车载毫米波雷达系统多目标检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于车载雷达领域，尤其涉及一种车载毫米波雷达系统目标检测方法。
【背景技术】
[0002] 随着智能交通系统研究的不断发展，汽车巡航控制和防撞雷达控制等领域需要越 来越多的雷达传感器，雷达传感器必将在汽车安全与舒适驾驶中发挥更重要的作用。相对 于一般雷达，线性调频连续波(LFMCW)雷达具有大时带积，因而，在理论上具有很高的速度 分辨率与距离分辨率，此外，其具有结构简单、体积小、质量轻的优点，特别适用于雷达成 像、目标特征研究等领域，但是，由于LFMCW雷达进行运动目标检测时，距离速度耦合问题是 的测量目标精度降低，采用单周期的对称三角波信号，可以实现距离速度去耦合，但是在多 目标运动场景中，上下扫频目标的准确配对，决定了该雷达对速度与距离的测量精度，也是 目前存在的主要难点。多方研究和实验结果表明，毫米波雷达探测系统在实际应用中，存在 的最大问题就是多目标判决中产生虚假目标的问题。这些问题的根源除了电磁干扰，周围 环境的影响外，主要是因为传统波形体制雷达系统本身的多目标检测能力欠缺，而频繁的 虚假警报是实际应用中所不能接受的。
[0003] 目前主要解决多目标识别的方法有：
[0004] (1)根据最大相似性进行频谱匹配。该方法主要是根据同一目标产生的回波频率 的幅度在正/负调制段总是具有最大的相似性，可以在正/负调制段分别得到的差频信号中 找到同一个目标产生的谱线。这种方法可以是通过计算差频辐度谱的面积，根据相同目标 产生的差频幅度谱的面积总是相近的来进行频谱匹配。但是该方法存在问题是，原本应该 峰值A和峰值D匹配，峰值B和峰值C匹配，但却进行了错误的匹配，可是却无法检测出该匹配 是错误的匹配，如果在该错误匹配下计算距离和相对速度，则不能算出原本应该的结果，特 别是相对速度的错误，对车辆的速度的控制等影响很大，因此该方法的可靠性存在很大的 问题。
[0005] (2)采用对称发射波。在提高系统响应特性方面，日本专家IvhsahimAkasu首次提 出了对称发射波形，达到了提高系统响应特性的目的。这个波形中，发射波形采用正、负调 频段对称同步发射的形式，在一个调制时间丁内就可以同时形成反映目标距离和相对速度 信息的差频信号，相对于原来的三角调制波形，相当于将测时间压缩了一半，因此它更能适 应多目标判决的扫描过程，能够提高系统的响应特性。从分辨率分析中发现这个系统在保 持原有距离分辨率、速度分辨率不变的前提下，将测量周期压缩一半，提高了系统的响应特 性，但是这个波形仍然不能解决多目标检测中误检引起的虚警问题。
[0006] (3)采用多频率步进连续波信号进行频谱匹配。在一个调制周期内编码步进调频 连续波信号的频率随时间变化。信号的一个周期是一个三角波，该三角波并非线性，而是采 用N个子脉冲构成一个三角波周期。由于调颇步进连续波系统与调频连续波系统在满足一 定的等价条件时具有等价关系。使得适用于两个系统之一的方法可以推广到另外一个系 统。所以在多频率步进连续波信号中应用逐次逼近法进行频谱匹配同样适用于调频连续波 系统。
[0007] (4)通过选取适当的发射波形也可以达到频谱匹配的目的。采用变周期的三角波 是该方法的一个典型应用。该方法是利用实目标的距离和速度与调频周期无关，而虚假目 标的距离和速度计算值与调频周期有关系的特性，找出真实目标的速度与距离。但是该方 法存在计算量大，牺牲了系统的实时性。
【发明内容】
[0008] 为了解决现有技术中，车载毫米波雷达多目标检测存在的目标检测不准确以及目 标漏检的问题，提出了本发明的解决方案，使得对于多目标的检测更加准确，实时性更高， 对于工程实现以及应用具有很好的价值。
[0009] 为了实现上述目的，本发明的技术方案是:一种车载毫米波雷达系统多目标检测 方法，包括如下步骤：
[0010] 1 ·发射周期性的FMCW与CW的组合波形；
[0011] 2.接收回波信号，并对接收到的回波信号进行快速傅里叶变换；
[0012] 3.使用频率聚类算法，求得CW波形回波信号的多普勒频率矩阵，并计算出相对速 度矩阵；
[0013] 4.在FMCW上下扫频中也使用频率凝聚算法，获得上下扫频的频率值，并解算出目 标的速度矩阵和距离矩阵。
[0014] 进一步的，所述方法还包括：
[0015] 5.使用速度匹配算法，将使用CW获得的速度矩阵与使用第一个周期FMCW和第二个 周期FMCW获得的速度矩阵进行速度匹配，并分别记录速度矩阵的行和列；
[0016] 6.根据速度矩阵中获得的行和列的位置，分别将距离矩阵中相应行和列上的值作 为对应目标的距离值。
[0017] 进一步的，所述方法还包括：
[0018] 7.使用两个周期FMCW获得的距离值与速度值，建立距离与速度的容错函数，确定 最终目标的速度值与距离值，得到多目标的个数。
[0019] 进一步的，所述频率凝聚算法如下：
[0020] 1.建立所有过门限的频率集合，使用其中的频率值相近的频率，建立一个相关频 率集合A，其中元素个数为η，则元素为f i，i e [ 1，n ];
[0021] 对n个元素划分相关频率的的方法如下：将第一个过门限的频率数据心作为凝聚 重心，同时记录凝聚重心的个数m，设凝聚重心的宽度阈值为Th，若| fi-fi |〈Th，则对峰值进 行归并，划为相关频率集合;若I fWi I 2 Th，则将h作为新的凝聚重心，依次将所有过门限 的频率值进行处理，直到将所有频率值全部进行划分完毕，划分后的相关频率集合为B;
[0022] 2.对于相关频率集合B内的频率值，使用以下公式求得频率重心，
[0024] f/为相关频率集合B内的频率值;依次将所有相关频率集合求取各自相关频率集 合的频率重心。
[0025] 进一步的，对第三个周期的CW的频率值进行频率凝聚算法后，得到多普勒频率矩 阵为fd;对第一个周期的FMCW的上下扫频过门限的频率值进行频率凝聚算法后，得到该周 期上下扫频频率，上扫频矩阵设为f bl+，下扫频矩阵设为fbl-，对第二个周期的FMCW的上下扫 频过门限的频率值进行频率凝聚算法后，得到该周期上下扫频频率，上扫频矩阵设为f b2+， 下扫频矩阵设为fb2-。
[0026] 进一步的，步骤2中，计算相对速度矩阵使用如下公式：
[0028]其中：c为光速，f为调制信号的发射频率。
[0029]进一步的，解算目标的速度矩阵和距离矩阵是步骤是:对于FMCW波形，对其上扫频 矩阵和下扫频矩阵中的所有频率值两两组合，使用下述公式，解算距离矩阵Rmm和速度矩 阵 Vfmcwi ;
[0031 ]其中：c为光速，B为调制带宽，f为调制信号的发射频率；
[0032]进一步的，所述速度匹配的步骤是：
[0033] 使用第三周期CW计算得到一维速度矩阵V?以及速度值的个数η，并将速度的个数 作为参考目标的数目，将速度的值作为多目标的参考速度，对获得的第一周期FMCW的速度 矩阵V?m、第二周期FMCW的速度矩阵V?m，使用速度质心凝聚算法分别与V?进行配对处 理，在速度矩阵Vfmcwi和速度矩阵VFMCW2中，使用速度质心凝聚算法找出与速度矩阵Vcrf直相似 的速度值，在速度矩阵v?m和速度矩阵ν?? 2中获得的速度相似值为多目标的速度值，同时 记录速度矩阵VfMCWI和速度矩阵VFMCW2中对应的彳丁列坐标，在距尚矩阵Rfmcwi和距尚矩阵RFMCW2 中相应的行列坐标的距离值为多目标的距离值。
[0034] 进一步的，所述速度质心凝聚算法包括：
[0035] 1.设定速度相关的阈值Thv，将VCW-维矩阵中的第一个数据作为第一个速度凝聚 中心；
[0036] 2.设置凝聚中心的宽度阈值，使用如下公式：
[0037] Vfmcw~Vcw | <Thv
[0038] 根据凝聚中心的宽度阈值，在速度矩阵Vfmcwi、Vfmcw2中找到与一维速度矩阵Vcw最近 的值为目标的速度值，同时将速度矩阵Vfmcti、Vfmct2中的行列保存，并且将速度矩阵Vfmcwi、 VFMCW2 φ 1? Vs ^Ll ml ^ ^ I^Vfmcwi n VFMCW2 φ Vs ^Ll J (6(65 1? ^EI^Rfmcwi n RfMCW2 Φ 的相应行与列找到目标的距离值。
[0039]进一步的，建立距离与速度的容错函数：
[0041]如果计算值V1，V2具有关系I V1-V2 I《Φ就可以认为Va = Vb，且最终的速度由速度平
[0042] 有益效果：
[0043] 1、本