專利名稱：基于信道監(jiān)聽機(jī)制的多汽車防撞雷達(dá)沖突抑制系統(tǒng)與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于信道監(jiān)聽機(jī)制的多汽車防撞雷達(dá)沖突抑制系統(tǒng)與方法，屬于雷達(dá)、通信和汽車電子技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
汽車防撞雷達(dá)探測汽車前方一定距離內(nèi)單個或者多個目標(biāo)與本車的距離、速度、方位角，并根據(jù)預(yù)警規(guī)則在危險情況出現(xiàn)時發(fā)出報警信號，提示駕駛員采取措施，保障行車安全。汽車防撞雷達(dá)一般采用三角波線性調(diào)頻體制工作，工作頻段在35GHz、60GHz、77GHz等毫米波頻段，這些頻段的雷達(dá)的突出優(yōu)點(diǎn)是分辨率高，電磁波的穿透能力強(qiáng)，特別適用于道路安全的狀況。 近年來，隨著社會對汽車安全問題的日益關(guān)注以及汽車主動防撞技術(shù)研究的日益深入，以汽車防撞雷達(dá)為基礎(chǔ)的汽車主動防碰撞控制系統(tǒng)已成為研究的主流方向。然而，當(dāng)前對于汽車主動防碰撞控制系統(tǒng)的研究和測試都是基于單車系統(tǒng)。可以預(yù)見到，當(dāng)汽車主動防碰撞控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化并推廣應(yīng)用后，就不可避免的會出現(xiàn)多部裝載有汽車主動防碰撞控制系統(tǒng)的車輛相遇的情況。若沒有相應(yīng)的抑制措施，就有可能會出現(xiàn)不同車輛之間信號的干擾，尤其是當(dāng)兩部車迎頭相對行駛時，汽車主動防碰撞控制系統(tǒng)中汽車防撞雷達(dá)的雷達(dá)接收機(jī)可能會收到較強(qiáng)的對面車輛上雷達(dá)的發(fā)射信號，在這種情況下可能會導(dǎo)致汽車防撞雷達(dá)系統(tǒng)中的雷達(dá)接收機(jī)飽和，使真實(shí)目標(biāo)湮沒在虛假目標(biāo)中，汽車主動防碰撞控制系統(tǒng)失效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決在多輛汽車同時具備汽車防撞雷達(dá)情況下，本車汽車防撞雷達(dá)系統(tǒng)出現(xiàn)雷達(dá)接收機(jī)飽和，導(dǎo)致汽車主動防碰撞系統(tǒng)失效的問題，提出一種基于信道監(jiān)聽機(jī)制的多汽車?yán)走_(dá)沖突抑制系統(tǒng)及方法，利用當(dāng)前雷達(dá)接收機(jī)對接收信號的分析，可以確定周圍其他雷達(dá)系統(tǒng)所發(fā)射信號的頻段，從而將本系統(tǒng)射頻信號頻率設(shè)定在某一未被占用頻段上，以達(dá)到抑制沖突的目的。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明中的基于信道監(jiān)聽機(jī)制的多汽車防撞雷達(dá)沖突抑制系統(tǒng)中的各個汽車防撞雷達(dá)系統(tǒng)采用中斷連續(xù)波線性調(diào)頻體制?；谛诺辣O(jiān)聽機(jī)制的多汽車防撞雷達(dá)沖突抑制方法采用雷達(dá)發(fā)射機(jī)開關(guān)控制雷達(dá)信號的發(fā)射與關(guān)閉，在雷達(dá)發(fā)射機(jī)關(guān)閉時間內(nèi)，接收機(jī)的信道頻率分析単元對接收到的外部信號進(jìn)行頻譜分析即在汽車防撞雷達(dá)使用頻帶范圍內(nèi)進(jìn)行搜索，當(dāng)發(fā)現(xiàn)頻帶內(nèi)有其他汽車防撞雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)射的雷達(dá)信號時，雷達(dá)時序控制系統(tǒng)發(fā)出控制信號使掃頻信號單元將當(dāng)前雷達(dá)發(fā)射頻率調(diào)整到空閑頻率發(fā)射，從而有效避免了系統(tǒng)中各雷達(dá)間的相互干擾?！N基于信道監(jiān)聽機(jī)制的多汽車防撞雷達(dá)沖突抑制系統(tǒng)，包括雷達(dá)發(fā)射裝置、雷達(dá)接收裝置、雷達(dá)時序控制模塊、雷達(dá)信號處理與顯示單元以及信道頻率分析系統(tǒng)。
所述雷達(dá)發(fā)射裝置包括掃頻信號產(chǎn)生單元、功率放大單元、開關(guān)以及發(fā)射天線。其中，開關(guān)、掃頻信號產(chǎn)生單元、功率放大單元以及發(fā)射天線依次相連，時序控制系統(tǒng)的輸出連接至開關(guān)，雷達(dá)時序控制模塊的輸出也接入了發(fā)射天線前端的開關(guān)。所述雷達(dá)發(fā)射裝置完成在雷達(dá)時序控制模塊的控制下，在受控時間、頻段發(fā)射掃頻信號的功能。所述雷達(dá)接收裝置包括接收天線、雷達(dá)接收通道以及復(fù)用器。接收天線的輸出送入雷達(dá)接收通道，雷達(dá)接收通道的輸出在雷達(dá)時序模塊的控制下經(jīng)由復(fù)用器分為兩路，一路送入信道頻率分析系統(tǒng)，一路送入雷達(dá)信號處理與顯示單元。
所述雷達(dá)接收裝置完成在雷達(dá)時序控制模塊的控制下對空間中的信號進(jìn)行采集接收，并將采集接收到的信號輸出到雷達(dá)信號處理與顯示單元和信道頻率分析系統(tǒng)中的功倉^:。所述雷達(dá)時序控制模塊包含綜合控制器、發(fā)射裝置控制器和接收裝置控制器，發(fā)射裝置控制器和接收裝置控制器分別與綜合控制器相連。雷達(dá)時序控制模塊輸出分為兩組，一路為發(fā)射裝置控制器輸出到雷達(dá)發(fā)射裝置，控制雷達(dá)發(fā)射裝置的開關(guān)以及掃頻信號產(chǎn)生單元；一路為接收裝置控制器輸出到雷達(dá)接收裝置。雷達(dá)時序控制模塊的輸入為信道頻率分析系統(tǒng)的輸出，連接到雷達(dá)時序控制模塊的綜合控制器。所述的雷達(dá)時序控制模塊中的綜合控制器接收信道頻率分析系統(tǒng)的輸出信息，并根據(jù)其輸出控制發(fā)射裝置控制器和接收裝置控制器工作。接收裝置控制器接收綜合控制器的命令，控制雷達(dá)接收裝置復(fù)用器，從而確定雷達(dá)接收裝置數(shù)據(jù)流向。發(fā)射裝置控制器接收綜合控制器的命令，并完成對雷達(dá)發(fā)射裝置時序和發(fā)射頻段控制的功能。所述雷達(dá)信號處理與顯示單元包括雷達(dá)回波信號處理模塊、GPS模塊、預(yù)警模塊以及動態(tài)顯示模塊。雷達(dá)回波信號處理模塊、GPS模塊以及動態(tài)顯示模塊與虛警模塊相連。雷達(dá)回波信號處理模塊的輸入與雷達(dá)接收裝置相連。所述雷達(dá)信號處理與顯示單元完成對回波信號進(jìn)行處理，以計算出預(yù)警目標(biāo)的方位角、距離、速度等物理信息，并結(jié)合GPS模塊提供的地理信息和判決條件實(shí)現(xiàn)對虛假預(yù)警目標(biāo)的排除。最終將處理所得信息在動態(tài)顯示模塊上予以顯示井根據(jù)預(yù)警規(guī)則發(fā)出相應(yīng)安
全警告。所述信道頻率分析系統(tǒng)包括信號譜估計模塊，判決控制模塊。信號譜估計模塊、判決控制模塊依次相連。信號譜估計模塊輸入端連接雷達(dá)接收裝置的輸出，判決控制模塊的輸出連接雷達(dá)時序控制模塊。所述信道頻率分析系統(tǒng)接收來自雷達(dá)接收裝置的監(jiān)聽信號，并對其進(jìn)行頻譜分析，找出空閑頻段，將頻段信息輸出到雷達(dá)時序控制模塊中。本發(fā)明的一種基于信道監(jiān)聽機(jī)制的多汽車?yán)走_(dá)沖突抑制方法，在上述一種基于信道監(jiān)聽的多汽車?yán)走_(dá)沖突抑制系統(tǒng)基礎(chǔ)上，其具體工作過程如下步驟一、汽車自身的雷達(dá)接收裝置在雷達(dá)時序控制系統(tǒng)的控制下，通過雷達(dá)接收裝置中的接收天線接收當(dāng)前多雷達(dá)系統(tǒng)環(huán)境下的其他雷達(dá)所發(fā)出的射頻信號。步驟ニ、將步驟一接收的雷達(dá)射頻信號送入信道頻率分析系統(tǒng)，對收到的時域信息進(jìn)行譜估計，將每個頻率與一個預(yù)設(shè)門限進(jìn)行比較，判定頻率是否已被其他雷達(dá)所占用，將未被占用的頻率信息輸出到雷達(dá)時序控制模塊中。
步驟三、在雷達(dá)時序控制系統(tǒng)的控制下，雷達(dá)發(fā)射裝置中的掃頻信號產(chǎn)生單元生成未被占用頻段的射頻信號。步驟四、步驟三輸出的未被占用頻段的射頻信號經(jīng)由各組雷達(dá)發(fā)射裝置中的功率放大器放大后發(fā)射出去。步驟五、汽車自身的雷達(dá)接收裝置接收步驟四的射頻信號回波信號，經(jīng)雷達(dá)接收裝置中處理后，產(chǎn)生數(shù)字基帶信號。步驟六、將步驟五產(chǎn)生的數(shù)字基帶信號送入雷達(dá)信號處理與顯示單元中的雷達(dá)回波信號處理模塊進(jìn)行數(shù)字信號處理，得到真實(shí)的預(yù)警目標(biāo)的距離、速度、方位等信息。步驟七、雷達(dá)信號處理與顯示單元中的預(yù)警模塊結(jié)合GPS模塊采集到的地理信息，結(jié)合雷達(dá)回波信號處理模塊輸出的目標(biāo)信號，排除虛假目標(biāo)，將最終的預(yù)警目標(biāo)信息在動態(tài)顯示模塊上予以顯示和警告。 有益效果本發(fā)明的汽車防撞雷達(dá)系統(tǒng)依靠其信道頻率分析単元可以對外部電磁環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測分析，并控制雷達(dá)發(fā)射模塊選擇空閑頻率進(jìn)行發(fā)射，這種方式可以有效應(yīng)對多部汽車同時裝備汽車防撞雷達(dá)的情況，防止多部汽車防撞雷達(dá)之間相互干擾。


圖I為本發(fā)明的基于信道監(jiān)聽機(jī)制的多汽車?yán)走_(dá)沖突抑制系統(tǒng)的組成示意圖；圖2為本發(fā)明的基于信道監(jiān)聽機(jī)制的多汽車?yán)走_(dá)沖突抑制系統(tǒng)的系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例I中的掃頻信號控制時序。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)ー步說明?；谛诺辣O(jiān)聽機(jī)制的多汽車?yán)走_(dá)沖突抑制系統(tǒng)實(shí)施例I圖I為本發(fā)明和實(shí)施例的總體結(jié)構(gòu)圖，具體包括雷達(dá)收發(fā)裝置、時序控制系統(tǒng)、信道頻率分析系統(tǒng)和雷達(dá)信號處理與顯示單元。圖2為本發(fā)明及實(shí)施例的基于總體結(jié)構(gòu)圖的具體系統(tǒng)組成框圖，從圖2中可以看出，本實(shí)施例中的各模塊組成為雷達(dá)時序控制模塊包含綜合控制器、發(fā)射裝置控制器和接收裝置控制器；信道頻率分析系統(tǒng)包括信號譜估計模塊，判決控制模塊；雷達(dá)信號處理與顯示單元包括雷達(dá)回波信號處理模塊、GPS模塊、預(yù)警模塊以及動態(tài)顯示模塊；雷達(dá)接收裝置包括接收天線、雷達(dá)接收通道以及復(fù)用器；雷達(dá)發(fā)射裝置包括掃頻信號產(chǎn)生單元、功率放大單元、開關(guān)以及發(fā)射天線。其中雷達(dá)時序控制模塊、信道頻率分析系統(tǒng)以及雷達(dá)信號處理與顯示單元中的預(yù)警模塊、雷達(dá)回波信號處理模塊由VerilogHDL語言在Altera公司的CycloneIII的FPGA上編寫實(shí)現(xiàn)，雷達(dá)信號處理與顯示單元中的動態(tài)顯示模塊由RGB顯示屏以及Cyclone III FPGA內(nèi)部邏輯實(shí)現(xiàn),GPS模塊由SiRF3模塊實(shí)現(xiàn)，雷達(dá)發(fā)射裝置和雷達(dá)接收裝置由SIVERSIMA生產(chǎn)的W波段收發(fā)模塊實(shí)現(xiàn)。本實(shí)施例中的雷達(dá)發(fā)送和接收裝置均工作于77GHz頻段，系統(tǒng)中的汽車?yán)走_(dá)采用中斷連續(xù)波調(diào)頻體制，雷達(dá)發(fā)射和接收裝置及信道頻率分析系統(tǒng)均在時序控制系統(tǒng)的控制下工作。帶有周期間隔的三角波調(diào)制信號的時域波形如圖3所示坐標(biāo)橫軸表示時間，単位為毫秒；坐標(biāo)縱軸表示頻率,單位為GHz。坐標(biāo)原點(diǎn)表示工作期間的某時刻,設(shè)起始時刻為零時刻，發(fā)射頻率為76. 5GHz。圖3中描述了本實(shí)施例中的系統(tǒng)在某兩個工作周期的工作時序，系統(tǒng)的具體エ作過程為當(dāng)處于Oms至14ms期間雷達(dá)時序控制模塊控制雷達(dá)發(fā)射裝置發(fā)射三角波調(diào)制的線性調(diào)頻波，掃頻范圍在76. 5GHz 77. OGHz,且雷達(dá)接收裝置接收回波信號，并在雷達(dá)時序控制模塊控制下將接收的信號傳送到雷達(dá)信號處理與顯示單元；當(dāng)處于14ms 16ms期間，雷達(dá)時序控制模塊控制雷達(dá)發(fā)射裝置停止發(fā)射，雷達(dá)接收裝置接收空間中的信 號并在雷達(dá)時序控制模塊的控制下將將接收到的信號數(shù)據(jù)傳送到信道頻率分析系統(tǒng)中；當(dāng)處于16ms 30ms期間，雷達(dá)時序控制模塊根據(jù)信道頻率分析系統(tǒng)所反饋的信息，確定77. 6GHz 78. IGHz為空閑頻段，控制雷達(dá)發(fā)射裝置發(fā)射三角波調(diào)制的線性調(diào)頻波，掃頻范圍在77. 6GHz 78. 1GHz，且雷達(dá)接收裝置接收回波信號，并在雷達(dá)時序控制模塊控制下將接收的信號傳送到雷達(dá)信號處理與顯示單元。當(dāng)系統(tǒng)處于雷達(dá)發(fā)射裝置發(fā)射期間，即圖中Oms 14ms或16ms 30ms期間，雷達(dá)信號處理與顯示單元處理雷達(dá)接收裝置傳遞的數(shù)據(jù)信息，并結(jié)合GPS模塊獲取的地理信息除去虛假目標(biāo)，并將最終的目標(biāo)信息顯示在動態(tài)顯示模塊上；當(dāng)系統(tǒng)處于雷達(dá)發(fā)射裝置關(guān)閉期間，即圖中14ms 16ms期間，信道頻率分析系統(tǒng)分析雷達(dá)接收裝置的接收信號，尋找空閑頻段，并將空閑頻段信息發(fā)送給雷達(dá)時序控制模塊，雷達(dá)時序控制模塊依據(jù)此信息確定下次雷達(dá)發(fā)射裝置發(fā)射信號的頻段進(jìn)行發(fā)射，避免了多雷達(dá)系統(tǒng)下的相互干擾。本實(shí)施例的基于信道監(jiān)聽機(jī)制的多汽車?yán)走_(dá)沖突抑制系統(tǒng)，經(jīng)過系統(tǒng)搭建和實(shí)際道路測試，不僅實(shí)現(xiàn)了射頻信號的收發(fā)及預(yù)警目標(biāo)的測距、測角和測速，并且有效抑制了多雷達(dá)環(huán)境下的信號沖突，解決了背景技術(shù)中所提及的問題。以上所述為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，本發(fā)明不應(yīng)該局限于該實(shí)施例和附圖所公開的內(nèi)容。凡是不脫離本發(fā)明所公開的精神下完成的等效或修改，都落入本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.基于信道監(jiān)聽機(jī)制的多汽車防撞雷達(dá)沖突抑制系統(tǒng)，其特征在于包括雷達(dá)發(fā)射裝置、雷達(dá)接收裝置、雷達(dá)時序控制模塊、雷達(dá)信號處理與顯示單元以及信道頻率分析系統(tǒng)； 所述雷達(dá)發(fā)射裝置包括掃頻信號產(chǎn)生單元、功率放大單元、開關(guān)以及發(fā)射天線；其中，開關(guān)、掃頻信號產(chǎn)生單元、功率放大單元以及發(fā)射天線依次相連，時序控制系統(tǒng)的輸出連接至開關(guān)，雷達(dá)時序控制模塊的輸出接入開關(guān)； 所述雷達(dá)接收裝置包括接收天線、雷達(dá)接收通道以及復(fù)用器；接收天線的輸出送入雷達(dá)接收通道，雷達(dá)接收通道的輸出在雷達(dá)時序模塊的控制下經(jīng)由復(fù)用器分為兩路，一路送入信道頻率分析系統(tǒng)，一路送入雷達(dá)信號處理與顯示單元； 所述雷達(dá)接收裝置在雷達(dá)時序控制模塊的控制下對空間中的信號進(jìn)行采集接收，并將采集接收到的信號輸出到雷達(dá)信號處理與顯示單元和信道頻率分析系統(tǒng)； 所述雷達(dá)時序控制模塊包含綜合控制器、發(fā)射裝置控制器和接收裝置控制器，發(fā)射裝置控制器和接收裝置控制器分別與綜合控制器相連；發(fā)射裝置控制器輸出到雷達(dá)發(fā)射裝置；接收裝置控制器輸出到雷達(dá)接收裝置； 所述的雷達(dá)時序控制模塊中的綜合控制器接收信道頻率分析系統(tǒng)的輸出信息；接收裝置控制器接收綜合控制器的命令，控制雷達(dá)接收裝置復(fù)用器；發(fā)射裝置控制器接收綜合控制器的命令； 所述雷達(dá)信號處理與顯示單元包括雷達(dá)回波信號處理模塊、GPS模塊、預(yù)警模塊以及動態(tài)顯示模塊；雷達(dá)回波信號處理模塊、GPS模塊以及動態(tài)顯示模塊與虛警模塊相連；雷達(dá)回波信號處理模塊的輸入與雷達(dá)接收裝置相連； 所述信道頻率分析系統(tǒng)包括信號譜估計模塊，判決控制模塊；信號譜估計模塊、判決控制模塊依次相連；信號譜估計模塊輸入端連接雷達(dá)接收裝置的輸出，判決控制模塊的輸出連接雷達(dá)時序控制模塊； 所述信道頻率分析系統(tǒng)接收來自雷達(dá)接收裝置的監(jiān)聽信號，并對其進(jìn)行頻譜分析，找出空閑頻段，將頻段信息輸出到雷達(dá)時序控制模塊中。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于信道監(jiān)聽機(jī)制的多汽車防撞雷達(dá)沖突抑制系統(tǒng)，其特征在于雷達(dá)發(fā)射裝置、雷達(dá)接收裝置均工作于77GHz頻段。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于信道監(jiān)聽機(jī)制的多汽車防撞雷達(dá)沖突抑制系統(tǒng)，其特征在于采用中斷連續(xù)波調(diào)頻體制。
4.基于權(quán)利要求I所述的基于信道監(jiān)聽機(jī)制的多汽車防撞雷達(dá)沖突抑制系統(tǒng)的沖突抑制方法，其特征在于包括如下步驟 步驟一、汽車自身的雷達(dá)接收裝置在雷達(dá)時序控制系統(tǒng)的控制下，通過雷達(dá)接收裝置中的接收天線接收當(dāng)前多雷達(dá)系統(tǒng)環(huán)境下的其他雷達(dá)所發(fā)出的射頻信號； 步驟ニ、將步驟一接收的雷達(dá)射頻信號送入信道頻率分析系統(tǒng)，對收到的時域信息進(jìn)行譜估計，將每個頻率與一個預(yù)設(shè)門限進(jìn)行比較，判定頻率是否已被其他雷達(dá)所占用，將未被占用的頻率信息輸出到雷達(dá)時序控制模塊中； 步驟三、在雷達(dá)時序控制系統(tǒng)的控制下，雷達(dá)發(fā)射裝置中的掃頻信號產(chǎn)生單元生成未被占用頻段的射頻信號； 步驟四、步驟三輸出的未被占用頻段的射頻信號經(jīng)由各組雷達(dá)發(fā)射裝置中的功率放大器放大后發(fā)射出去；步驟五、汽車自身的雷達(dá)接收裝置接收步驟四的射頻信號回波信號，經(jīng)雷達(dá)接收裝置中處理后，產(chǎn)生數(shù)字基帶信號； 步驟六、將步驟五產(chǎn)生的數(shù)字基帶信號送入雷達(dá)信號處理與顯示單元中的雷達(dá)回波信號處理模塊進(jìn)行數(shù)字信號處理，得到真實(shí)的預(yù)警目標(biāo)的距離、速度、方位等信息； 步驟七、雷達(dá)信號處理與顯示單元中的預(yù)警模塊結(jié)合GPS模塊采集到的地理信息，結(jié) 合雷達(dá)回波信號處理模塊輸出的目標(biāo)信號，排除虛假目標(biāo)，將最終的預(yù)警目標(biāo)信息在動態(tài)顯示模塊上予以顯示和警告。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于信道監(jiān)聽機(jī)制的多汽車防撞雷達(dá)沖突抑制系統(tǒng)與方法，屬于雷達(dá)、通信和汽車電子技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的多汽車防撞雷達(dá)沖突抑制系統(tǒng)中，各個汽車防撞雷達(dá)系統(tǒng)采用中斷連續(xù)波線性調(diào)頻體制?；谛诺辣O(jiān)聽機(jī)制的多汽車防撞雷達(dá)沖突抑制方法采用雷達(dá)發(fā)射機(jī)開關(guān)控制雷達(dá)信號的發(fā)射與關(guān)閉，在雷達(dá)發(fā)射機(jī)關(guān)閉時間內(nèi)，接收機(jī)的信道頻率分析單元對接收到的外部信號進(jìn)行頻譜分析即在汽車防撞雷達(dá)使用頻帶范圍內(nèi)進(jìn)行搜索，當(dāng)發(fā)現(xiàn)頻帶內(nèi)有其他汽車防撞雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)射的雷達(dá)信號時，雷達(dá)時序控制系統(tǒng)發(fā)出控制信號使掃頻信號單元將當(dāng)前雷達(dá)發(fā)射頻率調(diào)整到空閑頻率發(fā)射，從而有效避免了系統(tǒng)中各雷達(dá)間的相互干擾。
文檔編號G01S7/36GK102662161SQ20121016609
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月24日
發(fā)明者卜祥元, 盧繼華, 安建平, 張軍, 鄭晨 申請人:中山北京理工大學(xué)研究院, 北京理工大學(xué), 廣東鐵將軍防盜設(shè)備有限公司