车载毫米波雷达数据处理方法研究

黄亚楠　熊毅　高森

【摘 要】车载毫米波雷达感知车辆周围目标并经信号处理，数据处理及报警逻辑处理等环节，将最终的报警信息上报车身控制系统或以声音等形式直接提示驾驶员及时控制车辆。根据系统功能需求及开发平台选择合适的数据处理及报警处理算法能最大限度的发挥车载雷达的作用。本文介绍了车载毫米波雷达工作原理及对比分析了主流的数据处理和报警处理方式。

【关键词】车载;毫米波雷达;数据处理

中图分类号： U463.6 文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）22-0024-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.22.009

0 前言

在如今的汽车行业中，车辆的驾驶安全性越来越受重视，主动安全产品越来越受到消费者的关注。毫米波雷达相比于其他测量介质雷达具有工作频率高、波长短、天线尺寸小、探测距离远，运行可靠，测量性能受天气等外界因素的影响较小等优点，最适合应用于汽车防撞雷达产品。

1 毫米波雷达系统工作原理

雷达系统通过辐射电磁波和接收物体反射电磁波对目标进行检测和定位，其工作过程主要为：雷达通过天线发射特定波形的电磁波，在有效辐射范围内被目标截获，目标反射电磁波到很多方向上，其中一部分能量返回至天线处被雷达接收，并通过放大，信号处理等过程最终计算出目标相对雷达的位置，移动速度，方位等信息[7]。

毫米波雷达，主要分为连续波雷达和脉冲雷达两种体制。车载毫米波雷达以连续波雷达体制为主，主要工作模式为点频连续波（CW），频移键控连续波（FSK）及线性调频连续波（LFMCW）等[1]。车载毫米波雷达系统包括射频前端，中频处理模块，雷达基带处理模块三个部分。射频前端发射的调频连续波信号经过调制产生调频连续波射频信号，经过发射天线发射出去，发射信号遇到目标后被反射回来，反射信号经过接收天线进入混频器与本振信号进行差频后输出一个中频信号，中频信号经过滤波放大，再经过数模转换后，将中频数字信号送给基带信号处理电路，经过数字信号处理后得出中频信息，进而根据理论公式计算出目标距离，得出距离、速度信息，实现目标识别、跟踪等。

车载毫米波雷达工作频率主要为24GHz和77GHz，由于77GHz雷达具有更远的探测距离和更好的分辨率，所以目前更多厂商主推77GHz雷达。根据应用场景，车载毫米波雷达主要分为前视雷达，安装在车辆前保险杠或者内后视镜处，功能模式为FCW（前防撞预警），ACC（自适应巡航），AEB（自动刹车系统）等;侧后视雷达，安装在车辆后保险杠两侧，功能模式主要为盲区探测系统，细分为BSD（盲点监测），LCA（变道辅助），DOW（开门预警），CTA（横向交通预警）等功能。

2 车载毫米波雷达数据处理方式研究对比

车载毫米波雷达数据处理方式：根据车载毫米波雷达的工作场景及应用方式，目前主流的数据处理方式有基于目标点迹，根据目标车辆运动特征，进行数据统计并根据报警规则形成最终的雷达报警，此种方式处理较为简单，对信号处理输出结果要求较高;另一种则为基于目标航迹进行处理报警，经信号处理输出目标点迹信号后，先进行航迹处理，形成目标稳定航迹，对满足报警规则的目标进行报警处理，此种处理方式能更好对目标进行分类，可做更高级应用。

基于点迹进行报警处理，数据处理相对较为简单，主要步骤为对信号处理产生的原始点迹数据先进行单点报警处理，对满足单点报警的目标点迹进行滑窗统计，当满足滑窗规则n/m（m为滑窗最大门限，n为报警点迹数量）时形成雷达报警。由于数据处理相对简单，所以雷达报警响应更快。若信号处理产生点迹质量不高，则需进行较多虚警处理，以提高雷达报警准确率。在虚警处理时需要更多考虑目标的运动特征，分析数据之间的关联性，及目标数据在滑窗期间的变化规律。此种数据处理方式主要应用在级别较低的驾驶辅助系统，对盲区内目标数量不做具体要求，当目标处于盲区满足报警规则即可形成雷达报警。处理流程如图1所示。

雷达航迹处理主要步骤：雷达数据处理系统在获取信号处理产生的点迹数据后，主要进行航迹数据关联、航迹起始、航迹滤波与预测、航迹管理与维持。航迹处理的输入是经过坐标转换和点迹凝聚处理的一批原始点迹，然后所有点迹与已有航迹进行相关处理，落入航迹的相关波门的点迹，即与航迹相关成功，通过航迹滤波与预测选择是该航迹目标点的概率最大的点迹，若找到该点迹，对航迹进行更新处理;若出现没有和所有航迹相关的点迹，则可能是新航迹点，若是新航迹点，利用航迹起始算法进行航迹起始，若不是新航迹点又不是已有航迹的目标点，则可能是还未起始成功的旧航迹目标点，航迹重现输出;若上述所有情况都不是，则把该点迹作为“非关联点迹”缓存到航迹数据库，进行下一步判断[3]。

航迹处理的基本功能是循序渐进的，是对雷达当前观测周期点迹的归属进行分类，其中的关键技术主要是点迹与航迹相关、航迹滤波与预测及航迹起始。航迹处理过程如图2所示。

较高级别的驾驶辅助系统要求车载毫米波雷达同时跟踪道路上一定范围内多个目标。前向雷达需要同时跟踪车辆正前方车道或多个车道同时出现的不同目标，根据报警需求对处于不同运动状态的目标进行报警处理并打上报警标志，如FCW和AEB功能主要关注本车正前方车道目标，ACC则需要同时关注多个车道目标运动情况。对车辆前方目标进行航迹跟踪与处理，可以更好分辨不同目标相对本车位置，移动速度，对本车有危险的目标及时做出预警处理或介入车辆主动控制系统。侧后视雷达则主要探测跟踪车辆侧后方两侧车道目标，对处于盲区或报警区域内的目标进行跟踪处理。

3 总结

高级驾驶辅助及自动驾驶技术处于飞速发展中，车载毫米波雷达作为环境感知传感器，在各种辅助驾驶功能或自动驾驶技术中处于最重要的一环。车载毫米波雷达感知目标，并经过数据处理及报警逻辑处理及时对驾驶员做出预警或将信号送给车身控制系统主动控制车辆运动以最大可能避免事故发生。根据功能需求及硬件平台选择基于点迹或航迹的数据处理及报警算法会更高效准确的实现功能。

【参考文献】

[1]杨凯.基于毫米波雷达的汽车主动防撞预警系统信号分析与处理[D].吉林大学硕士论文，2017：28～30.

[2]刘海波，盛蒙蒙，杨晓倩.一种车载毫米波列车防撞雷达系统研究[J].雷达学报，2013（2）1～2.

[3]朱洪艳，韓崇昭，韩红，左东广.航迹起始算法研究[J].航空学报，2004，25（3）：284～288.

[4]何友，修建娟，张晶炜等.雷达数据处理及应用[M].2版.北京：电子工业出版社，2009.2-147.

[5]任亚欣.汽车防撞雷达概述.科技情报开发与经济[J].2007年.第17卷.第17期.

[6]于立萍.基于测距雷达的汽车安全辅助驾驶技术研究[D].北京：清华大学计算机科学与技术学科硕士学位论文，2004.

[7]Merrill I.SKoInik.雷达系统导论（第三版）[M].左群声，徐国良等，译：电子工业出版社，2006：067479.