[发明专利]一种车载防撞雷达系统的杂波抑制方法

说明书

技术领域

本发明涉及车载防撞雷达技术，具体为一种车载防撞雷达系统的杂波抑制方法。

背景技术

近年来汽车产业迅速发展，但交通拥堵和环境污染等问题已经严重影响到人们的生活质量。据统计，全世界每年因车祸丧生的人数高达50余万人，在中国每年因车祸而死亡的人数就高达10余万人，其中五分之四的人死于激烈撞击！中国的车祸率高达三万分之一！特别是雨雪雾等恶劣天气导致的交通事故持续增加。因为降雨时，大气透明度较低，能见度较差，使驾驶员无法准确看清前方和周围环境，极易导致车距车速估计不足，对道路设施和行人辨别困难，容易导致交通事故。降雨后，轮胎与路面的附着系数明显减小，故易出现制动距离延长、行驶打滑、制动跑偏等现象。能见度较低时，驾驶员必然减速以规避风险，因而导致同一路段车速不一，安全停车视距降低，更易引起交通事故，也导致交通流密度分布不均，严重影响通行效率。

车祸的发生不仅给国家、社会带来重大损失和沉重负担，也给数以百万的家庭带来深重的灾难。安全气囊、安全带和安全玻璃等设施只能减轻意外发生时对人体的伤害，并不能防止车祸的发生。汽车防撞技术，是对道路环境进行实时监测，在危险目标出现的情况下，提醒驾驶员并及时采取相应的措施，有效地遏制车祸发生，避免车辆碰撞。汽车防撞雷达技术是驾驶辅助系统中的一项重要技术，能够最大可能地保障安全出行，日益受到汽车厂商和相关研究机构的重视。

车载防撞雷达的主要任务是提取汽车前方目标的距离速度信息，其信号处理的主要任务是杂波抑制和信号检测。防撞雷达面临的杂波环境是复杂多样的，地理位置的改变和天气条件改变均会使杂波环境完全不同。

防撞雷达使用中不可避免会遇到降雨。降雨对现有的工作在微波及毫米波段的雷达的探测性能产生很大影响，尤其对工作频率在10GHz以上的雷达系统更有严重影响。降雨衰减雷达回波信号的能量，减弱信号的强度，降雨的散射会增加杂波干扰，增加天线的噪声温度，进而导致信噪比降低，雷达的探测距离缩短。现有的防撞雷达在大雨和暴雨天气条件下无法正常工作。但正是在这种天气恶劣、视线模糊的情况下，驾驶员更需要借助防撞雷达来了解车辆周围的状况，避免判断失误，造成车祸。

在防撞雷达和其它的类似的工程应用中，如何提高信噪比，从强噪声背景中检测微弱信号一直是亟需解决的问题。目前解决噪声问题，主要是采取抑制噪声来提高信噪比。然而在降雨时杂波造成的噪声频率与回波信号频率接近或重合，采用传统方法抑制噪声就会使有用的回波信号受到损失，这成为防撞雷达信号处理的瓶颈。至今防撞雷达在恶劣天气中的有效应用问题仍未解决。

随机共振(stochastic resonance，SR)是一种新的信号分析和处理方法,此法不是通过直接消除噪声来实现信号的还原，而是使用噪声来增强信号的有序输出。其基本原理是当淹没在强噪声背景中的微弱信号通过某一类非线性系统时，如果被处理信号、噪声与该非线性系统之间达到某种最佳匹配时，会出现噪声增强信号的现象，从而提高输出端的信噪比，使噪声变成信号提取的有利因素。由于随机共振的非线性特性，通过非线性系统后的输出信号会有一定的失真，因此需对经过随机共振的输出信号进行恢复，才能获得精确的时域信息。

随机共振模型需要随机共振系统、输入信号和噪声三者满足某种协同，即产生随机共振现象，使部分噪声能量转化为有用的信号能量，获得高信噪比的输出信号。

目前信号处理用随机共振模型是朗之万方程，即

式中，x(t)为随机共振系统的输出信号，U(x,t)为势函数，s(t)为随机共振系统的输入信号，n(t)为随机噪声信号。

U(x,t)表达式中的a、b为大于零的系统参数。

U(x,t)表达式代入后，朗之万方程可以表示为：

在实际应用中，朗之万方程中的s(t)和n(t)常没有确切的解析式，x(t)也不存在精确的解析解，因此无法直接求解该非线性随机微分方程。在工程上广泛使用四阶龙格库塔(Runge-Kutta)方程计算x(t)的数值解，方法如下：

式中，x_n表示随机共振系统输出信号x(t)的第n个采样值，s_n表示随机共振系统输入信号的第n个采样值，h＝1/f_sr为计算步长，f_sr为采样频率。

但目前尚未见将随机共振系统应用于车载雷达系统的杂波抑制。

发明内容