汽車前向防撞系統(tǒng)信號處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于信號處理領(lǐng)域，具體說是一種汽車前向防撞系統(tǒng)信號處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著高速公路的發(fā)展，汽車行駛速度的不斷提高，惡性交通事故頻頻發(fā) 生，其中絕大多數(shù)道路交通事故是由人為因素造成的，無法通過規(guī)范駕駛員行為加W有效 克服。因此，開發(fā)研究汽車防碰撞報警系統(tǒng)，就成了解決高速公路交通安全問題的根本途 徑。汽車主動防碰撞控制系統(tǒng)等主動安全駕駛輔助裝置，可W明顯減少司機的負擔和判斷 錯誤，對于提高交通安全，降低惡性交通事故發(fā)生率、減少生命財產(chǎn)損失將起到重要作用。
[0003] 在汽車測距、測速的應(yīng)用中，常用的方式有激光方式、超聲波方式、紅外方式和毫 米波雷達方式。其中，激光方式、超聲波方式、紅外方式存在不同程度的缺陷，而毫米波雷達 工作波長介于1mm~10mm之間，與其他的探測方式相比，主要有探測性能穩(wěn)定、環(huán)境適應(yīng)良 好、尺寸小、價格低等特點。因此，毫米波雷達方式成為汽車防撞雷達系統(tǒng)的最佳選擇。國內(nèi) 對基于雷達的汽車主動防碰撞技術(shù)研究大多是線性調(diào)頻連續(xù)波LFCWM體制，調(diào)制信號為周 期性Ξ角波。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種汽車前向防撞系統(tǒng)信號處理 方法，是基于24G化的毫米波雷達方式，采用的是Ξ角波調(diào)頻連續(xù)波毫米波雷達體制，通過 對信號處理的優(yōu)化，使得系統(tǒng)能夠快速反應(yīng)，實時性更好，更快。
[000引為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是，汽車前向防撞系統(tǒng)信號處理方法，在每個 掃頻周期時間內(nèi)，對每個通道的上下掃頻IQ數(shù)據(jù)分別做如下處理：
[0006]S1:對IQ數(shù)據(jù)做N點的快速傅里葉變換FFT;
[0007]S2:將變換后的復(fù)數(shù)據(jù)做自適應(yīng)口限檢測，輸出過口限點位置；
[0008]S3:將過口限點位置前后各一個點的區(qū)間作為變換區(qū)間，進行Μ點的chi巧-Z變換；
[0009]S4:對進行chi巧-Z變換后的數(shù)據(jù)進行峰值捜索，輸出峰值點位置；
[0010]S5:根據(jù)峰值點位置計算差頻頻率及相位；
[00·Μ]S6:根據(jù)差頻頻率及相位輸出目標距離，相對徑向速度及方位角。
[0012] 進一步的，Μ的取值范圍為25-45。
[0013] 進一步的，步驟S5中，是通過如下方法計算差頻頻率:分別將通道I和Π中的上下 掃頻段輸出的Μ個值求模，找到其中的最大值位置yiup，yidown，y2up和ysdown，計算通道I的上下 掃頻差頻頻率fl_up和fl_down:
[0014]
[001引其中
，P為口限檢測后輸出的目標位置，fs是采樣頻率。
[0016] 進一步的，步驟S5中的相位為:傅里葉變換FFT后的數(shù)據(jù)是復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)，復(fù)數(shù)的表示 形式是cos(x)+i*sin(x)，tan(x) =sin(x)/cos(x),求得tan(x)后對其求反正切，得出X的 大小，即為該點對應(yīng)的相位值。
[0017] 進一步的，步驟S6中的目標距離為：
[001引
其中c= 3.0X108,B為頻率帶寬，T為周期。
[0019]進一步的，步驟S6中的相對徑向速度為：
[0026] 其中，Θ為所求的相位角，ΔΦ為通道2與通道1之間的相位差，d為天線間距，λ為毫 米波波長，巧,W為通道2的相位值，巧，為通道1的相位值，/'"7巧和)分別表示 第2通道上掃頻時輸出峰值點y2up位置對應(yīng)FFT變化后復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)的虛部和實部，/'"?"別氣.）和Tw/W，）分別表示第1通道上掃頻時輸出峰值點yiup位置對應(yīng)FFT變化后復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)的虛部 和實部。
[0027] 作為更進一步的，N點的傅里葉變換FFT運算所需要的復(fù)數(shù)乘法次數(shù)為^log:Λ'。
[0028] 作為更進一步的，N點的傅里葉變換FFT運算所需要的復(fù)數(shù)加法次數(shù)為NlogsN。
[0029] 本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)目標的測速、測距W及測角等功能;在進 行信號處理中引入了chip-z變換運個步驟，該步驟的加入對于提高頻率分辨率有很好的效 果，可W有效地提高速度分辨率，達到汽車前向防撞系統(tǒng)高精度的要求。
[0030] 本發(fā)明在后期系統(tǒng)設(shè)計中，可W根據(jù)該方法大概估計出系統(tǒng)在信號處理中所花費 的時間，通過對信號處理算法的優(yōu)化，使得系統(tǒng)能夠快速反應(yīng)，實時性更好，更快。
【附圖說明】
[0031] 本發(fā)明共有附圖1幅：
[0032]圖1為本發(fā)明的流程框圖；
【具體實施方式】
[0033]下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的具體說明。
[0034] 實施例1
[0035] -種汽車前向防撞系統(tǒng)信號處理方法，在每個掃頻周期時間內(nèi)，對每個通道的上 下掃頻IQ數(shù)據(jù)分別做如下處理：
[0036] S1:對IQ數(shù)據(jù)做N點的快速傅里葉變換FFT;
[0037]S2:將變換后的復(fù)數(shù)據(jù)做自適應(yīng)口限檢測，輸出過口限點位置；
[0038] S3:將過口限點位置前后各一個點的區(qū)間作為變換區(qū)間，進行Μ點的chi巧-Z變換；
[0039] S4:對進行chi巧-Z變換后的數(shù)據(jù)進行峰值捜索，輸出峰值點位置；
[0040] S5:根據(jù)峰值點位置計算差頻頻率及相位：
[0041] 分別將通道I和Π中的上下掃頻段輸出的Μ個值求模，找到其中的最大值位置yiup， yidown,y2叩和ysdmm,計算通道I的上下掃頻差頻頻率f1_叩和fl_down:
[0042]
[0043] 其中
，P為口限檢測后輸出的目標位置，fs是采樣頻率。
[0044] 傅里葉變換FFT后的數(shù)據(jù)是復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)，復(fù)數(shù)的表示形式是cos(x)+i*sin(x)，tan (x)=sin(x)/cos(x)，求得化n(x)后對其求反正切，得出X的大小，即為該點對應(yīng)的相位值。 [004引S6:根據(jù)差頻頻率及相位輸出目標距離，相對徑向速度及方位角。
[0046]目標距離為；
，其中c= 3.0X108，B為頻率帶寬，T為周期。相 對徑向速度為：
其中fo= 24GHz。
[0047]方位角為：

[0052]其中，θ為所求的相位角，Δφ為通道2與通道1之間的相位差，d為天線間距，λ為毫 米波波長，馬,^為通道2的相位值，馬W為通道1的相位值，胃塔巧,^ )郝mv/i乂 )分別表示 第2通道上掃頻時輸出峰值點y2up位置對應(yīng)FFT變化后復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)的虛部和實部，心嘩(0,,.,)和 ??"/(今)'分別表示第1通道上掃頻時輸出峰值點yiup位置對應(yīng)FFT變化后復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)的虛部 和實部。
[0053]N點的傅里葉變換FFT運算所需要的復(fù)數(shù)乘法次數(shù)為^log;Λ';N點的傅里葉變換 FFT運算所需要的復(fù)數(shù)加法次數(shù)為NlogsN。假設(shè)本譜分析算法需做512點FFT和38點的chirp-z變換，其中chi巧-Z變換包括2次FFT變換和1次IFFT變換。
[0054]對于一個通道的半掃頻周期:FFT復(fù)數(shù)乘法次數(shù)
;復(fù)數(shù)加法次數(shù)M2 = 4XN Xlog2N=512Xlog2512+3X512Xlog2512 = 18432；
[00巧]CZT變換中其他運算的復(fù)數(shù)乘法次數(shù)M3=5*51化51化38=3110;復(fù)數(shù)乘法總次數(shù)：M1+M3=12326;復(fù)數(shù)加法總次數(shù):M2=18432;雙通道的上下掃頻周期共需12326 X 4=49304 次復(fù)數(shù)乘法和18432X4 = 73728次復(fù)數(shù)加法。
[0056]由于單次復(fù)數(shù)乘法需要四次實數(shù)乘法和兩次實數(shù)加法，單次復(fù)數(shù)加法需要兩次實 數(shù)加法完成，則雙通道的上下掃頻周期共需49304X4 = 197216次實數(shù)乘法和73728X2+ 49304X2 = 246064次實數(shù)加法。由系統(tǒng)框圖可W看出，對于通道2中Q路數(shù)據(jù)并沒有用到，所 W再設(shè)計過程中，可W相對應(yīng)的減少部口運算量。
[0057]本發(fā)明是基于24G化的毫米波雷達方式，采用的是Ξ角波調(diào)頻連續(xù)波毫米波雷達 體制，本發(fā)明主要針對的是汽車防撞雷達系統(tǒng)中對接收通道的混頻信號數(shù)據(jù)進行AD采用后 的數(shù)據(jù)進行信號處理的過程。
[0058]W上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其 發(fā)明構(gòu)思加W等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 汽車前向防撞系統(tǒng)信號處理方法，其特征在于，在每個掃頻周期時間內(nèi)，對每個通道 的上下掃頻IQ數(shù)據(jù)分別做如下處理： S1:對IQ數(shù)據(jù)做N點的快速傅里葉變換FFT; S2:將變換后的復(fù)數(shù)的模值數(shù)據(jù)做自適應(yīng)門限檢測，輸出過門限點位置； S3:將過門限點位置前后各一個點的區(qū)間作為變換區(qū)間，進行Μ點的chirp-z變換； S4:對進行chirp-z變換后的數(shù)據(jù)進行峰值搜索，輸出峰值點位置； S5:根據(jù)峰值點位置計算差頻頻率及相位； S6:根據(jù)差頻頻率及相位輸出目標距離，相對徑向速度及方位角。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車前向防撞系統(tǒng)信號處理方法，其特征在于，Μ的取值范圍 為25-45。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的汽車前向防撞系統(tǒng)信號處理方法，其特征在于，步驟S5中，是 通過如下方法計算差頻頻率:分別將通道I和Π 中的上下掃頻段輸出的Μ個值求模，找到其 中的最大值位置ylup，ylcbwn，y2up和y2d_，計算通道I的上下掃頻差頻頻率f l_up和f l_cbwn :其中，P為門限檢測后輸出的目標位置，fs是采樣頻率。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的汽車前向防撞系統(tǒng)信號處理方法，其特征在于，步驟S5中 的相位為:傅里葉變換FFT后的數(shù)據(jù)是復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)，復(fù)數(shù)的表示形式是c 〇S(X)+i*sin(X)，tan (x)=sin(x)/cos(x)，求得tan(x)后對其求反正切，得出X的大小，即為該點對應(yīng)的相位值。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車前向防撞系統(tǒng)信號處理方法，其特征在于，步驟S6中的目 標距離為：其中〇 = 3.0\108,8為頻率帶寬，1'為周期。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的汽車前向防撞系統(tǒng)信號處理方法，其特征在于，步驟S6中的相 對徑向速度為：7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的汽車前向防撞系統(tǒng)信號處理方法，其特征在于，步驟S6中 的方位角為：其中，Θ為所求的相位角，Δ φ為通道2與通道1之間的相位差，d為天線間距，λ為毫米波 波長為通道2的相位值，I為通道1的相位值，_嗯)和分別表示第2通 道上掃頻時輸出峰值點y2UP位置對應(yīng)FFT變化后復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)的虛部和實部，和 順收'）分別表示第1通道上掃頻時輸出峰值點ylup位置對應(yīng)FFT變化后復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)的虛部 和實部。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的汽車前向防撞系統(tǒng)信號處理方法，其特征在于，N點的傅里葉 變換FFT運算所需要的復(fù)數(shù)乘法次數(shù)為9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的汽車前向防撞系統(tǒng)信號處理方法，其特征在于，N點的傅里葉 變換FFT運算所需要的復(fù)數(shù)加法次數(shù)為N log2 N。
【專利摘要】汽車前向防撞系統(tǒng)信號處理方法，在每個掃頻周期時間內(nèi)，對每個通道的上下掃頻IQ數(shù)據(jù)分別做如下處理：對IQ數(shù)據(jù)做N點的快速傅里葉變換FFT；將變換后的復(fù)數(shù)的模值數(shù)據(jù)做自適應(yīng)門限檢測，輸出過門限點位置；將過門限點位置前后各一個點的區(qū)間作為變換區(qū)間，進行M點的chirp-z變換；對進行chirp-z變換后的數(shù)據(jù)進行峰值搜索，輸出峰值點位置；根據(jù)峰值點位置計算差頻頻率及相位；根據(jù)差頻頻率及相位輸出目標距離，相對徑向速度及方位角。本發(fā)明通過對信號處理的優(yōu)化，使得系統(tǒng)能夠快速反應(yīng)，實時性更好，更快。
【IPC分類】G01S13/93, G01S7/41
【公開號】CN105445714
【申請?zhí)枴緾N201510828762
【發(fā)明人】田雨農(nóng), 王鑫照, 周秀田, 史文虎
【申請人】大連樓蘭科技股份有限公司
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年11月24日