CN109991595A - 一种基于毫米波雷达的距离测量方法及相关装置 - Google Patents

Abstract

本申请所提供的一种基于毫米波雷达的距离测量方法，包括：获取毫米波雷达的雷达信号数据；根据雷达信号数据得到检测矩阵，并设置距离CFAR阈值；其中，检测矩阵的行代表距离，列代表速度；根据距离CFAR阈值对检测矩阵进行分组；在每个分组中，对每一列数据进行比较，得到最大值；输出最大值，并根据最大值确定毫米波雷达与物体的最小距离。通过优先对距离数据进行判别，排除了当雷达与物体同时静止时，雷达无法探测出物体的情况。同时对雷达与物体之间最短距离的判别速度大幅提高，提高了毫米波雷达的工作性能。本申请还提供一种基于毫米波雷达的距离测量系统、一种计算机可读存储介质和一种毫米波雷达，具有上述有益效果。

Description

一种基于毫米波雷达的距离测量方法及相关装置

技术领域

本申请涉及物理测距领域，特别涉及一种基于毫米波雷达的距离测量方法及相关装置。

背景技术

毫米波雷达是指工作在毫米波波段探测的雷达。毫米波雷达通过发射信号，信号在遇到物体后产生反射信号，再由雷达接收反射信号，通过将发射信号与接收信号进行混频，作傅里叶变换处理后，得到所需的关于物体的距离、速度、方位角等数据。

现有技术做法在距离上可以判断出雷达与物体的最短距离以及瞬时速度最大值组，但是处理过程过于繁琐，对内存要求大，当数据量巨大的情况下，在比较矩阵中数据比较次数可能十分巨大，影响雷达整体性能。

发明内容

本申请的目的是提供一种基于毫米波雷达的距离测量方法、一种基于毫米波雷达的距离测量系统、一种计算机可读存储介质和一种毫米波雷达，解决现有的毫米波雷达测距时性能低的问题。

为解决上述技术问题，本申请提供一种基于毫米波雷达的距离测量方法，具体技术方案如下：

获取毫米波雷达的雷达信号数据；

根据所述雷达信号数据得到检测矩阵，并设置距离CFAR阈值和速度CFAR阈值；所述检测矩阵的行代表距离，列代表速度；

根据所述距离CFAR阈值对所述检测矩阵进行分组；

在每个分组中，根据所述速度CFAR阈值对每一列数据进行比较，得到最大值组；

输出所述最大值组，并根据所述最大值组得到所述毫米波雷达与物体的最小距离。

其中，获取毫米波雷达的雷达信号数据包括：

获取毫米波雷达的发射信号数据和接收信号数据。

其中，根据所述雷达信号数据得到检测矩阵包括：

对所述发射信号数据和所述接收信号数据进行混频处理，得到混频信号；

对所述混频信号进行一维傅里叶变换和多普勒傅里叶变换，得到距离数据值和速度数据值；

根据所述距离数据值和所述速度数据值得到所述检测矩阵。

其中，根据所述距离CFAR阈值对所述检测矩阵进行分组包括：

S1：将含有大于所述距离CFAR阈值的数据的行记为第一目标行；

S2：将所有数据均小于所述距离CFAR阈值的行记为第二目标行；

S3：将所述第一目标行及所述第一目标行和所述第二目标行之间的所有行分为一组；

重复S1-S3直至所述检测矩阵所有行检测完毕。

其中，还包括：

对每组中的每列数据利用速度CFAR阈值进行比较；

若存在速度数据大于所述速度CFAR阈值，则将所述速度数据与所述最大值同时输出；

若不存在速度数据大于所述速度CFAR阈值，则仅输出所述最大值。

本申请还提供一种基于毫米波雷达的距离测量系统，包括：

距离测量其中，所述获取模块具体为用于获取毫米波雷达的发射信号数据和接收信号数据的模块。

其中，所述矩阵计算模块包括：

信号处理单元，用于对所述发射信号数据和所述接收信号数据进行混频处理，得到混频信号；

信号变换单元，用于对所述混频信号进行一维傅里叶变换和多普勒傅里叶变换，得到距离数据值和速度数据值；

矩阵建立单元，用于根据所述距离数据值和所述速度数据值得到所述检测矩阵。

其中，所述分组模块包括：

第一标记单元，用于将含有大于所述距离CFAR阈值的数据的行记为第一目标行；

第二标记单元，用于将所有数据均小于所述距离CFAR阈值的行记为第二目标行；

分组单元，用于将所述第一目标行及所述第一目标行和所述第二目标行之间的所有行分为一组；

循环单元，用于返回所述第一标记单元直至所述检测矩阵所有行检测完毕。

本申请还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的距离测量方法的步骤。

本申请还提供一种毫米波雷达，包括存储器和处理器，所述存储器中存有计算机程序，所述处理器调用所述存储器中的计算机程序时实现如上所述的距离测量方法的步骤。

本申请所提供的一种基于毫米波雷达的距离测量方法，包括：获取所述毫米波雷达的雷达信号数据；根据所述雷达信号数据得到检测矩阵，并设置距离CFAR阈值；其中，所述检测矩阵的行代表距离，列代表速度；根据所述距离CFAR阈值对所述检测矩阵进行分组；在每个分组中，对每一列数据进行比较，得到最大值；输出所述最大值，并根据所述最大值确定所述毫米波雷达与物体的最小距离。

本申请通过优先对距离数据进行判别，排除了当雷达与物体同时静止时，雷达无法探测出物体的情况。同时对雷达与物体之间最短距离的判别速度大幅提高，减少了不必要的工作，提高了毫米波雷达的工作性能。本申请还提供一种基于毫米波雷达的距离测量系统、一种计算机可读存储介质和一种毫米波雷达，具有上述有益效果，此处不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例所提供的一种基于毫米波雷达的距离测量方法的流程图；

图2为本申请实施例所提供的一种基于毫米波雷达的距离测量系统结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

请参考图1，图1为本申请实施例所提供的一种基于毫米波雷达的距离测量方法的流程图，该距离测量方法可以包括：

S101：获取毫米波雷达的雷达信号数据；

本步骤需要获取毫米波雷达的雷达信号数据，主要包括发射信号数据和接收信号数据，将在S102中用于生成检测矩阵。

S102：根据所述雷达信号数据得到检测矩阵，并设置距离CFAR阈值；

本申请实施例在此提供一种根据所述雷达信号数据得到检测矩阵的方法，具体过程如下：

对所述发射信号数据和所述接收信号数据进行混频处理，得到混频信号；对所述混频信号进行一维傅里叶变换和多普勒傅里叶变换，得到距离数据值和速度数据值；根据所述距离数据值和所述速度数据值得到所述检测矩阵。

需要注意的是，检测矩阵的行代表距离，列代表速度。同时，本步骤还需要设置CFAR阈值，CFAR指的是Constant False-Alarm Rat，即恒虚警率。在雷达信号检测中，当外界干扰强度变化时，雷达能自动调整其灵敏度，使雷达的虚警概率保持不变。

S103：根据所述距离CFAR阈值对所述检测矩阵进行分组；

分组的目的是去除无需检测数据，即那些数据均小于距离CFAR阈值的行。在此提供一种优选的分组方法：

S1：将含有大于所述距离CFAR阈值的数据的行记为第一目标行；

S2：将所有数据均小于所述距离CFAR阈值的行记为第二目标行；

S3：将所述第一目标行及所述第一目标行和所述第二目标行之间的所有行分为一组；

重复S1-S3直至所述检测矩阵所有行检测完毕。

举例而言，对检测矩阵中的数据按行进行距离CFAR阈值判别，若在某行检测到存在数据值大于距离CFAR阈值，则记录当前行为行A。继续按行进行距离CFAR阈值判别，直至出现某行所有检测对象的数据值均小于CFAR阈值，记录当前行为行B。此时，行A以及行A和行B中间的所有行为一组。需要注意的是，行B并不包括组内。且容易理解的是，行B也不包括在下一分组内，因为下一分组的第一行同样存在大于距离CFAR阈值的数据，即在分组过程中，行B被舍弃。

S104：在每个分组中，对每一列数据进行比较，得到最大值；

在每个分组中，以列为基准，对每一列数据进行内部比较，即同列数据之间进行比较，得出最大值组。

虽然列数据代表速度，但是本步骤利用的是距离CFAR阈值进行比较，因为同列数据比较意味着该列数据的速度值是相等的，在这种情况下比较距离，因此利用距离CFAR阈值进行比较。随后，将每组中超过距离CFAR阈值并且最大的数据作为输出，该输出即为最小距离。也即是说，先比较出每列数据中的较大值，再将所有的较大值比较得到该分组的最大值。

S105：输出所述最大值，并根据所述最大值确定所述毫米波雷达与物体的最小距离。

对所有数据比较完成后，即可输出最大值组，得到毫米波雷达物体的最小距离。该最小距离可用于帮助规避障碍物等等。在最大值组中确定一个最大值，该数据代表的距离值即为雷达与物体之间的最短距离。若出现2个或以上相等的最大值，则只需任取其一即可。

本申请通过优先对距离数据进行判别，排除了当雷达与物体同时静止时，雷达无法探测出物体的情况。同时对雷达与物体之间最短距离的判别速度大幅提高，减少了不必要的工作，提高了毫米波雷达的工作性能。

进一步的，优选的，S103中对检测矩阵分组完成后，可以将分组完成的数据重新组成新的矩阵，可称之为比较矩阵。

此时，为了明确比较矩阵中的各组，以行数连续性进行判断。首先判断行数是否连续，若行数是连续的，则归为一个组，若行数是断开的，则不归为一个组。

对一个体积较大且有一定形状的物体，由于矩阵中行代表距离，所以进行距离CFAR阈值判别时，若距离数据值大于距离CFAR阈值，可以发现行数是连续的，若物体存在缺口，会导致行数不连续，但假如物体存在缺口只会增加雷达与物体之间的距离，即使判断为两个物体也不影响雷达与物体之间最短距离的判别，因为最短距离不会出现在雷达与物体缺口之间。

基于上述内容，若行数连续，则找出每列数据的最大值组，该数据包含的距离信息即为雷达与物体之间的最短距离；如行数不连续，则判断为两个物体或以上物体再找每列数据的最大值组该数据包含的距离信息即为雷达与物体之间的最短距离，即使实际情况是同一个物体，由于空缺不影响雷达与物体之间的最短距离，空缺只会增加雷达与物体之间的距离，亦能判断出雷达与物体之间的最短距离。在此基础上再进行速度CFAR阈值判别，若速度数据值大于速度CFAR阈值，则将该数据的距离数据值和速度数据值作为最终输出，若速度数据值小于速度CFAR阈值，则仅将距离数据值作为最终输出，即可得出雷达与物体的最短距离信息，物体的速度信息。

本申请实施例考虑了物体形状的多样性，可以准确判断出雷达与物体之间的最短距离，对于形状各异的物体均能测出与雷达之间的最短距离，拓宽了毫米波雷达在测量物体距离方面的应用领域。

进一步的，优选的，作为优选的实施例，在S104后或者与步骤S104同时进行：

对所述分组中的每列数据利用速度CFAR阈值进行比较；若存在速度数据大于所述速度CFAR阈值，则将所述速度数据与所述最大值同时输出；若不存在速度数据大于所述速度CFAR阈值，则仅输出所述最大值。

本实施例旨在分组后进行速度的相关判定，除距离外对于物体的运动速度也是雷达所需要的重要参考数据，速度CFAR阈值可以在步骤S102中与距离CFAR阈值同时设置，在此后，对分组中的每列数据进行速度CFAR阈值判别，若是速度数据大于速度CFAR阈值，则该速度数据可以视为物体的运动速度与最小距离同时输出。

下面对本申请实施例提供的一种基于毫米波雷达的距离测量系统进行介绍，下文描述的距离测量系统与上文描述的一种基于毫米波雷达的距离测量方法可相互对应参照。

参见图2，图2为本申请实施例所提供的一种基于毫米波雷达的距离测量系统结构示意图，本申请还提供一种基于毫米波雷达的距离测量系统，包括：

获取模块100，用于获取毫米波雷达的雷达信号数据；

矩阵计算模块200，用于根据所述雷达信号数据得到检测矩阵，并设置距离CFAR阈值；其中，所述检测矩阵的行代表距离，列代表速度；

分组模块300，用于根据所述距离CFAR阈值对所述检测矩阵进行分组；

比较模块400，用于在每个分组中，对每一列数据进行比较，得到最大值；

输出模块500，用于输出所述最大值，并根据所述最大值确定所述毫米波雷达与物体的最小距离。

基于上述实施例，作为优选的实施例，所述获取模块100具体为用于获取毫米波雷达的发射信号数据和接收信号数据的模块。

基于上述实施例，作为优选的实施例，所述矩阵计算模块200包括：

信号处理单元，用于对所述发射信号数据和所述接收信号数据进行混频处理，得到混频信号；

信号变换单元，用于对所述混频信号进行一维傅里叶变换和多普勒傅里叶变换，得到距离数据值和速度数据值；

矩阵建立单元，用于根据所述距离数据值和所述速度数据值得到所述检测矩阵。

基于上述实施例，作为优选的实施例，所述分组模块300包括：

第一标记单元，用于将含有大于所述距离CFAR阈值的数据的行记为第一目标行；

第二标记单元，用于将所有数据均小于所述距离CFAR阈值的行记为第二目标行；

分组单元，用于将所述第一目标行及所述第一目标行和所述第二目标行之间的所有行分为一组；

循环单元，用于返回所述第一标记单元直至所述检测矩阵所有行检测完毕。

本申请还提供了一种计算机可读存储介质，其上存有计算机程序，该计算机程序被执行时可以实现上述实施例所提供的一种基于毫米波雷达的距离测量方法的步骤。该存储介质可以包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本申请还提供了一种毫米波雷达，可以包括存储器和处理器，所述存储器中存有计算机程序，所述处理器调用所述存储器中的计算机程序时，可以实现上述实施例所提供的一种基于毫米波雷达的距离测量方法的步骤。当然所述终端还可以包括各种网络接口，电源等组件。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例提供的系统而言，由于其与实施例提供的系统相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见系统部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的系统及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、系统、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、系统、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、系统、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种基于毫米波雷达的距离测量方法，其特征在于，包括：

获取所述毫米波雷达的雷达信号数据；

根据所述雷达信号数据得到检测矩阵，并设置距离CFAR阈值；其中，所述检测矩阵的行代表距离，列代表速度；

根据所述距离CFAR阈值对所述检测矩阵进行分组；

在每个分组中，对每一列数据进行比较，得到最大值组；

输出所述最大值组，并根据所述最大值组确定所述毫米波雷达与物体的最小距离。

2.根据权利要求1所述的距离测量方法，其特征在于，获取毫米波雷达的雷达信号数据包括：

获取毫米波雷达的发射信号数据和接收信号数据。

3.根据权利要求2所述的距离测量方法，其特征在于，根据所述雷达信号数据得到检测矩阵包括：

对所述发射信号数据和所述接收信号数据进行混频处理，得到混频信号；

对所述混频信号进行一维傅里叶变换和多普勒傅里叶变换，得到距离数据值和速度数据值；

根据所述距离数据值和所述速度数据值得到所述检测矩阵。

4.根据权利要求1所述的距离测量方法，其特征在于，根据所述距离CFAR阈值对所述检测矩阵进行分组包括：

S1：将含有大于所述距离CFAR阈值的数据的行记为第一目标行；

S2：将所有数据均小于所述距离CFAR阈值的行记为第二目标行；

S3：将所述第一目标行及所述第一目标行和所述第二目标行之间的所有行分为一组；

重复S1-S3直至所述检测矩阵所有行检测完毕。

5.根据权利要求4所述的距离测量方法，其特征在于，还包括：

对所述分组中的每列数据利用速度CFAR阈值进行比较；

若存在速度数据大于所述速度CFAR阈值，则将所述速度数据与所述最大值同时输出；

若不存在速度数据大于所述速度CFAR阈值，则仅输出所述最大值。

6.一种基于毫米波雷达的距离测量系统，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取毫米波雷达的雷达信号数据；

矩阵计算模块，用于根据所述雷达信号数据得到检测矩阵，并设置距离CFAR阈值；其中，所述检测矩阵的行代表距离，列代表速度；

分组模块，用于根据所述距离CFAR阈值对所述检测矩阵进行分组；

比较模块，用于在每个分组中，对每一列数据进行比较，得到最大值；

输出模块，用于输出所述最大值，并根据所述最大值确定所述毫米波雷达与物体的最小距离。

7.根据权利要求6所述的距离测量系统，其特征在于，所述获取模块具体为用于获取毫米波雷达的发射信号数据和接收信号数据的模块。

8.根据权利要求7所述的距离测量系统，其特征在于，所述矩阵计算模块包括：

信号处理单元，用于对所述发射信号数据和所述接收信号数据进行混频处理，得到混频信号；

信号变换单元，用于对所述混频信号进行一维傅里叶变换和多普勒傅里叶变换，得到距离数据值和速度数据值；

矩阵建立单元，用于根据所述距离数据值和所述速度数据值得到所述检测矩阵。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-5任一项所述的距离测量方法的步骤。

10.一种毫米波雷达，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器中存有计算机程序，所述处理器调用所述存储器中的计算机程序时实现如权利要求1-5任一项所述的距离测量方法的步骤。