CN109188379B - 驾驶辅助雷达工作角度的自动校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种驾驶辅助雷达工作角度的自动校准方法，包括如下步骤：S1.将辅助雷达安装在车上，辅助雷达中预设有初始角度；S2.辅助雷达在行驶中通过收发模块选择参照物，采集该参照物与辅助雷达之间的相对位置参数；S3.将相对位置参数传输到主板，主板将散点的相对位置参数进行线性回归，得到线性回归方程，主板根据线性回归方程得到其轨迹与竖直方向的夹角，该夹角为修正角度；S4.主板叠加修正角度和初始角度，得到辅助雷达修正后的工作角度，本发明有效利用车辆行驶过程中周边的环境，动态构建参照系统，从而有效的计算出毫米波雷达工作角度，以便对预设的工作角度进行校准的方法，可以低成本、高效、准确的方式消除雷达工作时的角度误差。

Description

驾驶辅助雷达工作角度的自动校准方法

技术领域

本发明涉及驾驶安全辅助领域，特别涉及一种驶辅助雷达工作角度的自动校准方法。

背景技术

在现有技术中，在汽车领域需要应用到雷达的产品，主要是汽车驾驶安全辅助领域，如：变道辅助(LCA)，盲区预警(BSD)，前碰撞预警(FCW)等。

目前主流辅助雷达是一发两收，只有很少的一发三收，甚至多收，在不考虑一发一收这类本身由于产品的缺陷无法定位目标物体的辅助雷达的情况，目前主流辅助雷达主要是24GHz、77GHz还有79GHz。

以变道辅助(LCA)为例，变道辅助是在车辆的后端两侧各安装一个辅助雷达，利用辅助雷达采集到后方侧向车辆等信息，后面所有车辆的位置均由辅助雷达分析计算出，当车辆发生变道需求时，给与相应的安全警示。

如图1所示，后方车辆相对辅助雷达所安装车辆的横向距离为x＝r*sin(θ-α)；纵向距离为y＝r*cos(θ-α)。其中，r为辅助雷达与后方目标车辆的径向距离；θ为目标车辆与辅助雷达所在平面所成的角度；α为雷达的安装角度。而其中辅助雷达安装到车辆上后最容易出现的就是角度误差。

造成角度误差的原因有两类：一是雷达面制造过程时的误差，产生的硬件个体差异，二是雷达安装时的误差。

其中，雷达制造过程种的误差，主要是制造工艺的原因，提高精度会带来成本和加工难度的大幅度提升。而安装时的误差，主要是安装支架的精度和安装工艺相关，安装由于涉及到不同地点、不同技术人员的手动操作，这一类的精度更难控制到很精细。

现有技术中的解决方案为，车厂生产汽车时，设计专门的安装支架，用于安装毫米波雷达设备，最主要的是，每一台车在雷达安装完成之后，使用专门的仪器设备分别对每一个雷达进行校准，由于是最后综合校准，同时消除了制造误差和安装误差，角度非常准确。但是这类校准除了很耗费工时外，校准的设备成本高，体积大，校准环境要求高，局限性非常大。

另一种现有的解决方案为，在汽车后市场，一种是针对不同的车设计了专门的支架来适当减少安装误差，另一种是设计可调整角度的支架，安装的时候采用现场目测，和简易角度工具进行基本角度定位。但由于实际环境及成本等原因，均未再采用专业设备进行其他校准。这类操作基本上只能是近似操作，既没有解决安装时的误差，也没有解决制造时的误差。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的主要目的在于提供一种驾驶辅助雷达工作角度的自动校准方法，有效利用车辆行驶过程中周边的环境，动态构建参照系统，从而有效的计算出毫米波雷达工作角度，以便对预设的工作角度进行校准的方法，可以低成本、高效、准确的方式消除雷达工作时的角度误差。

为实现上述目的，本发明提供一种驾驶辅助雷达工作角度的自动校准方法，包括如下步骤：

S1.将辅助雷达安装在车上，辅助雷达的主板中预设有初始角度；

S2.辅助雷达在行驶中通过收发模块选择参照物，采集该参照物与辅助雷达之间的相对位置参数；

S3.将相对位置参数数据传输到主板，主板将散点的相对位置参数进行线性回归，得到线性回归方程，主板根据线性回归方程得到线性回归的轨迹与竖直方向的夹角，该夹角为修正角度；

S4.主板叠加修正角度和初始角度，得到辅助雷达修正后的工作角度。

进一步地，S2中的行驶环境为地形平整的公路，装备辅助雷达车辆，其行驶速度大于或等于60km/h，且保持至少200m的直线行驶。

进一步地，所述参照物为左右两侧相邻或者相隔一个车道的行驶中的其他车辆，参照物和装备辅助雷达车辆的车速差为10km/h～40km/h，且参照物和装备辅助雷达车辆车速至少为60km/h。

进一步地，所述相对位置参数通过最小二乘法或递归法，将散点数据进行线性回归，得到回归方程y＝ax+b。

在其中一个实施例中，选取所述参照物采用多次选取，并进行数据累计，逐步消除误差。

更进一步地，选取所述参照物具体步骤如下：

S21.生成一次参照物的角度数据；

S22.记录权重数据；

S23.为同种权重数据制定对应的权重系数；

S24.根据权重系数和历史工作角度数据进行加权平均，计算出加权平均工作角度。

在其中一个实施例中，所述辅助雷达为毫米波雷达，包括用于处理数据的主板和用于发射和接收毫米波的收发模块，所述收发模块与所述主板连接，所述主板上设有用于进行校准数据处理的自动校准模块。

本发明的有益效果为：

本发明的有效利用车辆行驶过程中周边的环境，动态构建参照系统，从而有效的计算出辅助雷达工作角度，以便对预设的工作角度进行校准的方法，以低成本、高效、准确的方式消除雷达工作时的角度误差。

校准方式是基于雷达设备已经安装到车辆上，所有的计算已经是针对每个个体雷达进行，所有针对每个雷达自身的生产角度误差，以及安装时产生的安装误差均综合进行了修正，提供类修正的准确性。

附图说明

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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明辅助雷达与车辆设置示意图。

图2为本发明校准流程示意图。

图3为本发明辅助雷达连接关系示意图。

图4为本发明辅助雷达工作示意图。

图5为本发明参照物选取流程图。

图6为本发明收发模块连接关系示意图。

图7为本发明辅助雷达的工作原理图。

具体实施方式

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的一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

实施例1

参照图2～图4，一种驾驶辅助雷达工作角度的自动校准方法，包括如下步骤：

S1.将辅助雷达1安装在车上，辅助雷达1的主板6中预设有初始角度；

S2.辅助雷达1在行驶中通过收发模块7选择参照物2，采集该参照物2与辅助雷达1之间的相对位置参数4；

S3.将相对位置参数4的数据传输到主板6，主板6将散点的相对位置参数4进行线性回归，得到线性回归方程5，主板6根据线性回归方程5得到线性回归的轨迹与竖直方向的夹角，该夹角为修正角度β；

S4.主板6叠加修正角度β和初始角度，得到辅助雷达1修正后的工作角度。

进一步地，S2中的行驶环境为地形平整的公路，装备辅助雷达车辆，其行驶速度大于或等于60km/h，且保持至少200m的直线行驶。

进一步地，所述参照物2为左右两侧相邻或者相隔一个车道的行驶中的其他车辆，参照物2和装备辅助雷达车辆3的车速差为10km/h～40km/h，且参照物2和装备辅助雷达车辆3车速至少为60km/h。

进一步地，所述相对位置参数4通过最小二乘法或递归法，将散点数据进行线性回归，线性回归方程5为y＝ax+b。

实施例2

与上述实施例的不同之处在于，参照物2的选取采用多次选取，并进行数据累计，逐步消除误差。

参照图5更进一步地，选取所述参照物具体步骤如下：

S21.生成一次参照物的角度数据；

S22.记录权重数据，同步记录对应计算时装备辅助雷达车辆3和参照物2车辆的速度，装备辅助雷达车辆3行驶中的方向转角变化以及线性回归计算中的数据，如：平均振幅、最大振幅以及散点数据与线性回归方程的匹配程度；

S23.为同种权重数据制定对应的权重系数，如：一个线性回归方程的平均振幅越小，表示散点数据的拟合度越高，以这个散点数据为基础计算的就更准确，同时在进行加权平均的时候，给与他的加权系数就越高；

S24.根据权重系数和历史工作角度数据进行加权平均，计算出加权平均工作角度。

这种不断累积的叠加计算方式会大大的降低偶发性的错误数据影响，不断累积合理的数据，最终的数据准确度会越来越高。

实施例3

参照图2，与上述实施例的不同之处在于，所述辅助雷达1为毫米波雷达，包括用于处理数据的主板6和用于发射和接收毫米波的收发模块7，所述收发模块7与所述主板6连接，所述主板6上设有用于进行校准数据处理的自动校准模块61。

结合图2和图7，优选地，收发模块7包括VCO14、功率分配器11、TX开关12、RX开关15、混频器16、低噪声放大器17、数字信号处理器19、发射天线13和接收天线18；

其中，VCO14通过功率分配器11分别与发射天线13和接收天线18连接；功率分配器11与发射天线13之间设有TX开关12；功率分配器11和接收天线18之间依次连接有RX开关15、混频器16以及低噪声放大器17，所述混频器16与数字信号处理器19连接，数字信号处理器19一端连接混频器16，另一端连接RX开关15。

前端混频输出的中频信号经过低噪声放大器17进行中频放大送至数字信号处理器19。数字信号处理器19的基本目标是消除不必要信号(如杂波)和干扰信号，并对经过中频放大的混频信号进行处理，从信号频谱中提取目标距离和速度等信息。

毫米波是指波长在1-10mm的电磁波，其带宽大，分辨率高，天线部件尺寸小，能适应恶劣环境。车用毫米波雷达，通常采用结构简单成本较低，适合近距离探测的FMCW(调频连续波)雷达体制。雷达天线向外发出一系列连续调频毫米波，频率随时间按调制电压的规律变化，一般是连续的三角波，发射与接收信号如图7所示。图中实线是发射信号，虚线是相对静止和相对运动物体的反射信号。反射与发射信号波形相同，只是差一个延时时间td。

td＝2r/C

式中，r为目标距离，c光速。

发射信号与反射信号在某一时刻的频差即为混频输出的中频频率fb。相对运动物体反射信号由于多普勒效应产生的频移的原因。在三角波的上升沿与下降沿输出的中频频率分别为fb+、fb-。以下公式成立：

从而得到目标车辆的距离r与相对运动速度v。由上述公式可知，毫米波雷达信号中频频率fb的确定是求出r、V的关键。fb的确定即是对发射和反射信号的频差进行频谱分析。

信号的频谱分析主要有FFT法和非FFT法。所谓FFT法，即是对被分析的信号进行傅里叶变换，将其从时域变到频域，在频域进行分析，必要时再通过傅里叶逆变换，变回时域的分析方法。

而非FFT方法则是通过其他的途径，获得信号的频率参数，如最大熵法、MUSIC法等。综合考虑方法的复杂性、实时性、稳定性，对汽车雷达而言，频谱分析应首选FFT法，这种方法比较成熟、现容易、实时性强，适合于汽车运行状况下信号的实时处理。

本发明的原理如下：

本发明通过在行车辅助雷达的主板中设置自动校准模块，通过自动校准模块结合辅助雷达的结构有效利用车辆行驶过程中周边的环境，动态构建参照系统，从而有效的计算出毫米波雷达工作角度，以便对预设的工作角度进行校准的方法，可以低成本、高效、准确的方式消除雷达工作时的角度误差。

由于校准方式是基于辅助雷达设备已经安装到车辆上，所有的计算已经是针对每个个体辅助雷达进行，所有针对每个雷达自身的生产角度误差，以及安装时产生的安装误差均综合进行了修正，提供类修正的准确性。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种驾驶辅助雷达工作角度的自动校准方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.将辅助雷达安装在车上，辅助雷达的主板中预设有初始角度；

S2.辅助雷达在行驶中通过收发模块选择参照物，采集该参照物与辅助雷达之间的相对位置参数；

S3.将相对位置参数数据传输到主板，主板将散点的相对位置参数进行线性回归，得到线性回归方程，主板根据线性回归方程从而得到其轨迹与竖直方向的夹角，该夹角为修正角度；

S4.主板叠加修正角度和初始角度，得到辅助雷达修正后的工作角度；

选取所述参照物采用多次选取，并进行数据累计，逐步消除误差；

选取所述参照物具体步骤如下：

S21.生成一次参照物的角度数据；

S22.记录权重数据；

S23.为同种权重数据制定对应的权重系数；

S24.根据权重系数和历史工作角度数据进行加权平均，计算出加权平均工作角度。

2.根据权利要求1所述的驾驶辅助雷达工作角度的自动校准方法，其特征在于，S2中的行驶环境为地形平整的公路，装备辅助雷达车辆，其行驶速度大于或等于60km/h，且保持至少200m的直线行驶。

3.根据权利要求1所述的驾驶辅助雷达工作角度的自动校准方法，其特征在于，所述参照物为左右两侧相邻或者相隔一个车道的行驶中的其他车辆，参照物和装备辅助雷达车辆的车速差为10km/h～40km/h，且参照物和装备辅助雷达车辆车速至少为60km/h。

4.根据权利要求1所述的驾驶辅助雷达工作角度的自动校准方法，其特征在于，所述相对位置参数通过最小二乘法或递归法，将散点数据进行线性回归，得到线性回归方程为y＝ax+b。

5.根据权利要求1～4任一项所述的驾驶辅助雷达工作角度的自动校准方法，其特征在于，所述辅助雷达为毫米波雷达，包括用于处理数据的主板和用于发射和接收毫米波的收发模块，所述收发模块与所述主板连接，所述主板上设有用于进行校准数据处理的自动校准模块。