摘 要

近年来，随着我国经济水平的不断提高，我国的汽车保有量不断增加，随之而来的是交通事故的频发，我国交通事故的类型主要是追尾碰撞，研究避免车辆纵向碰撞的安全防撞预警系统有利于保障驾驶员的行车安全。随着各种传感技术、信息融合处理技术、计算机通信技术的发展，防撞系统可以依靠雷达来获取信号，通过智能算法分析、融合本车自身以及周边环境信息来综合评判碰撞的危险，在必要条件下对驾驶员发出预警信号或者采取紧急制动措施。

毫米波雷达拥有良好的环境适应能力，可以在绝大多数环境下稳定运行，还具有强穿透性和较为稳定精准的中长距离测距能力等，其已经成为大多数汽车厂商在车辆主动防撞系统领域的雷达首选。本文首先对毫米波雷达的基本结构和工作原理进行简要介绍，通过对得到的数据进行解析，可以得到目标距离车辆的距离、角度和相对速度等信息，从而为预警系统提供准确有效的信息源。

毫米波雷达接收的数据不一定是有效目标，也包括很多空目标、无效目标等，城市道路中路况复杂，行人和非机动车形成了很多无效目标，对目标跟踪意义不大。有效目标又包括静止目标和运动目标，运动车辆目标是目标跟踪需要重点关注的对象，在目标有效识别的基础上，引入运动目标模型，使用matlab软件仿真模拟不同模型在目标车辆匀速行驶、加减速行驶时的跟踪效果，通过对CV/CA模型的比较，开发跟踪算法，对车辆周围运动车辆目标进行跟踪。

关键词：毫米波雷达；目标检测；目标识别方法；目标跟踪。

Abstract

In recent years, with the improvement of economic level, the number of cars in China has been increasing, followed by the frequent occurrence of traffic accidents. Therefore, it is of great significance to study the safety and collision prevention warning system to avoid longitudinal collision of vehicles to ensure the safety of drivers. With the development of various sensor technology, information fusion processing technology and computer communication technology, collision prevention system can rely on radar to acquire signals, and judge the risk of collision comprehensively by intelligent algorithm analysis and fusion of the vehicle itself and the surrounding environment information.

MMW radar has become the first choice of radar for vehicle safety and anticollision system due to its good environmental adaptability, strong penetrability and stable and accurate distance measurement capability. In this paper, the basic structure and working principle of millimeterwave radar are introduced at first. By analyzing the obtained data, information such as distance, Angle and relative speed from the target to the vehicle can be obtained, so as to provide an accurate and effective information source for the early warning system.

The data received by MMW radar are not necessarily effective targets, but also include many empty targets and invalid targets, etc. The urban road conditions are complex, and pedestrians and nonmotor vehicles form many invalid targets, which have little significance for target tracking. Effective goals, including static target and moving target, the vehicle moving target is the target track need to focus on objects, on the basis of effective target recognition, the introduction of movement target model, using the matlab software simulation of different models in the target vehicle moving at a constant speed, deceleration when tracking effect, by comparing the CV/CA model, tracking algorithm, the vehicles around the vehicle moving target tracking.

Key words : Millimeter-wave radar ; Target detection ; Target recognition method ; Target tracking.

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 本文章节安排 3

第二章 毫米波雷达简介 5

2.1 毫米波雷达结构与原理 5

2.2 基于毫米波雷达的目标检测 7

2.3 本章小结 10

第三章 数据采集与目标分类方法 12

3.1 毫米波雷达数据传输 12

3.2 有效目标分类方法 12

3.3 目标信息预处理 13

3.4 有效目标识别算法 15

3.5 本章小结 19

第四章 目标跟踪原理与分析 20

4.1 目标跟踪原理 20

4.2 运动目标模型 21

4.3 目标跟踪与汽车主动防撞 22

4.4 本章小结 23

第五章 5.总结与展望 24

5.1 总结 24

5.2 展望 24

参考文献 26

致谢 27

绪论

研究背景

21世纪以来，我国汽车行业进入高速发展期，国内汽车保有量迅速增长，但与此同时，汽车数量的增长也导致交通事故频发，造成人员伤亡和经济财产损失。我国公安部的数据显示，汽车追尾是造成我国交通事故的主要原因，占我国交通事故的比例达到65%。追尾事故高发的原因在于，传统汽车行驶过程中车辆主要依靠驾驶员来判断是否采取制动措施，但驾驶员在注意到危险后需要一定的反应时间，而且车辆本身存在一定的视线盲区，驾驶员无法第一时间获取视觉盲区的信息，在发现危险时已经无法及时采取制动等安全措施，就容易造成追尾等交通事故^[1]。为了避免由于驾驶员的视线盲区造成的危险，很多企业和研究中心开展了车辆防碰撞系统研究，车辆防碰撞系统可以在驾驶员未注意到周边环境碰撞危险时采取紧急制动措施或对驾驶员发出预警信号，避免与其他车辆发生碰撞或减少碰撞所带来的伤害，由此可见，车辆的防碰撞系统对保护驾驶员行车安全具有重大意义。近几年车辆防碰撞系统的研究已经取得了较大进展，其原理在于通过汽车上的传感器来监测车辆周边的目标，并且在探测到目标的基础上，能够对目标进行分类，找出动态的车辆目标，对其进行跟踪^[5]，分析其运动状态趋势以期能够采取紧急制动等措施，避免碰撞等交通事故的发生。人们的物质生活水平不断提高，对于行车安全也越来越重视，这也促进了越来越多的汽车厂家对于防碰撞系统加大资金投入和加速研究^[7]。

伴随着无线电等技术的发展，雷达已然成为汽车主动防撞领域的重点研究对象，在众多的雷达类型中，毫米波雷达得到了更多汽车厂家的青睐。毫米波是无线电波中的一段，通过向目标物体发射毫米波，依据物体反射产生的时间差、频移等信息可以计算物体的方位、距离和速度等信息，相比于超声波传感器、激光雷达等其他类型的雷达，毫米波雷达的探测性能更加稳定，其可以在多种复杂条件下稳定运行，其探测的灵敏度更高，可以精准识别体积较小的目标，毫米波雷达在探测距离上也有优势，其可以探测到更远的目标，使车辆行驶的安全距离范围更广，因此在汽车防碰撞系统中得到了广泛的应用，如何通过毫米波雷达准确识别目标成为研究的重点。毫米波雷达首先发射信号，发射信号在遇到障碍物后会反射，反射的信号称为回波信号，毫米波雷达中有专门的接收天线，其接收到反射的回波信号后再将信号传给混频器，由混频器将雷达发射的信号与接受的回波信号进行混合，可以生成一种混合信号，称为中频信号，毫米波雷达在获取数据之后，需要进行一定的预处理，剔除空目标和无效目标，通过对中频信号进行傅里叶变换等，可以使用FMCW雷达进行测量距离、速度、角度等信息，在使用时，毫米波雷达根据接收到的回波信号获取与车辆相关的32个信息，包括目标与自车的距离、角度以及相对速度等。在得到毫米波雷达接受的相关目标信息后，判断自车周围的目标是否处于危险区域，并可以去除一些对自车威胁不大的目标。基于毫米波雷达的目标检测与识别技术对车载防碰撞系统的发展具有重大意义。

国内外研究现状

汽车防碰撞系统在近年来发展显著，近几年多种传感器技术发展迅速，越来越多地用于汽车主动防撞系统，雷达还可以用于安全驾驶、汽车自主巡航等多个与汽车相关的技术领域。目前应用较为广泛的传感器包括红外线、超声波、毫米波雷达与激光雷达等，这些传感器各自的优缺点较为明显，各有相应的应用领域^[8]，下面对上述雷达的一些主要性能进行比较，上述几种雷达在最大探测距离、温度影响等方面的性能比较如下表所示：