[发明专利]基于单频连续波雷达的频域车辆检测方法

摘要

基于单频连续波雷达的频域车辆检测方法，属于智能交通车辆检测技术领域。雷达正向安装在道路上；建立x-h坐标系；将单频连续波时域雷达信号进行时频分析得到回波信号的多普勒频率随时间变化图像；，f_d为车辆散射中心反射回波的多普勒频率，v为车辆相对速度；检测从S0状态开始，首先检测起点P_s；再检测中间点P_m；最后检测终点P_e，检测状态由S2回到S0；进入每个状态Si之后检测同时会累计在Si的停留时间，得到车辆检测信息。本发明能有效地降低噪声干扰及旁边车道车辆对检测结果的影响，减少由于回波信号强度波动造成的目标分裂，同时还能改善车辆进场时间的估计精度，使得其它后续方法总体性能得到提高。

主权项

基于单频连续波雷达的频域车辆检测方法，其特征在于，该方法包括步骤：步骤一：雷达正向安装在道路上，用于检测一个车道的车辆目标，安装距离地面车道中心高h0处；雷达天线成α角度俯视地面，其俯仰面波束宽度为γ；建立x-h坐标系：原点位于雷达在路面的投影点，x轴为距离轴，沿路面车道中线指向雷达天线检测方向，h轴为高度轴，垂直路面向上；将时域雷达信号进行时频分析得到回波信号的多普勒频率随时间变化图像；采用短时傅立叶变换STFT： STFT { x [ ] } ≡ X ( m , ω ) = Σ n = - ∞ + ∞ x [ n ] w [ n - m ] e - jωn 其中，x[n]是离散时间信号，w[n]是窗函数，m是窗函数的滑动位置，ω是角频率；STFT的结果是一个时间与频率二维平面上的分布，取STFT的结果的模的平方，表示输入信号x[n]在时间与频率平面上的功率分布，用频谱图表示；车辆散射中心产生的回波信号的多普勒频率随时间的变化为： f d ( t ) = 2 vf c x 0 + x v - vt ( x 0 + x v - vt ) 2 + ( h 0 - h v ) 2 其中，xv为车辆散射中心横坐标，hv为车辆散射中心纵坐标，x0为车辆入场位置，h0为雷达安装高度，f为雷达工作频率，c为光速，fd为车辆散射中心反射回波的多普勒频率，v为车辆相对速度；步骤二：检测从S0状态开始，首先检测起点Ps(tst，fst)；选取每一帧的频谱最大值对应通道及其左右相邻通道的均值作为检测量s[m]，如果之前连续的Ns帧中有大于等于Ms帧的检测量s[m]高于设定的门限TH1s，则判决为检测到起点Ps(tst，fst)，其中tst为当前帧对应时间，fst为起点频率；检测状态由S0变为S1，完成目标的预检测，同时计算中间点检测门限TH2＝ρfst，计算目标的矫正速度v，由目标矫正速度，检测区几何约束以及车长约束估算状态持续时间的约束区间[t(s1)min，，t(s1)max]和[t(s2)min，，t(s2)max]；v的计算公式如下： v = cf st 2 f cos ( α - γ / 2 ) ; 步骤三：检测中间点Pm(tm，flow)；此时检测量为每一帧中频率幅度过门限TH1的最低频率，即谱线图上谱线的下边缘频率flow，当flow低于门限TH2时，检测到中间点Pm(tm，flow)；检测状态由S1变为S2，完成目标的复检测；计算此时的频谱总功率p，与预设的门限TH3进行比较，若p＞TH3，则判断车辆目标为真，否则判断车辆目标为假；车辆进场时间t0的估计： t 0 = t m - h ( 1 tan ( α - γ / 2 ) - ρ cos ( α - γ / 2 ) 1 - ρ 2 cos 2 ( α - γ / 2 ) ) / v ; 步骤四：检测终点Pe(te，fe)；如果之前Ne帧中有大于等于Me帧的检测量s[m]低于门限TH1e，则判决为检测到终点Pe(te，fe)；检测状态由S2回到S0；此外，进入每个状态Si之后检测同时会累计在Si的停留时间；如果发生状态转移时的累计停留时间小于时间约束区间的下界t(si)min，则报告Si停留时间过短异常；如果累计停留时间超过时间约束区间的上界t(si)max，则转换到下一状态，并报告Si停留时间过长异常；根据这些异常信息对检测结果进行进一步的筛选，对于停留时间过短的目标，判决其为假目标。