基于prony譜線估計的汽車防撞雷達多目標(biāo)識別方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于PRONY譜線估計的汽車防撞雷達多目標(biāo)識別方法，根據(jù)采用三角形調(diào)頻連續(xù)波進行目標(biāo)探測的汽車防撞雷達的工作特點，利用prony譜線估計方法估計目標(biāo)的相應(yīng)參數(shù)完成多目標(biāo)識別。首先對雷達的回波信號進行自差式混頻后，分別利用混頻后得到的上升沿和下降沿的差頻信號構(gòu)建相關(guān)矩陣，通過對相關(guān)矩陣的特征值分解確定目標(biāo)的個數(shù)；利用其特征值和特征向量估計多項式的系數(shù)并求解出多項式的共軛根，分別估計出上升沿和下降沿差頻信號的幅度和頻率；根據(jù)目標(biāo)的散射截面積在汽車防撞雷達發(fā)射上升沿和下降沿信號的時間內(nèi)基本保持不變，完成上升沿和下降沿的參數(shù)配對，從而計算出目標(biāo)的相對距離和速度，完成多目標(biāo)的識別。
【專利說明】基于PRONY譜線估計的汽車防撞雷達多目標(biāo)識別方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于PRONY譜線估計的汽車防撞雷達多目標(biāo)識別方法，旨在為調(diào) 頻連續(xù)波汽車防撞雷達提供多目標(biāo)識別的方法，屬于汽車防撞雷達【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國汽車的保有量的增加、汽車的行駛速度的提高，汽車的碰撞事故越來越 多。汽車防撞雷達能夠根據(jù)接收到電磁回波信號計算周邊車輛和行人的相對速度和距離， 對可能構(gòu)成危險的目標(biāo)進行報警、及時提醒司機，避免由于外后視鏡視野不足或駕駛員注 意力不集中發(fā)生的撞車事故。
[0003] 采用調(diào)頻連續(xù)波工作體制的汽車防撞雷達，利用基帶信號控制壓控振蕩器產(chǎn)生調(diào) 頻連續(xù)波，信號一部分經(jīng)發(fā)射天線發(fā)出，一部分送入混頻器。目標(biāo)反射后的回波信號經(jīng)雷達 接收天線接收后通過自差式混頻器輸出差頻信號。目標(biāo)的距離和速度信息耦合在差頻信號 的頻率信息中，若采用對稱三角線性調(diào)頻連續(xù)波，通過上升沿和下降沿差頻信號的頻率求 解出目標(biāo)的相對距離和速度。當(dāng)存在N個目標(biāo)時，可以求出N 2組的距離和速度，其中N2-N組 為虛假目標(biāo)。為了得到真實目標(biāo)速度、距離信息，需要找到一種方法去除這些虛假的目標(biāo)， 實現(xiàn)多目標(biāo)的識別。
[0004] 中國發(fā)明專利（汽車盲區(qū)監(jiān)控雷達準(zhǔn)確檢測多目標(biāo)的有效方法，專利號 201210077979)針對單一調(diào)頻斜率的調(diào)頻連續(xù)波信號存在著距離速度的耦合問題，在變周 期的調(diào)頻連續(xù)波信號基礎(chǔ)上提出了采用變調(diào)頻斜率調(diào)頻連續(xù)波發(fā)射信號，通過頻譜分析從 而計算出所有可能的速度和距離值，最后通過對結(jié)果的比較識別剔除虛假目標(biāo)，從而得到 真實的多目標(biāo)的距離和速度，完成多目標(biāo)的識別。但是這種方法對產(chǎn)生調(diào)頻連續(xù)波信號的 壓控振蕩器的線性性能提出了很高的要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種基于PRONY譜線估計的 汽車防撞雷達多目標(biāo)識別方法。
[0006] 技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0007] -種基于PRONY譜線估計的汽車防撞雷達多目標(biāo)識別方法，包括以下步驟：1)汽 車防撞雷達采用包含頻率上升和下降的對稱三角形線性調(diào)頻連續(xù)波，對接收到的回波信號 進行自差式混頻后得到差頻信號，分別利用混頻后得到的上升沿和下降沿的差頻信號構(gòu)建 相關(guān)矩陣；2)利用prony譜線估計方法通過對相關(guān)矩陣的特征值分解確定目標(biāo)的個數(shù)；3) 利用其特征值和特征向量估計多項式的系數(shù)并求解出多項式的共軛根，分別估計出上升沿 和下降沿差頻信號的幅度和頻率；4)根據(jù)目標(biāo)的散射截面積在汽車防撞雷達發(fā)射上升沿 和下降沿信號的時間內(nèi)基本保持不變，完成目標(biāo)上升沿和下降沿的參數(shù)配對，從而計算出 目標(biāo)的相對距離和速度，完成多目標(biāo)的識別。
[0008] 所述的一種基于PRONY譜線估計的汽車防撞雷達多目標(biāo)識別方法，步驟1)具體是 指：
[0009] 利用采集到的上升沿的差頻信號xb+(k)和下降沿的差頻信號xb_(k)(k= 0, 1，…， K-1)構(gòu)建相關(guān)矩陣，其中K為上升沿或下降沿差頻信號的采樣點數(shù)：
[0010] 構(gòu)造上升沿和下降沿的差頻信號的相關(guān)矩陣：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于PRONY譜線估計的汽車防撞雷達多目標(biāo)識別方法，包括以下步驟：1)汽車 防撞雷達采用包含頻率上升和下降的對稱三角形線性調(diào)頻連續(xù)波，對接收到的回波信號進 行自差式混頻后得到差頻信號，分別利用混頻后得到的上升沿和下降沿的差頻信號構(gòu)建相 關(guān)矩陣； 2) 利用prony譜線估計方法通過對相關(guān)矩陣的特征值分解確定目標(biāo)的個數(shù)； 3) 利用其特征值和特征向量估計多項式的系數(shù)并求解出多項式的共軛根，分別估計出 上升沿和下降沿差頻信號的幅度和頻率； 4) 根據(jù)目標(biāo)的散射截面積在汽車防撞雷達發(fā)射上升沿和下降沿信號的時間內(nèi)基本保 持不變，完成目標(biāo)上升沿和下降沿的參數(shù)配對，從而計算出目標(biāo)的相對距離和速度，完成多 目標(biāo)的識別。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于PRONY譜線估計的汽車防撞雷達多目標(biāo)識別方法， 步驟1)具體是指： 利用采集到的上升沿的差頻信號xb+(k)和下降沿的差頻信號xb_(k) (k = 0,1，…，K-1) 構(gòu)建相關(guān)矩陣，其中K為上升沿或下降沿差頻信號的采樣點數(shù)： 構(gòu)造上升沿和下降沿的差頻信號的相關(guān)矩陣：
其中Pe+1為相關(guān)矩陣的階數(shù)，其取值遠大于目標(biāo)的個數(shù)N。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于PRONY譜線估計的汽車防撞雷達多目標(biāo)識別方法， 步驟2)具體是指： 對Re+、IV分別進行特征值分解確定目標(biāo)個數(shù)： 對Re+、IV分別進行特征值分解得到： me Re_ = ντνΗ 其中，對角矩陣 Σ_ = diag(a_0, σ_,, · * ·, σ_(；, · · ·, σ_(；)， Σ- = ，C1,···,σ_Α,…,);并且特征值按下列順序排列： σ+()>σ+1 >*··>σ+Λ >···>σ+/, >0 σ_() > σ_! > ···σ_/; > · ·· > σ_Ρβ > 0 將特征值與閾值ξ C1相比較，若☆或σι. < &，則可確定目標(biāo)的個數(shù)N = Pi。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于PRONY譜線估計的汽車防撞雷達多目標(biāo)識別方法， 步驟3)具體是指：通過求解多項式的共軛根對估計差頻信號的頻率及幅度： 3a)估計多項式的系數(shù)： 定義矩陣： °\^1)1 ),{>>,(/ + 1,/?),···,iv, (/ + A7,in'jj1 uL=Iu U + 1,}η),···,υ_(? + Ν,τη)~]Η 其中U + (l，m)、分是矩陣VJPV_的第1行、第m列元素，定義（Ν+1)Χ(Ν+1) 維矩陣：
計算多項式的系數(shù)： 以+("1霜(1,1) 義(A + l，l)/t(U) h = l，Z.-V 其中Hp義―1是矩陣s+和s _的逆矩陣，s + (h，i)、s_(h，i)是矩陣s+、s_的第h行、第I 列元素； 令多項式的系數(shù)為：
3b)估計差頻信號的頻率及幅度： 分別求特征多項式： 1 + ?+λζ~ι + · · · + ?+Ν_χζ~{ Ν-ι) + a+Nz~N + · · ·+a^Nz~2N = O I + +··· + a^z-^ + OnZ^n +··· + a~Nz~2N = O 的共軛根對(Z+A,)和(b,/A) (h二1,2,, A〇;計算向量： b+ =(ZfZt)-1ZfX, \?，(ΖΗΖ-γΖΗΧ- 其中，
X+= [xb+(0)，xb+⑴，…，xb+(k)，…，x b+(K-l)]H X-= [Xb-(O), xb-⑴，…，xb-(k)，…，xb-(K-l)]H b. [b +1，b+2，···，b+h，···，b+N] b_= [b b_2, ...，b_h，...，b_N]H 估計出上升沿和下降沿的差頻信號的幅度分別為： Ιι,=\Κη\ L-h,\ 估計出差頻信號的頻率為： /』二 arctan[lm(z 丨,,)/ Re(z 丨』/ 2* fhh = arctan[Im(z ,,)/ Re(z )]/2/τΔ? 其中Im(z+h)表示求z+h虛部，Re (z +h)表示求z+h實部；Im(z _h)表示求z_h虛部，Re (z _h) 表示求z_h實部。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于PRONY譜線估計的汽車防撞雷達多目標(biāo)識別方法， 步驟4)具體是指：多目標(biāo)識別并進行目標(biāo)參數(shù)的計算： 比較匕和L(h = l,，_.,A〇,若&"=|-"(琴=1，__.，岣，則認為是同一目標(biāo)在上升沿和 下降沿分別反射回來的信號，則目標(biāo)的相對距離Rn和相對速度V n分別為：
求出N個真實目標(biāo)的相對速度與距離。
【文檔編號】G01S7/41GK104515990SQ201410790911
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2014年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月18日
【發(fā)明者】胡居榮, 劉宇翔, 韓亞紅, 范建強 申請人:河海大學(xué)