CN110146899A - 一种路端雷达障碍物感知系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种路端雷达障碍物感知系统，包括安装在城市高速公路或快速公路、普通道路的水泥护栏或者金属波形梁护栏表面的路端雷达系统，所述的路端雷达系统包括可旋转平面、导轨和安装面，可旋转平面上为路端雷达系统的天线或激光雷达激光发射、接收单元；路端雷达系统通过安装面与水泥护栏或者金属波形梁护栏直接接触并通过螺栓固定连接，可旋转平面通过导轨或支持平面转动。本发明结构设计合理，探测性能好，通过对雷达探测能力的测试和标定，可以通过多路端雷达覆盖关键路面，提高探测精度和覆盖面。
Description
技术领域
本发明涉及的是智能道路交通管理设备，无人驾驶感知，传感器设计等领域，具体涉及一种路端雷达障碍物感知系统。
背景技术
随着我国私家车普及度的提升，主要城市，尤其是大中型城市的公共道路出行效率低下问题引发了一系列不良后果，包括影响城市居民生活质量，大量拥堵道路导致车辆油耗激增，空气污染加剧，道路交通事故尤其是追尾，剐蹭等发生概率提高。既威胁了人民生命财产，又浪费了大量公共资源，影响城市运行速度，进而影响城市经济发展。
因此面向未来自动驾驶的智能交通管理设备成为极具前景的解决方案，目前已有相关预研设备面世，一般是基于摄像头，雷达，激光雷达等，用于监控路面车辆，包括车辆速度，位置，道路流量等。
但是由于当前传感器设计大多基于车端，并未考虑路端使用上的特殊性，因此探测性能下降严重，只能通过昂贵激光雷达或增加传感器布设密度来达到探测预期效果，使得实现成本大幅提高，影响普及速率，因此专门用于路端的传感器感知设备呼之欲出。
综上所述，本发明研发了一种路端雷达障碍物感知系统。
发明内容
针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种路端雷达障碍物感知系统，结构设计合理，探测性能好，通过对雷达探测能力的测试和标定，可以通过多路端雷达覆盖关键路面，提高探测精度和覆盖面。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种路端雷达障碍物感知系统，包括安装在城市高速公路或快速公路、普通道路的水泥护栏或者金属波形梁护栏表面的路端雷达系统，所述的路端雷达系统包括可旋转平面、导轨和安装面，可旋转平面上为路端雷达系统的天线或激光雷达激光发射、接收单元；路端雷达系统通过安装面与水泥护栏或者金属波形梁护栏直接接触并通过螺栓固定连接，可旋转平面通过导轨或支持平面转动。
作为优选，所述的可旋转平面外形为三角柱或者扇形柱。
作为优选，所述的路端雷达系统安装高度不低于一般家用轿车底盘高度，即140mm以上，，同时为保证雷达照射覆盖面和道路整体美观、安全，一般不高于水泥护栏或者波形梁最高高度，即在高速公路高度不高于700mm，城市快速通道不高于500mm。
作为优选，所述的路端雷达系统的电磁波束或激光雷达照射范围为以可旋转平面为原点，水平方向上电磁波波瓣或激光光路与路面近似平行，同时该路端雷达天线视线与护栏成一定角度斜向发射、接收电磁波或者激光；该角度由路端雷达主波束波瓣宽度、第一旁瓣宽度、极限探测距离决定。这种方式可以尽可能获得最大的照射面积和探测距离，同时提升了信噪比，改善了探测质量。
作为优选，所述的路端雷达系统的毫米波雷达发射天线能量覆盖范围为非对称方式。
作为优选，所述的路端雷达系统安装与测量方式可通过使旋转平面旋转的方式调整激光发射光路，以达到覆盖道路平面的目的。
作为优选，所述的路端雷达系统可以利用电磁波在金属波形梁护栏或者水泥护栏的反射效应，提高探测和感知的距离，并计算拟合障碍物轮廓；在回波信号处理中该路端雷达可利用已知道路模型的条件，对信号进行合理滤波。
作为优选，所述的路端雷达系统也可接收未经反射的电磁或激光回波信号，并计算障碍物状态以及轮廓信息。在回波信号处理中该路端雷达可利用已知道路模型的条件，对信号进行合理滤波。
本发明的有益效果：本发明的结构设计合理，使用方便可靠，能够多感知系统布局方式，通过对雷达探测能力的测试和标定，可以通过多路端雷达覆盖关键路面，提高探测精度和覆盖面。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；
图1为本发明的安装方式示意图；
图2为本发明的结构示意图；
图3为本发明的毫米波波束覆盖范围图；
图4为传统方案的对比图；
图5为本发明的利用栏杆形成的镜面发射探测障碍物示意图；
图6为本发明的多路端感知系统对关键场景的全面覆盖实现方法示意图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
参照图1-6，本具体实施方式采用以下技术方案：一种路端雷达障碍物感知系统，包括安装在城市高速公路或快速公路、普通道路的水泥护栏或者金属波形梁护栏3表面的路端雷达系统4，所述的路端雷达系统4包括可旋转平面41、导轨42和安装面43，可旋转平面41上为路端雷达系统4的天线或激光雷达激光发射、接收单元；路端雷达系统4通过安装面43与水泥护栏或者金属波形梁护栏3直接接触并通过螺栓固定连接，可旋转平面41通过导轨42或支持平面转动。
如图1所示，路端雷达系统4不同于传统雷达探测设备标注1安装于道路垂直方向上金属梁标注2上，而是安装在于车辆高度基本持平的护栏或者波形梁标注3上。
如图2所示，该路端雷达系统外形由以下三部分组成，可旋转平面41，该平台可以绕轴转动以调整电磁波或激光发射角度；为保证可旋转平面41转动设计的导轨42或支持平面，所以整个路端雷达可以设计为扇形柱或者三角柱形；安装面43，该面与波形护栏或者栏杆直接接触，通过螺栓进行捷联。
如图3所示，左侧为传统道路探测雷达电磁波覆盖范围示意图。在探测范围上，传
统雷达探测面可近似为矩形，该矩形面积计算方式为，其中为雷达波束
与水平面夹角， 和为雷达天线俯仰向和方位波束宽度，L雷达天线与照射区域距离，c
为电磁波传播速度，τ为雷达脉冲宽度。由该公式可知，由于现阶段(5°) 数量级很低，所
以传统雷达照射面积被大大缩小。
在探测性能上，由于安装于垂直方向上，与水平方向的道路存在一定入射夹角，导致大部分电磁波能量被发射到空气中，同时，这种安装方式也会使电磁波与被探测物体存在一定夹角，影响物体的电磁波反射能力，导致雷达收到的电磁信号强度变弱，信噪比下降。
如图4所示，对于本发明提出的专用路端雷达系统，由于安装方式和电磁波传播方
式的优势，可以避免由于雷达天线方位角度较小导致照射面积缩小的问题，理论上该系统
照射面积，其中目前可以达到100-140°。
如图5所示，本发明提出的专用路端雷达系统可利用水泥或者金属栏杆对电磁波优异的反射能力提高探测距离，使得探测距离扩大到雷达最远探测距离的
，
其中为路端雷达相对安装面转动角度，L为雷达最远探测距离。图5中所示，由于多路
径反射导致目标区域发生偏移，本发明同时提出一种基于道路模型修正多路径反射的方
法，即在已知道路宽度D情况下，当探测到某目标的方位已经超出该道路，则可判断为发生
了多路径发射，此时需要根据电磁发射强度和距离信息进行物体位置以道路边缘进行镜面
反射，进而得出目标在道路上的实际位置。
进一步地，如图6所示，展示了该路端雷达系统对关键区域的覆盖方式。可以得出两个路端雷达即可实现对十字路口的状态监控。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种路端雷达障碍物感知系统，其特征在于，包括安装在城市高速公路或快速公路、普通道路的水泥护栏或者金属波形梁护栏(3)表面的路端雷达系统(4)，所述的路端雷达系统(4)包括可旋转平面(41)、导轨(42)和安装面(43)，可旋转平面(41)上为路端雷达系统(4)的天线或激光雷达激光发射、接收单元；路端雷达系统(4)通过安装面(43)与水泥护栏或者金属波形梁护栏(3)直接接触并通过螺栓固定连接，可旋转平面(41)通过导轨(42)或支持平面转动。
2.根据权利要求1所述的一种路端雷达障碍物感知系统，其特征在于，所述的可旋转平面(41)外形为三角柱或者扇形柱。
3.根据权利要求1所述的一种路端雷达障碍物感知系统，其特征在于，所述的路端雷达系统(4)安装高度不低于140mm，不高于水泥护栏或者波形梁最高高度。
4.根据权利要求1所述的一种路端雷达障碍物感知系统，其特征在于，所述的路端雷达系统(4)的电磁波束或激光雷达照射范围为以可旋转平面(41)为原点，水平方向上电磁波波瓣或激光光路与路面近似平行，同时路端雷达天线视线与护栏成一定角度斜向发射、接收电磁波或者激光；该角度由路端雷达主波束波瓣宽度、第一旁瓣宽度、极限探测距离决定。
5.根据权利要求1所述的一种路端雷达障碍物感知系统，其特征在于，所述的路端雷达系统(4)的毫米波雷达发射天线能量覆盖范围为非对称方式。
6.根据权利要求1所述的一种路端雷达障碍物感知系统，其特征在于，所述的路端雷达系统(4)安装与测量方式可通过使旋转平面旋转的方式调整激光发射光路，以达到覆盖道路平面的目的。
7.根据权利要求1所述的一种路端雷达障碍物感知系统，其特征在于，所述的路端雷达系统(4)利用电磁波在金属波形梁护栏或者水泥护栏的反射效应，提高探测和感知的距离，并计算拟合障碍物轮廓；在回波信号处理中该路端雷达可利用已知道路模型的条件，对信号进行合理滤波。
8.根据权利要求1所述的一种路端雷达障碍物感知系统，其特征在于，所述的路端雷达系统(4)接收未经反射的电磁或激光回波信号，并计算障碍物状态以及轮廓信息。在回波信号处理中该路端雷达可利用已知道路模型的条件，对信号进行合理滤波。
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