固定的，而道路的车流状况是时刻变化。在车流量比较大的道路上，若本车雷达的调制波斜率数不足够多，相互干扰造成的虚警率就会提高；在车流量较小的道路上，若本车雷达的调制波斜率数过大，会给雷达发射前端带来不必要的负担。
因此，现有技术需要进一步改进和完善。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于车上装载有毫米波雷达的自适应抗相互干扰方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
为了解决现有技术中车载雷达间互相干扰，调制波波形不能自适应调整的技术问题，本发明提出通过自适应改变每周期内雷达调制波的斜率来抑制相互干扰的方法。在车辆的行驶过程中，本发明所设计的雷达***能够根据探测到的车辆目标数设定合适的调制波斜率数，由设定的斜率数生成斜率表，基于斜率表生成斜率随机的调制波来控制雷达波频率。
本发明一共包括以下六个步骤：
S1：将接收信号与本振信号进行混频得到中频信号，对中频信号进行滤波，并通过模数转换芯片将经过滤波后的中频信号数字化。
S2：根据同一目标在上下扫频段产生的两个频谱总是具有最大的相似性这一特点，对上下扫频段的目标进行配对，得到虚警率低的目标数V(n)。
S3：对检测到的目标数V(n)进行判断，如果目标数大于预设阈值VT则执行S4，否则将上一次求得的斜率数作为下一次斜率数，即X(n)＝X(n-1)，再执行步骤S5。
S4：根据目标数的变化情况更改斜率数X(n)。
S5：按随机的顺序，遍历长度为调制波斜率数X(n)的斜率表L，产生随机变换的调制波斜率。
S6：根据步骤5得出斜率值生成调制波，在其调制下发射出雷达波。
优选地，所述步骤S2目标检测，包括以下步骤：
S21：分别对上下扫频段的差拍信号进行快速傅里叶变换，得到上下扫频段差拍信号频谱；
S22：将所有目标在上扫频段频谱形成的峰值存于数组Aup[]中，并记录目标数Oup；
S23：将所有目标在下扫频段频谱形成的峰值存于数组Adown[]中，并记录目标数Odown；
S24：令索引值iup，idown，以及目标数V(n)全部为零，其中iup用于数组Aup[]成员的访问，idown用于数组Adown[]成员的访问；
S25：上下扫频段峰值数组成员互减求差值ΔA，即ΔA＝|Aup[iup]-Adown[idown]|；
S26：对差值ΔA进行判断，如果ΔA小于预设阈值AT，则执行下一步骤，否则执行步骤S28；
S27：目标数V(n)增加1；
S28：索引值idown增加1；
S29：对索引值idown进行判断，如果idown等于下扫频段目标数Odown，则执行下一步骤，否则执行步骤S25；
S210：索引值iup增加1，令索引值idown为零；
S211：对索引值iup进行判断，如果iup等于上扫频段目标数Oup，则执行下一步骤，否则执行步骤S25；
S212：输出目标数V(n)；
优选地，所述步骤S4调制波斜率数更改，包括以下步骤：
S41：将前后目标数V(n-1)和V(n)相减求得当前目标数变动值ΔV(n)；
S42：将ΔV(n)与一个预设好的缩放因子S1相乘，得到组成斜率数增量的第一部分P1，即P1＝ΔV(n)×S1；
S43：将前后目标数变动值ΔV(n-1)和ΔV(n)相减求另一个变动值M，并将其与一个预设好的缩放因子S2相乘，得到组成斜率数增量的第二部分P2，即P2＝(ΔV(n-1)-ΔV(n))×S2；
S44：求组成斜率数增量的第三部分P3。此步骤包括以下步骤：
S441：判断目标数变动值ΔV(n)是否小于预设阈值Thmax，如果小于Thmax则执行下一步骤，否则P3＝0并结束步骤S44；
S442：将本次目标数变动值ΔV(n)累加，并存于目标数变动累计单元Sum中，即Sum＝Sum+ΔV(n)；
S443：将Sum与一个预设好的缩放因子S3相乘，此时求得P3＝Sum×S3；
S45：求出斜率数变化量Xadd，Xadd＝P1+P2+P3；
S46：更新斜率数X(n)，X(n)＝Xo+Xadd，其中Xo为预设置的初始斜率数。
优选地，所述步骤S5调制波斜率控制，包括以下步骤：
S51：比较前后两次求出的斜率数X(n-1)和X(n)是否相等，如果相等则执行步骤S52，否则执行步骤S54；
S52：生成斜率表L。其中斜率表L的成员数为斜率数X(n)，表中成员Slo1～SloX(n)按一定的步进增长；
S53：生成1～X(n)的随机序列，并存于数组Q[]，索引j＝0；
S54：判断索引值j是否增长到斜率表L的表长，即j与X(n)是否相等，如果相等，则执行步骤S55，否则直接执行步骤S56；
S55：将索引值归零，即j＝0；
S56：下一个周期调制波的斜率Snext＝SloQ[j]；
S57：索引值j增加1。
优选地，所述步骤S6雷达波发射如下：
根据步骤S5得到的斜率值由调制波产生电路的处理器产生相应的三角波调制信号的数字量；
通过数模转换芯片将数字量转变成模拟量，输入雷达射频前端模块，对雷达工作中心频率进行调制并发射出去。
与现有技术相比，本发明还具有以下优点：
(1)本发明所提供的毫米波雷达自适应抗相互干扰方法中每周期的调制波斜率大小变化，从而在回波信号处理过程中，干扰信号被视为白噪声信号，使其对目标检测带来的影响得到了降低。
(2)本发明所提供的毫米波雷达自适应抗相互干扰方法采用了随机遍历斜率表L的方法更新调制波斜率，使调制波斜率具有随机性，从而有效地降低了两雷达间调制波波形相同的概率。
(3)本发明所提供的毫米波雷达自适应抗相互干扰方法中配对上下扫频段频谱得到目标数，能有效减少虚假目标，得到虚警率较低的目标数，提高车载雷达探测可靠性。
(4)本发明所提供的毫米波雷达自适应抗相互干扰方法中调制波斜率数可以自适应调整，在不同的路况中能根据探测到的目标数的变化而作出相应的改变。因此，本发明既可以有效降低调制波波形的重复率，从而降低因波形重复带来的虚警率，又可以减少过多斜率数给雷达发射前端带来的负担。
(5)本发明所提供的毫米波雷达自适应抗相互干扰方法中在更改斜率数之前对目标数进行判断，如果目标数大于预设阈值则通过本发明提供的自适应算法更改斜率数，否则将上一次求得的斜率数作为下一次斜率数。使雷达在车况基本不变的道路中保持斜率数不变，避免斜率数的频繁更改加重雷达发射前端的负担。
附图说明
图1是本发明所提供的毫米波雷达自适应抗相互干扰方法的流程图。
图2是本发明所提供的目标检测方法的流程图。
图3是本发明所提供的调制波斜率数更改方法的流程图。
图4是本发明所提供的调制波斜率控制方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
如图1至图4所示，本实施例公开了一种毫米波雷达自适应抗相互干扰方法，该方法采用载频为24GHz的雷达，调制三角波周期Tm＝0.01s，三角波斜率为Slo＝2B/Tm，其中B为发射信号带宽，设计带宽范围100MHz≤B≤250MHz，由此可知，三角波斜率范围2×1010Hz/s≤Slo≤5×1010Hz/s。
参阅图1，本发明基于毫米波雷达的自适应抗干扰方法，应用于相互干扰环境下车载雷达的目标检测，具体包括以下步骤：
S1：将接收信号与本振信号进行混频得到中频信号，对中频信号进行滤波，并通过模数转换芯片将经过滤波后的中频信号数字化。
S2：根据同一目标在上下扫频段产生的两个频谱总是具有最大的相似性这一特点，对上下扫频段的目标进行配对，得到虚警率低的目标数。
目标检测的方法参阅图2，包括以下步骤：
步骤S21：分别对上下扫频段的差拍信号进行快速傅里叶变换，得到上下扫频段差拍信号频谱；
S22：将所有目标在上扫频段频谱形成的峰值存于数组Aup[]中，并记录目标数Oup，例如10；
S23：将所有目标在下扫频段频谱形成的峰值存于数组Adown[]中，并记录目标数Odown，例如11；
S24：令索引值iup，idown，以及目标数V(n)全部为零；
S25：上下扫频段峰值数组成员互减求差值ΔA，即ΔA＝|Aup[iup]-Adown[idown]|；
S26：对差值ΔA进行判断，如果ΔA小于预设阈值AT，例如10-5，则执行下一步骤，否则执行步骤S28；
S27：目标数V(n)增加1；
S28：索引值idown增加1；
S29：对索引值idown进行判断，如果idown等于下扫频段目标数Odown，则执行下一步骤，否则执行步骤S25；
S210：索引值iup增加1，令索引值idown为零；
S211：对索引值iup进行判断，如果iup等于上扫频段目标数Oup，则执行下一步骤，否则执行步骤S25；
S212：输出目标数V(n)，例如在Oup＝10，Odown＝11情况下互减得到的110个差值中只有10个差值符合步骤S26的判断条件，因此，此步骤S212输出目标数V(n)＝10；
S3：对检测到的目标数目进行判断，如果目标数大于预设阈值VT则执行S4，否则将上一次求得的斜率数作为下一次斜率数，即X(n)＝X(n-1)，再执行步骤S5。例如取VT＝5，经过S2得到检测目标数V(n)＝10，V(n)＞VT，符合执行步骤S4条件。
S4：调制波斜率数更改的方法参阅图3，包括以下步骤：
S41：将前后目标数V(n-1)和V(n)相减求得当前目标数变动值ΔV(n)，在以上的步骤中求得V(n)＝10，V(n-1)＝8，则ΔV(n)＝2；
S42：将ΔV(n)与一个预设好的缩放因子S1相乘，得到组成斜率数增量的第一部分P1，即P1＝ΔV(n)×S1，例如S1＝10，则P1＝2×10＝20；
S43：将前后目标数变动值ΔV(n-1)和ΔV(n)相减求另一个变动值M，并将其与一个预设好的缩放因子S2相乘，得到组成斜率数增量的第二部分P2，即P2＝(ΔV(n-1)-ΔV(n))×S2，例如ΔV(n-1)＝1，S2＝50，则P2＝(2-1)×50＝50；
S44：求组成斜率数增量的第三部分P3。此步骤包括以下步骤：
S441：判断目标数变动值ΔV(n)是否小于预设阈值Thmax，如果小于Thmax则执行下一步骤，否则P3＝0并结束步骤S44，例如Thmax＝10，由于以上步骤中得到ΔV(n)＝2＜Thmax＝10，故符合判断条件，执行S442；
S442：将本次目标数变动值ΔV(n)累加，并存于目标数变动累计单元Sum中，即Sum＝Sum+ΔV(n)，在以上步骤中，ΔV(n-1)＝1，ΔV(n)＝2，故Sum＝1+2＝3；
S443：将Sum与一个预设好的缩放因子S3相乘，此时求得P3＝Sum×S3，例如S3＝20，则P3＝3×20＝60；
S45：求出斜率数变化量Xadd，Xadd＝P1+P2+P3，在以上步骤中，可以求得Xadd＝20+50+60＝130；
S46：更新斜率数X(n)，X(n)＝Xo+Xadd，其中Xo为预设置的初始斜率数，例如设初始斜率数Xo＝0，则X(n)＝0+130＝130。
S5：产生随机斜率的方法参阅图4，包括以下步骤：
S51：比较前后两次求出的斜率数X(n-1)和X(n)是否相等，如果相等则执行步骤S52，否则执行步骤S54。以上的步骤中得到X(n)＝130，例如X(n-1)＝100，则X(n)≠X(n-1)，执行步骤S52；
S52：生成斜率表L。其中斜率表L的成员数为斜率数X(n)，表中成员Slo1～SloX(n)按一定的步进增长。例如设计三角波斜率范围2×1010Hz/s≤Slo≤5×1010Hz/s，又由以上步骤得到X(n)＝130，则斜率表L成员Slo1～SloX(n)按步进2.3×108Hz/s由2×1010增长到5×1010Hz/s；
S53：生成1～X(n)的随机序列，并存于数组Q[]，索引j＝0；
S54：判断索引值j是否增长到斜率表L的表长，即j与X(n)是否相等，如果相等，则执行步骤S55，否则直接执行到步骤S56；
S55：将索引值归零，即j＝0；
S56：下一个周期调制波的斜率Snext＝SloQ[j]；
S57：索引值j增加1。
S6：根据步骤5得到的下一个周期调制波的斜率值Snext生成调制三角波，在其调制下发射出雷达波。例如，得到的下一个周期调制波斜率为2×1010Hz/s，则由调制波产生电路的处理器产生斜率为2×1010Hz/s的三角波调制信号的数字量，通过数模转换芯片将数字量转变成模拟量，输入雷达射频前端模块，对雷达工作中心频率进行调制并发射出去。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种毫米波雷达自适应抗相互干扰方法，其特征在于，包括如下具体步骤：
步骤S1：将接收信号与本振信号进行混频得到中频信号，对中频信号进行滤波，并通过模数转换芯片将经过滤波后的中频信号数字化；
步骤S2：检测目标，得到目标数V(n)；
步骤S3：对目标数V(n)进行判断，决定是否更改斜率数X(n)；
步骤S4：根据目标数的变化情况更改斜率数X(n)；
步骤S5：按随机的顺序，遍历长度为调制波斜率数X(n)的斜率表L，产生随机变换的调制波斜率；
步骤S6：根据步骤S5得出斜率值生成调制波，在其调制下发射出雷达波。
2.根据权利要求1所述的毫米波雷达自适应抗相互干扰方法，其特征在于，所述步骤S2包括如下具体步骤：
步骤S21：分别对上下扫频段的差拍信号进行快速傅里叶变换，得到上下扫频段差拍信号频谱；
步骤S22：将所有目标在上扫频段频谱形成的峰值存于数组Aup[]中，并记录目标数Oup；
步骤S23：将所有目标在下扫频段频谱形成的峰值存于数组Adown[]中，并记录目标数Odown；
步骤S24：令索引值iup，idown，以及目标数V(n)全部为零，其中iup用于数组Aup[]成员的访问，idown用于数组Adown[]成员的访问；
步骤S25：上下扫频段峰值数组成员互减求差值ΔA，即ΔA＝|Aup[iup]-Adown[idown]|；
步骤S26：对差值ΔA进行判断，如果ΔA小于预设阈值AT，则执行下一步骤，否则执行步骤S28；
步骤S27：目标数V(n)增加1；
步骤S28：索引值idown增加1；
步骤S29：对索引值idown进行判断，如果idown等于下扫频段目标数Odown，则执行下一步骤，否则执行步骤S25；
步骤S210：索引值iup增加1，令索引值idown为零；
步骤S211：对索引值iup进行判断，如果iup等于上扫频段目标数Oup，则执行下一步骤，否则执行步骤S25。
3.根据权利要求1所述的毫米波雷达自适应抗相互干扰方法，其特征在于，所述步骤S3对目标数V(n)进行判断如下：如果目标数V(n)大于预设阈值VT则执行下一步骤，否则将上一次求得的斜率数作为下一次斜率数，即X(n)＝X(n-1)，再执行步骤S5。
4.根据权利要求1所述的毫米波雷达自适应抗相互干扰方法，其特征在于，所述步骤S4包括如下具体步骤：
步骤S41：将前后目标数V(n-1)和V(n)相减求得当前目标数变动值ΔV(n)；
步骤S42：将ΔV(n)与一个预设好的缩放因子S1相乘，得到组成斜率数增量的第一部分P1，即P1＝ΔV(n)×S1；
步骤S43：将前后目标数变动值ΔV(n-1)和ΔV(n)相减求另一个变动值M，并将其与一个预设好的缩放因子S2相乘，得到组成斜率数增量的第二部分P2，即P2＝(ΔV(n-1)-ΔV(n))×S2；
步骤S44：求组成斜率数增量的第三部分P3；
步骤S45：求出斜率数变化量Xadd，Xadd＝P1+P2+P3；
步骤S46：更新斜率数X(n)，X(n)＝Xo+Xadd，其中Xo为预设置的初始斜率数。
5.根据权利要求4所述的毫米波雷达自适应抗相互干扰方法，其特征在于，所述步骤S44包括如下具体步骤：
步骤S441：判断目标数变动值ΔV(n)是否小于预设阈值Thmax，如果小于Thmax则执行下一步骤，否则P3＝0并结束步骤S44；
步骤S442：将本次目标数变动值ΔV(n)累加，并存于目标数变动累计单元Sum中，即Sum＝Sum+ΔV(n)；
步骤S443：将Sum与一个预设好的缩放因子S3相乘，此时求得P3＝Sum×S3。
6.根据权利要求1所述的毫米波雷达自适应抗相互干扰方法，其特征在于，所述步骤S5包括如下具体步骤：
步骤S51：比较前后两次求出的斜率数X(n-1)和X(n)是否相等，如果相等则执行步骤S52，否则执行步骤S54；
步骤S52：生成斜率表L；
步骤S53：生成1～X(n)的随机序列，并存于数组Q[]，索引j＝0；
步骤S54：判断索引值j是否增长到斜率表L的表长，即j与X(n)是否相等，如果相等，则执行步骤S55，否则直接执行步骤S56；
步骤S55：将索引值归零，即j＝0；
步骤S56：下一个周期调制波的斜率Snext＝SloQ[j]；
步骤S57：索引值j增加1。
7.根据权利要求1所述的毫米波雷达自适应抗相互干扰方法，其特征在于，所述斜率表L的成员数为斜率数X(n)，表中成员Slo1～SloX(n)按固定的步进增长。
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