本发明专利技术公开了一种FMCW防碰撞雷达多目标检测与跟踪方法及方法。该系统包括雷达阵列处理单元、目标检测和估计单元、后处理单元和调试单元。所述雷达阵列处理单元通过CAN总线将车辆前方的目标信息发送至目标检测和估计单元进行多目标快速检测和跟踪，并将跟踪结果及避障预警信息分别通过RS422串口发送至后处理单元和调试单元；后处理单元将接收到的目标跟踪结果和避障预警信息进行显示，并以语音进行提醒；调试单元在系统调试过程中对中间数据及跟踪效果进行显示和评估，并控制目标检测和估计单元进行启动和关闭。本发明专利技术将雷达数据的处理问题转换为图像处理问题，针对汽车及有轨电车等交通系统对高可靠性的防碰撞雷达多目标检测的应用需求提供了一种有效的手段。
【技术实现步骤摘要】
FMCW防碰撞雷达多目标检测与跟踪系统及方法
本专利技术涉及智能信息处理
，特别是一种FMCW防碰撞雷达多目标检测与跟踪系统及方法。
技术介绍
FMCW防碰撞雷达多目标检测与跟踪系统的功能包括：通过硬件连接FMCW雷达阵列处理单元、目标检测和估计单元、后处理单元和调试单元，构成多目标检测与跟踪系统。雷达阵列处理单元采用FMCW体制，测量距离最大为200m。测距采用LFM信号，分辨率为1m左右；测速采用大时宽常载频脉冲信号；雷达采用两幅收发分置的天线，发射天线的波束宽度为20°，方位角度覆盖范围为±10°；接收天线共有16个子天线，子天线的信号分别跟随独立的接收通道，接收通道为16路，接收信号的方位测量采用阵列信号处理技术。雷达发射一组信号，可以瞬时得到方位覆盖范围内的高分辨角度和距离信息以及信号强度。FMCW雷达在每20ms时发送一组前方目标的角度、距离和信号强度信息至目标检测和估计单元，目标检测和估计单元接收到前方多个目标的距离信息、方位信息和信号强度信息后，目标检测和估计单元在线转换为图像信息，然后运行多目标快速检测和跟踪程序，得到多目标的跟踪结果和对前方多个目标进行航迹解算，然后将多目标跟踪结果及避障预警信息分别通过RS422串口发送至后处理单元和调试单元；后处理单元用于将接收到的目标跟踪结果和避障预警信息显示到显示屏上，并以语音作为提醒方式；调试单元用于系统调试过程中对中间数据及跟踪效果进行显示和评估并可控制目标检测和估计单元进行启动和关闭。本专利技术将以往雷达数据的处理问题转换为图像处理问题，针对汽车及有轨电车等交通系统对高可靠性的防碰撞雷达多目标检测的应用需求提供了一种有效的手段，具有非常重要的应用价值。在汽车防撞技术的应用方面有雷达、超声波、红外、激光以及视频等，通过比较，雷达具有如下优点：能够适应雨、雾、雪、强光等不良天气，也能适应杂音、污染等环境，并能在这些恶劣环境中稳定工作；抗干扰性能较强，辐射能量能够保证在相对合理的范围内；拥有较好的相对速度感应，在探测距离、速度、方向等各参数方面的精度较高；采用平面天线阵列及高频器件体积较小，适于安装在汽车或有轨电车等载体上。但是，以往所采用的对FMCW雷达信息进行FFT变换和信号强度分析方法已无法满足和实现对前方多目标检测和跟踪所需要的功能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种FMCW防碰撞雷达多目标检测与跟踪系统及方法，以实时高效地对车辆前方多个目标进行有效检测和跟踪，为车辆的安全运行提供预警信息和保障，提高车辆的安全性能。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种FMCW防碰撞雷达多目标检测与跟踪系统，包括雷达阵列处理单元、目标检测和估计单元、后处理单元和调试单元；所述雷达阵列处理单元与目标检测和估计单元通过CAN总线接口连接，目标检测和估计单元与后处理单元通过RS422接口连接，调试单元通过RS422接口与目标检测和估计单元双向连接；雷达信号经模拟滤波、A/D采样后将数据送雷达阵列处理单元，然后雷达阵列处理单元将雷达检测数据送至目标检测和估计单元，所述目标检测和估计单元将雷达阵列处理单元发送过来的雷达检测数据进行处理检测出目标运动信息，目标检测和估计单元将需要跟踪的目标运动信息通过RS422串口发送给后处理单元用于直观显示和报警提醒；目标检测和估计单元将目标运动信息通过RS422串口发送给调试单元，调试单元显示多目标的跟踪结果、预警信息、雷达原始数据信息、原始图像信息，并给目标检测和估计单元发送启动和关闭指令。一种FMCW防碰撞雷达多目标检测与跟踪方法，包括以下步骤：步骤1，连接雷达阵列处理单元、目标检测和估计单元、后处理单元和调试单元，上电并确定各分系统通讯正常；步骤2，所述雷达阵列处理单元与目标检测和估计单元通过CAN总线接口连接，目标检测和估计单元通过CAN总线接口接收FMCW雷达原始测量信息，以目标方位角为横坐标、目标距离d为纵坐标，以目标回波强度e归一化至[0,255]为灰度值，对雷达原始测量信息进行成像，即可将雷达原始测量信息转换为原始图像信息；步骤3，首先对原始图像信息的原始数据进行信号滤波处理，采用基于多次中值抽取的图像双边滤波方法对原始图像进行滤波处理；步骤4，设定灰度图像的强度在彩色空间的不同位置，把灰度图的各个不同灰度按照线性映射函数变换成不同的彩色，将灰度图像转化为伪彩色图像；步骤5，采用直方图均衡化算法对图像中的目标进行增强；步骤6，进行背景提取，扣除由雷达积累的噪声产生的有目标回波的位置，对扣除后的像素点的幅度求和，再除以参加统计的像素个数，然后将当前的噪声背景通过滤波算法估计当前的背景实测值，然后进行减除处理；步骤7，采用联合概率加权凝聚算法对区域多散射点进行凝聚；步骤8，采用Meanshift算法对分割出来的点迹进行跟踪，对目标进行质心估计即估计已跟踪目标中心点的位置信息，提取出点迹的坐标特性，然后对目标进行起始航迹计算、航迹滤波和航迹估计，并上报目标航迹监测信息；步骤9，实施过程中，目标检测和估计单元将需要跟踪的目标运动信息通过RS422串口发送给后处理单元用于直观显示和报警提醒；目标检测和估计单元将目标运动信息通过RS422串口发送给调试单元，调试单元显示多目标的跟踪结果、预警信息、雷达原始数据信息、原始图像信息，并给目标检测和估计单元发送启动和关闭指令。本专利技术与现有技术相比，其显著优点是：(1)前方目标探测采用多通道FMCW探测雷达，测量距离远，分辨率高，采用了两幅收发分置的天线，方位角度覆盖范围可达±10°，接收信号的方位测量采用阵列信号处理技术，雷达发射一组信号，可以瞬时得到方位覆盖范围内的高分辨角度和距离信息；(2)将对雷达原始测量信息的处理转换为二维图像处理问题，将目标的角度信息、距离信息和回波强度信息转换为图像信息，增强了多目标处理的可靠性和实时性；(3)系统具有复杂群目标的分辨和跟踪处理能力，工作可靠，具有简单、快速、灵活、实时、直观的特点，为汽车及有轨电车等交通系统对高可靠性的防碰撞雷达多目标检测的应用需求提供了思路和方法，具有非常大的应用价值和经济前景。附图说明图1为本专利技术FMCW防碰撞雷达多目标检测与跟踪系统的硬件连接关系图。图2为本专利技术中多目标检测与跟踪部分总体实施方案图。图3为本专利技术系统中目标图像生成与跟踪算法处理平台的硬件原理框图。图4为本专利技术中FMCW雷达原始数据转换为图像的原理图。图5为由FMCW雷达原始数据生成矩形灰度图像的边界提取信息示意图。图6为将矩形灰度图像信息转换为灰度鸟瞰图的边界提取示意图。图7为将矩形灰度图像转换为矩形伪彩色图的边界提取示意图。图8为将矩形伪彩色图转换为扇形伪彩色鸟瞰图的边界提取示意图。图9为实施例中对多个目标的检测及跟踪过程示意图。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。结合附图1～2，本专利技术FMCW防碰撞雷达多目标检测与跟踪系统，包括雷达阵列处理单元、目标检测和估计单元、后处理单元和调试单元；所述雷达阵列处理单元与目标检测和估计单元通过CAN总线接口连接，目标检测和估计单元与后处理单元通过RS422接口连接，调试单元通过RS422接口与目标检测和估计单元双向连接；雷达信号经模拟滤波、A/D采样后将数据送雷达阵列本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种FMCW防碰撞雷达多目标检测与跟踪系统，其特征在于：包括雷达阵列处理单元、目标检测和估计单元、后处理单元和调试单元；所述雷达阵列处理单元与目标检测和估计单元通过CAN总线接口连接，目标检测和估计单元与后处理单元通过RS422接口连接，调试单元通过RS422接口与目标检测和估计单元双向连接；雷达信号经模拟滤波、A/D采样后将数据送雷达阵列处理单元，然后雷达阵列处理单元将雷达检测数据送至目标检测和估计单元，所述目标检测和估计单元将雷达阵列处理单元发送过来的雷达检测数据进行处理检测出目标运动信息，目标检测和估计单元将需要跟踪的目标运动信息通过RS422串口发送给后处理单元用于直观显示和报警提醒；目标检测和估计单元将目标运动信息通过RS422串口发送给调试单元，调试单元显示多目标的跟踪结果、预警信息、雷达原始数据信息、原始图像信息，并给目标检测和估计单元发送启动和关闭指令。
【技术特征摘要】
1.一种FMCW防碰撞雷达多目标检测与跟踪方法，其特征在于，包括雷达阵列处理单元、目标检测和估计单元、后处理单元和调试单元；所述雷达阵列处理单元与目标检测和估计单元通过CAN总线接口连接，目标检测和估计单元与后处理单元通过RS422接口连接，调试单元通过RS422接口与目标检测和估计单元双向连接，步骤如下：步骤1，连接雷达阵列处理单元、目标检测和估计单元、后处理单元和调试单元，上电并确定各分系统通讯正常；步骤2，所述雷达阵列处理单元与目标检测和估计单元通过CAN总线接口连接，目标检测和估计单元通过CAN总线接口接收FMCW雷达原始测量信息，以目标方位角为横坐标、目标距离d为纵坐标，以目标回波强度e归一化至[0,255]为灰度值，对雷达原始测量信息进行成像，即可将雷达原始测量信息转换为原始图像信息；步骤3，首先对原始图像信息的原始数据进行信号滤波处理，采用基于多次中值抽取的图像双边滤波方法对原始图像进行滤波处理；步骤4，设定灰度图像的强度在彩色空间的不同位置，把灰度图的各个不同灰度按照线性映射函数变换成不同的彩色，将灰度图像转化为伪彩色图像；步骤5，采用直方图均衡化算法对图像中的目标进行增强；步骤6，进行背景提取，扣除由雷达积累的噪声产生的有目标回波的位置，对扣除后的像素点的幅度求和，再除以参加统计的像素个数，然后将当前的噪声背景通过滤波算法估计当前的背景实测值，然后进行减除处理；步骤7，采用联合概率加权凝聚算法对区域多散射点进行凝聚；步骤8，采用Meanshift算法对分割出来的点迹进行跟踪，对目标进行质心估计即估计已跟踪目标中心点的位置信息，提取出点迹的坐标特性，然后对目标进行起始航迹计算...
【专利技术属性】
技术研发人员：白宏阳，杨健，徐慧琳，高以成，陈亮，熊舒望，陈俊，任思超，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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