車載毫米波雷達數(shù)據(jù)處理方法研究

黃亞楠　熊毅　高森

【摘 要】車載毫米波雷達感知車輛周圍目標并經(jīng)信號處理，數(shù)據(jù)處理及報警邏輯處理等環(huán)節(jié)，將最終的報警信息上報車身控制系統(tǒng)或以聲音等形式直接提示駕駛員及時控制車輛。根據(jù)系統(tǒng)功能需求及開發(fā)平臺選擇合適的數(shù)據(jù)處理及報警處理算法能最大限度的發(fā)揮車載雷達的作用。本文介紹了車載毫米波雷達工作原理及對比分析了主流的數(shù)據(jù)處理和報警處理方式。

【關鍵詞】車載;毫米波雷達;數(shù)據(jù)處理

中圖分類號： U463.6 文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）22-0024-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.22.009

0 前言

在如今的汽車行業(yè)中，車輛的駕駛安全性越來越受重視，主動安全產(chǎn)品越來越受到消費者的關注。毫米波雷達相比于其他測量介質(zhì)雷達具有工作頻率高、波長短、天線尺寸小、探測距離遠，運行可靠，測量性能受天氣等外界因素的影響較小等優(yōu)點，最適合應用于汽車防撞雷達產(chǎn)品。

1 毫米波雷達系統(tǒng)工作原理

雷達系統(tǒng)通過輻射電磁波和接收物體反射電磁波對目標進行檢測和定位，其工作過程主要為：雷達通過天線發(fā)射特定波形的電磁波，在有效輻射范圍內(nèi)被目標截獲，目標反射電磁波到很多方向上，其中一部分能量返回至天線處被雷達接收，并通過放大，信號處理等過程最終計算出目標相對雷達的位置，移動速度，方位等信息[7]。

毫米波雷達，主要分為連續(xù)波雷達和脈沖雷達兩種體制。車載毫米波雷達以連續(xù)波雷達體制為主，主要工作模式為點頻連續(xù)波（CW），頻移鍵控連續(xù)波（FSK）及線性調(diào)頻連續(xù)波（LFMCW）等[1]。車載毫米波雷達系統(tǒng)包括射頻前端，中頻處理模塊，雷達基帶處理模塊三個部分。射頻前端發(fā)射的調(diào)頻連續(xù)波信號經(jīng)過調(diào)制產(chǎn)生調(diào)頻連續(xù)波射頻信號，經(jīng)過發(fā)射天線發(fā)射出去，發(fā)射信號遇到目標后被反射回來，反射信號經(jīng)過接收天線進入混頻器與本振信號進行差頻后輸出一個中頻信號，中頻信號經(jīng)過濾波放大，再經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換后，將中頻數(shù)字信號送給基帶信號處理電路，經(jīng)過數(shù)字信號處理后得出中頻信息，進而根據(jù)理論公式計算出目標距離，得出距離、速度信息，實現(xiàn)目標識別、跟蹤等。

車載毫米波雷達工作頻率主要為24GHz和77GHz，由于77GHz雷達具有更遠的探測距離和更好的分辨率，所以目前更多廠商主推77GHz雷達。根據(jù)應用場景，車載毫米波雷達主要分為前視雷達，安裝在車輛前保險杠或者內(nèi)后視鏡處，功能模式為FCW（前防撞預警），ACC（自適應巡航），AEB（自動剎車系統(tǒng)）等;側(cè)后視雷達，安裝在車輛后保險杠兩側(cè)，功能模式主要為盲區(qū)探測系統(tǒng)，細分為BSD（盲點監(jiān)測），LCA（變道輔助），DOW（開門預警），CTA（橫向交通預警）等功能。

2 車載毫米波雷達數(shù)據(jù)處理方式研究對比

車載毫米波雷達數(shù)據(jù)處理方式：根據(jù)車載毫米波雷達的工作場景及應用方式，目前主流的數(shù)據(jù)處理方式有基于目標點跡，根據(jù)目標車輛運動特征，進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計并根據(jù)報警規(guī)則形成最終的雷達報警，此種方式處理較為簡單，對信號處理輸出結果要求較高;另一種則為基于目標航跡進行處理報警，經(jīng)信號處理輸出目標點跡信號后，先進行航跡處理，形成目標穩(wěn)定航跡，對滿足報警規(guī)則的目標進行報警處理，此種處理方式能更好對目標進行分類，可做更高級應用。

基于點跡進行報警處理，數(shù)據(jù)處理相對較為簡單，主要步驟為對信號處理產(chǎn)生的原始點跡數(shù)據(jù)先進行單點報警處理，對滿足單點報警的目標點跡進行滑窗統(tǒng)計，當滿足滑窗規(guī)則n/m（m為滑窗最大門限，n為報警點跡數(shù)量）時形成雷達報警。由于數(shù)據(jù)處理相對簡單，所以雷達報警響應更快。若信號處理產(chǎn)生點跡質(zhì)量不高，則需進行較多虛警處理，以提高雷達報警準確率。在虛警處理時需要更多考慮目標的運動特征，分析數(shù)據(jù)之間的關聯(lián)性，及目標數(shù)據(jù)在滑窗期間的變化規(guī)律。此種數(shù)據(jù)處理方式主要應用在級別較低的駕駛輔助系統(tǒng)，對盲區(qū)內(nèi)目標數(shù)量不做具體要求，當目標處于盲區(qū)滿足報警規(guī)則即可形成雷達報警。處理流程如圖1所示。

雷達航跡處理主要步驟：雷達數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)在獲取信號處理產(chǎn)生的點跡數(shù)據(jù)后，主要進行航跡數(shù)據(jù)關聯(lián)、航跡起始、航跡濾波與預測、航跡管理與維持。航跡處理的輸入是經(jīng)過坐標轉(zhuǎn)換和點跡凝聚處理的一批原始點跡，然后所有點跡與已有航跡進行相關處理，落入航跡的相關波門的點跡，即與航跡相關成功，通過航跡濾波與預測選擇是該航跡目標點的概率最大的點跡，若找到該點跡，對航跡進行更新處理;若出現(xiàn)沒有和所有航跡相關的點跡，則可能是新航跡點，若是新航跡點，利用航跡起始算法進行航跡起始，若不是新航跡點又不是已有航跡的目標點，則可能是還未起始成功的舊航跡目標點，航跡重現(xiàn)輸出;若上述所有情況都不是，則把該點跡作為“非關聯(lián)點跡”緩存到航跡數(shù)據(jù)庫，進行下一步判斷[3]。

航跡處理的基本功能是循序漸進的，是對雷達當前觀測周期點跡的歸屬進行分類，其中的關鍵技術主要是點跡與航跡相關、航跡濾波與預測及航跡起始。航跡處理過程如圖2所示。

較高級別的駕駛輔助系統(tǒng)要求車載毫米波雷達同時跟蹤道路上一定范圍內(nèi)多個目標。前向雷達需要同時跟蹤車輛正前方車道或多個車道同時出現(xiàn)的不同目標，根據(jù)報警需求對處于不同運動狀態(tài)的目標進行報警處理并打上報警標志，如FCW和AEB功能主要關注本車正前方車道目標，ACC則需要同時關注多個車道目標運動情況。對車輛前方目標進行航跡跟蹤與處理，可以更好分辨不同目標相對本車位置，移動速度，對本車有危險的目標及時做出預警處理或介入車輛主動控制系統(tǒng)。側(cè)后視雷達則主要探測跟蹤車輛側(cè)后方兩側(cè)車道目標，對處于盲區(qū)或報警區(qū)域內(nèi)的目標進行跟蹤處理。

3 總結

高級駕駛輔助及自動駕駛技術處于飛速發(fā)展中，車載毫米波雷達作為環(huán)境感知傳感器，在各種輔助駕駛功能或自動駕駛技術中處于最重要的一環(huán)。車載毫米波雷達感知目標，并經(jīng)過數(shù)據(jù)處理及報警邏輯處理及時對駕駛員做出預警或?qū)⑿盘査徒o車身控制系統(tǒng)主動控制車輛運動以最大可能避免事故發(fā)生。根據(jù)功能需求及硬件平臺選擇基于點跡或航跡的數(shù)據(jù)處理及報警算法會更高效準確的實現(xiàn)功能。

【參考文獻】

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