CN108020832B - 探测设备、探测系统及雷达成像的处理方法 - Google Patents

探测设备、探测系统及雷达成像的处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种探测设备、探测系统及雷达成像的处理方法。其中，该设备包括：圆盘，安装在交通工具的顶端，并且所述圆盘可旋转；雷达，安装在所述圆盘上，用于探测所述交通工具周围的路况信息。本发明解决了相关技术中雷达成像成本高的技术问题。

Description

探测设备、探测系统及雷达成像的处理方法
技术领域
本发明涉及雷达成像领域，具体而言，涉及一种探测设备、探测系统及雷达成像的处理方法。
背景技术
汽车在行驶过程中，利用安装在汽车上的传感器可以随时采集并分析汽车周围的三维图像数据，将信息传送至无人驾驶汽车的控制系统，能够有效增加无人驾驶汽车驾驶的安全性。
现有技术方案，主要用激光雷达来感知汽车周围环境。其技术原理是，通过多线激光器对汽车周围物体进行实时监测，形成高精度高实时性三维点云，重建汽车周围环境，从而实现车道偏离警告、前车防撞、行人探测等功能。然而，以激光雷达为传感器来获取汽车周围环境的三维图像数据，其缺陷在于：在大雾、雨雪等极端天气环境下，激光雷达性能受到严重影响，并且激光雷达价格昂贵，难以在市场上推广。
针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明实施例提供了一种探测设备、探测系统及雷达成像的处理方法，以至少解决相关技术中雷达成像成本高的技术问题。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种探测设备，包括：圆盘，安装在交通工具的顶端，并且上述圆盘可旋转；雷达，安装在上述圆盘上，用于探测上述交通工具周围的路况信息。
进一步地，上述雷达包括：多个发射天线，用于第一发射信号，上述第一发射信号用于探测上述交通工具周围的目标物；多个接收天线，用于接收信号，上述接收信号为上述第一发射信号经由上述目标物反馈的回波信号，上述回波信号中携带有上述目标物对应的路况信息。
进一步地，上述多个发射天线和/或上述多个接收天线在上述圆盘边缘按预设高度设置。
进一步地，上述雷达还包括：处理装置，用于处理上述路况信息，以得到雷达成像结果；射频装置，用于将上述交通工具周围的路况信息传输给上述处理装置。
进一步地，上述射频装置包括：压控振荡器，用于产生第二发射信号，上述第二发射信号先经过功率放大器放大后得到上述第一发射信号，上述第一发射信号经由上述多个发射天线发射；混频器，用于将上述第二发射信号和上述接收信号进行混频，并将混频后的信号传输至上述处理装置。
进一步地，上述雷达为毫米波雷达。
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种探测系统，包括：上述任一项上述的探测设备；交通工具。
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种雷达成像的处理方法，包括：
获取经第K个发射天线发射的信号及被第L个接收天线接收的信号，上述发射的信号和接收的信号经混频器混频后，得到回波数据；对上述回波数据进行傅里叶变换，得到变换后的回波数据；根据上述变换后的回波数据并按照第一预定算法计算图像像素点的距离历史，其中，上述图像像素点为根据上述回波数据得到的雷达图像中的像素点；根据上述变换后的回波数据并按照第二预定算法计算上述图像像素点的散射强度值。
进一步地，上述回波数据包括以下至少之一：时间参数、第K个发射天线、第L个接收天线，其中，
对上述回波数据进行傅里叶变换包括：按上述时间参数对上述回波数据进行傅里叶变换。
进一步地，上述第一预定算法通过以下公式实现：
其中，定义y轴表示交通工具运动方向矢量；x轴表示交通工具在其与y轴垂直且在位于地平面内的方向矢量；z轴表示垂直于地面的高度方向；表示交通工具在x方向的坐标；/>表示交通工具在y方向的坐标；hT表示第一个雷达发射天线相对于地平面的高度；dt表示发射天线间距离；hR表示第一个雷达接收天线相对于地平面的高度；dR表示接收天线间距离；v表示交通工具运动速度；r和ω分别表示圆盘的旋转半径和旋转角速度；xn、yn和zn分别表示图像像素点在x、y和z轴的坐标。
进一步地，上述第二预定算法通过以下公式实现：
其中，B表示发射信号带宽；T表示发射信号时宽；表示雷达工作频率；c表示发射信号或接收信号传播速度。
在本发明实施例中，采用一种探测装置，该装置包括：圆盘，安装在交通工具的顶端，并且上述圆盘可旋转；雷达，安装在上述圆盘上，用于探测上述交通工具周围的路况信息，达到了雷达成像全方位感知行驶环境的目的，从而实现了感知汽车周围360°的行驶环境的技术效果，进而解决了相关技术中雷达成像成本高的技术问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明实施例的一种可选的探测设备的示意图；
图2是根据本发明实施例的一种可选的雷达的功能示意图；
图3是根据本发明实施例的一种可选的射频模块内部的示意图；
图4是根据本发明实施例的一种可选的雷达成像的处理方法的流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
实施例1
根据本发明实施例的一方面，提供了一种探测系统，如图1所示，包括：探测设备；交通工具(图中以汽车60为例)，其中，探测设备包括：圆盘20，安装在交通工具的顶端，并且上述圆盘20可旋转；雷达40，安装在上述圆盘20上，用于探测上述交通工具周围的路况信息，可选地，上述雷达包括：多个发射天线，用于第一发射信号，上述第一发射信号用于探测上述交通工具周围的目标物；多个接收天线，用于接收信号，上述接收信号为上述第一发射信号经由上述目标物反馈的回波信号，上述回波信号中携带有上述目标物对应的路况信息。可选地，上述多个发射天线和/或上述多个接收天线在上述圆盘边缘按预设高度设置。可选地，上述雷达还包括：处理装置，用于处理上述路况信息，以得到雷达成像结果；射频装置，用于将上述交通工具周围的路况信息传输给上述处理装置。可选地，上述射频装置包括：压控振荡器，用于产生第二发射信号，上述第二发射信号先经过功率放大器放大后得到上述第一发射信号，上述第一发射信号经由上述多个发射天线发射；混频器，用于将上述第二发射信号和上述接收信号进行混频，并将混频后的信号传输至上述处理装置。可选地，上述雷达为毫米波雷达。
需要说明的是，实施例1中的探测装置的各实施方式与实施例2中探测装置各实施方式是相同或相应的，因此，将在实施例2中详细说明，在此不再赘述。
实施例2
根据本发明实施例，提供了一种探测设备实施例。图1是根据本发明实施例的一种可选的探测设备的示意图，如图1所示，该装置包括：圆盘20，安装在交通工具的顶端，并且上述圆盘20可旋转；雷达40，安装在上述圆盘20上，用于探测上述交通工具周围的路况信息。
在交通工具的顶端安装有可旋转地圆盘，并且，在圆盘上装有雷达，当圆盘选旋转地时候可以360度全方位的对交通工具周围的环境进行探测，周围的环境包括如其它汽车，其他动物，人等障碍物。需要说明的是，交通工具可以是汽车，也可以是轮船等交通工具。通过上述实施方式，解决了以激光雷达为传感器来获取汽车周围环境的三维图像数据时价格昂贵的问题，达到了雷达成像全方位感知行驶环境的目的，从而实现了感知汽车周围360°的行驶环境的技术效果，进而解决了相关技术中雷达成像成本高的技术问题。
可选地，上述雷达包括：多个发射天线，用于第一发射信号，上述第一发射信号用于探测上述交通工具周围的目标物；多个接收天线，用于接收信号，上述接收信号为上述第一发射信号经由上述目标物反馈的回波信号，上述回波信号中携带有上述目标物对应的路况信息。通过雷达的多个发射天线和多个接收天线可以探测交通工具周围的路况信息，进而对该信息做出相应的处理，进而实现车道偏离警告、前车防撞、行人探测等功能。
可选地，上述多个发射天线和/或上述多个接收天线在上述圆盘边缘按预设高度设置。由于交通工具上设置有能够沿中心轴旋转的圆盘，安置于顶端；圆盘边缘安装雷达。其中，雷达包含多个发射天线和多个接收天线，沿圆盘边缘按不同高度排列。当然，多个发射天线和多个接收天线的排列方式也可以是其他，如安装在圆盘的上底面。
可选地，上述雷达还包括：处理装置，用于处理上述路况信息，以得到雷达成像结果；射频装置，用于将上述交通工具周围的路况信息传输给上述处理装置。
具体的，图2是根据本发明实施例的一种可选的雷达的功能示意图。射频装置配置发射信号，由发射天线发射上述发射信号；发射信号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(即接收信号)，并由射频装置将该回波数据传输至信号处理装置。
可选地，上述射频装置包括：压控振荡器，用于产生第二发射信号，上述第二发射信号先经过功率放大器放大后得到上述第一发射信号，上述第一发射信号经由上述多个发射天线发射；混频器，用于将上述第二发射信号和上述接收信号进行混频，并将混频后的信号传输至上述处理装置。
具体的，图3是根据本发明实施例的一种可选的射频模块内部的示意图。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(即接收信号)，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。需要说明的是，当信号足够强时，也可以不需要进行功率放大器，压控振荡器产生发射信号与发射天线发射信号一致，接收天线的接收信号也不用经过接收天线。
可选地，上述雷达为毫米波雷达。该雷达工作于毫米波频段。相比于其他常见的雷达频段，包括米波、分米波和厘米波频段，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；相比于现有的激光雷达成像方案，本发明能够在任意光照、气候条件下工作，并且拥有更低的成本。
利用雷达三维成像雷达，能够实现距离向、方位向和高度向的高分辨。其中，①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；②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；③对不同高度的接收天线所接收到的回波进行数字波束合成，能够实现高度向的高分辨。
实施例3
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种雷达成像的处理方法，图4是根据本发明实施例的一种可选的雷达成像的处理方法的流程图，如图4所示，该方法包括如下步骤：
S402，获取经第K个发射天线发射的信号及被第L个接收天线接收的信号，上述发射的信号和接收的信号经混频器混频后，得到回波数据；
S404，对上述回波数据进行傅里叶变换，得到变换后的回波数据；
S406，根据上述变换后的回波数据并按照第一预定算法计算图像像素点的距离历史，其中，上述图像像素点为根据上述回波数据得到的雷达图像中的像素点；
S408，根据上述变换后的回波数据并按照第二预定算法计算上述图像像素点的散射强度值。
可选地，上述回波数据包括以下至少之一：时间参数、第K个发射天线、第L个接收天线，其中，对上述回波数据进行傅里叶变换包括：按上述时间参数对上述回波数据进行傅里叶变换。第k个发射天线发射，并且被第l个接收天线接收到的雷达回波数据用s(t,u；k,l)表示，其中t表示快时间，u表示慢时间。对雷达回波数据s(t,u；k,l)按快时间t进行傅里叶变换，得到变换后的数据S(f,u；k,l)，即
S(f,u；k,l)＝∫s(t,u；k,l)exp(-j2πft)dt (1)
可选地，对于雷达图像中的像素点(xn,yn,zn)(n＝1,2,…,N)，按照下式计算其距离历史，即上述第一预定算法通过以下公式实现：
其中，定义y轴表示交通工具运动方向矢量；x轴表示交通工具在其与y轴垂直且在位于地平面内的方向矢量；z轴表示垂直于地面的高度方向；表示交通工具在x方向的坐标；/>表示交通工具在y方向的坐标；hT表示第一个雷达发射天线相对于地平面的高度；dt表示发射天线间距离；hR表示第一个雷达接收天线相对于地平面的高度；dR表示接收天线间距离；v表示交通工具运动速度；r和ω分别表示圆盘的旋转半径和旋转角速度；xn、yn和zn分别表示图像像素点在x、y和z轴的坐标。
可选地，对于雷达图像中的像素点(xn,yn,zn)(n＝1,2,…,N)，按照下式计算其散射强度值，即上述第二预定算法通过以下公式实现：
其中，B表示发射信号带宽；T表示发射信号时宽；表示雷达工作频率；c表示发射信号或接收信号传播速度。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
以上所述仅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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种雷达成像的处理方法，其特征在于，包括：
获取经第k个发射天线发射的信号及被第l个接收天线接收的信号，所述发射的信号和接收的信号经混频器混频后，得到回波数据；
对所述回波数据进行傅里叶变换，得到变换后的回波数据；
根据所述变换后的回波数据并按照第一预定算法计算图像像素点的距离历史，其中，所述图像像素点为根据所述回波数据得到的雷达图像中的像素点；
根据所述变换后的回波数据并按照第二预定算法计算所述图像像素点的散射强度值；
所述第一预定算法通过以下公式实现：
其中，定义y轴表示交通工具运动方向矢量；x轴表示交通工具在其与y轴垂直且在位于地平面内的方向矢量；z轴表示垂直于地面的高度方向；表示交通工具在x方向的坐标；/>表示交通工具在y方向的坐标；hT表示第一个雷达发射天线相对于地平面的高度；dT表示发射天线间距离；hR表示第一个雷达接收天线相对于地平面的高度；dR表示接收天线间距离；v表示交通工具运动速度；r和ω分别表示圆盘的旋转半径和旋转角速度；xn、yn和zn分别表示第n个图像像素点在x、y和z轴的坐标，n＝1,2,…,N，u为慢时间；
所述第二预定算法通过以下公式实现：
其中，B表示发射信号带宽；T表示发射信号时宽；fc表示雷达工作频率；c表示发射信号或接收信号传播速度，S(…)表示傅里叶变换后的数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述回波数据包括以下至少之一：时间参数、第k个发射天线、第l个接收天线，其中，
对所述回波数据进行傅里叶变换包括：按所述时间参数对所述回波数据进行傅里叶变换。
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