基于连续波雷达传感信号及调频连续波雷达传感信号的周边环境检测方法及装置

摘要

本发明公开一种基于连续波雷达传感信号及调频连续波雷达传感信号的周边环境检测方法及装置。基于调频连续波雷达传感信号及连续波雷达传感信号的目标探测方法可以包括：雷达传输用于探测目标的连续波雷达传感信号，接收作为对于所述连续波雷达传感信号的应答的第一应答信号的步骤；雷达传输用于探测目标的调频连续波雷达传感信号，接收作为对于调频连续波雷达传感信号的应答的第二应答信号的步骤；雷达对第一应答信号及第二应答信号进行信号处理来生成关于差频信号的频谱的步骤；以及雷达根据关于差频信号的频谱来探测目标的步骤。

说明书

技术领域

本发明涉及一种周边环境的检测方法，更详细而言，涉及一种基于连续波(continuous wave，CW)雷达传感信号及调频连续波(frequency modulated continuous wave，FMCW)雷达传感信号的周边环境检测方法及装置。 

背景技术

国际电信联盟无线电通信部门(ITU-R)鼓励与交通信息及控制系统(Transport Information and Control Systems，TICS)相关的各种项目。交通信息及控制系统是指为了提高地面交通系统的安全、效率及管理方法而密集了计算机、通信、位置信息及车辆技术的系统。 

交通信息及控制系统中的与车辆的直接行驶相关的车辆控制系统(AdvancedVehicle Control Systems，AVCS)中包括为了防止碰撞的多个事项，车辆用雷达也是为了通过辅助驾驶者来确保安全车辆运行而可应用的技术之一。 

关于车辆用雷达，1980年代初，在日本对利用激光的雷达进行商用化，但激光对各种气象条件等过于灵敏，因此现在广泛普及利用毫米波的方式。利用毫米波的车辆用雷达在应用特性上具有即使在各种气象条件下误差较少且容易使用的特性，因此是目前研究最为活跃的领域。该方式从1970年代初开始进行研究，现在已经有多种产品装载在车辆上运行。应用车辆用雷达的技术被称为主动巡航控制装置(active cruise control)、自适应巡航控制系统(Adaptive Cruise Control)、智能巡航控制系统(intelligent cruise control)等，将这些技术应用于车辆的代表性企业有戴姆勒-奔驰(Daimler-Benz)、宝马 (BMW)、捷豹(Jaguar)、尼桑(Nissan)等。尤其，如上所述的应用案例超越利用雷达的单纯警报水平而实施直接车辆控制的事实可以视为相当大的技术进步。 

关于现有的智能交通系统，将车辆雷达用频率分类为特定小输出无线基站来进行分配。频带是76GHz～77GHz的1GHz带宽，用途规定为防止车辆等的碰撞。 

发明内容

(一)要解决的技术问题 

本发明的第一目的为提供一种基于连续波雷达传感信息及调频连续波雷达传感信息的周边环境检测方法。 

本发明的第二目的为提供一种执行基于连续波雷达传感信息及调频连续波雷达传感信息的周边环境检测方法的装置。 

(二)技术手段 

为了实现上述的本发明的第一目的，本发明一方式的基于调频连续波雷达传感信号及连续波雷达传感信号的目标探测方法，可包括：雷达传输用于探测所述目标的所述连续波雷达传感信号，接收作为对于所述连续波雷达传感信号的应答的第一应答信号的步骤；所述雷达传输用于探测所述目标的所述调频连续波雷达传感信号，接收作为对于所述调频连续波雷达传感信号的应答的第二应答信号的步骤；所述雷达对所述第一应答信号及所述第二应答信号进行信号处理来生成关于差频信号的频谱的步骤；以及所述雷达根据所述关于差频信号的频谱来探测所述目标的步骤。所述雷达可根据所述第一应答信号的频谱中所述雷达的对应于移动速度的频带的峰值来判断有关静止物体的信息。所述雷达的对应于移动速度的频带的峰值为第一临界值以上的情况下，所述雷达可判断存在所述静止物体；所述雷达的对应于移动速度的频带的峰值小于第一临界值的情况下，所述雷达可判断不存在所述静止物体。根据所述第一应答信号判断所述静止物体存在与否 的结果，判断为存在一定数量以上的所述静止物体的情况下，所述雷达可根据所述第一应答信号和所述第二应答信号的相互关系(Correlation)来探测所述目标。根据所述第一应答信号判断所述静止物体存在与否的结果，判断为存在少于所述一定数量的所述静止物体的情况下，所述雷达可根据所述第二应答信号来探测所述目标。 

为了实现上述的本发明的第二目的，本发明一方式的雷达，其根据调频连续波雷达传感信号及连续波雷达传感信号探测目标，所述雷达包括处理器，所述雷达可如下执行：所述处理器传输用于探测所述目标的所述连续波雷达传感信号，接收作为对于所述连续波雷达传感信号的应答的第一应答信号，传输用于探测所述目标的所述调频连续波雷达传感信号，接收作为对于所述调频连续波雷达传感信号的应答的第二应答信号，对所述第一应答信号及所述第二应答信号进行信号处理，生成关于差频信号的频谱，根据所述关于差频信号的频谱来探测所述目标。所述雷达可根据所述第一应答信号的频谱中所述雷达的对应于移动速度的频带的峰值来判断有关静止物体的信息。所述雷达的对应于移动速度的频带的峰值为第一临界值以上的情况下，所述雷达可判断存在所述静止物体；所述雷达的对应于移动速度的频带的峰值小于第一临界值的情况下，所述雷达可判断不存在所述静止物体。根据所述第一应答信号判断所述静止物体存在与否的结果，判断为存在一定数量以上的所述静止物体的情况下，所述雷达可根据所述第一应答信号和所述第二应答信号的相互关系来探测所述目标。根据所述第一应答信号判断所述静止物体存在与否的结果，判断为存在少于所述一定数量的所述静止物体的情况下，所述雷达可根据所述第二应答信号来探测所述目标。 

(三)有益效果 

如上所述，通过使用本发明实施例的基于连续波雷达传感信号及调频连续波雷达传感信号的周边环境检测方法及装置，若通过调频连续波 雷达传感信号，在正向线性调频脉冲及反向线性调频脉冲 各自中获得频率信号，则根据基于连续波雷达传感信号而获得的关于目标的速度的信息来调整偏移，通过两个信号之间的相互关系，能够识别道路环境。通过使用这种方法能够更准确地识别道路环境。 

附图说明

图1是表示使用调频连续波雷达检测客体的方法的图表。 

图2是表示使用调频连续波雷达检测客体的方法的图表。 

图3示出基于离散傅里叶变换(discrete fourier transform，DFT)来对差频信号进行取样的图表。 

图4是表示连续波天线的动作的示意图。 

图5是表示本发明实施例的雷达发送信号的示意图。 

图6是表示本发明实施例的基于连续波雷达信号进行分析的信号的示意图。 

图7是表示本发明实施例的目标探测方法的示意图。 

图8是示意地表示本发明实施例的根据调频连续波雷达传感信号及连续波雷达传感信号检测目标物体的图。 

图9是表示本发明实施例的调频连续波雷达装置检测目标物体的方法的示意图。 

图10是关于本发明实施例的调频连续波雷达装置的示意图。 

具体实施方式

本发明可实施各种变更，可具有多种实施例，附图中例示特定实施例，在详细说明中对其进行详细说明。但这不是为了将本发明限定于特定实施方式，应理解为包括属于本发明的思想及技术范围的所有变更、等价物以及代替物。在说明各附图时，类似的附图标记表示类似的构成要件。 

第一、第二等术语可以用于说明多种构成要件，但上述构成要件 不被上述术语所限定。所述术语仅用于将一个构成要件从另一构成要件中区分开来。例如，在不脱离本发明的权利要求的情况下，可将第一构成要件命名为第二构成要件，类似地可将第二构成要件命名为第一构成要件。和/或这一术语包括记载为多个相关的项目的组合或者记载为多个相关的项目中的任一项目。 

当记载为某一构成要件“连接于”或者“连结于”其他构成要件时，可指直接与其他构成要件连接或者连结，但是也可以理解为中间设置有其他构成要件。相反，记载为某一构成要件“直接连接于”或“直接连结于”其他构成要件时，应理解为中间没有其他构成要件。 

本申请中所使用的术语只是用于说明特定实施例，而不是限制本发明。单数的表达除在文章中没有明确表示外，包括复数的表达。本申请中的“包括”或者“具有”等术语只是用于指定说明书中记载的特征、数字、步骤、动作、构成要件、部件或者他们的组合的存在，不能理解为预先排除一个或其以上的其他特征或者数字、步骤、动作、构成要件、部件或者他们的组合的存在或者附加可能性。 

以下，参照附图，对本发明的优选实施例进行更详细的说明。以下，对附图中的同一构成要件使用同一附图标记，对于同一构成要件省略重复说明。 

本发明的实施例公开一种通过调频连续波雷达及连续波雷达，在车辆行驶中对周边环境进行检测的方法。通过本发明实施例的周边环境检测方法，能够更准确地对周边环境进行检测。 

图1是表示使用调频连续波雷达来检测客体的方法的图表。 

调频连续波雷达向目标传输进行调频的连续信号，能够测定目标的距离和速度。 

一般的连续波雷达的情况下，能够测定运动物体的速度，但是因相对狭窄的带宽而不能测定距离。因此，调频连续波雷达通过调制发送波的振幅、频率或者相位，从而扩大带宽，由此能够实施距离测定 及速度测定。 

参照图1，示出假设离雷达的距离为R的物体静止的情况下，随着时间的频率波形。首先，如第一波形，若直线(linear)发送进行调频的信号，则反射到距离R的物体而延迟2R/c时间后被雷达接收。这里，R是与目标的距离，c是光速(3×10⁸m/s)。此时，发送的信号和接收的信号相互混合，得到该差频该频率由如下数学式1表示。 

(数学式1) 

$f_r=\frac{2R}{c}·\frac{B}{T_m}$

R：与目标的距离 

B：扫描带宽 

c：光速 

T_m：扫描时间 

f_r：Frequency shift due to delay延迟导致的频移 

根据由数学式1计算的差频信息，代入如下的数学式2，能够确定距离R。 

(数学式2) 

$R=\frac{r_r·c·T_m}{2·B}$

图2是表示使用调频连续波雷达来检测客体的方法的图表。 

假设离雷达距离为R的物体以相对速度V_r运动。 

调频连续波雷达为了测定目标的速度和距离，可传输进行调频的连续信号。 

这种情况下，因时间延迟和多普勒效应发生如以下数学式3的频移。 

(数学式3) 

$f_v=\frac{2v_r}{\lambda }$

f_c：载频 

若混合发送的信号和接收的信号，则如图2的下端，能够得到因基于距离的时间延迟产生的频率变化f_r与基于多普勒效果的频率变化f_v(doppler frequency)的和以及差，将其联立能够得到如以下数学式4的距离和速度的信息。 

(数学式4) 

$R=\frac{f_r·c·T_m}{2·B},v_r=\frac{f_v·\lambda }{2}$

差频和多普勒频率可通过信号处理获得。 

差频可表示传输信号和接收信号的差。正向线性调频脉冲时，差频可由f_bu表示，反向线性调频脉冲时，差频可由f_bd表示。 

各线性调频脉冲周期中，实施Ns点的离散傅里叶变换，可获得由频率f_s取样的差频信号的频谱。根据调频连续波雷达确定的差频信号的频谱对周边环境进行检测，能够探测周边存在的物体。调频连续波雷达中，在调频连续波雷达的信号接收部接收传感信号从目标反射的信号的期间，调频连续波雷达的信号发送部仍能够传输传感信号。调频连续波雷达混合接收的信号和传输的传感信号的波形，由此能够生成差频信号。存在一个以上的目标的情况下，混频器的输出能够产生具有一个以上的不同带宽的差频信号。 

图3示出基于离散傅里叶变换来对差频信号进行取样的图表。 

参照图3，是各线性调频脉冲(chirp)周期中，实施Ns点的离散傅里叶变换，由频率f_s取样的差频信号的频谱。 

Δf是频率阶跃(frequency step)，Ns是线性调频脉冲周期T中数据取样的数量。 

调频连续波雷达的情况下，将从正向线性调频脉冲和反向线性调频脉冲各自中提取的频率峰值信息进行匹配来生成目标信息。 

从前方车辆的相对速度为正值(例如，比自己的车辆更远的情况下)频率上升区间即正向线性调频脉冲和频率下降区间即反向线性调频脉冲中检测的差频为f_bu＝f_r-f_d和f_bd＝f_r+f_d。即，以f_r为基准，由±f_d值对称位移的值为f_bu及f_bd，因此找到组合，则能够求出距离和速度，将这种方法称为匹配算法。 

实施匹配算法时，目标为两个的情况下，能够检测出更多的目标，将这种目标称为虚反射目标(ghost torget)。存在这种虚反射目标的情况下，在调频连续波雷达中难以对物体进行准确的检测。 

实施匹配算法时，目标越多，随此发生更多虚反射目标。为了防止虚反射目标的发生，使用多种技术方法，但随着从正向线性调频脉冲/反向线性调频脉冲中提取的频率峰值越多，则虚反射目标的发生概率越高。如隧道、护栏等道路上延伸配置结构物的情况下，可能产生雷达更难进行检测的状况，这种情况下因虚反射目标的发生，导致雷达的检测及控制稳定性受到威胁。 

本发明实施例的基于调频连续波雷达的检测方法通过减少这种虚反射目标的发生概率，能够提高基于调频连续波雷达的检测概率。即，适用本发明时，道路上有护栏、隧道等结构物的情况下，通过减少虚反射目标的发生概率，由此能够防止高速行驶中的急刹车等现象。 

图4是表示连续波天线的动作的示意图。 

参照图4，连续波天线为了测定运动的目标的速度，可使用固定的传输频率。连续波天线根据多普勒频率的移动，能够测定运动的目标的速度。如果连续波雷达传输的频率f_o的信号和运动的目标的相对速度V_r不为0，则接收的信号可以具有f_o+f_d的频率。 

这里，f_d是多普勒频移，可以如以下数学式5确定。 

(数学式5) 

$\mathrm{fd}=\frac{2v_r}{c}f0$

这里，c为光速，目标的相对速度V_r能够由基于雷达的可视范围(line of sight，LOS)的速度因素确定。以下数学式6是表示目标的相对速度的数学式。 

(数学式6) 

v_r＝v_acosθ 

这里，V_a为目标的实际速度，θ可以表示目标轨迹与可视范围之间的角度。 

即，基于连续波雷达测定速度的方法是利用向运动的物体发射雷达时产生的多普勒频率的调频的方法。例如，当传感信号的发送者静止的状态下，向物体发射10～24GHz的连续波，则与振荡频率有所不同的频率的反射波反射回来，该频差与物体的速度成正比。因此，若知道该频差则能够计算出物体的速度。连续波雷达系统能够用于速度测定，但不能用于距离测定。 

根据本发明实施例，公开了一同使用连续波雷达和调频连续波雷达的信号来探测物体的方法。 

图5是表示本发明实施例的雷达发送信号的示意图。 

参照图5，本发明实施例的雷达发送信号可包括作为调频连续波雷达的发送信号的进行调频的连续信号500和作为连续波雷达的发送信号的由一个频带传输的信号550。 

组合调频连续波雷达信号500和连续波雷达信号550来生成发送信号的情况下，调频连续波雷达信号500可从正向线性调频脉冲和反向线性调频脉冲各自中提取目标的速度和距离进行组合的频率。在目标具有速度的情况下，连续波雷达信号550可提取相当于速度成分的多普勒频率。利用连续波雷达的这种特性，道路上有护栏、隧道等结 构物时，虽然该结构物为静止物体，但也会因车辆自身的速度而使其具有相对车速。 

利用车辆的各种传感器，能够获得车辆自身运行的速度信息，因此相当于车辆自身速度的速度成分在连续波频谱中形成高峰值的情况下，能够判断路面上存在较多静止物体。 

即，本发明的实施例中，利用车辆内的其他传感器获得现运行中的车辆自身的速度的情况下，通过在连续波雷达信号550的频谱中的相当于车辆自身速度的频率相当的峰值水平，能够检测现静止的物体，因此能够识别现运行的道路的环境。 

并且，本发明的实施例中，首先通过连续波雷达信号550进行判断，判断出存在多个静止物体的情况下，通过正向线性调频脉冲信号和反向线性调频脉冲信号的频谱的相互关系，能够判断静止物体的分布位置。若判断为只存在小于一定数的静止物体的情况下，仅通过调频连续波雷达信号的应答信号就能够判断道路环境。 

雷达中连续波雷达信号和调频连续波雷达信号的传输可通过多种方法确定。例如，可以使用先传输连续波雷达信号，并且传输一定区间的调频连续波雷达的方法。作为另一方法，根据连续波雷达信号的反射信号，确定是否进一步传输连续波雷达信号。 

图6是表示基于本发明实施例的连续波雷达信号进行分析的信号的示意图。 

图6的左侧是表示道路上不存在结构物的状况的图表，图6的右侧是表示道路上存在结构物的状况的图表。与图6的右侧的一般状况相比，道路上存在结构物的情况下，相当于运行的车辆自身速度的频率成分的峰值水平600急速升高。因此，根据这种检测结果，能够获得现运行的道路周边的结构物的有关信息，从而能够识别道路环境。 

图7是表示本发明实施例的目标探测方法的示意图。 

图7的左侧示出发送调频连续波雷达信号，与接收的信号进行混 合后获得的差频信号的频谱。在调频连续波雷达进行检测的地区存在护栏、隧道等的情况下，如图的四边形区域，干扰度(clutter level)会上升。杂波是指生成不必要的雷达接收信号的物体。 

图7的图表中，x轴是有效频率范围，y轴是差频信号的大小，从整个有效频率区域提取的频率峰值由圆表示。 

图7的右侧示出，若在图7的左侧通过调频连续波雷达信号从正向线性调频脉冲和反向线性调频脉冲各自中获得频率信号，则根据基于连续波雷达信号而获得的关于目标速度的信息来调整偏移，通过两个信号之间的相互关系，识别道路环境。即，根据本发明实施例，一同利用由连续波雷达传输的信号和调频连续波雷达传输的信号，由此能够搜索目标。 

本发明的实施例中，利用车辆内的其他传感器，获得现运行的车辆自身的速度的情况下，通过连续波雷达信号的频谱中的相当于车辆自身速度的频率相当的峰值水平，能够检测静止物体，因此能够识别道路环境。 

并且，本发明实施例中，首先通过连续波雷达信号进行判断，判断出存在多个静止物体的情况下，通过正向线性调频脉冲信号和反向线性调频脉冲信号的频谱的相互关系，能够判断静止物体的分布位置。 

图8是示意地表示本发明实施例的根据调频连续波雷达传感信号及连续波雷达传感信号检测目标物体的图。 

参照图8，本发明实施例的检测方法中，通过传输连续波雷达传感信号及调频连续波传感信号800，并接收从目标810反射回来的反射信号，由此根据反射信号探测周边的物体。 

如果，反射信号只包括由实际物体即目标810反射的信号，则能够准确地检测实际物体即目标810。但是，由周边的其他雷达装置或者其他通信装置等发送的发送信号可能作为干扰信号存在，或者如护 栏、隧道的杂波发出干扰信号。存在因其他因素导致的干扰信号，该干扰信号与由实际物体即目标810反射的信号一同作为反射信号被接收，则通过这种干扰信号，可能检测到不是实际物体的虚反射(ghost)物体820。 

例如，本发明实施例的雷达装置800首先传输连续波雷达的传感信号，能够获得静止物体的有关信息。如前所述，根据由连续波雷达检测的反射信号的峰值，能够获得静止物体的有关信息，能够获得道路环境的有关初步信息。接着，传输基于调频连续波雷达的传感信号，能够判断目标的有关信息。通过对于调频连续波雷达的传感信号的反射信号来获得目标的有关信息时，能够考虑通过连续波雷达初步判断的静止物体的有关信息。如前所述，首先通过连续波雷达信号进行判断，判断出存在多个静止物体的情况下，通过正向线性调频脉冲信号和反向线性调频脉冲信号的频谱的相互关系，能够判断静止物体的分布位置。 

图9是表示本发明实施例的调频连续波雷达装置探测目标的方法的示意图。 

参照图9，能够传输调频连续波雷达传感信号及连续波雷达传感信号，并接收对于传感信号的应答信号(步骤S900)。 

为了判断静止物体，连续波雷达能够传输传感信号。由于能够获得车辆自身的速度信息，因此，连续波雷达接收信号，相当于车辆自身速度的速度成分在连续波雷达的频谱中形成高峰值的情况下，能够判断路面上存在较多静止物体。即，根据连续波雷达传感信号，能够先判断道路上的环境。并且，调频连续波雷达能够传输用于测定目标的距离和速度的进行调频的连续传感信号。传输的连续传感信号能够由在检测范围内的物体反射，从而调频连续波雷达能够接收对于传感信号的应答信号。 

对应答信号进行信号处理，生成关于差频信号的频谱(步骤 S910)。 

调频连续波雷达能够混合发送的传感信号和接收的应答信号，实施如快速傅里叶变换的信号处理，从而生成关于差频信号的频谱。调频连续波雷达将从正向线性调频脉冲和反向线性调频脉冲各自中提取的频率峰值信息进行匹配来生成目标信息。 

将基于连续波雷达信号的传感结果合并考虑到根据调频连续波雷达获得的关于差频信号的频谱中，来探测目标(S920)。 

根据连续波雷达信号判断出存在多个静止物体的情况下，通过正向线性调频脉冲信号和反向线性调频脉冲信号的频谱的相互关系，能够判断静止物体的分布位置。例如，根据调频连续波雷达信号，从正向线性调频脉冲和反向线性调频脉冲各自中获得频率信号，则根据基于连续波雷达信号而获得的目标的速度有关的信息来调整偏移，通过两个信号之间的相互关系，能够识别道路环境。并且，根据本发明的实施例，若判断为存在小于一定数的静止物体的情况下，仅通过调频连续波雷达信号的应答信号就能够判断道路环境。 

图10是关于本发明实施例的调频连续波雷达装置的示意图。 

参照图10，本发明一实施例的调频连续波雷达装置可包括信号发送部1000、信号接收部1020、目标搜索部1040、处理器1060。 

信号发送部1000可执行为用于传输传感信号。信号发送部1000可执行为，调整传输信号的传输开始时刻间的传输开始时刻间距，每个根据调整的传输开始时刻间距确定的传输开始时刻对传输信号进行传输。例如，信号发送部1000可包括锁相环(phase locked loop，PLL)、电压控制振荡器(voltage controlled oscillator，VOC)、放大器等。锁相环可执行为用于使提供的传输信号的频率维持一定，电压控制振荡器能够将从锁相环提供的传输信号的频率进行调制并提供给放大器。放大器中能够将进行调制的频率放大为预先设定的大小。信号发送部1000能够传输调频连续波雷达传感信号和连续波雷达传感 信号。 

信号接收部1020能够接收通过信号发送部1000发送的发送信号由周边反射的反射信号。信号接收部1020能够接收根据调频连续波雷达传感信息和连续波雷达传感信号生成的应答信号。 

目标搜索部1040能够根据基于由信号接收部1020接收的调频连续波雷达传感信号和连续波雷达传感信号生成的应答信号来探索目标。 

目标搜索部1040中，例如通过调频连续波雷达信号，从正向线性调频脉冲及反向线性调频脉冲各自中获得频率信号，则根据基于连续波雷达信号而获得的关于目标的速度的信息来调整偏移，通过两个信号之间的相互关系，能够识别道路环境。通过使用这种方法能够更准确地识别道路环境。 

以上参照实施例进行了说明，本发明的技术思想所属技术领域的技术人员应理解为在不脱离本发明的思想和范畴的范围内可对本发明进行各种修改及变更。