CN111025254A - 基于数字滤波器的车载毫米波雷达近距虚假目标消除方法 - Google Patents

基于数字滤波器的车载毫米波雷达近距虚假目标消除方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种基于数字滤波器的车载毫米波雷达近距虚假目标消除方法，通过对比近距离处有无真实目标的信号幅度变化趋势，寻找两种条件下信号幅度变化趋势的不同，基于此，从幅度上寻找区别两种情况的阈值；基于阈值确认结果，通过阈值判断，进行基于数字滤波检测目标的真假甄别，并对所有被甄别为虚假目标的检测点添加标签，进而在最终输出结果中对虚假目标进行滤除。

Description

基于数字滤波器的车载毫米波雷达近距虚假目标消除方法
技术领域
本发明属于雷达虚警检测技术领域，涉及机载广域扫描GMTI(Ground MovingTarget Indication,地面动目标检测)雷达***虚警剔除方法，具体的一种基于数字滤波器的车载毫米波雷达近距虚假目标消除方法。
背景技术
毫米波雷达具有定向性好、分辨率高、功率低等特点，尤其是调频连续波（Frequency Moudlation Continuous Wave，FMCW）雷达，具有无测距盲区、易于实现小型化等优点，使其在汽车领域备受青睐，成为汽车对周围环境感知的重要器件之一。但是，连续波雷达收发通道间隔离度不足、射频链路的阻抗匹配等问题，均会引起一定程度的射频信号功率泄露，泄露信号体现为在零频及其邻近频率单元上分布的多个强Radar CrossSection（RCS）的虚假目标，且在相同频率单元上，其回波幅度甚至高于真实目标的幅度，从而影响近距离目标检测能力，尽管可以从硬件的角度改善此类泄露问题，但对于车载雷达，由于受到雷达装车后复杂电磁环境的影响，泄露信号在其谐振频率及相邻频率上的回波幅度值会被大幅抬高，往往导致邻近距离处目标检测失败，使雷达***为本车提供错误的环境感知信息与决策，存在行车危险。
针对此问题，从信号处理角度，通过添加数字滤波的方法，可以有效地削弱泄露信号的幅度，从而减小其对相同或邻近频率上的强RCS目标（RCS>10dBsm）检测的影响。但在实际应用场景中，由于泄露信号在毗邻频率单元上呈现出幅度迅速衰减的变化趋势以及数字滤波器对原信号幅值的影响，往往导致应用数字滤波器后，在近处一定距离范围之内产生虚假目标误报以及许多真实弱RCS目标（RCS<10dBsm）漏报的问题。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题，应用FMCW的车载毫米波雷达为研究基础，基于现行数字滤波器的方案，提出通过对时域回波信号幅度进行自相关分析的优化方法，甄别真实目标并去除虚假目标，从而提升车载雷达在近距离上的目标检测能力。
一种基于数字滤波器的车载毫米波雷达近距离虚假目标消除方法，具体包括。
S1:雷达***监测一设定范围内是否存在目标，如果存在，则获得目标回波，并发送给信号处理子***；否则，继续监测。
S2:所述信号处理子***对回波进行A/D转换，在FFT转换前进行数字滤波，在频域执行CFAR目标检测，输出目标集合A。
提取目标集合A中距离小于设定距离值的目标，记为近距离目标集合A’。
S3: 遍历近距离目标集合A’，比对有无真实目标的信号幅度变化趋势，判断A’（i）的信号幅度变化值是否大于X，若是，则进行虚假目标标注，更新近距离目标集合A’，完成虚假目标剔除。
S4:否则，持续遍历，直至检测到信号幅度变化值大于X，执行S3。
其中，所述判断A’（i）的信号幅度变化值是否大于X之后，进一步还包括：进行基于数字滤波检测目标的真假甄别，若甄别结果为假，则进行虚假目标标注，否则，不进行标注。
优选的，所述车载毫米波雷达采用5V供电给压控振荡器产生24GHz的微波振荡信号，通过功率分配器分两路：一路经无源滤波器滤波后经平面微带发射天线发射出去；另一路提供给接收通道作为混频器本振源。
进一步的，所述目标集合A包括：帧率、同时测量障碍物的数量、探测范围、检测相对速度、探测角度、多目标辨别距离。
优选的，所述提取目标集合A中距离小于设定距离值的目标前，包括：
在目标集合A中查找回波点M，将回波点M参数值幅值给第一障碍物目标Q，继续查找回波点M+1，计算第一障碍物目标Q与回波点M+1之间的最小曼哈顿距离L；
判断距离L是否小于一预设值，若是，则将回波点M加入目标集合A’中；否则，查找下一回波点M。
优选的，所述A/D转换采用DSP内置的ADC模块进行模数转换，并通过ADC模块的DMA传输通道在不占用CPU运行周期的情况下将数字信号存储到DSP内置的SRAM存储器中执行算法处理。
优选的，所述更新近距离目标集合A’，包括将带有标注的回波点M删除。
进一步的，所述更新近距离目标集合A’，完成虚假目标剔除，还包括：在输出结果前进行近距离目标集合A’更新，将带有标注的回波点M滤除后进行保存，输出结果。
本发明提出一种易实现、实用性强的基于数字滤波器的车载毫米波雷达近距离虚假目标消除方法，不仅可以有效的进行虚假目标消除，还可以显著提升弱RCS目标的检测能力。此方法的主要思想是，观察近距离处有无真实目标时，分析近距离处信号幅度变化趋势，寻找两种条件下的特性区别，并进行自适应甄别，基于此，对滤波检测结果进行真假目标的识别，进而去除虚假目标。
附图说明
图1为一实施例中基于数字滤波器的车载毫米波雷达近距离虚假目标消除方法流程图。
具体实施方式
本发明的核心是基于FMCW的车载毫米波雷达为研究基础提供了一种数字滤波器的车载毫米波雷达近距离虚假目标消除方法，具体是通过监测一设定范围内是否存在目标，进而通过信号处理子***对监测的结果进行处理，并构建近距离目标集合A’，比对有无真实目标的信号幅度变化趋势，从而，寻找两种条件下的特性区别，并进行自适应甄别，基于此，对滤波检测结果进行真假目标的识别，进而去除虚假目标。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明所提供的一种基于数字滤波器的车载毫米波雷达近距离虚假目标消除方法流程图。具体为本发明所述的基于数字滤波器的车载毫米波雷达近距离虚假目标消除方法的一个优选实施例，包括雷达回波输入端和回波滤波预处理，以及通过信息处理子***进行的FFT/CFAR/参数估计等处理后，构建近距离目标集合A’,最后通过虚假目标消除并输出结果。
其中，本发明所述毫米波，是指波段在1-10mm，也即频率在30GHz-300GHz之间的电磁波，在车载雷达领域中指24-26GHz的频段，还包括76-77GHz频段，其中，76GHz的雷达测量精度比较高，测量范围比较远。进一步的，毫米波的频率介于红外波和厘米波之间，所以综合了二者的优点，毫米波既能像厘米波一样在全天候的环境中使用，又具备了红外波的高分辨率，除此之外，毫米波还具有窄波速、天线口径小、抗干扰能力强、易于利用多普勒效应对动态目标进行识别等特点。
本发明所述的一种基于数字滤波器的车载毫米波雷达近距离虚假目标消除方法，具体还包括。
S1:雷达***监测一设定范围内是否存在目标， 如果存在，则获得目标回波，并发送给信号处理子***；否则，继续监测。
优选地，通过连续波雷达以连续变化的调制信号控制产生连续变化的发射波信号，实现对物体的测量，进一步的，采用FMCW雷达通过对发射波的频率进行调制，实现对目标信息的测量，从而降低成本，简化开发流程且测量精度高。
本发明的雷达***监测包括射频信号的发射和接收，其中，雷达外部输入的调频信号控制振荡器产生频率变化的发射信号，发射信号的一部分通过功率放大器放大后由发射天线发射出去，另一部分通过一个定向耦合器传至混频器等待与接收信号作为混频处理，发射信号遇到物体后产生反射，进而由接收天线接收，进一步的，所接收的信号比较弱，进而通过一个低噪声的放大器进行放大处理，再通过混频器与发射信号进行混频处理，最终获得输出信号。
但在现有技术中，调频连续波雷达的压控振荡器电压与发射频率呈现线性关系，但实际则是为一条与理想状态下的线性关系存在一定偏差的非线性关系。主要由以下原因导致：连续波雷达收发通道间隔离度不足、射频链路的阻抗匹配等问题，导致引起的一定程度的射频信号功率泄露，而泄露信号在其谐振频率及相邻频率上的回波幅度值会被大幅抬高，最终呈现出来的是调频连续波雷达的压控振荡器电压与发射频率呈非现线性状态。
因此，本发明进一步设置了消除虚假信号，减小泄露信号的带来的无效目标。其中，还包括。
S2:所述信号处理子***对回波进行A/D转换，在FFT转换前进行数字滤波，在频域执行CFAR目标检测，输出目标集合A；
提取目标集合A中距离小于设定距离值的目标，记为近距离目标集合A’；
所述信号处理子***中设置有AD模块，用于对雷达信号进行模数转换。
通过滤波器进行滤除低频率波信号和高频干扰信号。
所述FFT转换，用于获取信号距离，进而进行近距离目标的确定，所述CFAR目标检测通过特征提取和分析技术检测出信号中的目标，可选的输出所识别的目标，还可以是目标所在空间的位置。
S3: 遍历近距离目标集合A’，比对有无真实目标的信号幅度变化趋势，判断A’（i）的信号幅度变化值是否大于X，若是，则进行虚假目标标注，更新近距离目标集合A’，完成虚假目标剔除。
进一步的，分析近距离处信号幅度变化趋势，寻找两种条件下的特性区别，并进行自适应甄别，基于此，对滤波检测结果进行真假目标的识别，进而去除虚假目标。
进一步的，所述判断A’（i）的信号幅度变化值是否大于X之后，还包括：进行基于数字滤波检测目标的真假甄别，若甄别结果为假，则进行虚假目标标注，否则，不进行标注。
S4:否则，持续遍历，直至检测到信号幅值大于X，执行S3。
其中，所述车载毫米波雷达采用5V供电给压控振荡器产生24GHz的微波振荡信号，通过功率分配器分两路：一路经无源滤波器滤波后经平面微带发射天线发射出去；另一路提供给接收通道作为混频器本振源。
进一步的，所述目标集合A包括：帧率、同时测量障碍物的数量、探测范围、检测相对速度、探测角度、多目标辨别距离。
优选的，所述提取目标集合A中距离小于设定距离值的目标前，包括：
在目标集合A中查找回波点M，将回波点M参数值赋值给第一障碍物目标Q，继续查找回波点M+1，计算第一障碍物目标Q与回波点M+1之间的最小曼哈顿距离L，从而获取近距离目标。
判断距离L是否小于一预设值，若是，则将回波点M加入目标集合A’中；否则，查找下一回波点M，从而获取波点M的变化趋势。
优选的，所述A/D转换采用DSP内置的ADC模块进行模数转换，并通过ADC模块的DMA传输通道在不占用CPU运行周期的情况下将数字信号存储到DSP内置的SRAM存储器中执行算法处理。
优选的，所述更新近距离目标集合A’，包括将带有标注的回波点M删除。
其中，所述更新近距离目标集合A’，完成虚假目标剔除，还包括：在输出结果前进行近距离目标集合A’更新，将带有标注的回波点M滤除后进行保存，输出结果。
本发明所述的一种车载毫米波雷达近距离目标检测方法，是基于车载毫米波雷达近距离目标检测***进行，其中，车载毫米波雷达近距离目标检测***包括：模拟部分和数字部分。
进一步的，模拟部分还包括了：雷达接口、雷达信号处理单元及雷达调制信号生产单元，好包括电源模块。雷达信号处理单元用于根据雷达接口接收到的信号，进行相应的回波滤波及A/D转换，可选的，还用于FFT转换，进而用于执行CFAR目标检测。
数字部分包括：CPU单元，用于进行根据雷达信号处理单元及雷达调制信号生产单元发送的信号，执行车载毫米波雷达近距离目标检测方法，还包括电源模块。
进一步的，模拟部分和数字部分中的各个功能单元通过电连接实现联通。
综上所述，本发明提出了一种车载毫米波雷达近距离目标检测方法解决了由于雷达***中的发射信号泄露、本振信号泄露、以及信号的多次反射等造成的车载毫米波雷达近距离目标检测不准确的问题，进一步解决了由于泄露的信号 “寄生”在有用信号之上形成的一个低频包络，在装车以后的复杂电磁环境中被显著抬升，严重影响毫米波雷达的近距离目标检测能力的问题，相比于现有技术，本发明不仅可以有效地进行虚假目标消除，还可以显著提升弱RCS目标的检测能力，提高了车载毫米波雷达对近距离目标的检测能力，进一步增强了车载毫米波雷达***为汽车***提供决策信息的有效性与准确性。
虽然对本发明的描述是结合以上具体实施例进行的，但是，熟悉本技术领域的人员能够根据上述的内容进行许多替换、修改和变化、是显而易见的。因此，所有这样的替代、改进和变化都包括在附后的权利要求的精神和范围内。

Claims (7)

1.一种基于数字滤波器的车载毫米波雷达近距虚假目标消除方法，其特征在于，
S1:雷达***监测一设定范围内是否存在目标，如果存在，则获得目标回波，并发送给信号处理子***；否则，继续监测；
S2:所述信号处理子***对回波进行A/D转换，在FFT转换前进行数字滤波，在频域执行CFAR目标检测，输出目标集合A；
提取目标集合A中距离小于设定距离值的目标，记为近距离目标集合A’；
S3:遍历近距离目标集合A’，比对有无真实目标的信号幅度变化趋势，判断A’（i）的信号幅度变化值是否大于X，若是，则进行虚假目标标注，更新近距离目标集合A’，完成虚假目标剔除；
S4:否则，持续遍历，直至检测到信号幅度变化值大于X，执行S3。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述判断A’（i）的信号幅度变化值是否大于X之后，还包括：进行基于数字滤波检测目标的真假甄别，若甄别结果为假，则进行虚假目标标注，否则，不进行标注。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述车载毫米波雷达采用5V供电给压控振荡器产生24GHz的微波振荡信号，通过功率分配器分两路：一路经无源滤波器滤波后经平面微带发射天线发射出去；另一路提供给接收通道作为混频器本振源。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述目标集合A包括：帧率、同时测量障碍物的数量、探测范围、检测相对速度、探测角度、多目标辨别距离。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述提取目标集合A中距离小于设定距离值的目标前，包括：
在目标集合A中查找回波点M，将回波点M参数值赋值给第一障碍物目标Q，继续查找回波点M+1，计算第一障碍物目标Q与回波点M+1之间的最小曼哈顿距离L；
判断距离L是否小于一预设值，若是，则将回波点M加入目标集合A’中；否则，查找下一回波点M。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述A/D转换采用DSP内置的ADC模块进行模数转换，并通过ADC模块的DMA传输通道在不占用CPU运行周期的情况下将数字信号存储到DSP内置的SRAM存储器中执行算法处理。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述更新近距离目标集合A’，完成虚假目标剔除，还包括：在输出结果前进行近距离目标集合A’更新，将带有标注的回波点M滤除后进行保存，输出结果。
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