CN104656079B - 一种远距离雷达防撞探测装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种远距离雷达防撞探测装置及方法。港口和码头等大型工程车辆操作过程中，由于驾驶员视线盲区频繁造成的摩擦、碰撞以及重大人身安全等事故。本发明提供了一种稳定、可靠、环境适应性强的可有效提升驾驶员在操作大型工程机械车辆和特种车过程中的操控性和安全性的装置及方法。利用微波雷达传感器和多个超声波雷达传感器的数据融合技术可以有效的对复杂环境下不同特征目标进行有效的检测，同时剔除虚假干扰造成的影响，可有效提升驾驶员在操作大型工程机械车辆和特种车过程中的操控性和安全性。

Description

一种远距离雷达防撞探测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种特种车、工程车，以及大型工程机械等操作和倒车过程中的多功能、无盲区、远距离雷达防撞探测装置及方法。

背景技术

港口和码头等大型工程车辆操作过程中，由于驾驶员视线盲区频繁造成的摩擦、碰撞以及重大人身安全等事故。现有装置多采用超声波雷达，由于探测距离近，稳定性差等因素，无法对操作半径大、驾驶员视线不良等情况进行有效防撞报警。

目前，传统的倒车雷达主要采用超声波传感器，由超声波传感器发射超声波信号，当遇到障碍物时产生回波，传感器接收到回波信号后，控制器接收数据并进行处理，计算障碍物的位置和距离，并进行显示和报警。通常超声波雷达探测范围在0.3-3米，工程车一般常用的超声波雷达在0.3-5米范围。由于超声波雷达受环境干扰较大，探测误差较大，无法准确探测行人等小目标，导致系统的稳定性下降。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种稳定、可靠、环境适应性强的可有效提升驾驶员在操作大型工程机械车辆和特种车过程中的操控性和安全性的装置及方法。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种远距离雷达防撞探测装置，包括

雷达探测模块，连接中央控制模块，为2个，安装于车辆表面的固定位置；

视频采集模块，连接中央控制模块，为具有夜视功能的视频采集器；

中央控制模块，用于接收所述雷达探测模块和视频采集模块传送的数据，并对数据进行信号融合处理，将处理结果字符叠加至视频显示报警模块；

视频显示报警模块，连接中央控制模块，用于显示所述中央控制模块传送的处理结果，产生报警提示；

语音播报模块，连接中央控制模块，用于实时播报距离信息和警报；

LED距离显示模块，连接中央控制模块，用于显示辅助显示距离信息。

每个所述雷达探测模块包括一个微波传感器和若干个超声波传感器；所述微波传感器固定在所要探测范围的中心位置的车体上；所述超声波传感器与所述雷达探测模块为一体，通过线缆引出，固定在所述微波传感器周围三米范围内的车体上。

所述超声波传感器为1-4个。

一种根据权利要求1所述装置的远距离雷达防撞探测方法，包括以下步骤：

中央控制模块接收各雷达探测模块的回波数据；

判断各回波数据的信噪比是否超过本地判决门限；

对超过本地判决门限的回波数据进行数据融合；

将数据融合后的以字符形式叠加到视频显示报警模块上。

所述判断各回波数据的信噪比是否超过本地判决门限的方法为：

其中，i=1…m代表共m个微波雷达传感器，l=1…n代表共n个超声波雷达传感器，u₁代表微波雷达传感器探测信噪比输出，u₂代表超声雷达探测信噪比输出，Ti和T_l代表各雷达传感器检测信噪比门限，H₀表示无目标的假设，H₁表示有目标假设，r_i为微波雷达传感器判决结果，r_l为超声波雷达传感器判决结果，r为融合后的判决结果，T为融合判决门限。

本发明提供一种稳定、可靠、环境适应性强的可有效提升驾驶员在操作大型工程机械车辆和特种车过程中的操控性和安全性的装置及方法。具有以下优点及有益效果：

1.车辆倒车雷达应用中，系统工作流程为，微波雷达负责探测远区2-15米障碍和目标，对进入探测区域内的目标距离进行实时更新，并将探测结果传送至显示终端进行显示或者触发视频，对进入雷达探测区域内8米障碍开始报警；微波雷达工作同时，超声波雷达也进行同步工作，超声波负责探测0.3-3米内的障碍和目标，当目标处于毫米波雷达和超声波雷达重叠探测区域时CPU进行融合处理，确保超声波雷达探测的准确性，帮助驾驶员扫除了视野死角和视线模糊的缺陷，提高驾驶的安全性。

2.雷达和视频系统进行组合，通过摄像头与LCD显示器搭配实现可视倒车雷达功能，自动显示车后影像，并显示左右位置与障碍物距离等参数，同时配有语音蜂鸣器，声音提示报警。

附图说明

图1为本发明的雷达防撞探测装置示意图；

图2为中央控制模块示意图；

图3为仿真结果图。

图中，1.2雷达探测模块，3.视频采集模块，4.中央控制模块，5.显示报警模块，6.语音报警模块，7.LED距离显示模块。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1所示，为本发明的雷达防撞探测装置示意图。雷达防撞探测装置包括雷达探测模块1、2，视频采集模块3，中央控制模块4，LCD显示报警模块5，语音报警模块6，LED距离显示模块7。雷达探测模块1、2可以安装在车辆的任意固定位置，微波传感器固定在探测范围中心位置，多个超声波传感器利用延长线可以安装于微波传感器两端3米范围内。所述雷达探测模块1、2与中央控制模块4连接。所述视频采集模块3采用具有夜视功能的CCD视频采集器，与中央控制模块4连接。视频采集模块4安装在车辆后方或侧方，辅助驾驶员观察盲区。中央控制模块4对雷达探测模块1、2中微波和超声波回波数据进行融合处理，将处理结果以字符形式叠加到视频上。中央控制模块4分别与LCD显示报警模块5、语音报警模块6、LED距离显示模块7连接。

中央控制模块4，如图2所示，由DSP处理器、字符叠加芯片、语音芯片、大功率语音驱动模块、串口和CAN通讯接口、LED驱动，以及电源模块组成。DSP处理器实现对通过串口与雷达探测模块的数据进行融合处理，字符叠加模块负责对视频采集器进行图像采集，同时将雷达探测模块融合处理结果叠加显示在LCD屏幕上，大功率语音驱动模块负责驱动语音喇叭进行语音报警，CAN通讯模块实现与汽车总线进行连接，可实现车辆控制等功能。

LCD显示报警模块5，LCD显示器自动显示车后影像，并显示左右位置与障碍物距离等参数。

语音报警模块6，由中央控制模块4内部大功率语音驱动芯片，驱动大功率喇叭进行语音报警。

LED距离显示模块7，由中央控制模块4驱动LED数码管实时显示雷达探测目标距离。

本发明将微波探测技术和超声波探测技术进行融合，优势互补，实现0.3-12米的远距离稳定探测。利用稳健的信号级融合算法，实现大范围远距离的稳定探测输出。结合倒车影像实时提示驾驶员在车辆操作过程中进行避障报警。

本发明所述的稳健的OR-SUM信号级融合算法，所述中央处理模块4作为融合中心接收各雷达探测传感器的局部判决结果以及相应的局部统计量，融合中心只对过本地判决门限的雷达所提供的局部统计量进行求和处理。该融合方法中，融合中心相当于首先对各局部统计量进行选择处理，即只选择那些信噪比高，能够对融合处理产生有益贡献的统计量进行融合。当某个雷达传感器的信噪比比较低时，该方法可以有效地剔除这些雷达传感器的影响，从而避免了直接进行融合中由于低信噪比统计量所引起的融合检测性能下降；当所有雷达传感器的信噪比较高时，该方法可以近似达到最优检测器的性能。上述方法的检测器数学表达为：

其中，i=1…m代表共m个微波雷达传感器，l=1…n代表共n个超声波雷达传感器，u₁代表微波雷达传感器探测信噪比输出，u₂代表超声雷达探测信噪比输出，Ti和T_l代表各雷达传感器检测信噪比门限，H₀表示无目标的假设，H₁表示有目标假设，r_i为微波雷达传感器判决结果，r_l为超声波雷达传感器判决结果，r为融合后的判决结果，T为融合判决门限。

上式中u(r_i-T_i)即为u(x)函数的表现形式，u(x)代表阶跃函数，其取值如下：

$u\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& x<0\\ 1& x\&GreaterEqual;0\end{array}\right.$

在超声波和微波不同的信噪比条件下，本发明融合的方法都保持了比较好的检测性能，提供一种稳健的信号级融合算法。从图3的仿真结果可以看出，当信噪比比较低时，OR-SUM融合方法可以保持比较高的检测概率，其检测性能优于SUM融合方法；当信噪比比较高时，OR-SUM融合方法的性能优于OR方法。因此，在不同的信噪比条件下，OR-SUM融合方法都保持了比较好的检测性能，是一种稳健的信号级融合算法。

Claims (1)

1.一种远距离雷达防撞探测方法，其特征在于，包括以下步骤：

中央控制模块接收各雷达探测模块的回波数据；

判断各回波数据的信噪比是否超过本地判决门限；

对超过本地判决门限的回波数据进行数据融合；

将数据融合后的以字符形式叠加到视频显示报警模块上；

所述判断各回波数据的信噪比是否超过本地判决门限的方法为：

其中，i＝1…m代表共m个微波雷达传感器，l＝1…n代表共n个超声波雷达传感器，u₁代表微波雷达传感器探测信噪比输出，u₂代表超声雷达探测信噪比输出，Ti和T_l代表各雷达传感器检测信噪比门限，H₀表示无目标的假设，H₁表示有目标假设，r_i为微波雷达传感器判决结果，r_l为超声波雷达传感器判决结果，r为融合后的判决结果，T为融合判决门限；

所述远距离雷达防撞探测装置，包括：

雷达探测模块，连接中央控制模块，为2个，安装于车辆表面的固定位置；

视频采集模块，连接中央控制模块，为具有夜视功能的视频采集器；

中央控制模块，用于接收所述雷达探测模块和视频采集模块传送的数据，并对数据进行信号融合处理，将处理结果字符叠加至视频显示报警模块；

视频显示报警模块，连接中央控制模块，用于显示所述中央控制模块传送的处理结果，产生报警提示；

语音播报模块，连接中央控制模块，用于实时播报距离信息和警报；

LED距离显示模块，连接中央控制模块，用于显示辅助显示距离信息。