CN110320502A

CN110320502A - 一种毫米波雷达阵列天线的标定方法

Info

Publication number: CN110320502A
Application number: CN201910443289.7A
Authority: CN
Inventors: 朱海洋; 季丹; 倪如金
Original assignee: Huizhou Desay SV Automotive Co Ltd
Current assignee: Huizhou Desay SV Automotive Co Ltd
Priority date: 2019-05-27
Filing date: 2019-05-27
Publication date: 2019-10-11
Anticipated expiration: 2039-05-27
Also published as: CN110320502B

Abstract

本发明涉及一种毫米波雷达阵列天线的标定方法，包括确定雷达的检测角度范围，找出起始角度和终止角度；使雷达从起始角度匀速转动至终止角度，并持续采集响应数据；检测响应数据的有效起点和有效终点，并根据有效起点和有效终点截选出有效响应数据；比对有效响应数据与检测角度范围，将检测角度范围划分成与有效响应数据相匹配的若干角度点；计算各角度点的标定数据，并按照角度点的顺序制成表格。该方法可以在雷达连续转动过程中利用其自身CPI时间间隔自动对角度覆盖范围进行分割，实现了标定过程在时间上的连续进行，避免了标定过程的离散操作，极大的节省了标定时间，利于提升雷达产量。

Description

一种毫米波雷达阵列天线的标定方法

技术领域

本发明涉及雷达测试技术领域，特别涉及一种毫米波雷达阵列天线的标定方法。

背景技术

雷达是一种通过发射电磁波和接收回波，对目标进行探测和测试目标信息的设备，即用无线电方法发现目标并测定它们在空间的位置。现代雷达的任务不仅是测量目标的距离、方位和仰角，还包括测量目标速度。其中，毫米波雷达作为车载主动安全系统的主要传感器，监测区域可覆盖以车辆为中心半径达200米的范围，具有穿透烟雾，雨雾和草丛等障碍物的能力，且不依赖于外部光线条件，通过提供车辆周围物体的距离、速度和角度等信息，提高车辆的驾驶安全性。

毫米波雷达的精确测角能力来源于其阵列天线对空间不同角度响应的精确已知性。然而受限于加工精度，每部雷达的阵列天线都会存在误差，包括天线的位置误差、通道幅相特性不均衡等，且每部雷达的误差可能与其他雷达的误差都不相同。因此，需要对雷达的阵列天线误差进行标定。由于误差建模的复杂性和不准确性，一般采用测量查表法，即把雷达阵列天线对空间所有角度的响应都测量出来，制成表格，供雷达工作时查找。

为了测量雷达阵列天线对空间所有角度的响应，现有技术一般先将雷达角度覆盖范围划分成若干离散角度点，然后在每个离散角度点上摆放角反射体，收集各离散角度点对角反射体的响应，并制成表格。由于在该标定过程中，测量精准度与离散角度点的步进距离有直接关系，为了保证测量的精准度和有效性，人们一般会将离散角度点的步进距离控制在较小范围内。而步进距离的减小会直接导致需测量的离散角度点增多，这就使得完成一次雷达阵列天线的标定需要消耗很长时间，耗时过长已成为了目前雷达产量提升需要克服的主要困难。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，提供了一种毫米波雷达阵列天线的标定方法，基于角反射体和雷达，所述雷达能够以其自身中心轴线发生转动，该方法包括：

确定雷达的检测角度范围，找出起始角度和终止角度；

使雷达从起始角度匀速转动至终止角度，并持续采集响应数据；

检测响应数据的有效起点和有效终点，并根据有效起点和有效终点截选出有效响应数据；

比对有效响应数据与检测角度范围，将检测角度范围划分成与有效响应数据相匹配的若干角度点；

计算各角度点的标定数据，并按照角度点的顺序制成表格。

进一步的，持续采集响应数据包括如下步骤：

当雷达位于起始角度时，保持雷达位置不变，在T1时间段内持续采集响应数据；

当雷达从起始角度匀速转动至终止角度，持续采集转动过程的响应数据；

当雷达到达终止角度时，保持雷达位置不变，在T2时间段内持续采集响应数据。

进一步的，所述T1= T2，所述T1和T2的取值范围为4s-6s。

进一步的，检测响应数据的有效起点和有效终点包括如下步骤：

对响应数据进行解模糊预处理；

对经过预处理的响应数据进行差分卷积处理；

对经过差分卷积处理的响应数据进行门限检测，确定有效起点和有效终点。

进一步的，所述解模糊处理包括解自身模糊处理和解空间相位模糊处理。

进一步的，所述对经过差分卷积处理的响应数据进行门限检测，确定有效起点和有效终点之后，还包括：

检验有效起点和有效终点是否存在异常，若存在异常，则输出报错结果。

进一步的，将检测角度范围划分成与有效响应数据相匹配的若干角度点包括：

计算有效响应数据的长度点数；

根据长度点数将检测角度范围划分成与有效响应数据相匹配的若干角度点。

进一步的，所述角度点通过改变雷达转动速度、雷达探测时间间隔进行调节。

一种毫米波雷达阵列天线的标定装置，基于上述一种毫米波雷达阵列天线的标定方法，该标定装置包括微波暗箱以及设置在微波暗箱内的角反射体和雷达，所述雷达配设有处理单元，所述处理单元与雷达通信连接，所述处理单元用于接收雷达发送的数据和外部输入的参数，并对参数和数据进行解析、计算及存储；所述微波暗箱内设有电动转台，所述雷达安装于电动转台上，所述电动转台能够带动雷达匀速转动，所述角反射体设置在雷达的检测角度范围内，且所述角反射体与微波暗箱固定连接。

进一步的，所述雷达设置在电动转台的中心位置，所述雷达通过夹具与电动转台固定连接。

本发明所起到的有益技术效果如下：

与现有技术相比较，本发明公开了一种毫米波雷达阵列天线的标定方法以及用于实现该标定方法的标定装置，利用该标定装置对毫米波雷达阵列天线进行标定，可以在雷达连续转动过程中利用其自身CPI时间间隔自动对角度覆盖范围进行分割，实现了标定过程在时间上的连续进行，避免了标定过程的离散操作，极大的节省了标定时间，利于提升雷达产量。此外，本发明公开的雷达标定方法通过门限检测确定有效起点和有效终点，并利用雷达连续转动和雷达固定CPI时间间隔计算每个响应数据对应的角度点，提高了标定精确度，简化了标定过程，便于维护。

附图说明

图1为实施例1中毫米波雷达阵列天线的标定装置示意图。

图2为实施例2中毫米波雷达阵列天线的标定方法的实现流程图。

附图标记：

1-微波暗箱，2-角反射体，3-雷达， 4-电动转台。

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的；相同或相似的标号对应相同或相似的部件；附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征更易被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围作出更为清楚的界定。

实施例1：

如图1所示，本实施例提供了一种毫米波雷达阵列天线的标定装置，包括微波暗箱1以及设置在微波暗箱1内的角反射体2和雷达3。雷达3配设有处理单元，所述处理单元与雷达3通信连接，处理单元能够接收雷达3发送的数据以及外部输入的参数，并对参数和数据进行解析、计算及存储等。处理单元可以集成在雷达3内部也可以独立设置在雷达3外部，在此不做局限，只要处理单元能够根据雷达3采集到的响应数据以及外部参数，通过一系列运算获取到目标结果即可。

所述微波暗箱1内安装有精度高、步进稳定的电动转台4，电动转台4配设有相应的控制系统，控制系统能够使电动转台4按照预设好的参数匀速转动。控制系统通过调节预设参数实现对电动转台4转速的控制。控制系统参见现有技术中的类似产品。所述雷达3安装于电动转台4上，且电动转台4能够带动雷达3匀速转动。在本实施例中，电动转台4为圆形结构，电动转台4上设有夹具，雷达3通过夹具与电动转台4固定连接，雷达3设置在电动转台4的中心位置，雷达3和电动转台4的对称轴线重合。当然，雷达3也可以与电动转台4采用卡接、粘结、螺接等其他连接方式，只要能够实现雷达3与电动转台4的位置固定即可。所述角反射体2设置在雷达3的检测角度范围内，且所述角反射体2与微波暗箱1固定连接，连接方式可采用螺接、焊接、粘结、卡接等。为了提高场地利用空间，通常将角反射体2设置在与雷达3检测角度范围的中间检测角度相对应位置。角反射体2与电动转台4或雷达3之间的初始位置调节使用简易激光线束加反射镜片的方法实现。

由于本实施例中对毫米波雷达阵列天线的标定过程完全是在微波暗箱1中进行，而微波暗箱1的短波长使角反射体2和雷达3之间不需要太远距离就能满足远场条件，因此大大缩短了标定装置的尺寸，节约了占地面积和成本，具有适用性强、标定精度高、场地易于维护等优点。

实施例2

如图2所示，本实施例提供了一种毫米波雷达阵列天线的标定方法，基于实施例1中的毫米波雷达阵列天线的标定装置，该标定方法包括：

101、确定雷达3的检测角度范围，找出起始角度和终止角度。

在具体的标定过程中，处理单元会提前获取角反射体参数和标定参数，所述角反射体参数包括角反射体与雷达之间的距离、角反射体的移动速度、角反射体反射电磁波的能力（RCS）。所述标定参数包括雷达探测时间间隔（CPI）、步进间隔、雷达转动速度以及雷达检测角度范围。雷达检测角度范围属于雷达3自身的固有参数，不同雷达3的检测角度范围也会有所差异。目前车载毫米波雷达3的检测角度范围一般分布在-45°~ +45°之间。所述检测角度范围的起点即为起始角度，检测角度范围的终点即为终止角度。

102、使雷达3从起始角度匀速转动至终止角度，并持续采集响应数据。

作为本实施例的一个示例，在响应数据的具体采集过程中，先使雷达3位于起始角度，保持雷达3位置固定不变，在T₁时间段内持续采集响应数据。然后启动电动转台4，通过电动转台4带动雷达3匀速转动，进而使雷达检测角度范围与角反射体2之间发生相对转动，即使角反射体2从起始角度开始，依次经过检测角度范围内的各角度，最终到达与终止角度相对应的位置，在雷达3从起始角度匀速转动至终止角度的过程中，持续采集响应数据。当雷达3到达终止角度，也就是终止角度处于与角反射体2相对应的位置时，固定雷达3位置不变，并在T₂时间段内持续采集响应数据。其中，时间段T₁等于T₂，一般T₁和T₂的取值范围为4s-6s，优选5s。在起始角度和终止角度位置固定采集一段响应数据，即可使响应数据呈现出线性加拐点的特性，为后续处理提供参考点。整个采集过程是连续进行的，中间无需间断，大大减少了响应数据的采集时间，降低了标定过程的耗时。

103、检测响应数据的有效起点和有效终点，并根据有效起点和有效终点截选出有效响应数据。

由于步骤102采集到的响应数据的相位信息具有2*π模糊性，因此，在检测响应数据的有效起点和有效终点时，需要先对步骤102采集到的响应数据进行预处理。预处理过程主要是为了对响应数据的相位信息进行两次解模糊处理，一次是解自身模糊处理，一次是解空间相位模糊处理。经过预处理的响应数据消除了2*π模糊性，随后对经过预处理的响应数据进行差分卷积处理。本实施例所述的差分卷积处理实际上包括了差分操作和矩形窗卷积处理，差分操作是为了突出由于转台固定和转动造成的数据之间的斜率差异，而矩形窗卷积处理则是利用了匹配滤波原理进一步增强了这种斜率上的差异。其中，矩形窗的长度是根据雷达CPI、转台转速及检测角度范围计算得出的。前向卷积计算响应数据的起始点位置，后向卷积计算响应数据的结束点位置。

对经过差分卷积处理的响应数据进行门限检测，根据经验设定门限值，并检测出所有低于或高于门限的位置。在所有被检测到的位置中，取第一次低于门限的位置作为有效起点，取第一次高于门限的位置作为有效终点。最后，检验确定的有效起点和有效终点是否存在异常，若存在异常，则输出报错结果。一般而言，通过门限检测确定有效起点和有效终点具有一定的稳健性，一旦有效起点和有效终点出现明显异常，如有效起点的位置大于有效终点的位置或存在多个幅度接近的峰值等，即视为门限检测出现错误，应该在输出结果中进行报错。一旦输出结果中出现报错，应该及时检查操作过程中是否存在违规操作、仪器仪表是否工作正常、软件是否存在bug等。

104、比对有效响应数据与检测角度范围，将检测角度范围划分成与有效响应数据相匹配的若干角度点。

在将检测角度范围划分成若干角度点之前，需要先计算有效响应数据的长度点数，一个点意味着雷达3对角反射体2完成了一次响应数据的采集，点数代表了雷达3对角反射体2采集的次数，也就是雷达3的检测角度范围需划分的角度点的个数。确定了需要划分的角度点的个数之后，将有效响应数据与检测角度范围进行对比，从起始角度开始，将检测角度范围依次划分成大小相等的多个角度点，角度点的个数与点数相对应，进而获得与有效响应数据相匹配的若干角度点。在实际操作过程中，一般将各角度点的步进控制为0.3°~1.5°之间，进而实现测试速度与测试精度之间的平衡。

各角度点的大小可以通过控制雷达转动速度、雷达探测时间间隔（CPI）进行调节。雷达的探测时间间隔（CPI）是指雷达3进行两次探测之间的时间间隔。实际上，在雷达3连续转动的过程中，雷达3的探测时间间隔（CPI）会自动对检测角度范围进行空间角度的分割。每经过一个探测时间间隔（CPI），雷达便会完成一次响应数据的采集，同时也会对检测角度范围进行一个角度点的分割，因此才使得角度点的个数与有效响应数据的长度点数相同。

由于标定后的角度测量精度只取决于标定的步进间隔，而不是具体的固定角度，所以进行标定时不需要预先进行空间角度的分割，只需要确定好标定的角度起止范围，然后使电动转台从起始角度以固定转速转动至终止角度，实现标定过程的操作连续性，避免了离散的操作，利于提高工作效率。

105、计算各角度点的标定数据，并按照角度点的顺序制成表格。

根据角反射体的参数、有效响应数据中每个点对应的数据和对应的角度点计算出当前角度点下的标定数据，并按照角度点的顺序将标定数据进行保存，形成表格。

本实施例公开的毫米波雷达阵列天线的标定方法无需雷达3与测试设备之间形成控制闭环，标定过程连续进行，大大降低了标定所需时间，适用于流水产线，利于简化标定过程的复杂性，提高可维护性，降低生产成本。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种毫米波雷达阵列天线的标定方法，其特征在于，基于角反射体和雷达，所述雷达能够以其自身中心轴线发生转动，该方法包括：

确定雷达的检测角度范围，找出起始角度和终止角度；

计算各角度点的标定数据，并按照角度点的顺序制成表格。

2.如权利要求1所述一种毫米波雷达阵列天线的标定方法，其特征在于，持续采集响应数据包括如下步骤：

当雷达位于起始角度时，保持雷达位置不变，在T₁时间段内持续采集响应数据；

当雷达到达终止角度时，保持雷达位置不变，在T₂时间段内持续采集响应数据。

3.如权利要求2所述一种毫米波雷达阵列天线的标定方法，其特征在于，所述T₁= T₂，所述T₁和T₂的取值范围为4s-6s。

4.如权利要求2所述一种毫米波雷达阵列天线的标定方法，其特征在于，检测响应数据的有效起点和有效终点包括如下步骤：

对响应数据进行解模糊预处理；

对经过预处理的响应数据进行差分卷积处理；

5.如权利要求4所述一种毫米波雷达阵列天线的标定方法，其特征在于，所述解模糊处理包括解自身模糊处理和解空间相位模糊处理。

6.如权利要求4所述一种毫米波雷达阵列天线的标定方法，其特征在于，所述对经过差分卷积处理的响应数据进行门限检测，确定有效起点和有效终点之后，还包括：

7.如权利要求1所述一种毫米波雷达阵列天线的标定方法，其特征在于，将检测角度范围划分成与有效响应数据相匹配的若干角度点包括：

计算有效响应数据的长度点数；

8.如权利要求7所述一种毫米波雷达阵列天线的标定方法，其特征在于，所述角度点通过改变雷达转动速度、雷达探测时间间隔进行调节。

9.一种毫米波雷达阵列天线的标定装置，基于权利要求1-8任一项所述的毫米波雷达阵列天线的标定方法，其特征在于，包括微波暗箱以及设置在微波暗箱内的角反射体和雷达，所述雷达配设有处理单元，所述处理单元与雷达通信连接，所述处理单元用于接收雷达发送的数据和外部输入的参数，并对参数和数据进行解析、计算及存储；所述微波暗箱内设有电动转台，所述雷达安装于电动转台上，所述电动转台能够带动雷达匀速转动，所述角反射体设置在雷达的检测角度范围内，且所述角反射体与微波暗箱固定连接。

10.如权利要求9所述一种毫米波雷达阵列天线的标定装置，其特征在于，所述雷达设置在电动转台的中心位置，所述雷达通过夹具与电动转台固定连接。