CN105974401B - 一种多面同时探测的雷达系统及其探测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多面同时探测的雷达系统及其探测方法。通过对雷达结构设计进行改进的方法，使得一个雷达可以同时完成多个探测面的检测、探测、测量工作。这样对于需要同时进行探测多个探测面的装备，一个雷达即可满足其需求。本发明主要是通过在现有雷达的基础上进行部分改进来实现。具体方式是增加若干个锥形界面的反射镜或平面镜，使得原本只可以在一个探测面内的检测可扩展到多个探测面。这样在使用一个雷达系统装置的情况下，完成同时对多个平面的探测工作，可以大幅降低探测的成本，提高探测的效率。

Description

一种多面同时探测的雷达系统及其探测方法

技术领域

本发明涉及一种探测雷达，特别涉及使用一个雷达，特别指仅具有一个雷达波发射装置，就能同时完成两个或多个探测面探测、检测或测量工作的能力。

背景技术

现代测距雷达，是在一个探测面上(通常是水平面)进行测距，在此平面上的激光所能照射到的范围内(一般是360°或者270°)，反映出障碍物到雷达的距离。当多个平面同时需要测量工作时，一般是使用多个雷达分别对多个平面进行测量，或者是一个具有多个激光发射装置的雷达来完成这个多平面同时测量的工作。

中国专利申请号为CN201010150523的发明公开了一种汽车多线激光雷达系统，其特点是由激光装置、球面反射镜、抛物面反射镜组成一套简单有效的光束整形系统，使激光光束在水平方向准直，在系统光轴方向发散，输出光斑为一个线状光斑，发射单次脉冲可检测垂轴方向的多个角度目标的距离。所述激光装置产生线状光束，作为雷达扫描信号，利用抛物面反射镜收集物体的回波信号，先将汇聚的回波信号经过滤光片，再入射到光电接收器阵列上，通过电机带动发射和接收光路部分整体转动，完成多线目标扫描。

但上述的系统或方法，并不能做到一个雷达波发射装置，可以同时具有完成两个或多个探测面探测、检测或测量的工作。

发明内容

本发明通过了对雷达结构设计进行改进的方法，使得一个雷达可以同时完成多个探测面(本文论述发明内容与实施时，以测量水平面与地面两个探测面的情况来进行描述，可以扩展到多个平面的情况)的测量工作。这样对于需要同时进行前方测距与地面路况检测的智能清洁(小)车等需要同时探测多个平面的装备，一个雷达即可满足其需求。本发明主要是通过在现有雷达的基础上进行部分改进来实现。具体方式是增加若干个锥形界面的反射镜或平面镜，使得原本只可以在一个平面内的检测可扩展到多个平面中。这样在使用一个雷达系统(激光发射装置)的情况下，完成同时对多个平面的探测工作，可以大幅降低探测的成本，提高探测的效率。同时可以大幅降低智能清洁(小)车等设备的成本。

为了实现本发明以上发明目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种多面同时探测的雷达系统，包括马达、旋转轴、主反射镜、至少一个辅助反射镜、雷达收发模块和/或信号处理模块；

所述马达，用于带动所述旋转轴作圆周运动；

所述旋转轴，用于固定所述主反射镜；

所述雷达收发模块，用于发出或者回收雷达波；

所述主反射镜，用于将所述雷达收发模块发出的雷达波反射出去，并将反射回的所述雷达波输送回所述雷达收发模块；

所述辅助反射镜，用于将所述主反射镜反射过来的雷达波再一次反射出去，并将反射回的所述雷达波输送回所述主反射镜；

所述信号处理模块，用于分析返回的所述雷达波。

进一步地，所述的多面同时探测的雷达系统，所述主反射镜所在平面与所述旋转轴成45°的夹角，所述辅助反射镜固定放置，所述辅助反射镜所在平面与所述旋转轴成45°～80°的夹角。

进一步地，所述的多面同时探测的雷达系统，将所述主反射镜反射过来的所述雷达波再一次反射出去，再次反射出去的所述雷达波与所述旋转轴呈10°夹角。

进一步地，所述的多面同时探测的雷达系统，所述辅助反射镜为平面反射镜或者曲面反射镜。

进一步地，所述的多面同时探测的雷达系统，至少包括二个辅助反射镜，二个所述辅助反射镜平行放置于所述主反射镜的两侧，二个所述辅助反射镜将所述主反射镜反射过来的雷达波反射至相反的方向。

进一步地，所述的多面同时探测的雷达系统，至少包括二个辅助反射镜，二个所述辅助反射镜以所述旋转轴为中心对称放置于所述主反射镜的两侧。

进一步地，所述的多面同时探测的雷达系统，所述辅助反射镜固定于摆动轴上，所述摆动轴作正负15°的循环往复运动。

进一步地，所述的多面同时探测的雷达系统，所述雷达系统的所述雷达波载体为无线电波、超声波或者激光。

本发明还提供了一种多面同时探测的雷达系统的探测方法，

S10：所述马达通过所述旋转轴带动所述主反射镜作圆周运动；

S20：所述雷达收发模块发送雷达波至所述主反射镜；

S30：所述主反射镜将所述雷达波反射至第一探测区或者所述辅助反射镜；

S40：所述辅助反射镜将所述雷达波反射至第二探测区；

S50：从所述第二探测区返回的所述雷达波返回至所述辅助反射镜；

S60：从所述第一探测区返回的所述雷达波或者经过所述辅助反射镜返回的所述雷达波，返回至所述主反射镜；

S70：所述主反射镜将返回的所述雷达波返回至所述雷达收发模块；

S80：所述雷达收发模块将返回的所述雷达波发送至所述信号处理模块，所述信号处理模块根据所述旋转轴的旋转角度设定区别所述第一探测区的返回雷达波和所述所述第二探测区的返回雷达波；

其中，所述第一探测区为所述主反射镜直接探测的区域；

所述第二探测区为所述主反射镜通过所述辅助反射镜探测的区域。

进一步地，所述的一种多面同时探测的雷达系统的探测方法，所述辅助反射镜为平面反射镜或者曲面反射镜。

进一步地，所述的一种多面同时探测的雷达系统的探测方法，所述辅助反射镜固定于摆动轴上，所述摆动轴作正负15°的循环往复运动。

本发明至少具有以下有益效果：

本发明主要是通过在现有雷达的基础上进行部分改进来实现。具体方式是增加若干个曲面反射镜或平面反射镜，使得原本只可以在一个探测面内的检测，扩展到多个探测面中。这样在使用一个激光发射装置的情况下，完成同时对多个探测面的探测工作，可以大幅降低雷达设备的成本，增加雷达设备的使用效率，减小既有多面探测雷达的结构空间。重量轻、体积小等优点，适合各种行驶工具使用。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

图1为本发明第一实施例侧视图；

图2为本发明主反射镜工作原理图；

图3为本发明主反射镜配合辅助反射镜工作原理图；

图4为本发明辅助反射镜放置角度示意图；

图5为本发明曲面辅助反射镜立体图；

图6为本发明曲面辅助反射镜俯视图；

图7为本发明第二实施例侧视图；

图8为本发明第三实施例侧视图；

附图标记说明

101，驱动反射镜片旋转的马达；102，连接马达与反射镜片的旋转轴；103，主反射镜；104，辅助反射镜；401，另一辅助反射镜；105，固定辅助反射镜的轴；106，雷达收发模块；

107，信号处理模块；109，外壳；110，一棵树(代表前方障碍物)；111，地面；222，顶面；201，向第一探测区发射出去的雷达波；202，从第一探测区返回的雷达波；203，向第二探测区发射出去的雷达波；204，从第二探测区返回的雷达波；

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，以下说明和附图对于本发明是示例性的，并且不应被理解为限制本发明。以下说明描述了众多具体细节以方便对本发明理解。然而，在某些实例中，熟知的或常规的细节并未说明，以满足说明书简洁的要求。本发明的具体判断系统及其探测方法参见下述实施例：

第一实施例

如图1所示：一种多面同时探测的雷达系统，包括马达、旋转轴、主反射镜、至少一个辅助反射镜、雷达收发模块和或信号处理模块；

所述马达，用于带动所述旋转轴作圆周运动；

所述旋转轴，用于固定所述主反射镜；

所述雷达收发模块，用于发出或者回收雷达波；

所述主反射镜，用于将所述雷达收发模块发出的雷达波反射出去，并将反射回的所述雷达波输送回所述雷达收发模块；

所述辅助反射镜，用于将所述主反射镜反射过来的雷达波再一次反射出去，并将反射回的所述雷达波输送回所述主反射镜；

所述信号处理模块，用于分析返回的所述雷达波。

优选地，所述的多面同时探测的雷达系统，所述主反射镜所在平面与所述旋转轴成45°的夹角，所述辅助反射镜固定放置，所述辅助反射镜所在平面与所述旋转轴成顶角为α°如图4所示，范围在45°～80°的之间，最佳为50°。

优选地，所述的多面同时探测的雷达系统，将所述主反射镜反射过来的所述雷达波再一次反射出去，再次反射出去的所述雷达波与所述旋转轴呈10°夹角。

优选地，所述的多面同时探测的雷达系统，所述辅助反射镜为平面反射镜或者曲面反射镜。

参见图5和图6所示，曲面反射镜的俯视情况下，镜面圆弧对应的圆心角是β°，β°优选为180°。

在实际使用中可以进行适当的调整α°与β°的大小从而可以调节两个探测面的夹角，以及两个探测面进行测量的所使用的激光相对多少。只要激光测距覆盖角度与路况检测覆盖角度(辅助反射镜底面的中心角)之和是激光可以覆盖的角度就好。激光覆盖角度可以是0到360度，根据实际情况而定。同时也可以再增加反射镜，完成再次增加测量的平面，或者改变测量平面方向的操作。综上所述，辅助反射镜顶角和覆盖角只是本发明所涵盖的一个方案，方便描述，实际使用中都是可以调整的。本发明的核心思想是通过多个反射镜(锥形侧面形状或者平面形状的反射镜)的配合使用来完成测量多个不同平面的工作。

优选地，所述的多面同时探测的雷达系统，所述雷达系统的所述雷达波载体为无线电波、超声波或者激光。

令图1中箭头所示的方向为正方向(0°)，旋转轴102逆时针旋转时(向纸面内旋转)与正方向的夹角为正值。旋转轴旋转0°时，主反射镜103是朝向正方向(图1中箭头指向的方向)。因此，图中现有旋转102轴旋转的角度应该是180°。

当旋转轴102旋转到[90°，270°]范围内时，主反射镜103是向负方向，此时其工作原理与过程如图2所示，是激光探测第一探测区的过程，激光收发器得到的数据是雷达前方[90°，270°]这180°范围内的障碍物到雷达的距离。

当旋转轴102旋转到[0°，90°]与[270°，360°]范围内时，主反射镜103是正方向的，此时其工作原理与过程如图3所示，主反射镜103与辅助反射镜104配合是探测第二探测区的过程，激光收发器得到的数据反应的是雷达到地面路况检测及测距。

当雷达获得到地面的距离时，其会根据这些距离值来获得地面的光滑度以及距离地面的高度。雷达得到其前方障碍物的距离时，分析处理模块107可以获得雷达前方180°范围内的障碍物信息。这样，在旋转轴102旋转一周的情况下，雷达可以完成前方测距与路况检测的过程。马达101带动旋转轴102不停旋转的过程也就是雷达不断交替进行第一探测区和第二探测区的测距与检测的过程。

本实施例还提供了一种多面同时探测的雷达系统的探测方法，

S10：所述马达通过所述旋转轴带动所述主反射镜作圆周运动；

S20：所述雷达收发模块发送雷达波至所述主反射镜；

S30：所述主反射镜将所述雷达波反射至第一探测区或者所述辅助反射镜；

S40：所述辅助反射镜将所述雷达波反射至第二探测区；

S50：从所述第二探测区返回的所述雷达波返回至所述辅助反射镜；

S60：从所述第一探测区返回的所述雷达波或者经过所述辅助反射镜返回的所述雷达波，返回至所述主反射镜；

S70：所述主反射镜将返回的所述雷达波返回至所述雷达收发模块；

S80：所述雷达收发模块将返回的所述雷达波发送至所述信号处理模块，所述信号处理模块根据所述旋转轴的旋转角度设定区别所述第一探测区的返回雷达波和所述所述第二探测区的返回雷达波；

其中，所述第一探测区为所述主反射镜直接探测的区域；

所述第二探测区为所述主反射镜通过所述辅助反射镜探测的区域。

优选地，所述的一种多面同时探测的雷达系统的探测方法，所述辅助反射镜为平面反射镜或者曲面反射镜。

第二实施例

优选地，在实施例一的基础上所述的多面同时探测的雷达系统，至少还包括二个辅助反射镜，二个所述辅助反射镜平行放置于所述主反射镜的两侧，二个所述辅助反射镜将所述主反射镜反射过来的雷达波反射至相反的方向。

如图7所示，一个辅助反射镜探测地面，另一辅助反射镜探测顶面，增加探测的范围，提高探测的效率。在实际应用中，清洁小车进入箱底、柜底或者沙发底进行清洁的时候，也同时可以对这些家具摆设的下底面和所占的地面进行探测，进而进行清洁。

第三实施例

优选地，在实施例一的基础上所述的多面同时探测的雷达系统，至少包括二个辅助反射镜，二个所述辅助反射镜以所述旋转轴为中心对称放置于所述主反射镜的两侧。如图所示。

优选地，至少一个辅助反射镜可以翻折，一个辅助反射镜可以翻折与另一个辅助反射镜平行，如实施例二所示，或者翻折与另一个辅助反射镜以所述旋转轴为中心对称。

如图8所示，二个辅助反射镜同时探测地面，增加探测的范围，提高探测的效率。

第四实施例

优选地，在实施例一的基础上所述的多面同时探测的雷达系统，所述辅助反射镜固定于摆动轴上，所述摆动轴作正负15°的循环往复运动。

本实施例对应的一种多面同时探测的雷达系统的探测方法，

S10：所述马达通过所述旋转轴带动所述主反射镜作圆周运动；

S20：所述雷达收发模块发送雷达波至所述主反射镜；

S30：所述主反射镜将所述雷达波反射至第一探测区或者所述辅助反射镜；

S40：所述辅助反射镜将所述雷达波反射至第二探测区；

S50：从所述第二探测区返回的所述雷达波返回至所述辅助反射镜；

S60：从所述第一探测区返回的所述雷达波或者经过所述辅助反射镜返回的所述雷达波，返回至所述主反射镜；

S70：所述主反射镜将返回的所述雷达波返回至所述雷达收发模块；

S80：所述雷达收发模块将返回的所述雷达波发送至所述信号处理模块，所述信号处理模块根据所述旋转轴的旋转角度设定区别所述第一探测区的返回雷达波和所述所述第二探测区的返回雷达波；

其中，所述第一探测区为所述主反射镜直接探测的区域；

所述第二探测区为所述主反射镜通过所述辅助反射镜探测的区域。

优选地，所述的一种多面同时探测的雷达系统的探测方法，所述辅助反射镜为平面反射镜或者曲面反射镜。

进一步地，所述辅助反射镜固定于摆动轴上，所述摆动轴作正负15°的循环往复运动。如此，可以增加探测的范围，提高探测的效率。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。装置权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (9)

1.一种多面同时探测的雷达系统，其特征在于，包括马达、旋转轴、主反射镜、至少一个辅助反射镜、雷达收发模块和信号处理模块；

所述马达，用于带动所述旋转轴作圆周运动；

所述旋转轴，用于固定所述主反射镜；

所述雷达收发模块，用于发出或者回收雷达波；

所述主反射镜，用于将所述雷达收发模块发出的雷达波反射出去，

并将反射回的所述雷达波输送回所述雷达收发模块；

所述辅助反射镜，用于将所述主反射镜反射过来的雷达波再一次反射出去，并将反射回的所述雷达波输送回所述主反射镜；

所述信号处理模块，用于分析返回的所述雷达波；

其中，至少包括二个辅助反射镜，二个所述辅助反射镜平行放置于所述主反射镜的两侧，二个所述辅助反射镜将所述主反射镜反射过来的雷达波反射至相反的方向，或者，二个所述辅助反射镜以所述旋转轴为中心对称放置于所述主反射镜的两侧。

2.如权利要求1所述的多面同时探测的雷达系统，其特征在于，所述主反射镜所在平面与所述旋转轴成45°的夹角，所述辅助反射镜固定放置，所述辅助反射镜所在平面与所述旋转轴成45°～80°的夹角。

3.如权利要求2所述的多面同时探测的雷达系统，其特征在于，将所述主反射镜反射过来的所述雷达波再一次反射出去，再次反射出去的所述雷达波与所述旋转轴呈10°夹角。

4.如权利要求2所述的多面同时探测的雷达系统，其特征在于，所述辅助反射镜为平面反射镜或者曲面反射镜。

5.如权利要求1至4中任一所述的多面同时探测的雷达系统，其特征在于，所述辅助反射镜固定于摆动轴上，所述摆动轴作正负15°的循环往复运动。

6.如权利要求1至4中任一所述的多面同时探测的雷达系统，其特征在于，所述雷达系统的所述雷达波载体为无线电波、超声波或者激光。

7.如权利要求1所述的一种多面同时探测的雷达系统的探测方法，其特征在于，

S10：所述马达通过所述旋转轴带动所述主反射镜作圆周运动；

S20：所述雷达收发模块发送雷达波至所述主反射镜；

S30：所述主反射镜将所述雷达波反射至第一探测区或者所述辅助反射镜；

S40：所述辅助反射镜将所述雷达波反射至第二探测区；

S50：从所述第二探测区返回的所述雷达波返回至所述辅助反射镜；

S60：从所述第一探测区返回的所述雷达波或者经过所述辅助反射镜返回的所述雷达波，返回至所述主反射镜；

S70：所述主反射镜将返回的所述雷达波返回至所述雷达收发模块；

S80：所述雷达收发模块将返回的所述雷达波发送至所述信号处理模块，所述信号处理模块根据所述旋转轴的旋转角度设定区别所述第一探测区的返回雷达波和所述第二探测区的返回雷达波；

其中，所述第一探测区为所述主反射镜直接探测的区域；所述第二探测区为所述主反射镜通过所述辅助反射镜探测的区域。

8.如权利要求7所述的一种多面同时探测的雷达系统的探测方法，其特征在于，所述辅助反射镜为平面反射镜或者曲面反射镜。

9.如权利要求7或8所述的一种多面同时探测的雷达系统的探测方法，其特征在于，所述辅助反射镜固定于摆动轴上，所述摆动轴作正负15°的循环往复运动。