专利名称：一种具有抗干扰和多目标识别功能的雷达及其检测方法
技术领域：
本发明涉及一种具有抗干扰和多目标识别功能的汽车防撞雷达及其检测方法，属于雷达通信技术领域和汽车电子领域。
背景技术：
雷达通过发射电磁波对目标进行照射，并接收其回波，根据回波和发射波之间的时间差(延时)、频率变化(多普勒频率)等获得目标的距离、相对速度等信息。然而，有多部雷达在探测范围内同时使用的场合，例如汽车防撞雷达或者汽车自适应巡航控制用的雷达，若它们使用的频段、采用的体制相同(如都是使用76GHz的FMCW雷达)，就会出现多部雷达共存之间的相互干扰问题，如果不在设备上或者计算方法上进行相应的处理，对它们进行辨别，就会得到错误的目标识别结果，产生虚警。因此，对于可能在探测范围内同时使用的同频段同体制的多部雷达，在设计时需要考虑如何抑制雷达之间的相互干扰，消除由 此产生的错误目标判断。针对这一问题，现有公开的技术方案主要有中国专利申请“雷达系统中检测干扰的方法和使用该方法的雷达”(公开号为101271157A)和“雷达系统中检测干扰的方法和利用该方法的雷达”(公开号为101271159A)的解决方案都是从接收端着手，分别从时域和频域的角度检测，用检测后计算得到的值与预先设定的阀值(或范围)进行大小比较，判断是否存在其它雷达发射的电磁波干扰，如果存在则校正。这种方法的直接优点是不需要改变原先雷达的结构，代价是增加了接收端信号处理算法的复杂度。再者，这种方法检测的准确程度取决于预先固定的阈值(或范围)，对于汽车行驶的复杂场合，特别是存在多个干扰或者目标的情况，该值(或范围)不具有自适应能力，容易受到混入的各种叠加噪声的影响，其鲁棒性还需要进一步验证。而且，由于需要多个周期才能做出判断，也延长了雷达预警前的时间，最终将影响防撞之前采取制动措施的宝贵时间。在公开号为101089653A的中国专利申请“近程调频连续波FMCW雷达抗干扰方法”中，采用对不同的雷达分配不同的伪随机编码，用该伪随机编码调制三角形线性调频发射信号的起始频率的方法来抗干扰。这种方法能在一定程度上减少干扰，但本质上而言，当雷达发射信号的调频频率和带宽之和有重叠时，仍然存在雷达之间相互干扰的可能；而且，同时使用的随机分布的这种雷达的数量越多，发生相互干扰的概率越高。在中国专利201259551Y的中公开了一种能够抗相互间干扰的汽车防撞雷达，发射端有两路毫米波随机二相码发生器，一路用(超)高速伪随机码调相来测距测速；另一路用幅度键控调相载频二次调制，由随机序列控制收/发开关，使收/发信号不重复的、极快的交叉变化，从而达到抗干扰的目的。该发明的整个系统过于复杂。常用的LFMCW体制汽车防撞雷达还存在一个问题，就是多目标的识别比较困难。对于LFMCW体制汽车防撞雷达，通常是通过对三角形线性调频信号的上、下扫频的中频信号进行频谱分析，得到目标的距离和相对速度信息。当有多个(如N个)目标时，上下扫频的中频信号之间的配对组合是N2种，对应的会得到N2个目标，其中(N2-N)个是虚假目标。现有的消除LFMCW体制虚假目标的方法通常有两种思路一是改进波形设计。如“徐涛，金昶明，孙晓玮等.ー种采用变周期调频连续波雷达的多目标识别方法[J].电子学报，2002 (6) ”等，这种变周期的方法将影响雷达检测距离的精度。第二种思路是用算法实现多目标的识别，如“史林，张琳.调频连续波雷达频谱配对信号处理方法[J].西安电子科技大学学报(自然科学版)，2003 (4)”等。该频谱配对方法的缺点是算法需要计算上下扫频的中频信号幅度频谱的面积差向量，需要时间；而且算法性能不佳，存在配对错误的情形。而且，现有的这两种解决多目标识别问题的思路都不能同时解决该体制相同频段雷达之间的相互交叉干扰问题。
发明内容
本发明的目的是为解决多部同频段同体制的雷达使用时，相互干扰而产生错判的问题，提供ー种具有抗相互干扰和多目标识别功能的汽车防撞雷达及其检测方法。
ー种具有抗干扰和多目标识别功能的汽车防撞雷达，包括信号源、定向耦合器、发射天线、接收天线、混频器、滤波放大电路、模数转换模块(ADC)和信号处理电路。其连接关系为信号源的输出与定向耦合器相连，定向耦合器的输出分别与发射天线和混频器相连，混频器的另ー个输入为接收天线，混频器的输出与滤波放大电路连接，滤波放大电路的输出经ADC送至信号处理电路，信号处理电路与信号源互连。所述信号源包括波形发生器和振荡器，其作用是产生毫米波雷达发射和混频用的调频信号，其中，波形发生器产生预先设计的调制波形，其输出与振荡器相连。振荡器产生毫米波信号，调制波形发生器所产生波形。所述波形发生器产生预先设计的调制波形以ー个大周期Tb重复，所述大周期Tb由若干小周期IY按照随机原则组合而成，每ー个所述小周期包含三段波形，分别为上扫频阶段、恒定频率阶段和下扫频阶段。所述定向耦合器将信号源的振荡器产生的调频信号分成两部分，一部分经发射天线发射出去，另一部分作为本振信号送入混频器，与接收天线接收到的回波信号进行混频。所述滤波放大电路先滤除混频器输出的混频信号中的高频部分以及噪声，得到中频信号，再进行放大处理。所述中频信号包含与调制信号对应的小周期。所述ADC将滤波放大后的模拟信号转换成数字信号，以便信号处理电路进行分析处理。所述信号处理电路对数字化后的中频信号的频率特性进行分析处理，计算出雷达探测目标的距离、相対速度參数；同时，控制信号源的输出达到预先设计的指标。所述信号处理电路包含对ADC输出的中频信号进行频谱分析和相位差分析的装置。相位差分析装置通过分析中频信号的两个相邻小周期的恒定频率阶段的复序列频谱，得到同一雷达探测目标在两个恒定频率的相位差△炉。上述ー种具有抗干扰和多目标识别功能的汽车防撞雷达工作在毫米波频段。基于上述ー种具有抗干扰和多目标识别功能的汽车防撞雷达的检测方法，具体实现过程为步骤1，信号源的波形发生器产生由若干小周期IY按照随机原则组合而成的大周期Tb重复的调制波形，每ー小周期的三段分别是从起始频率ち经调谐上升至频率&的上扫频阶段、恒定频率A阶段以及从频率A经调谐下降至起始频率fo的下扫频阶段，所述每一大周期内的恒定频率A在预先给定的设计工作带宽范围内随机变化的。所述调制波形经振荡器产生的毫米波信号调制、定向耦合器隔离后，输出为发射信号。步骤2，步骤I产生的发射信号经发射天线以电磁波方式辐射出去，当遇到障碍物时，一部分电磁波反射回来，回波信号被接收天线截获转换为电信号。所述回波信号的每一小周期包括与发射信号对应的上(或下)扫频阶段、恒定频率阶段。步骤3，步骤2的电信号经过混频器与来自定向耦合器的本振信号混频后，得到包含前方车辆距离、相对速度等信息的中频信号，该中频信号包含与回波信号以及发射信号对应的三段。
步骤4，中频信号经滤波放大电路和ADC进行滤波、放大、模数转换后，提供给信号处理电路，信号处理电路的频谱分析装置分析步骤3所述中频信号频谱的幅度，得到第i个大周期的第j和j+Ι个小周期的中频信号的频率绝对值，分别表示为上扫频阶段和fi(J+1)+、恒定频率阶段fij2和fi(j+1)2、下扫频阶段f+和fi(j+1)_，信号处理电路的相位差分析装置分析步骤3所述中频信号在恒定频率阶段频谱中对应峰值处的相位差，得到第i个大周期的第j和j+Ι个小周期的在恒定频率阶段的相位差。当存在N 个目标时(N 彡 2)，上述 fij+、fij2、匕_、fi(j+1)+、fi(J+1)2, &」+1)_、4%分别有N个(两个小周期内目标数可以不同，不影响分析)。步骤5，分析处理步骤4的数据，得到检测目标的距离R和相对速度V，从而剔除虚假目标。具体过程如下(a)用N个fij+和N个fu_计算第i个大周期的第j个小周期的所有可能的N2个目标距离R和相对速度V组合，公式为
η AU- 4W'J
A.(f- — f.)
___ VxjU-
V 一
I4其中，c是光速，T是上/下扫频周期，Wij, λ u分别是第i个大周期的第j个小周期调频信号扫频带宽和载波波长。对于先上扫频阶段，再恒定频率阶段、最后下扫频阶段的情况，λ u为為广/0+%/2(b)用N个fU2计算第i个大周期的第j个小周期的目标相对速度V'，公式为
, cfyiV=i(W(c)第j个小周期的初步判定。如果步骤(b)得到的V'与(a)得到的R、V组合中V的结果不在给定的误差范围内，则判定该R、V组合为虚假目标；剩余的结果初步判定为第j个小周期的真实目标。(d)用N个fi(j+1)+和N个fi(j+1)_计算第i个大周期的第j+Ι个小周期的所有可能的N2个目标距离R和相对速度V，公式与步骤(a)相同。
(e)用N个fi(,1)2计算第i个大周期的第j+1个小周期的目标相对速度V'，公式与步骤(b)相同。(f)第j+Ι个小周期的初歩判定。如果(e)中计算的V'的结果与⑷计算的R、v组合中V的结果不在给定的误差范围内，则判定为虚假目标；剩余的结果初歩判定为第j+1个小周期的真实目标。(g)用N个卸汁算目标的距离R'，公式为
权利要求
1.一种具有抗干扰和多目标识别功能的汽车防撞雷达，其特征在于包括信号源、定向耦合器、发射天线、接收天线、混频器、滤波放大电路、模数转换模块和信号处理电路；其连接关系为信号源的输出与定向耦合器相连，定向耦合器的输出分别与发射天线和混频器相连，混频器的另一个输入为接收天线，混频器的输出与滤波放大电路连接，滤波放大电路的输出经模数转换模块送至信号处理电路，信号处理电路与信号源互连； 所述信号源包括波形发生器和振荡器；波形发生器产生预先设计的调制波形，其输出与振荡器相连；振荡器产生毫米波信号，调制波形发生器所产生波形；所述波形发生器产生预先设计的调制波形以一个大周期Tb重复，所述大周期Tb由若干小周期IY按照随机原则组合而成，每一个所述小周期包含三段波形，分别为上扫频阶段、恒定频率阶段和下扫频阶段； 所述定向耦合器将信号源的振荡器产生的调频信号分成两部分，一部分经发射天线发射出去，另一部分作为本振信号送入混频器，与接收天线接收到的回波信号进行混频； 所述滤波放大电路先滤除混频器输出的混频信号中的高频部分以及噪声，得到中频信号，再进行放大处理；所述中频信号包含与调制信号对应的小周期； 所述信号处理电路包含对模数转换模块输出的中频信号进行频谱分析和相位差分析的装置。
2.根据权利要求I所述的一种具有抗干扰和多目标识别功能的汽车防撞雷达，其特征在于工作在毫米波频段。
3.基于权利要求I所述的一种具有抗干扰和多目标识别功能的汽车防撞雷达的检测方法，其特征在于包括如下步骤 步骤1，信号源的波形发生器产生由若干小周期IV按照随机原则组合而成的大周期Tb重复的调制波形，每一小周期的三段分别是从起始频率&经调谐上升至频率fj的上扫频阶段、恒定频率&阶段以及从频率&经调谐下降至起始频率&的下扫频阶段，所述每一大周期内的恒定频率&在预先给定的设计工作带宽范围内随机变化； 所述调制波形经振荡器产生的毫米波信号调制、定向耦合器隔离后，输出为发射信号; 步骤2，步骤I产生的发射信号经发射天线以电磁波方式辐射出去，当遇到障碍物时，一部分电磁波反射回来，回波信号被接收天线截获转换为电信号；所述回波信号的每一小周期包括与发射信号对应的上或下扫频阶段、恒定频率阶段； 步骤3，步骤2的电信号经过混频器与来自定向耦合器的本振信号混频后，得到包含前方车辆距离、相对速度等信息的中频信号，该中频信号包含与回波信号以及发射信号对应的二段; 步骤4，中频信号经滤波放大电路和模数转换模块进行滤波、放大、模数转换后，提供给信号处理电路，信号处理电路的频谱分析装置分析步骤3所述中频信号频谱的幅度，得到第i个大周期的第j和j+1个小周期的中频信号的频率绝对值，分别表示为上扫频阶段fiJ+和fi(j+1)+、恒定频率阶段fij2和fi(j+1)2、下扫频阶段和fi(j+1)-，信号处理电路的相位差分析装置分析步骤3所述中频信号在恒定频率阶段频谱中对应峰值处的相位差，得到第i个大周期的第j和j+1个小周期的在恒定频率阶段的相位差^% ；当存在 N 彡 2 个目标时，上述 fij+、fij2、匕_、fi(J+1)+> fi(J+1)2> fi(j+1)_、分别有 N 个； 步骤5，分析处理步骤4的数据，得到检测目标的距离R和相对速度V，从而剔除虚假目标；具体过程如下 (a)用N个fij+和N个计算第i个大周期的第j个小周期的所有可能的N2个目标距离R和相对速度V组合，公式为
4.根据权利要求3所述的一种具有抗干扰和多目标识别功能的汽车防撞雷达的检测方法，其特征在于第i个大周期的最后一个小周期，与第i+1个大周期的第一个小周期的检测结果相比较。
5.根据权利要求3所述的一种具有抗干扰和多目标识别功能的汽车防撞雷达的检测方法，其特征在于作为本检测方法适用的另一种情况，步骤I中所述调制波形的每一小周期的三段分别是从起始频率fo经调谐下降至频率A的下扫频阶段、恒定频率阶段以及从频率A经调谐上升至频率&的上扫频阶段，所述恒定频率^在每一大周期内是在预先给定的设计工作带宽范围内随机变化；在此情况下，步骤5(a)中的2 ^/2;步骤5(b)中的/=，其余步骤的方法不变。
全文摘要
本发明涉及一种具有抗干扰和多目标识别功能的汽车防撞雷达及其检测方法，属于雷达通信技术领域和汽车电子领域。本发明的雷达装置结合其检测方法，不仅能测量目标的距离、相对速度，而且在复杂环境下，能够识别多个目标，消除虚假目标；特别是在探测范围内多部同频段同体制的雷达同时使用的情况下，能够抑制雷达之间的相互干扰，正确判断出真实目标。其中本发明的调制波形是由若干小周期TL的调制波形按照随机原则组合成一个大周期TB的重复波形，不同雷达在所述大周期内的调制波形被配置得不相同，使得其他雷达的干扰信号可在信号处理电路被分析出来，从而抑制干扰，消除由干扰而产生的错误检测。
文档编号G01S7/36GK102707266SQ20121016583
公开日2012年10月3日 申请日期2012年5月24日 优先权日2012年5月24日
发明者卜祥元, 卢继华, 安建平, 张军, 李安培, 范远璋, 邵立伟 申请人:中山北京理工大学研究院, 北京理工大学, 广东铁将军防盗设备有限公司