阅读说明：本技术 一种车辆开门防撞预警系统及其工作方法 (Vehicle door opening anti-collision early warning system and working method thereof ) 是由 许致火 施佺 王晗 李闯 庄可 周偲怡 于 2020-06-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种车辆开门防撞预警系统及其工作方法,该系统包括车辆及环境感知单元、实时数据处理单元及决策执行单元,车辆及环境感知单元包括车辆速度检测传感器和毫米波雷达,实时数据处理单元包括车辆速度数据模块及雷达数据处理模块,决策执行单元包括毫米波雷达启动指令信号模块及开车门防撞预警模块,预警系统独立安装在车辆顶部或车辆后部；本发明的毫米波雷达可检测150米内路面移动目标情况,并且能在浓雾雨雪等恶劣天气条件下可靠感知车辆周围目标；实时数据处理单元中利用稀疏傅里叶变换对车辆周围目标进行处理,大大减少了目标频域数据的运算量和信息提取效率,使得本发明具有很强的创新及竞争力。(The invention discloses a vehicle door opening anti-collision early warning system and a working method thereof, wherein the system comprises a vehicle and environment sensing unit, a real-time data processing unit and a decision execution unit, the vehicle and environment sensing unit comprises a vehicle speed detection sensor and a millimeter wave radar, the real-time data processing unit comprises a vehicle speed data module and a radar data processing module, the decision execution unit comprises a millimeter wave radar starting instruction signal module and a door opening anti-collision early warning module, and the early warning system is independently arranged on the top of a vehicle or the rear part of the vehicle; the millimeter wave radar can detect the condition of a road moving target within 150 meters, and can reliably sense the target around the vehicle under severe weather conditions such as dense fog, rain, snow and the like; the real-time data processing unit processes the targets around the vehicle by using sparse Fourier transform, so that the computation amount of target frequency domain data and the information extraction efficiency are greatly reduced, and the method has strong innovation and competitiveness.)

一种车辆开门防撞预警系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及嵌入式系统应用技术，涉及一种基于毫米波雷达的恶劣道路环境开车门防撞系统，具体涉及一种车辆开门防撞预警系统及其工作方法。

背景技术

国内尽管还没有车辆驻车开门防撞系统的全面推广，但已经有不少对此的研究。

激光传感器的工作波束为激光，主要在阳光等可见光下工作，可以同时探测动态目标物和静态目标物。但激光传感器的购买价格昂贵，导致由其设计的系统成本过高。同时激光传感器的体积偏大，长期置于外部环境在恶劣天气条件和烟雾情况下，性能容易受到影响。

超声波传感器具有穿透性强、绕射现象小等特点，但其检测范围较差，同时有一定的扩散角，相对比与毫米波的速度慢了许多。

摄像头采集数据最大的缺点是相机在较差光线环境下，采集到有效的图像信息较少。而且若把摄像头置于外部环境中，在恶劣天气条件下或是尘埃下，其工作性能会大幅下降。

毫米波与上述传感器相比则不同，毫米波在空气介质中传播时所受到的影响小，其优势明显，主要包括高多普勒频率、带宽大、天线孔径小，波束窄等优势。因此，亟需一种开车门防撞系统来弥补了目前市场产品在恶劣天气条件下道路环境感知不足，提高了机动车驻车时的安全性。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提出一种车辆开门防撞预警系统及其工作方法，能对车辆行驶环境中的移动目标进行准确、稳定的检测。

为达到上述目的，本发明提出的技术方案为：一种车辆开门防撞预警系统，其特征在于，包括车辆及环境感知单元、实时数据处理单元及决策执行单元，所述车辆及环境感知单元包括车辆速度检测传感器和毫米波雷达，所述实时数据处理单元包括车辆速度数据模块及雷达数据处理模块，所述决策执行单元包括毫米波雷达启动指令信号模块及开车门防撞预警模块，所述预警系统独立安装在车辆顶部或车辆后部；所述车辆速度检测传感器将所检测到的数据发送至车辆速度数据处理模块，所述车辆速度处理模块对所接收到车辆速度数据进行处理并判断是否需要启动开车门防撞预警模块，所述毫米波雷达根据车辆速度数据处理模块的判断确定是否启动毫米波雷达，所述毫米波雷达将数据发送至雷达数据处理模块，所述雷达数据处理模块对毫米波雷达数据进行处理并作出判断是否需要启动开车门防撞预警模块，所述开车门防撞预警模块根据雷达数据处理模块的判断进行开启或关闭。

进一步的，所述车辆及环境感知单元中的车辆速度检测传感器按照1MHz的数据采集速率对车辆速度进行采集，并实时通过高速传输线发送给实时数据处理单元。

进一步的，所述实时数据处理单元对车辆速度检测传感器的信号进行实时处理及判断，若连续在5s内采集到的车辆速度小于5 km/h时，向决策执行单元发送毫米波雷达启动使能信号。

进一步的，所述车辆及环境感知单元中的毫米波雷达根据接收到决策执行单元的雷达启动使能信号进行对车辆周围移动目标感知检测，并实时通过高速传输线发送给实时数据处理单元。

进一步的，所述开车门防撞预警模块包括报警信号灯、蜂鸣器或语音播报器中的一种或多种。

本发明的实施例还公开一种车辆开门防撞预警系统的工作方法，其特征在于，包括以下过程：

S1、根据车辆速度检测传感器所检测到的速度信息，实时数据处理单元判断车辆驻车是否减速至 5 km/h 内，若是，实时数据处理单元将给决策执行单元发送毫米波雷达启动使能信号，决策执行单元启动毫米波雷达对车辆周边道路环境进行感知获取道路目标环境数据；否则，不启动毫米波雷达工作。

S2、毫米波雷达根据接收到决策执行单元的雷达启动使能信号进行对车辆周围移动目标感知检测，并实时通过高速传输线发送给实时数据处理单元；实时数据处理单元采用稀疏傅里叶变换方法，对周围所能检测到的移动目标的速度及距离进行估计。

S3、对步骤S2的实时数据处理单元的处理结果进行判断，当毫米雷达检测到车辆周围有移动目标的速度大于0.5m/s时，决策执行单元开启开车门防撞预警。

具体的，所述步骤S2中毫米波雷达采用调频连续波信号可以表达为：

(1)

其中， 为发射频率作为时间的线性函数，f _c 为载波频率，B 为调频带宽，A _T 为发射信号的振幅，T为发射信号周期，t是指发射信号的时间。

具体的，所述步骤S2中，发射信号与目标回波信号的频率之间产生多普勒频移

运动目标的多普勒频率利用稀疏傅里叶变换进行提取：

(2)

其中，为对回波信号进行稀疏傅里叶变换操作，

为毫米波雷达接收到的中频基带信号，t表示时间。

具体的，所述步骤S2中，稀疏傅里叶变换将对速度大于0.5m/s的车辆周围目标进行处理，首先把信号序列进行变短组合，再进行能量检测区分信号能量及噪声能量，抽取能量值最大的组进行快速傅里叶变换，再进行定位重构回原频谱位置，依次循环直至剩下的组能量接近噪声的能量，进而大大减少了目标频域数据的运算量和信息提取效率。

具体的，所述步骤S3中，系统检测车辆速度小于5km/h时，毫米波雷达运用稀疏傅里叶变换提取车辆后方150米内路面移动目标情况；若有移动目标，决策执行单元将会有闪灯提醒，并进行语音播报预警；若无移动目标，则不会发出闪灯和语音播报预警。

本发明的有益效果在于，本发明所提供的一种车辆开门防撞预警系统及其工作方法中，毫米波雷达可检测150米内路面移动目标情况，并且能在浓雾雨雪等恶劣天气条件下可靠感知车辆周围目标；实时数据处理单元中利用稀疏傅里叶变换对车辆周围目标进行处理，大大减少了目标频域数据的运算量和信息提取效率，使得本发明具有很强的创新及竞争力。

附图说明

图1为本发明的实施例中一种车辆开门防撞预警系统的工作流程示意图；

图2为本发明的实施例中一种车辆开门防撞预警系统的原理框图；

图3为本发明的实施例中夜晚雨天情况下的环境实景；

图4为夜晚下雨时毫米波雷达检测结果图像。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明再作进一步详细的说明。

一种车辆开门防撞预警系统，如图2所示，该系统包括车辆及环境感知单元、实时数据处理单元及决策执行单元，所述车辆及环境感知单元包括车辆速度检测传感器和毫米波雷达，所述实时数据处理单元包括车辆速度数据模块及雷达数据处理模块，所述决策执行单元包括毫米波雷达启动指令信号模块及开车门防撞预警模块，所述预警系统独立安装在车辆顶部或车辆后部；所述车辆速度检测传感器将所检测到的数据发送至车辆速度数据处理模块，所述车辆速度处理模块对所接收到车辆速度数据进行处理并判断是否需要启动开车门防撞预警模块，所述毫米波雷达根据车辆速度数据处理模块的判断确定是否启动毫米波雷达，所述毫米波雷达将数据发送至雷达数据处理模块，所述雷达数据处理模块对毫米波雷达数据进行处理并作出判断是否需要启动开车门防撞预警模块，所述开车门防撞预警模块根据雷达数据处理模块的判断进行开启或关闭。

在进一步的实施例中，所述实时数据处理单元判断车辆驻车减速至5 km/h时，给决策执行单元发送给毫米波雷达启动使能信号。

在进一步的实施例中，所述车辆及道路环境感知单元根据决策执行单元发送的毫米波雷达启动使能信号启动毫米波雷达对车辆周边道路环境进行感知， 并将雷达数据发送给实时数据处理单元。

在进一步的实施例中，所述实时数据处理单元利用稀疏傅里叶变换算法对移动目标进行速度精确估计测量。实时数据处理单元根据稀疏傅里叶变换处理结果进一步分析车辆后方150米内路面移动目标情况，并送给决策执行单元。若有移动目标，决策执行单元将发出开车门防撞预警。

在进一步的实施例中，所述开车门防撞预警模块包括报警信号灯、蜂鸣器或语音播报器中的一种或多种。

本发明的一种车辆开门防撞预警系统的工作方法，如图1所示，包括以下步骤：

S1、根据车辆速度检测传感器所检测到的速度信息，实时数据处理单元判断车辆驻车是否减速至 5 km/h 内，若是，实时数据处理单元将给决策执行单元发送毫米波雷达启动使能信号，决策执行单元启动毫米波雷达对车辆周边道路环境进行感知获取道路目标环境数据；否则，不启动毫米波雷达工作。

S2、毫米波雷达根据接收到决策执行单元的雷达启动使能信号进行对车辆周围移动目标感知检测，并实时通过高速传输线发送给实时数据处理单元；实时数据处理单元采用稀疏傅里叶变换方法，对周围所能检测到的移动目标的速度及距离进行估计。

具体的，所述步骤S2中毫米波雷达采用调频连续波信号可以表达为：

(1)

其中，

为发射频率作为时间的线性函数，f _c 为载波频率，B 为调频带宽，A _T 为发射信号的振幅，T为发射信号周期，t是指发射信号的时间。

具体的，所述步骤S2中，发射信号与目标回波信号的频率之间产生多普勒频移

运动目标的多普勒频率利用稀疏傅里叶变换进行提取：

(2)

其中，

为对回波信号进行稀疏傅里叶变换操作，为毫米波雷达接收到的中频基带信号，t表示时间。

具体的，所述步骤S2中，稀疏傅里叶变换将对速度大于0.5m/s的车辆周围目标进行处理，首先把信号序列进行变短组合，再进行能量检测区分信号能量及噪声能量，抽取能量值最大的组进行快速傅里叶变换，再进行定位重构回原频谱位置，依次循环直至剩下的组能量接近噪声的能量，进而大大减少了目标频域数据的运算量和信息提取效率。

S3、对步骤S2的实时数据处理单元中雷达数据处理模块的处理结果进行判断，当毫米雷达检测到车辆周围有移动目标的速度大于0.5m/s时，决策执行单元开启开车门防撞预警。

具体的，所述步骤S3中，系统检测车辆速度小于5km/h时，毫米波雷达运用稀疏傅里叶变换提取车辆后方150米内路面移动目标情况；若有移动目标，决策执行单元将会有闪灯提醒，并进行语音播报预警；若无移动目标，则不会发出闪灯和语音播报预警。

在更进一步实施例中，本发明的车辆驻车开门防撞预警系统，系统原理框图如图2所示，首先车辆及道路环境感知单元中的速度传感器检测车辆的速度，速度数据送给实时数据处理单元处理；实时数据处理单元判断车辆驻车减速至5 km/h时，给决策执行单元发送给毫米波雷达启动使能信号。车辆及道路环境感知单元根据决策执行单元发送的毫米波雷达启动使能信号启动毫米波雷达对车辆周边道路环境进行感知，并将雷达数据发送给实时数据处理单元；实时数据处理单元利用稀疏傅里叶变换算法对移动目标进行速度精确估计测量。实时数据处理单元根据稀疏傅里叶变换处理结果进一步分析车辆后方150米内路面移动目标情况，并送给决策执行单元。若有移动目标，决策执行单元将发出开车门防撞预警。

图3是本发明的系统装置在夜晚雨天环境中对道路上的车辆进行检测的实景图，图4是将本发明的系统装置的毫米波雷达采集到的数据利用稀疏傅里叶变换等算法处理得到的距离速度分布图和运动特征图。当时天色已暗，道路两侧路灯已经亮起，并下起了小雨可视度不高，从速度分布图中可以明显地看到有一个速度分别大致为8 m/s的移动目标在距雷达5m处正加速远离本发明的系统装置，从运动特征图中可以看出该移动目标逐渐由加速度为20 m/s²的加速运动到匀速运动。结合图4来看，就是当时有一辆汽车从门口进入加速驶过本发明的系统装置，很快又开始匀速行驶。尽管当时已是黑夜及小雨天气条件，但是，本发明的一种车辆开门防撞预警系统并依据一种车辆开门防撞预警系统的工作方法，能可靠地检测出环境中的移动目标以及目标的速度和相对距离，决策执行单元启动了开车门防撞预警模块进行预警。

从上面的描述中可以看出，采用本发明提供的方法及系统装置，能准确、稳定地检测出在各种恶劣环境中车辆周围环境中移动目标信息，极大提高驻车交通环境安全。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。