[发明专利]一种基于OFDM雷达通信一体化的车联网感知系统及其构建方法

说明书

一种基于OFDM雷达通信一体化的车联网感知系统，它包括：数据融合单元、行车信息获取单元、回波信号提取单元、信号调制单元、信号解调单元、无线收发单元，它们之间彼此相互连接；一种基于OFDM雷达通信一体化的车联网感知系统的构建方法，它包括十三大步骤。本发明采用OFDM完成对自身行车信息的调制与发射共享，一方面可通过合作通信方式解调出其他车辆的行驶速度、工作状态及动向特征数据，另一方面则可利用非合作雷达探测方式测量本车与周边其他车辆的相对位置及运动信息，进而为驾驶员或自动驾驶系统实时提供周边目标运动情况，帮助其采取必要的合理措施，提高行车安全。

技术领域

本发明为一种基于OFDM雷达通信一体化的车联网感知系统及其构建方法，它采用正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)、雷达信号处理等相关技术，实现非合作探测与合作通信两种方式的有机结合，提高车辆智能化和行车安全性，属于数字信号处理领域。

背景技术

车联网是指利用先进的传感技术、网络技术等，对道路和车辆运行状况进行全面感知，实现多个系统间的大范围、大数据交互，可应用于行车安全、信息娱乐等多个方面，在丰富车辆娱乐系统的同时，增强车辆行驶的安全性能。

目前，车联网在信息感知与获取方面主要通过自身行车系统得到行驶速度、车辆位置等内容，再通过移动互联网络与系统内其他用户共享车辆信息。首先，己方车辆位置信息主要依靠全球定位系统(Global Positioning System，GPS)定位信息获得，而民用GPS信号的精度在10米左右，故不能满足车辆在正常行驶过程中对安全间距的要求。其次，由于汽车产业链的封闭性，大多数厂商都将车联网设计为一个封闭的系统，不同厂商的车辆不能互通，这就极大的限制了不同车辆间信息交互的可能性，降低了车联网在行车安全方面的应用效能。第三，虽然越来越多的车辆配置了遍布车辆前后的雷达探头，亮度高、照射距离远的氙气车灯，甚至激光车灯，但现有雷达探头主要应用于低速泊车、倒车等情况，其有效探测距离一般在2米以内，无法为高速行驶状态下的车辆提供安全距离；此外，虽然高亮度车灯、激光车灯可以为车辆提供更远的照射距离，但在雨、雾等恶劣天气环境下其作用距离将大大缩短，同时，黑色等深颜色目标由于反射光较弱，其作用效果也将进一步降低。

目前，无人驾驶汽车和辅助驾驶技术由于控制车辆行驶方向、速度的需要，多依靠光学探测器获取环境图像，再通过图像识别技术实时获取一定范围内其他车辆或障碍物的距离、速度、方位等信息。但在雨、雾等可视条件差的情况下，光学探测器的探测距离和成像质量都会急剧下降，无法为快速行驶状态下的车辆提供足够的安全保证。因此需要一种可在多种气象条件下获取周围障碍物信息的探测技术。

OFDM技术由于具有频谱利用率高、抗多径、抗干扰等特点，现广泛应用于第三代、第四代移动通信网络等无线通信领域。同时，因为OFDM技术具有峰值功率低、频带宽等特点，也在低截获雷达信号设计中得到应用。虽然通信系统与雷达系统在环境感知中各有长处，但是由于二者在设计需求、处理方法等方面的差异，目前关于OFDM的雷达与通信融合应用依然处于起步阶段。

针对上面提到的情况以及实际应用需求，本发明提出了一种基于OFDM、综合雷达主动探测与无线通信的车联网感知系统设计方法，可以实现对周围目标的主动探测，以及同时与合作目标的车际通信。该系统采用OFDM信号，在通信数据中插入本车行驶信息，一方面，若与周边其他车辆建立合作通信关系，则既可借助目标车辆的发射信号解调出对方当前速度及其他状态特征参数(如是否工作正常、变换车道等)，又可利用散射回波信号测量出己方与目标车辆的相对距离和角度信息；另一方面，若无法与周边其他车辆有效通信，则该系统将仅处于非合作探测工作方式，通过自适应调整OFDM发射信号并接收、处理来自其他车辆的散射回波完成对周边车辆相对速度、距离和角度的测量。该系统融合了非合作探测与合作通信两种工作方式，可提高其对实际复杂交通环境的适用性和安全可靠性，为有人/无人驾驶汽车提供必要的道路感知信息。此外，由于上述两种工作方式采用相同信号波形与收发装置，系统易于实现集成化和小型化，从而降低其对车辆整体结构的影响。