CN107561532A - 成像雷达、车辆以及成像方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种成像雷达、车辆以及成像方法，该成像雷达包括：发射天线，设置于车辆的侧面，与射频模块耦合，用于发射所述射频模块生成的信号；接收天线，设置与所述车辆的侧面，与所述射频模块耦合，用于接收被所述车辆周围的目标对发射天线发射的信号散射形成的散射信号；所述射频模块，与处理器耦合，用于生成用于发射的所述信号，以及将通过所述接收天线接收到的所述散射信号形成回波数据；所述处理器，用于通过所述射频模块获取随所述车辆运动传输回来的回波数据，并根据所述回波数据生成二维雷达图像。解决了使用摄像头采集图像得到车辆周边行驶环境所导致的问题，使车辆雷达能够适应各种环境，并且在一定程度上降低了处理的负荷。

Description

成像雷达、车辆以及成像方法

技术领域

本申请涉及雷达领域，具体而言，涉及成像雷达、车辆以及成像方法。

背景技术

为了使车辆行驶更加安全，或者是为了适应将来自动驾驶的需要，需要得到汽车周边的环境情况。在现有技术中，可以利用安装在车上的传感器，在行驶过程中随时采集并分析汽车周围的二维图像数据，从而预先让驾驶者察觉到可能发生的危险，能够有效增加汽车驾驶的安全性。

在现有技术中，是通过视觉摄像头来得到二维数据的，即利用视觉摄像头来获取周围环境的图像数据，从而可以感知汽车周围环境。通过摄像头对汽车周围物体进行实时监测，同时配以算法计算出物体与车辆的距离，从而实现车道偏离警告、前车防撞、行人探测等功能。

以视觉摄像头为传感器来获取汽车周围环境的二维图像数据，由于摄像头采用是直接对周围环境拍照的方式来进行，这种直接拍照的方式，易受到光照、天气等因素的影响。在夜晚、强光、大雾、雨雪等环境下，由于光线比情况不佳，拍摄的效果并不是很好，这样将导致无法直接区分环境中物体与车辆之间的距离，从而使车辆原有的功能几乎无法正常工作。另外，由于直接处理的是图像数据，从图像数据中进行提取有用的信息，这导致了数据量大，计算开销严重。并且，为了使计算更加迅速，需采用价格高昂的数字信号处理芯片，成本较高。

针对相关技术中的使用摄像头采集图像得到车辆周边行驶环境所导致的问题，尚未提出解决方案。

发明内容

本申请提供了一种成像雷达、车辆以及成像方法，以至少解决使用摄像头采集图像得到车辆周边行驶环境所导致的问题。

根据本申请的一个方面，提供了一种成像雷达，包括：发射天线，设置于车辆的侧面，与射频模块耦合，用于发射所述射频模块生成的信号；接收天线，设置与所述车辆的侧面，与所述射频模块耦合，用于接收被所述车辆周围的目标对发射天线发射的信号散射形成的散射信号；所述射频模块，与处理器耦合，用于生成用于发射的所述信号，以及将通过所述接收天线接收到的所述散射信号形成回波数据；所述处理器，用于通过所述射频模块获取随所述车辆运动传输回来的回波数据，并根据所述回波数据生成二维雷达图像。

进一步地，所述射频模块包括：振荡器，用于生成用于发射的信号；第一功率放大器，耦合至所述振荡器和所述发射天线，用于对所述信号放大并传输至所述发射天线进行发射；第二功率放大器，耦合至混频器和所述接收天线，用于对接收到的所述散射信号进行放大，并传输至所述混频器；所述混频器，耦合至所述第二功率放大器和所述振荡器，用于将所述信号和所述散射信号进行混频产生所述回波数据。

进一步地，所述发射天线为一个或多个，所述接收天线为一个或多个。

进一步地，所述处理器，用于获取随所述车辆运动传输回来的回波数据，根据所述回波数据形成合成孔径，生成二维雷达图像。

进一步地，所述射频模块用于生成毫米波作为发射的所述信号。

根据本申请的另一个方面，还提供了一种车辆，包括：上述的成像雷达。

进一步地，所述成像雷达设置于所述车辆的侧面。

进一步地，所述成像雷达，设置在距离所述车辆的后轮和/或所述车辆的前轮预定距离的所述车辆的侧面。

进一步地，所述成像雷达，设置在距离所述车辆的前灯和/或所述车辆的后灯预定距离的所述车辆的侧面。

进一步地，所述成像雷达为一个或多个。

根据本申请的另一个方面，还提供了一种成像方法，包括：发射信号；接收被车辆周围的目标对发射的所述信号散射形成的散射信号；将接收到的所述散射信号形成回波数据；获取随所述车辆运动传输回来的回波数据，并根据所述回波数据生成二维雷达图像。

进一步地，根据所述回波数据生成所述二维雷达图像包括：根据所述回波数据形成合成孔径，生成二维雷达图像。

进一步地，根据所述回波数据生成所述二维雷达图像包括：对所述回波数据进行傅里叶变换，等到变换后的数据；根据所述变换后的数据得到像素点，对所述像素点计算距离历史以及散射强度；根据所述距离历史和所述散射强度得到所述二维雷达图像。

进一步地，发射所述信号的发射天线为一个或多个，接收所述散射信号的接收天线为一个或多个。

进一步地，所述信号为毫米波信号。

通过本申请采用了成像雷达，该成像雷达包括：发射天线，设置于车辆的侧面，与射频模块耦合，用于发射所述射频模块生成的信号；接收天线，设置与所述车辆的侧面，与所述射频模块耦合，用于接收被所述车辆周围的目标对发射天线发射的信号散射形成的散射信号；所述射频模块，与处理器耦合，用于生成用于发射的所述信号，以及将通过所述接收天线接收到的所述散射信号形成回波数据；所述处理器，用于通过所述射频模块获取随所述车辆运动传输回来的回波数据，并根据所述回波数据生成二维雷达图像。解决了使用摄像头采集图像得到车辆周边行驶环境所导致的问题，使车辆雷达能够适应各种环境，并且在一定程度上降低了处理的负荷。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。并且，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1是根据本实施例的成像雷达的结构框图；

图2是根据本实施例的成像方法的流程图；

图3是根据本实施例的成像雷达设置的示意图；

图4是根据本实施例的可选的二维成像雷达的结构框图；

图5是根据本实施例的射频模块的结构示意图；

图6是根据本实施例的信号处理机内部处理的流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

需要说明的是，在附图的流程示意图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程示意图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

在本实施例中一种成像雷达，图1是根据本实施例的成像雷达的结构框图，如图1所示，该成像雷达包括：

发射天线10，设置于车辆的侧面，与射频模块30耦合，用于发射射频模块30生成的信号；

接收天线20，设置与车辆的侧面，与射频模块30耦合，用于接收被车辆周围的目标对发射天线10发射的信号散射形成的散射信号；

射频模块30，与处理器40耦合，用于生成用于发射的信号，以及将通过接收天线20接收到的散射信号形成回波数据；

处理器40，用于通过射频模块30获取随车辆运动传输回来的回波数据，并根据回波数据生成二维雷达图像。

通过上述成像雷达，使用了对信号的处理，并且利用了车辆不断运动的特点，从而可以利用雷达来识别车辆周边的目标，从而解决了使用摄像头采集图像得到车辆周边行驶环境所导致的问题，使车辆雷达能够适应各种环境，并且在一定程度上降低了处理的负荷。

射频模块30有很多的实现方式，在本实施例中，提供了一种可选的实现方式。该射频模块30可以包括：振荡器(可以采用压控振荡器)，用于生成用于发射的信号；第一功率放大器，耦合至振荡器和发射天线10，用于对信号放大并传输至发射天线10进行发射；第二功率放大器，耦合至混频器和接收天线20，用于对接收到的散射信号进行放大，并传输至混频器；混频器，耦合至第二功率放大器和振荡器，用于将信号和散射信号进行混频产生回波数据。在本实施例中使用了功率放大器，从而可以更有利于信号的散射，以及对散射信号的识别。

在一个可选的实施例中，由于需要生成的是二维图像，此时，发射天线10和接收天线20为一个即可，当然，也可以为多个，可以利用多个发射天线10和接收天线20来来对散射的信号进行验证，从而得到更加真实可靠的回波数据。

在一个可选的实施方式中可以利用合成孔径来生成二维雷达图像。此时，处理器40，用于获取随车辆运动传输回来的回波数据，根据回波数据形成合成孔径，生成二维雷达图像。

发射的信号可以采用多种波来进行处理，在一个比较优的实施方式中，射频模块30用于生成毫米波作为发射的信号。

在本实施例中还提供了一种车辆，包括：上述的成像雷达。成像雷达可以设置在能够设置的位置，可以根据实际的需要来进行选择，例如，成像雷达设置于车辆的侧面。车辆侧面有很多个位置均可以设置成像雷达，例如，可以设置在距离车辆的后轮和/或车辆的前轮预定距离的车辆的侧面。又例如，成像雷达，设置在距离车辆的前灯和/或车辆的后灯预定距离的车辆的侧面。上述的成像雷达可以为一个或多个。

在本实施例中，还提供了一种成像方法，图2是根据本实施例的成像方法的流程图，如图2所示，该方法包括：

步骤S202，发射信号；

步骤S204，接收被车辆周围的目标对发射的信号散射形成的散射信号；

步骤S206，将接收到的散射信号形成回波数据；

步骤S208，获取随车辆运动传输回来的回波数据，并根据回波数据生成二维雷达图像。

通过上述步骤，使用了对信号的处理，并且利用了车辆不断运动的特点，从而可以利用雷达来识别车辆周边的目标，从而解决了使用摄像头采集图像得到车辆周边行驶环境所导致的问题，使车辆雷达能够适应各种环境，并且在一定程度上降低了处理的负荷。

在一个可选的实施方式中，可以根据回波数据形成合成孔径，生成二维雷达图像。例如，对回波数据进行傅里叶变换，等到变换后的数据；根据变换后的数据得到像素点，对像素点计算距离历史以及散射强度；根据距离历史和散射强度得到二维雷达图像。

优选地，本申请还可以提供一个用于执行上述实施例的计算机程序以及保存上述计算机程序的载体，即本申请上述实施例可以通过一个合适的计算体系结构来进行符合自然规律的运行过程。另外，尽管在上述上下文中描述本申请，但上述用于实现执行步骤的计算机程序并不意味着是限制性的，所描述的动作和操作的各方面也可用硬件来实现。

本申请的原理可以使用其它通用或专用计算或通信环境或配置来操作。适用于本申请的众所周知的计算系统、环境和配置的示例包括但不限于，个人计算机、服务器，多处理器系统、基于微处理的系统、小型机、大型计算机、智能设备、终端(包括移动终端)、以及包括任一上述系统或设备的分布式计算环境。

下面将结合可选的实施例对其实现过程进行详细描述。

在本实施例中提供一种用于车辆安全驾驶的毫米波二维成像雷达，由于使用的是毫米波，因此，该可选实施例能够在任何光照环境、任何天气环境下正常工作。并且，成像雷达相比于摄像头而言，其数据量相对于较小，并且，计算量要小于摄像头采集方式的计算量，对于车辆而言，起计算量适中。

对于成像雷达的选用，在本实施例中采用的是毫米波成像的雷达。当然，也可以采用米波、分米波或者厘米波段的雷达。本实施例采用毫米波成像雷达相对于其他常见的雷达频段，例如，米波、分米波和厘米波频段等，毫米波频段雷达具有如下优势：雷达工作波长短，较小的天线尺寸即能够获得较高的角度分辨率；射频收发芯片集成度高，整个雷达射频前端都可以用一个毫米波射频芯片完成；基于高集成度的雷达射频前端，整机雷达成本相对较低。

在本实施例中，利用毫米波雷达二维成像雷达，能够实现距离向和方位向的高分辨。其中，可以使雷达发射大带宽信号，利用脉冲压缩技术实现距离向高分辨。由于成像雷达安装在车辆上，车辆一直在不停的运动中。从而可以使成像雷达也可以运动，使成像雷达利用自身运动，对不同方位目标回波的多普勒频率存在差异，对其进行多普勒处理，能够实现方位向的高分辨。

图3是根据本实施例的成像雷达设置的示意图，如图3所示，本实施例所涉及的毫米波二维成像雷达，可以置于车身侧方(例如，可以设置在车辆侧方尾部附近，或者是靠近后车门的边缘部分，或者设置在车辆侧方前部轮子的上方)，二维成像雷达主要利用汽车自身运动，形成合成孔径，实现雷达二维成像。

本实施例中涉及到成像雷达，在本实施例中，考虑到计算量，可以采用二维的成像雷达。二维成像雷达的组成方式有很多种，在本实施例中提供了一种可选的二维成像雷达的结构框图，图4是根据本实施例的可选的二维成像雷达的结构框图，如图4所示，该毫米波二维成像雷达可以包括：收发天线、射频模块和信号处理机，在图4中包含一个发射天线和一个接收天线，当然也可以有多个发射天线和接收天线，多数量的天线可以分布在天线的不同地方，从而都可以来发送和接收雷达的信号，这些信号也可以进行处理，从而使得到的二维图像更加精确。如果考虑到成本的问题，可以设置一个发射天线和一个接收天线，这些天线的信号，可以由射频模块配置发射信号，由发射天线发射电磁波；电磁波经由观测区域内目标的散射，由接收天线接收目标散射信号，并由射频模块将该回波数据传输至信号处理机(信号处理机可以理解为一个处理器)。

射频模块的实现方式也有很多种，在本实施例中提供了一种可选的实施方式，图5是根据本实施例的射频模块的结构示意图，如图5所示，可以由压控振荡器产生发射信号，经过功率放大器由发射天线发射。接收天线接收目标回波，经过功率放大器，并与压控振荡器产生的发射信号混频，最后将混频后的雷达回波数据传输至信号处理机。

信号处理机内部的处理方式也有很多种，图6提供了一种可选的方式，图6是根据本实施例的信号处理机内部处理的流程图，在图6中，雷达回波数据用s(t,u)表示，其中t表示快时间，u表示慢时间。如图6所示，该流程包括如下步骤：

步骤S1，对雷达回波数据s(t,u)按快时间t进行傅里叶变换，得到变换后的数据S(f,u)，即，

S(f,u)＝∫s(t,u)exp(-j2πft)dt (1)

步骤S2，对于雷达图像中的像素点(x_n,y_n)(n＝1,2,...,N)，按照下式计算其距离历史，即，

其中，定义y轴表示汽车运动方向矢量；x轴表示汽车在其与y轴垂直且在位于地平面内的方向矢量；表示汽车在x方向的坐标；表示汽车在y方向的坐标；h表示雷达相对于地平面的高度；v表示汽车运动速度；x_n和y_n分别表示图像像素点在x和y轴的坐标。

步骤S3，对于雷达图像中的像素点(x_n,y_n)(n＝1,2,...,N)，按照下式计算其散射强度值，即，

其中，B表示发射信号带宽；T表示发射信号时宽；f_c表示雷达工作频率；c表示电磁波传播速度。

在本实施例中，毫米波二维成像雷达安置于汽车侧面，对侧面目标进行雷达成像，该毫米波二维成像雷达可以包括：一个发射天线、一个接收天线、射频模块及信号处理模块。然后通过毫米波二维成像雷达信号处理方法，对雷达回波数据进行处理最终得到雷达图像。

上述优选的实施方式是可以结合使用的。另外，如本申请所使用的，术语“模块”或“单元”可以指在上述装置上执行的软件对象或例程。此处所描述的不同模块和单元可被实现为在上述装置上执行(例如，作为单独的线程)的对象或进程，同时，上述装置使用硬件或软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本申请的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本申请不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种成像雷达，其特征在于，包括：

发射天线，设置于车辆的侧面，与射频模块耦合，用于发射所述射频模块生成的信号；

接收天线，设置与所述车辆的侧面，与所述射频模块耦合，用于接收被所述车辆周围的目标对发射天线发射的信号散射形成的散射信号；

所述射频模块，与处理器耦合，用于生成用于发射的所述信号，以及将通过所述接收天线接收到的所述散射信号形成回波数据；

所述处理器，用于通过所述射频模块获取随所述车辆运动传输回来的回波数据，并根据所述回波数据生成二维雷达图像。

2.根据权利要求1所述的成像雷达，其特征在于，所述射频模块包括：

振荡器，用于生成用于发射的信号；

第一功率放大器，耦合至所述振荡器和所述发射天线，用于对所述信号放大并传输至所述发射天线进行发射；

第二功率放大器，耦合至混频器和所述接收天线，用于对接收到的所述散射信号进行放大，并传输至所述混频器；

所述混频器，耦合至所述第二功率放大器和所述振荡器，用于将所述信号和所述散射信号进行混频产生所述回波数据。

3.根据权利要求1所述的成像雷达，其特征在于，所述发射天线为一个或多个，所述接收天线为一个或多个。

4.根据权利要求1所述的成像雷达，其特征在于，所述处理器，用于获取随所述车辆运动传输回来的回波数据，根据所述回波数据形成合成孔径，生成二维雷达图像。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的成像雷达，其特征在于，所述射频模块用于生成毫米波作为发射的所述信号。

6.一种车辆，其特征在于，包括：权利要求1至5中任一项所述成像雷达。

7.根据权利要求6所述的车辆，其特征在于，所述成像雷达设置于所述车辆的侧面。

8.根据权利要求7所述的车辆，其特征在于，所述成像雷达，设置在距离所述车辆的后轮和/或所述车辆的前轮预定距离的所述车辆的侧面。

9.根据权利要求7所述的车辆，其特征在于，所述成像雷达，设置在距离所述车辆的前灯和/或所述车辆的后灯预定距离的所述车辆的侧面。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的车辆，其特征在于，所述成像雷达为一个或多个。

11.一种成像方法，其特征在于，包括：

发射信号；

接收被车辆周围的目标对发射的所述信号散射形成的散射信号；

将接收到的所述散射信号形成回波数据；

获取随所述车辆运动传输回来的回波数据，并根据所述回波数据生成二维雷达图像。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，根据所述回波数据生成所述二维雷达图像包括：

根据所述回波数据形成合成孔径，生成二维雷达图像。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，根据所述回波数据生成所述二维雷达图像包括：

对所述回波数据进行傅里叶变换，等到变换后的数据；

根据所述变换后的数据得到像素点，对所述像素点计算距离历史以及散射强度；

根据所述距离历史和所述散射强度得到所述二维雷达图像。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其特征在于，发射所述信号的发射天线为一个或多个，接收所述散射信号的接收天线为一个或多个。

15.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其特征在于，所述信号为毫米波信号。