[发明专利]一种基于毫米波雷达的路口并道辅助预警系统及方法

权利要求书

1.一种基于毫米波雷达的路口并道辅助预警系统，应用于交汇的道路路口处，其特征在于，包括：

信号发射模块，包括一个发射天线，并通过SPI控制功放输出，向天线正前方周期性的发射具有一定波束宽度的微波波束；

信号接收模块，包括两个接收天线和中频处理模块，两个接收天线接收检测区域内目标的两路反射信号，中频处理模块对接收到的两路反射信号进行信号预处理，并将预处理后的两路中频信号输出到信号处理模块；

信号处理模块，连接信号接收模块，接收信号接收模块输出的两路中频信号，进行放大滤波、AD采样与数据存储，其中一个接收天线的中频信号分为两组频率信号；将每组频率信号分别进行FFT和OS-CFAR过程，通过相位处理进行距离与速度估计，得到点迹的距离信息与速度信息；另一组中频信号进行FFT处理，提取与主通道FFT结果相对应的频率点数据，进行干涉比相，得到点迹的角度信息，进而可以计算出点迹的方位信息；将位置与速度值相近的若干点迹信息进行凝聚处理，得到目标的位置与速度信息，并对凝聚后的目标进行跟踪滤波，输出处理结果；

信息显示模块，连接信号处理模块，接收处理结果，用于显示目标的距离、速度和轨迹信息；

所述通过相位处理进行距离与速度估计包括以下过程：

系统采用MFSK连续波调制体制，差拍信号频率为：

其中，f_R为由目标距离引起的频率，f_D为多普勒频率，f_sw为调制频率，T_chirp为脉冲信号调制周期，c为光速，R为目标距离，v为目标速度，λ为信号波长；

其中，κ是傅里叶频谱的索引，ΔR＝c/(2B)，Δv＝c/(2f₀T_chirp)，其中B为信号带宽，f₀为发射信号载频；

相位差由距离和多普勒频率引起，相位差可根据下式计算

其中，f_shift为偏移频率，N为步进长度；

结合上面两个公式，得到目标的距离和速度信息

所述干涉比相，得到目标的方位信息，包括以下过程：

假设目标到达两个接收天线的相位中心的距离分别为R₁和R₂，两个接收天线之间的相位差可以表示为

进而可以求解目标的方位角θ

通过所得目标的距离信息，可得目标的方位信息(R_x,R_y)为

R_x＝R·sinθ

R_y＝R·cosθ

其中，λ为信号波长，d为两个接收天线的距离，R为目标距离；

所述凝聚处理包括：

步骤1：过滤原始点迹中的虚假点迹；

步骤2：利用目标参数信息从原始点迹数据中分离出属于同一批目标的点迹数据；

步骤3：对同一批目标的点迹数据进行距离、方位上的凝聚处理，得到目标唯一的距离估值和方位估值；

所述过滤原始点迹中的虚假点迹为将超出识别范围的点迹进行滤除，其中，超出识别范围包括点迹位置在识别范围之外，或点迹速度值超过预设的范围。

2.根据权利要求1所述的基于毫米波雷达的路口并道辅助预警系统，其特征在于：所述两个接收天线相距一定的距离，使同一目标达到两个接收天线具有不同时延，产生不同的相角。

3.根据权利要求1所述的基于毫米波雷达的路口并道辅助预警系统，其特征在于：所述信号预处理包括：滤波、放大和下变频操作。

4.根据权利要求1～3任一项所述系统的路口并道辅助预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：信号发射模块通过SPI控制功放输出，向天线正前方周期性的发射具有一定波束宽度的微波波束；

步骤2：两个接收天线接收检测区域内目标的两路反射信号，中频处理模块对接收到的两路反射信号进行信号预处理，并将预处理后的两路中频信号输出到信号处理模块；

步骤3：信号处理模块接收两路中频信号，进行放大滤波、AD采样与数据存储，其中一个接收天线的中频信号分为两组频率信号；将每组频率信号分别进行FFT和OS-CFAR过程，通过相位处理进行距离与速度估计，得到点迹的距离信息与速度信息；另一组中频信号进行FFT处理，提取与主通道FFT结果相对应的频率点数据，进行干涉比相，得到点迹的角度信息，进而可以计算出点迹的方位信息；将位置与速度值相近的若干点迹信息进行凝聚处理，得到目标的位置与速度信息，并对凝聚后的目标进行跟踪滤波，输出处理结果；

步骤4：信息显示模块接收处理结果，显示目标的距离、速度和轨迹信息。