(54)基於微動特性的車載目標識別系統及其識別方法
2023-06-08 19:38:41 1
(54)基於微動特性的車載目標識別系統及其識別方法
【專利摘要】本發明屬於車輛目標識別【技術領域】，特別涉及基於微動特性的車載目標識別系統及其識別方法。該基於微動特性的車載目標識別系統包括：安裝在車輛前方的信號發射模塊、安裝在車輛前方的信號接收模塊、設置在車輛上的模數轉換器、設置在車輛上的數位訊號處理器、以及安裝在車輛操控臺上的顯示器；所述模數轉換器的輸入端電連接所述信號接收模塊的輸出端，輸出端電連接所述數位訊號處理器的輸入端；所述數位訊號處理器的輸出端電連接顯示器。
【專利說明】基於微動特性的車載目標識別系統及其識別方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬於車輛目標識別【技術領域】，特別涉及基於微動特性的車載目標識別系統 及其識別方法，可用於識別行車環境中的車輛和行人。
【背景技術】
[0002] 交通安全主動探測系統可以有效避免駕駛員疏忽、異常天氣以及夜間行駛等因素 導致的交通安全問題。車載探測系統獲取目標信息，利用探測結果可以提前發現危險目標 並進行報警，同時使駕駛人員有充分的反應時間儘量避免事故發生。現有車載探測系統通 常選用毫米波雷達。毫米波雷達首先發射調頻連續波信號，然後通過接收的回波提取目標 的距離和速度信息。駕駛人員需要對行車環境和目標信息有更好的判斷，因此，需要有效識 別不同的目標。
[0003] 目前，目標識別分為基於結構特徵的目標識別和基於高分辨距離像的目標識別。 基於結構特徵的目標識別方法主要是利用目標自身的結構特性，如長度、寬度和厚度等具 有明顯幾何特性的特徵。基於高分辨距離像的目標識別方法主要利用目標回波特性的距離 像。上述方法主要適用於脈衝體制雷達，對車輛和行人識別率低。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在於提出基於微動特性的車載目標識別系統及其識別方法。本發明 適用於車載系統，可以向駕駛人員提供更詳細的行車環境和目標信息，可以有效地識別行 車環境中的車輛和行人。
[0005] 本發明的思路是：微都卜勒頻率是目標或者目標上微運動部件運動形式在雷達目 標回波中的體現。因此，對雷達目標回波中的微都卜勒信息進行分析處理，能夠得到目標或 者目標上微運動部件運動形式的相關信息。由於不同類型的目標決定了其微運動形式的差 異，對微都卜勒信號的時頻分析便有助於提取關於目標類別的信息，從而實現目標類別的 判斷。本發明通過微都卜勒時頻分析，獲取特徵頻率有效地識別車輛和行人。
[0006] 為實現上述技術目的，本發明採用如下技術方案予以實現。
[0007] 技術方案一：
[0008] 基於微動特性的車載目標識別系統，其特徵在於，包括：安裝在車輛前方的信號發 射模塊、安裝在車輛前方的信號接收模塊、設置在車輛上的模數轉換器、設置在車輛上的數 字信號處理器、以及安裝在車輛操控臺上的顯示器；所述模數轉換器的輸入端電連接所述 信號接收模塊的輸出端，輸出端電連接所述數位訊號處理器的輸入端；所述數位訊號處理 器的輸出端電連接顯示器。
[0009] 該技術方案的特點和進一步改進在於：
[0010] 所述基於微動特性的車載目標識別系統，還包括用於產生周期性的三角波的三角 波發生器，所述信號發射模塊包括發射天線、載波信號源和混頻器；所述混頻器的兩個輸入 端對應電連接三角波發生器和載波信號源；
[0011] 所述信號接收模塊包括接收天線、信號分配器、90度移相器、第一變頻器、第二變 頻器；所述信號分配器的輸入端電連接接收天線，所述信號分配器的兩個輸出端對應電連 接第一變頻器的第一輸入端和第二變頻器的第一輸入端，所述混頻器的輸出端分別電連接 發射天線、第一變頻器的第二輸入端、以及90度移相器的輸入端，所述90度移相器的輸出 端電連接第二變頻器的第二輸入端，所述模數轉換器的輸入端分別電連接第一變頻器的輸 出端和第二變頻器的輸出端。
[0012] 在第一變頻器和模數轉換器之間依次串接有第一抗洩露濾波器和第一低通濾波 器，在第二變頻器和模數轉換器之間依次串接有第二抗洩露濾波器和第二低通濾波器；所 述第一變頻器的輸出端電連接第一抗洩露濾波器的輸入端，所述第二變頻器的輸出端電連 接第二抗洩露濾波器的輸入端；所述第一抗洩露濾波器的輸出端電連接第一低通濾波器的 輸入端，所述第二抗洩露濾波器的輸出端電連接第二低通濾波器的輸入端；所述模數轉換 器的輸入端分別電連接第一低通濾波器的輸出端和第二低通濾波器的輸出端。
[0013] 技術方案二：
[0014] 基於微動特性的目標識別方法，基於上述基於微動特性的車載目標識別系統，其 特徵在於，包括以下步驟：
[0015] S1 :信號發射模塊向車輛前方發射射頻信號，並將射頻信號傳輸至信號接收模 塊；
[0016] S2:所述信號接收模塊接收回波信號，然後，根據射頻信號和回波信號，生成相互 正交的I通道差頻模擬信號和Q通道差頻模擬信號；
[0017] S3 :所述模數轉換器分別對I通道差頻模擬信號和Q通道差頻模擬信號進行模數 轉換，將模數轉換得出的I通道差頻數位訊號和Q通道差頻數位訊號發送至數位訊號處理 器；
[0018] S4 :所述數位訊號處理器將I通道差頻數位訊號和Q通道差頻數位訊號合併為回 波基頻信號；通過對所述回波基頻信號進行恆虛警檢測，來判斷對應時刻是否出現目標； 所述目標為車輛或行人；
[0019] S5 :對應時刻有目標出現時，所述數位訊號處理器得出對應目標的速度；然後根 據對應目標的速度，得出對應目標的類別。
[0020] 該技術方案的特點和進一步改進在於：
[0021] 所述基於微動特性的車載目標識別系統還包括用於產生周期性的三角波的三角 波發生器，所述信號發射模塊包括發射天線、載波信號源和混頻器；所述混頻器的兩個輸入 端對應電連接三角波發生器和載波信號源；所述信號接收模塊包括接收天線、信號分配器、 90度移相器、第一變頻器、第二變頻器；
[0022] 所述信號分配器的輸入端電連接接收天線，所述信號分配器的兩個輸出端對應電 連接第一變頻器的第一輸入端和第二變頻器的第一輸入端，所述混頻器的輸出端分別電連 接發射天線、第一變頻器的第二輸入端、以及90度移相器的輸入端，所述90度移相器的輸 出端電連接第二變頻器的第二輸入端；所述模數轉換器的輸入端分別電連接第一變頻器的 輸出端和第二變頻器的輸出端；
[0023] 在步驟S1中，所述三角波發生器產生周期性的三角波，根據三角波產生周期性的 線性調頻連續波，所述線性調頻連續波的周期為所述三角波的周期，所述三角波的幅度用 於控制線性調頻連續波的頻率；然後，將線性調頻連續波傳輸至所述混頻器；所述載波信 號源生成載波信號，並將所述載波信號傳輸至所述混頻器；所述混頻器對線性調頻連續波 和載波信號進行混頻，得到射頻信號，然後將射頻信號分別發送至發射天線、第一變頻器、 以及90度移相器；所述發射天線向車輛前方發射所述射頻信號。
[0024] 在步驟S2中，所述接收天線接收回波信號，並將回波信號分別發送至第一變頻器 和第二變頻器，所述90度移相器對所述射頻信號進行90度移相處理，將移相處理後信號 發送至第二變頻器；所述第一變頻器對所述回波信號和所述射頻信號進行混頻處理，得出 I通道差頻模擬信號；所述第二變頻器對所述回波信號和所述移相處理後信號進行混頻處 理，得出Q通道差頻模擬信號。
[0025] 在步驟S3中，所述I通道差頻模擬信號表示為I (t)，t為離散時間變量，所述Q通 道差頻模擬信號表示為Q(t);
[0026] 在步驟S4中，所述數位訊號處理器將I通道差頻數位訊號I (t)和Q通道差頻數 字信號Q(t)合併為回波基頻信號s(t);
[0027] 在步驟S4中，得出所述目標的距離R和所述目標的速度v :
[0028]
【權利要求】
1. 基於微動特性的車載目標識別系統，其特徵在於，包括：安裝在車輛前方的信號發 射模塊、安裝在車輛前方的信號接收模塊、設置在車輛上的模數轉換器、設置在車輛上的數 字信號處理器、以及安裝在車輛操控臺上的顯示器；所述模數轉換器的輸入端電連接所述 信號接收模塊的輸出端，輸出端電連接所述數位訊號處理器的輸入端；所述數位訊號處理 器的輸出端電連接顯示器。
2. 如權利要求1所述的基於微動特性的車載目標識別系統，其特徵在於，還包括用於 產生周期性的三角波的三角波發生器，所述信號發射模塊包括發射天線、載波信號源和混 頻器；所述混頻器的兩個輸入端對應電連接三角波發生器和載波信號源； 所述信號接收模塊包括接收天線、信號分配器、90度移相器、第一變頻器、第二變頻器； 所述信號分配器的輸入端電連接接收天線，所述信號分配器的兩個輸出端對應電連接第一 變頻器的第一輸入端和第二變頻器的第一輸入端，所述混頻器的輸出端分別電連接發射天 線、第一變頻器的第二輸入端、以及90度移相器的輸入端，所述90度移相器的輸出端電連 接第二變頻器的第二輸入端，所述模數轉換器的輸入端分別電連接第一變頻器的輸出端和 第二變頻器的輸出端。
3. 如權利要求1所述的基於微動特性的車載目標識別系統，其特徵在於，在第一變頻 器和模數轉換器之間依次串接有第一抗洩露濾波器和第一低通濾波器，在第二變頻器和模 數轉換器之間依次串接有第二抗洩露濾波器和第二低通濾波器；所述第一變頻器的輸出端 電連接第一抗洩露濾波器的輸入端，所述第二變頻器的輸出端電連接第二抗洩露濾波器的 輸入端；所述第一抗洩露濾波器的輸出端電連接第一低通濾波器的輸入端，所述第二抗洩 露濾波器的輸出端電連接第二低通濾波器的輸入端；所述模數轉換器的輸入端分別電連接 第一低通濾波器的輸出端和第二低通濾波器的輸出端。
4. 基於微動特性的目標識別方法，基於權利要求1所述的基於微動特性的車載目標識 別系統，其特徵在於，包括以下步驟： S1 :信號發射模塊向車輛前方發射射頻信號，並將射頻信號傳輸至信號接收模塊； S2:所述信號接收模塊接收回波信號，然後，根據射頻信號和回波信號，生成相互正交 的I通道差頻模擬信號和Q通道差頻模擬信號； 53 :所述模數轉換器分別對I通道差頻模擬信號和Q通道差頻模擬信號進行模數轉換， 將模數轉換得出的I通道差頻數位訊號和Q通道差頻數位訊號發送至數位訊號處理器； 54 :所述數位訊號處理器將I通道差頻數位訊號和Q通道差頻數位訊號合併為回波基 頻信號；通過對所述回波基頻信號進行恆虛警檢測，來判斷對應時刻是否出現目標；所述 目標為車輛或行人； 55 :對應時刻有目標出現時，所述數位訊號處理器得出對應目標的速度；然後根據對 應目標的速度，得出對應目標的類別。
5. 如權利要求4所述的基於微動特性的目標識別方法，其特徵在於，所述基於微動特 性的車載目標識別系統還包括用於產生周期性的三角波的三角波發生器，所述信號發射 模塊包括發射天線、載波信號源和混頻器；所述混頻器的兩個輸入端對應電連接三角波發 生器和載波信號源；所述信號接收模塊包括接收天線、信號分配器、90度移相器、第一變頻 器、第二變頻器； 所述信號分配器的輸入端電連接接收天線，所述信號分配器的兩個輸出端對應電連接 第一變頻器的第一輸入端和第二變頻器的第一輸入端，所述混頻器的輸出端分別電連接發 射天線、第一變頻器的第二輸入端、以及90度移相器的輸入端，所述90度移相器的輸出端 電連接第二變頻器的第二輸入端；所述模數轉換器的輸入端分別電連接第一變頻器的輸出 端和第二變頻器的輸出端； 在步驟S1中，所述三角波發生器產生周期性的三角波，根據三角波產生周期性的線性 調頻連續波，所述線性調頻連續波的周期為所述三角波的周期，所述三角波的幅度用於控 制線性調頻連續波的頻率；然後，將線性調頻連續波傳輸至所述混頻器；所述載波信號源 生成載波信號，並將所述載波信號傳輸至所述混頻器；所述混頻器對線性調頻連續波和載 波信號進行混頻，得到射頻信號，然後將射頻信號分別發送至發射天線、第一變頻器、以及 90度移相器；所述發射天線向車輛前方發射所述射頻信號。
6. 如權利要求5所述的基於微動特性的目標識別方法，其特徵在於，在步驟S2中，所 述接收天線接收回波信號，並將回波信號分別發送至第一變頻器和第二變頻器，所述90度 移相器對所述射頻信號進行90度移相處理，將移相處理後信號發送至第二變頻器；所述第 一變頻器對所述回波信號和所述射頻信號進行混頻處理，得出I通道差頻模擬信號；所述 第二變頻器對所述回波信號和所述移相處理後信號進行混頻處理，得出Q通道差頻模擬信 號。
7. 如權利要求4所述的基於微動特性的目標識別方法，其特徵在於，在步驟S3中，所 述I通道差頻模擬信號表示為I (t)，t為離散時間變量，所述Q通道差頻模擬信號表示為 Q(t)； 在步驟S4中，所述數位訊號處理器將I通道差頻數位訊號I (t)和Q通道差頻數字信 號Q(t)合併為回波基頻信號s(t); 在步驟S4中，得出所述目標的距離R和所述目標的速度v :
其中，c為光速，Λ f為線性調頻連續波的最大頻偏，&為線性調頻連續波的中心頻率，
正向調頻時差拍信號頻率，
為負向調頻時差拍信號頻率，
和，
分別為：
其中，ft為射頻信號的頻率，f；為回波信號的頻率； 在步驟S5中，所述目標的速度V，判斷目標的類別，當目標的速度v超過設定速度閾值 時，所述目標的類別為車輛；反之當目標的速度v小於或等於設定速度閾值時，所述目標的 類別為行人。
8. 如權利要求7所述的基於微動特性的目標識別方法，其特徵在於，在步驟S5中，對應 時刻有目標出現時，所述數位訊號處理器對對應回波基頻信號進行時頻分析，得出對應回 波基頻信號的時頻譜S(t，f)，S(t，f)為： S (t, f) =/ s ( τ ) · w ( τ -t) · exp (-j2 π f τ ) d τ
其中，f表示離散頻率變量，τ時間積分變量，w(t)表示窗函數， 然後得出對應回波基頻信號的時頻圖，所述對應回波基頻信號的時頻圖為S(t，f)離 散化後時頻圖； 然後，根據S(t，f)離散化後時頻圖，得出對應目標的時頻特徵，所述對應目標的時頻 特徵為時頻熵或對應目標的平均瞬時都卜勒譜的熵f2, 為：
其中，i、j分別表示對應回波基頻信號的時頻圖中第i行第j列位置處的像素點，Μ 和Ν分別為對應回波基頻信號的時頻圖的行數和列數：
S(ti，fj表示對應回波基頻信號的時頻圖中第i行第j列位置處的像素點的能量； 4為：
其中，
F(fk)為F(f)的第k個傅立葉變換值，
K為g(t)的快速傅立葉變換點數，S(t，fk)為對應回波基頻信 號的時頻圖中第k列的所有能量值構成的列向量，|S(t，fk) |表示對S(t，fk)取模。
9.如權利要求8所述的基於微動特性的目標識別方法，其特徵在於，在步驟S5中，在累 積獲得1個目標的時頻熵之後，根據每個目標的時頻熵，得出對應的訓練樣本；當對應目標 的時頻特徵為時頻熵時，1 = MXN，當對應目標的時頻特徵為對應目標的平均瞬時多普 勒譜的熵f2時，1 = K ;第i個訓練樣本包括：第i個目標的時頻特徵Xi，以及第i個目標的 分類標記yi，i取1至1 ;當第i個目標的速度超過設定速度閾值時，yi = 1，否則yi = -1 ; 然後求解以下優化問題：
其中，w和b為待求解的兩個參數（標量），I |w| I表示w的絕對值； 如果（《 · Xi) +b) >0,則第i個目標為車輛目標，否則第i個目標為行人目標。
【文檔編號】G01S13/52GK104215952SQ201410428475
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年8月27日 優先權日:2014年8月27日
【發明者】王敏, 陳景東, 王勇 申請人:蘇州聞捷傳感技術有限公司