CN110542899A - 雷达测量数据处理方法、装置、雷达系统和可读存储介质 - Google Patents

雷达测量数据处理方法、装置、雷达系统和可读存储介质 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种雷达测量数据处理方法、装置、雷达系统和可读存储介质。该方法包括：获取运动目标在二维雷达下的雷达测量数据；二维雷达的雷达坐标系以二维雷达的探测方向为轴已旋转预设的旋转角度；旋转后的雷达坐标系的Y轴与探测方向平行，X轴与Y轴垂直且与平行于地面的方向存在夹角，夹角与旋转角度相等；根据运动目标的雷达测量数据和预设的坐标转换关系，确定运动目标在旋转后的雷达坐标系中的坐标；运动目标在旋转后的雷达坐标系中的坐标包括X坐标，X坐标包括运动目标在垂直于地面方向上的位置分量；坐标转换关系为雷达测量数据和雷达坐标系的坐标之间的转换关系。采用本方法能够对沿着垂直地面方向运动的运动目标进行有效监测。

Description

雷达测量数据处理方法、装置、雷达系统和可读存储介质
技术领域
本申请涉及雷达技术领域，特别是涉及一种雷达测量数据处理方法、装置、雷达系统和可读存储介质。
背景技术
在周界入侵的应用场景中，经常会用到雷达作为监测区域的周界所在的电子围栏；因为雷达可以对运动目标进行监测，可以确定运动目标在雷达坐标系中的坐标，因此在监测到运动目标越过预设的报警线时，可以进行报警。
具体地，采用三维雷达可以确定运动目标在雷达坐标系中的三维坐标，可以对运动目标进行全方位的监测。其中，雷达坐标系的Z轴垂直于地面，Y轴平行于探测方向，X轴与Y轴垂直且平行于地面。由于三维雷达较为昂贵，所以一般可以采用二维雷达。
然而，对于二维雷达而言，只能获得运动目标与雷达之间的距离以及运动目标在XY二维平面(平行于地面)上相对于雷达的探测方向的角度，进而只能获得运动目标在XY二维平面上的二维坐标；这意味着当运动目标沿着垂直地面方向运动时，采用二维雷达无法对运动目标进行有效监测。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够对沿着垂直地面方向运动的运动目标进行有效监测的雷达测量数据处理方法、装置、雷达系统和可读存储介质。
第一方面，一种雷达测量数据处理方法，所述方法包括：
获取运动目标在二维雷达下的雷达测量数据；所述二维雷达的雷达坐标系以所述二维雷达的探测方向为轴已旋转预设的旋转角度；所述旋转后的雷达坐标系的Y轴与所述探测方向平行，X轴与所述Y轴垂直且与平行于地面的方向存在夹角，所述夹角与所述旋转角度相等；
根据所述运动目标的雷达测量数据和预设的坐标转换关系，确定所述运动目标在所述旋转后的雷达坐标系中的坐标；所述运动目标在所述旋转后的雷达坐标系中的坐标包括X坐标，所述X坐标包括所述运动目标在垂直于地面方向上的位置分量；所述坐标转换关系为雷达测量数据和雷达坐标系的坐标之间的转换关系。
在其中一个实施例中，所述二维雷达用于对监测区域进行探测，所述二维雷达的探测方向与所述监测区域的周界延伸方向平行，所述方法还包括：
根据所述二维雷达的安装高度和所述旋转角度，以及所述运动目标在所述旋转后的雷达坐标系中的X坐标，对所述运动目标进行入侵防御监测。
在其中一个实施例中，根据所述二维雷达的安装高度和所述旋转角度，以及所述运动目标在所述旋转后的雷达坐标系中的X坐标，对所述运动目标进行入侵防御监测，包括：
获取在所述监测区域的周界上设置的报警线的高度；
根据所述报警线的高度、所述运动目标在所述旋转后的雷达坐标系中的X坐标，以及所述二维雷达的安装高度、所述旋转角度，判断所述运动目标是否越过所述报警线，并在确定所述运动目标越过所述报警线时进行报警操作。
在其中一个实施例中，根据所述报警线的高度、所述运动目标在所述旋转后的雷达坐标系中的X坐标，以及所述二维雷达的安装高度、所述旋转角度，判断所述运动目标是否越过所述报警线，包括：
根据所述二维雷达的安装高度、所述旋转角度，以及所述报警线的高度，计算所述报警线在所述旋转后的雷达坐标系的X轴上的投影坐标；
若所述运动目标在所述旋转后的雷达坐标系中的X坐标大于所述报警线在所述旋转后的雷达坐标系的X轴上的投影坐标，则确定所述运动目标越过所述报警线。
在其中一个实施例中，根据所述报警线的高度、所述运动目标在所述旋转后的雷达坐标系中的X坐标，以及所述二维雷达的安装高度、所述旋转角度，判断所述运动目标是否越过所述报警线，包括：
根据所述二维雷达的安装高度、所述旋转角度，以及所述运动目标在所述旋转后的雷达坐标系中的X坐标，计算所述运动目标在垂直于地面方向上的高度；
若所述运动目标在垂直于地面方向上的高度大于所述报警线的高度，则确定所述运动目标越过所述报警线。
在其中一个实施例中，所述运动目标在所述旋转后的雷达坐标系中的坐标还包括Y坐标，根据所述二维雷达的安装高度和所述旋转角度，以及所述运动目标在所述旋转后的雷达坐标系中的X坐标，对所述运动目标进行入侵防御监测，包括：
根据所述运动目标在所述旋转后的雷达坐标系中的X坐标和Y坐标，以及预设的旋转后的雷达坐标系和世界坐标系之间的转换关系，确定所述运动目标在世界坐标系中的三维坐标；所述旋转后的雷达坐标系和世界坐标系之间的转换关系，与所述二维雷达的安装高度和所述旋转角度相关；
根据所述运动目标在世界坐标系中的三维坐标，对所述运动目标进行跟踪。
在其中一个实施例中，所述世界坐标系建立在所述二维雷达上，所述世界坐标系的Y轴与所述旋转后的雷达坐标系的Y轴方向相同，X轴与所述监测区域的周界垂直向内方向平行，Z轴为垂直于地面向上方向；所述根据所述运动目标在所述旋转后的雷达坐标系中的X坐标和Y坐标，以及预设的旋转后的雷达坐标系和世界坐标系之间的转换关系，确定所述运动目标在世界坐标系中的三维坐标，包括：
根据所述二维雷达的安装高度和所述旋转角度，计算所述监测区域的周界在所述旋转后的雷达坐标系的X轴上的投影坐标；
当所述运动目标在所述旋转后的雷达坐标系中的X坐标小于所述监测区域的周界在所述旋转后的雷达坐标系的X轴上的投影坐标时，根据预设的旋转后的雷达坐标系和世界坐标系之间的第一转换关系，确定所述运动目标在世界坐标系中的三维坐标；所述第一转换关系对应所述运动目标在监测区域内沿平行于地面方向上的移动；
当所述运动目标在所述旋转后的雷达坐标系中的X坐标大于或等于所述监测区域的周界在所述旋转后的雷达坐标系的X轴上的投影坐标时，根据预设的旋转后的雷达坐标系和世界坐标系之间的第二转换关系，确定所述运动目标在世界坐标系中的三维坐标；所述第二转换关系对应所述运动目标在监测区域内沿垂直于地面方向上的移动。
在其中一个实施例中，在安装时，所述二维雷达的整机以所述探测方向为轴旋转所述旋转角度，或者所述二维雷达内部的检测单板/天线组件以所述探测方向为轴旋转所述旋转角度。
第二方面，一种雷达测量数据处理装置，包括：
测量数据获取模块，用于获取运动目标在二维雷达下的雷达测量数据；所述二维雷达的雷达坐标系以所述二维雷达的探测方向为轴已旋转预设的旋转角度；所述旋转后的雷达坐标系的Y轴与所述探测方向平行，X轴与所述Y轴垂直且与平行于地面的方向存在夹角，所述夹角与所述旋转角度相等；
坐标确定模块，用于根据所述运动目标的雷达测量数据和预设的坐标转换关系，确定所述运动目标在所述旋转后的雷达坐标系中的坐标；所述运动目标在所述旋转后的雷达坐标系中的坐标包括X坐标，所述X坐标包括所述运动目标在垂直于地面方向上的位置分量；所述坐标转换关系为雷达测量数据和雷达坐标系的坐标之间的转换关系。
第三方面，一种雷达系统，包括二维雷达和计算机设备，所述二维雷达的雷达坐标系以所述二维雷达的探测方向为轴已旋转预设的旋转角度；所述计算机设备与所述二维雷达连接，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第一方面任一项所述方法的步骤。
第四方面，一种可读存储介质，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第一方面任一项所述方法的步骤。
上述雷达测量数据处理方法、装置、雷达系统和可读存储介质，二维雷达的雷达坐标系以二维雷达的探测方向为轴旋转预设的旋转角度，旋转后的雷达坐标系的X轴与平行于地面的方向存在夹角，因此通过雷达测量数据和坐标转换关系得到的运动目标在旋转后的雷达坐标系中的X坐标存在垂直于地面方向上的位置分量，当运动目标在垂直于地面方向上存在移动时，可以通过X坐标监测到运动目标在垂直于地面方向上的移动。
附图说明
图1a为一个实施例中雷达测量数据处理方法的应用环境图；
图1b为一个实施例中二维雷达的探测范围的示意图；
图2a为一个实施例中雷达测量数据处理方法的示意图；
图2b为一个实施例中旋转后的雷达坐标系的示意图；
图3a为一种对运动目标进行报警监测的示意图；
图3b为一个实施例中对运动目标进行报警监测的流程示意图；
图3c为一个实施例中对运动目标进行报警监测的示意图；
图3d为一个实施例中对运动目标进行报警监测的示意图；
图4为一个实施例中对运动目标进行跟踪的流程示意图；
图5为一个实施例中计算运动目标在世界坐标系中的三维坐标的流程示意图；
图6为一个实施例中雷达测量数据处理方法的流程示意图；
图7为一个实施例中雷达测量数据处理装置的结构框图；
图8为一个实施例中雷达测量数据处理装置的结构框图；
图9a为一个实施例中雷达系统的结构框图；
图9b为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请提供的雷达测量数据处理方法，可以应用于如图1a所示的应用环境中。其中，至少一个二维雷达可以布置在监测区域的周界上，例如在一个四边形的监测区域的四条边对应的周界上可以分别设置一个二维雷达。可以理解的是，一般地，各雷达内部可以集成有处理器等部件可以实现对雷达的测量数据的处理，也可以在另外布置有计算机设备，该计算机设备可以与至少一个二维雷达通信连接，可以对至少一个雷达采集到的雷达测量数据进行处理，实现对监测区域的监测。这里需要注意的是，二维雷达会探测到由背景反射而形成大量静止目标，本发明主要用于探测运动目标，所以二维雷达会滤除速度为零的静止目标，而只监测速度不为零的运动目标。
如图1b所示，以二维雷达为原点，二维雷达的探测范围是类似于锥形的立体空间；二维雷达的雷达坐标系可以如图中以二维雷达为原点，由相互垂直的X1轴、Y轴所形成的二维坐标系，Y轴与二维雷达的探测方向平行。但是，二维雷达对运动目标探测得到的雷达测量数据中，只能得到一个X1Y轴组成的二维空间坐标。实际中还存在Z1轴(与X1轴和Y轴垂直的方向)，当运动目标在X1YZ1三维空间中实际位置为(x1,y1,z1)时，二维雷达只能检测到运动目标距离二维雷达的距离D，和运动目标在X1Y二维平面相对于二维雷达的夹角β，虽然可以通过转换关系转换成X1Y二维平面的具体坐标(x1,y1)，而并没有Z1轴相关的信息，意味着当目标沿着Z1轴方向运动时，二维雷达探测到的D和β是不会变的，相应的二维坐标(x1,y1)也不会变，即无法检测到运动目标在Z1轴方向的移动。
基于上述二维雷达的探测原理，就导致了一个应用缺陷。例如，周界主要就是防御翻墙入侵，当周界对应围墙时，二维雷达一般安装在围墙上面，雷达坐标系的Y轴与探测方向平行，X1轴与Y轴垂直且平行于地面。但二维雷达由于只能测量到二维角度β和距离D，所以当人站在墙下爬墙时，并没有X1轴和Y轴上太大的移动，相反地，在垂直于地面的方向上存在移动，而二维雷达无法监测到人在垂直于地面方向上的移动。
针对上述缺陷，参照图2a所示，本实施例提出了一种雷达测量数据处理方法，以该方法应用于图1a中的计算机设备为例进行说明，可以包括以下步骤：
S201，获取运动目标在二维雷达下的雷达测量数据；二维雷达的雷达坐标系以二维雷达的探测方向为轴已旋转预设的旋转角度；旋转后的雷达坐标系的Y轴与探测方向平行，X轴与Y轴垂直且与平行于地面的方向存在夹角，夹角与旋转角度相等。
一般地，二维雷达的雷达坐标系的原点在二维雷达上，雷达坐标系的Y轴与探测方向平行，X轴与二维雷达的天线组件中多个平行天线的延伸方向相同，因此二维雷达可以通过类似飞行时间法来测量得到上述运动目标与二维雷达之间的距离D，可以通过多个平行天线来测量得到上述二维角度β。但是二维雷达平放时，X轴和Y轴均平行于地面。
而在本实施例中，可以通过将正常安装(平放)的二维雷达以二维雷达的探测方向为轴旋转预设的旋转角度，可以使得二维雷达的雷达坐标系以二维雷达的探测方向为轴旋转预设的旋转角度，则旋转后的雷达坐标系的Y轴与探测方向平行，X轴与Y轴垂直且与平行于地面的方向存在夹角，夹角与旋转角度相等。然后，基于旋转安装后的二维雷达，当二维雷达检测到至少一个运动目标时，计算机设备可以获得至少一个运动目标的雷达测量数据。
参照图2b所示，以监测区域的周界对应墙来示例，二维雷达可以安装在墙上，安装高度为b。当二维雷达雷达正常安装时，雷达坐标系为可以为如图中X1轴和Y轴组成的二维坐标系，其中，Y轴为探测方向且平行于墙的延伸方向以实现有效监测，X1轴与Y轴垂直，且平行于地面方向，即垂直于墙面方向。当二维雷达以探测方向为轴旋转预设的旋转角度α时，旋转后的雷达坐标系为可以为如图中X轴和Y轴组成的二维坐标系，其中，Y轴不变，X轴与Y轴垂直，且与平行于地面的方向存在夹角α。相应地，与旋转前的雷达坐标系相应的Z1轴垂直于地面，而与旋转后的雷达坐标系相应的Z轴与垂直于地面的方向存在夹角α。
S202，根据运动目标的雷达测量数据和预设的坐标转换关系，确定运动目标在旋转后的雷达坐标系中的坐标；运动目标在旋转后的雷达坐标系中的坐标包括X坐标，X坐标包括运动目标在垂直于地面方向上的位置分量；坐标转换关系为雷达测量数据和雷达坐标系的坐标之间的转换关系。
可以理解的是，虽然雷达坐标系相对变化，但雷达坐标系与二维雷达中各功能器件，如天线组件等的相对位置并未发生变化，因此雷达测量数据和雷达坐标系的坐标之间的转换关系并未发生变化，即坐标转换关系不变，可以存储于计算设备的存储器中。以图2b为例，假设二维角度β在XY平面第三象限时为正值，第四象限为负值，则坐标转换关系可以为X＝-Dsinβ，Y＝-Dcosβ。
参照图2b所示，当运动目标位于位置A时，相应地，A位置在X轴上的投影为B位置，意味着计算机设备根据运动目标当前的雷测测量数据，计算得到的当前的X坐标，与B位置对应；可见，A位置与B位置存在对应关系，例如，A点距离地面的高度h＝b-(-X/sinα)＝b+X/sinα，或者，A点在Z1轴上的坐标为X/sinα，因此旋转后的雷达坐标系中X坐标存在垂直于地面方向上的位置分量，可以监测到运动目标在垂直于地面方向上的移动。
总之，本实施例的雷达测量数据处理方法，二维雷达的雷达坐标系以二维雷达的探测方向为轴旋转预设的旋转角度，旋转后的雷达坐标系的X轴与平行于地面的方向存在夹角，因此通过雷达测量数据和坐标转换关系得到的运动目标在旋转后的雷达坐标系中的X坐标存在垂直于地面方向上的位置分量，当运动目标在垂直于地面方向上存在移动时，可以通过X坐标监测到运动目标在垂直于地面方向上的移动。
具体地，相对于正常安装方式，在本实施例中，二维雷达在安装时，二维雷达的整机可以以探测方向为轴旋转预设的旋转角度。或者，也可以二维雷达内部的检测单板/天线组件以探测方向为轴旋转预设的旋转角度，外壳可以不变；其中，天线组件可以内嵌于检测单板(电路板)中，对检测单板的旋转相当于对天线组件的旋转。当然，也可以是通过其它安装方式，只要在保证雷达坐标系与二维雷达的检测单板或天线组件等相对位置不变的条件下，使得雷达坐标系以探测方向为轴旋转预设的旋转角度即可，本发明不做过多限制。
其中，旋转角度α的取值范围可以为(0°,90°)；当然实际中，例如，α可以在30°～60°的范围内取值。参照图旋2b所示，对墙外区域而言，二维雷达可以监测到的范围为地面上的长度为a的区域和墙上的高度为b的区域。因为b不变，a＝b/tanα；因此旋转角度越小，a越大，则二维雷达可监测到的区域越大；旋转角度越大，a越小，则二维雷达可监测到的区域越小。当然，二维雷达可监测到的区域还受限于二维雷达本身的探测能力。
基于本申请中雷达测量数据处理方法在对运动目标垂直于地面方向上的移动的有效监测能力，可以应用于需要加强对垂直于地面方向的移动的监测能力的各种场景中。例如，在周界入侵的应用场景中，二维雷达可以用于对监测区域进行探测，二维雷达的探测方向与监测区域的周界延伸方向平行，二维雷达一般安装于周界上距离地面一定高度的位置，因此计算机设备可以根据二维雷达的安装高度和旋转角度，以及运动目标在旋转后的雷达坐标系中的X坐标，对运动目标进行入侵防御监测。示例性地，第一类入侵防御监测可以是通过运动目标在旋转后的雷达坐标系中的X坐标，计算运动目标在垂直地面方向上的位置，以判断运动目标是否在垂直地面方向上越过预设的报警线；示例性地，第二类入侵防御监测可以是通过运动目标在旋转后的雷达坐标系中的X坐标和Y坐标，计算运动目标在世界坐标系中的三维坐标，以对运动目标进行全方位监测。当然，入侵防御监测并不限于上述两类入侵防御监测，可以是其它类型的入侵防御监测，也可以是多个类型的入侵防御监测的综合监测。
针对上述第一类入侵防御监测，参照图3a所示，如果采用改进前的雷达测量数据处理方法，二维雷达虽然设置在墙上，雷达坐标系未旋转，X1轴与地面平行(Y轴未示出)。如果将报警线设置在墙的中间，如下图的Z轴轴线上，由于雷达测量数据本身存在误差，导致墙外有人靠墙走过时，会产生一定概率的误报警。所以，为了在入侵者爬过墙时能报警，又不会因为有人在墙边走过而误报警，可以把报警线设置滞后于墙的位置，如图3a中报警线1的位置，这样让报警线尽量可以远离墙外正常区域，从而让人在墙外走过时，不会触发报警线，并且翻墙入侵者，一定会翻过墙，所以也不会漏报，只要当目标翻越过墙之后，也一定会触发报警。不过这样设定，就会导致报警不及时，因为入侵目标已经越过墙，才能触发报警，这样会丢失最佳的紧急处理时间。理想情况应该是入侵目标入侵行为的一开始，就要有所探测，比如：开始爬墙，就能触发报警。这样，才能及时进行远程警告或赶来入侵现场，阻止入侵事件的发生，如果已经越过墙，此时的处理已经滞后，目标可能已经逃离。因此，可以将报警线线设置于墙上的某一高度的位置，如图3a中报警线2的位置。但采用报警线2，则需要二维雷达能够监测到运动目标在垂直于地面方向上的移动，传统雷达测量数据处理方法无法做到这一点，而本实施例的雷达测量数据处理方法可以做到这一点。
参照图3b所示，第一类入侵防御监测的处理过程可以包括：
S301，获取在监测区域的周界上设置的报警线的高度。
示例性地，计算机设备可以从存储器中获取在监测区域的周界上设置的报警线的高度e。理论上，这里e的具体设置值只要大于等于0即可，但考虑某些场景需要过滤墙外合法的行人，e可以根据应用需求设置为大于普通人的最高身高；总之，本实施例对此不做限制。
S302，根据报警线的高度、运动目标在旋转后的雷达坐标系中的X坐标，以及二维雷达的安装高度、旋转角度，判断运动目标是否越过报警线，并在确定运动目标越过报警线时进行报警操作。
如图3c所示，由于二维雷达在运动目标运动时，都会把目标在XZ平面的位置，沿Z轴映射到X轴，从而只体现X轴上的位置。所以，如果运动目标在墙外地面上的a段运动时，二维雷达会检测到运动目标对应的在X轴上的c段运动；当目标开始爬墙时，相应的，二维雷达会检测到运动目标对应的在X轴上的d段运动。所以只要报警线设置在d段内，就可以在目标爬墙过程中就检测到。如图3c所示，在监测区域的周界上设置的报警线的高度为e，相应地，在旋转后的雷达坐标系中报警线位于(xa,ya)处，即设置在d段内。当运动目标越过墙高e位置的黑色点时，二维雷达就会在(xa,ya)位置检测到运动目标，从而可以进行声、光等各种形式的报警操作，综上便是本实施例的核心思路。
针对上述第一类入侵防御监测，存在至少两种判断运动目标是否越过报警线的实施方式；在下面的描述中，均以报警线位于墙上的高度为e的位置，二维雷达的安装高度为b，旋转角度为α为例。
其中，第一种实施方式可以包括：根据二维雷达的安装高度、旋转角度，以及报警线的高度，计算报警线在旋转后的雷达坐标系的X轴上的投影坐标；若运动目标在旋转后的雷达坐标系中的X坐标大于报警线在旋转后的雷达坐标系的X轴上的投影坐标，则确定运动目标越过报警线。
具体地，如图3d所示XZ轴组成的截面图，可以将高度e映射到XY平面，转换为X轴的坐标xa，该报警线可以是x＝xa的一条直线，对应图3c中的坐标(xa,ya)，这里ya为任意值。根据几何关系，可以得xa＝-(b-e)sinα，这样就获取到实际报警线在旋转后的雷达坐标系的X轴上的投影坐标。
接下来，如果运动目标在二维雷达侦测范围内运动，则二维雷达会检测到运动目标与Y轴的夹角β，以及二维雷达与该运动目标的距离D，为了确定移动目标有没有越过报警线，将角度和距离转换为XY轴的坐标(X,Y)，根据坐标转换关系可知，X＝-Dsinβ，Y＝Dcosβ，因为如上所述报警线是X＝xa的一条线，所以只需要判断移动目标的X＝-Dsinβ是否大于xa＝-(b-e)sinα，就可以知道移动目标是否攀越墙体高度为e的位置。例如，当移动目标的X＝-Dsinβ大于xa＝-(b-e)sinα时，确定运动目标越过报警线，则进行报警操作；当移动目标的X＝-Dsinβ小于或等于xa＝-(b-e)sinα时，确定运动目标未越过报警线，则不进行报警操作，继续监测。
其中，第二种实施方式可以包括：根据二维雷达的安装高度、旋转角度，以及运动目标在旋转后的雷达坐标系中的X坐标，计算运动目标在垂直于地面方向上的高度；若运动目标在垂直于地面方向上的高度大于报警线的高度，则确定运动目标越过报警线。
具体地，计算机设备可以在获取移动目标在旋转后的雷达坐标系中X坐标X＝-Dsinβ后，根据几何关系，计算运动目标在垂直于地面方向上的高度。其中，c段与d段的分界为xp，而xp＝-bsinα；可以理解的是，当X坐标位于X轴上的d段时，即X大于xp时，运动目标在垂直于地面方向上的高度为b-(-X)/sinα，即b-Dsinβ/sinα；当X坐标位于X轴上的c段时，即X小于或等于xp时，运动目标在垂直于地面方向上的高度为0。所以只需要判断移动目标在垂直于地面方向上的高度是否大于e，就可以知道运动目标是否攀越墙体高度为e的位置。例如，当移动目标的X＝-Dsinβ大于xp＝-bsinα且b-Dsinβ/sinα大于e时，确定运动目标越过报警线，则进行报警操作；当移动目标的X＝-Dsinβ小于或等于xp＝-bsinα时，或者X＝-Dsinβ大于xp＝-bsinα且b-Dsinβ/sinα小于或等于e时确定运动目标未越过报警线，则不进行报警操作，继续监测。
参照图4所示，第二类入侵防御监测的处理过程可以包括：
S401，根据运动目标在旋转后的雷达坐标系中的X坐标和Y坐标，以及预设的旋转后的雷达坐标系和世界坐标系之间的转换关系，确定运动目标在世界坐标系中的三维坐标；旋转后的雷达坐标系和世界坐标系之间的转换关系，与二维雷达的安装高度和旋转角度相关。
示例性地，可以二维雷达在地面上的投影点为原点，建立三维的世界坐标系，世界坐标系的Y轴与旋转后的雷达坐标系的Y轴方向相同，X轴与监测区域的周界垂直向内方向平行，Z轴为垂直于地面向上方向。当然，世界坐标系的原点可以不限于上述示例，三轴的方向也可以根据场景进行设置，本实施例对此并不限制。
可以理解的是，二维雷达的安装高度b为已知，旋转角度α为已知，则二维雷达的旋转后的雷达坐标系确定，而当世界坐标系也确定时，旋转后的雷达坐标系和世界坐标系之间的转换关系也是确定的；即在世界坐标系确定时，转换关系仅与二维雷达的安装高度b和旋转角度α相关。因此，计算机设备可以在二维雷达的安装高度b和旋转角度α确定时，获取预先存储的二维雷达的旋转后的雷达坐标系和世界坐标系之间的转换关系；也可以存储预先建立的二维雷达的安装高度和旋转角度，与转换关系之间的对应关系，然后根据获取的当前的二维雷达的安装高度b和旋转角度α，确定当前的二维雷达的旋转后的雷达坐标系和世界坐标系之间的转换关系。
具体地，以世界坐标系建立在二维雷达上，世界坐标系的Y轴与旋转后的雷达坐标系的Y轴方向相同，X轴与监测区域的周界垂直向内方向平行，Z轴为垂直于地面向上方向为例，如图2b中的X1、Y、Z1三轴形成的世界坐标系；参照图5所述，计算机设备可以采用如下方式确定运动目标在世界坐标系中的三维坐标：
S501，根据二维雷达的安装高度和旋转角度，计算监测区域的周界在旋转后的雷达坐标系的X轴上的投影坐标。
因为运动目标可以在不同区域移动，比如：在地面、在墙面，而如果仅采用旋转后的雷达坐标系中的XY平面的坐标表示运动目标的位置，则存在不够直观的问题，无法直接确定运动目标当前是处于地面还是处于墙面。为了更直观的观察运动目标的实时位置坐标，需要将XY平面的坐标转换到世界坐标系中的坐标，如图2b所示，当在地面的a段运动时，需要将XY平面的坐标转换为X1Y平面上的坐标，此时Z1坐标均为-b；当在墙面的b段运动时，需要将XY平面的坐标转换为Z1Y平面上的坐标，此时X1坐标均为0。
在将旋转后的雷达坐标系中(X,Y)二维坐标转换为世界坐标系中(X1,Y,Z1)的三维坐标之前，还需要确定一个边界，即监测区域的周界(如墙和地面的交界)在旋转后的雷达坐标系的X轴上的投影坐标；因为安装高度为b，所以如图3c所示，墙和地面交接处对应于XY坐标为P(xp,yp)，实际值为xp＝-bsinα，yp同样是任意取值，表示交界处为一条x＝xp的直线。
S502，当运动目标在旋转后的雷达坐标系中的X坐标小于监测区域的周界在旋转后的雷达坐标系的X轴上的投影坐标时，根据预设的旋转后的雷达坐标系和世界坐标系之间的第一转换关系，确定运动目标在世界坐标系中的三维坐标；第一转换关系对应运动目标在监测区域内沿平行于地面方向上的移动。
所以如上所述，当计算机设备获取到运动目标的雷达测量数据β和D后，对应转换为旋转后的雷达坐标系XY坐标(X,Y)。当X<xp时，根据几何关系，运动目标在世界坐标系中的三维坐标分别为：X1＝(b+Xsinα-bcos2α)/(sinαcosα)，Y＝Dcosβ，Z1＝-b。
S503，当运动目标在旋转后的雷达坐标系中的X坐标大于或等于监测区域的周界在旋转后的雷达坐标系的X轴上的投影坐标时，根据预设的旋转后的雷达坐标系和世界坐标系之间的第二转换关系，确定运动目标在世界坐标系中的三维坐标；第二转换关系对应运动目标在监测区域内沿垂直于地面方向上的移动。
相应地，当X>＝xp时，根据几何关系，运动目标在世界坐标系中的三维坐标分别为：X1＝0，Y＝Dcosβ，Z1＝X/sinα。
S402，根据运动目标在世界坐标系中的三维坐标，对运动目标进行跟踪。
计算机设备在获得运动目标在世界坐标系中的三维坐标(X1,Y,Z1)后，可以清楚地全方位地确定运动目标的实时位置，且直观地可以直接确定运动目标是处于墙外地面、墙面还是墙内地面；例如，X1＝0时，运动目标位于墙面；Z1＝0且X1<0时，运动目标位于墙外地面；Z1＝0且X1>0时，运动目标位于墙内地面；Y＝0且X1＝0且Z1＝0时，运动目标位于二维雷达位置。总之，可以基于运动目标在世界坐标系中的三维坐标，对运动目标进行跟踪，诸如运动目标的实时速度分析、轨迹生成、行为动机分析等。
如图6所示，从另一个角度示出了本申请的雷达测量数据处理方法的具体流程，可以包括：
S601，初始化，获取二维雷达安装高度b和旋转角度α，然后执行S602；相应地，二维雷达旋转后的雷达坐标系的Y轴与二维雷达的探测方向平行，X轴与Y轴垂直且与平行于地面的方向存在夹角α；世界坐标系建立在二维雷达上，世界坐标系的Y轴与旋转后的雷达坐标系的Y轴方向相同，X1轴与监测区域的周界垂直向内方向平行，Z1轴为垂直于地面向上方向；
S602，获取报警线在墙上的高度e，然后执行S603；
S603，判断是否检测到运动目标，若是，则执行S604；若否，则继续执行S603；
S604，获取运动目标的雷达测量数据，即距离D和角度β，并转换为旋转后的雷达坐标系中的二维坐标：X＝-Dsinβ，Y＝Dcosβ；然后执行S605；
S605，判断X是否大于-(b-e)sinα，若是，则执行S606；若否，则执行S607；
S606，触发报警，然后执行S607；
S607，判断X是否小于-bsinα，若是，则执行S608；若否，则执行S609；
S608，根据运动目标在旋转后的雷达坐标系中的二维坐标，计算运动目标在世界坐标系中的三维坐标：X1＝(b+Xsinα-bcos2α)/(sinαcosα)，Y＝Dcosβ，Z1＝-b，然后执行S610；
S609，根据运动目标在旋转后的雷达坐标系中的二维坐标，计算运动目标在世界坐标系中的三维坐标：X1＝0，Y＝Dcosβ，Z1＝X/sinα，然后执行S610；
S610，根据运动目标在世界坐标系中的三维坐标(X1,Y,Z1)，对运动目标进行跟踪，然后执行S603。
应该理解的是，虽然图2a,3b,4,5,6的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图2a,3b,4,5,6中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，如图7所示，提供了一种雷达测量数据处理装置，包括：测量数据获取模块71、坐标确定模块72，其中：
测量数据获取模块71，用于获取运动目标在二维雷达下的雷达测量数据；二维雷达的雷达坐标系以二维雷达的探测方向为轴已旋转预设的旋转角度；旋转后的雷达坐标系的Y轴与探测方向平行，X轴与Y轴垂直且与平行于地面的方向存在夹角，夹角与旋转角度相等；
坐标确定模块72，用于根据运动目标的雷达测量数据和预设的坐标转换关系，确定运动目标在旋转后的雷达坐标系中的坐标；运动目标在旋转后的雷达坐标系中的坐标包括X坐标，X坐标包括运动目标在垂直于地面方向上的位置分量；坐标转换关系为雷达测量数据和雷达坐标系的坐标之间的转换关系。
可选地，参照图8所示，在图7的基础上，二维雷达用于对监测区域进行探测，二维雷达的探测方向与监测区域的周界延伸方向平行，改装置还可以包括：
监测模块73，用于根据二维雷达的安装高度和旋转角度，以及运动目标在旋转后的雷达坐标系中的X坐标，对运动目标进行入侵防御监测。
可选地，监测模块73可以包括：
报警线高度获取单元731，用于获取在监测区域的周界上设置的报警线的高度；
报警监测单元732，用于根据报警线的高度、运动目标在旋转后的雷达坐标系中的X坐标，以及二维雷达的安装高度、旋转角度，判断运动目标是否越过报警线，并在确定运动目标越过报警线时进行报警操作。
可选地，报警监测单元732具体用于根据二维雷达的安装高度、旋转角度，以及报警线的高度，计算报警线在旋转后的雷达坐标系的X轴上的投影坐标；若运动目标在旋转后的雷达坐标系中的X坐标大于报警线在旋转后的雷达坐标系的X轴上的投影坐标，则确定运动目标越过报警线。
可选地，报警监测单元732具体用于根据二维雷达的安装高度、旋转角度，以及运动目标在旋转后的雷达坐标系中的X坐标，计算运动目标在垂直于地面方向上的高度；若运动目标在垂直于地面方向上的高度大于报警线的高度，则确定运动目标越过报警线。
可选地，运动目标在旋转后的雷达坐标系中的坐标还包括Y坐标，监测模块73可以包括：
世界坐标计算单元733，用于根据运动目标在旋转后的雷达坐标系中的X坐标和Y坐标，以及预设的旋转后的雷达坐标系和世界坐标系之间的转换关系，确定运动目标在世界坐标系中的三维坐标；旋转后的雷达坐标系和世界坐标系之间的转换关系，与二维雷达的安装高度和旋转角度相关；
跟踪单元734，用于根据运动目标在世界坐标系中的三维坐标，对运动目标进行跟踪。
可选地，世界坐标系建立在二维雷达上，世界坐标系的Y轴与旋转后的雷达坐标系的Y轴方向相同，X轴与监测区域的周界垂直向内方向平行，Z轴为垂直于地面向上方向；世界坐标计算单元733具体用于根据二维雷达的安装高度和旋转角度，计算监测区域的周界在旋转后的雷达坐标系的X轴上的投影坐标；当运动目标在旋转后的雷达坐标系中的X坐标小于监测区域的周界在旋转后的雷达坐标系的X轴上的投影坐标时，根据预设的旋转后的雷达坐标系和世界坐标系之间的第一转换关系，确定运动目标在世界坐标系中的三维坐标；第一转换关系对应运动目标在监测区域内沿平行于地面方向上的移动；当运动目标在旋转后的雷达坐标系中的X坐标大于或等于监测区域的周界在旋转后的雷达坐标系的X轴上的投影坐标时，根据预设的旋转后的雷达坐标系和世界坐标系之间的第二转换关系，确定运动目标在世界坐标系中的三维坐标；第二转换关系对应运动目标在监测区域内沿垂直于地面方向上的移动。
可选地，在安装时，二维雷达的整机以探测方向为轴旋转旋转角度，或者二维雷达内部的检测单板/天线组件以探测方向为轴旋转旋转角度。
关于雷达测量数据处理装置的具体限定可以参见上文中对于雷达测量数据处理方法的限定，在此不再赘述。上述雷达测量数据处理装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
如图9a所示，在一个实施例中，提供了一种雷达系统，包括二维雷达91和计算机设备92，二维雷达的雷达坐标系以二维雷达的探测方向为轴已旋转预设的旋转角度；计算机设备与二维雷达连接，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
获取运动目标在二维雷达下的雷达测量数据；二维雷达的雷达坐标系以二维雷达的探测方向为轴旋转预设的旋转角度；旋转后的雷达坐标系的Y轴与探测方向平行，X轴与Y轴垂直且与平行于地面的方向存在夹角，夹角与旋转角度相等；
根据运动目标的雷达测量数据和预设的坐标转换关系，确定运动目标在旋转后的雷达坐标系中的坐标；运动目标在旋转后的雷达坐标系中的坐标包括X坐标，X坐标包括运动目标在垂直于地面方向上的位置分量；坐标转换关系为雷达测量数据和雷达坐标系的坐标之间的转换关系。
该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图9b所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种雷达测量数据处理方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，图9a-9b中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
获取运动目标在二维雷达下的雷达测量数据；二维雷达的雷达坐标系以二维雷达的探测方向为轴已旋转预设的旋转角度；旋转后的雷达坐标系的Y轴与探测方向平行，X轴与Y轴垂直且与平行于地面的方向存在夹角，夹角与旋转角度相等；
根据运动目标的雷达测量数据和预设的坐标转换关系，确定运动目标在旋转后的雷达坐标系中的坐标；运动目标在旋转后的雷达坐标系中的坐标包括X坐标，X坐标包括运动目标在垂直于地面方向上的位置分量；坐标转换关系为雷达测量数据和雷达坐标系的坐标之间的转换关系。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种雷达测量数据处理方法，其特征在于，所述方法包括：
获取运动目标在二维雷达下的雷达测量数据；所述二维雷达的雷达坐标系以所述二维雷达的探测方向为轴已旋转预设的旋转角度；所述旋转后的雷达坐标系的Y轴与所述探测方向平行，X轴与所述Y轴垂直且与平行于地面的方向存在夹角，所述夹角与所述旋转角度相等；
根据所述运动目标的雷达测量数据和预设的坐标转换关系，确定所述运动目标在所述旋转后的雷达坐标系中的坐标；所述运动目标在所述旋转后的雷达坐标系中的坐标包括X坐标，所述X坐标包括所述运动目标在垂直于地面方向上的位置分量；所述坐标转换关系为雷达测量数据和雷达坐标系的坐标之间的转换关系。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述二维雷达用于对监测区域进行探测，所述二维雷达的探测方向与所述监测区域的周界延伸方向平行，所述方法还包括：
根据所述二维雷达的安装高度和所述旋转角度，以及所述运动目标在所述旋转后的雷达坐标系中的X坐标，对所述运动目标进行入侵防御监测。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述二维雷达的安装高度和所述旋转角度，以及所述运动目标在所述旋转后的雷达坐标系中的X坐标，对所述运动目标进行入侵防御监测，包括：
获取在所述监测区域的周界上设置的报警线的高度；
根据所述报警线的高度、所述运动目标在所述旋转后的雷达坐标系中的X坐标，以及所述二维雷达的安装高度、所述旋转角度，判断所述运动目标是否越过所述报警线，并在确定所述运动目标越过所述报警线时进行报警操作。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述报警线的高度、所述运动目标在所述旋转后的雷达坐标系中的X坐标，以及所述二维雷达的安装高度、所述旋转角度，判断所述运动目标是否越过所述报警线，包括：
根据所述二维雷达的安装高度、所述旋转角度，以及所述报警线的高度，计算所述报警线在所述旋转后的雷达坐标系的X轴上的投影坐标；
若所述运动目标在所述旋转后的雷达坐标系中的X坐标大于所述报警线在所述旋转后的雷达坐标系的X轴上的投影坐标，则确定所述运动目标越过所述报警线。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述报警线的高度、所述运动目标在所述旋转后的雷达坐标系中的X坐标，以及所述二维雷达的安装高度、所述旋转角度，判断所述运动目标是否越过所述报警线，包括：
根据所述二维雷达的安装高度、所述旋转角度，以及所述运动目标在所述旋转后的雷达坐标系中的X坐标，计算所述运动目标在垂直于地面方向上的高度；
若所述运动目标在垂直于地面方向上的高度大于所述报警线的高度，则确定所述运动目标越过所述报警线。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述运动目标在所述旋转后的雷达坐标系中的坐标还包括Y坐标，根据所述二维雷达的安装高度和所述旋转角度，以及所述运动目标在所述旋转后的雷达坐标系中的X坐标，对所述运动目标进行入侵防御监测，包括：
根据所述运动目标在所述旋转后的雷达坐标系中的X坐标和Y坐标，以及预设的旋转后的雷达坐标系和世界坐标系之间的转换关系，确定所述运动目标在世界坐标系中的三维坐标；所述旋转后的雷达坐标系和世界坐标系之间的转换关系，与所述二维雷达的安装高度和所述旋转角度相关；
根据所述运动目标在世界坐标系中的三维坐标，对所述运动目标进行跟踪。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述世界坐标系建立在所述二维雷达上，所述世界坐标系的Y轴与所述旋转后的雷达坐标系的Y轴方向相同，X轴与所述监测区域的周界垂直向内方向平行，Z轴为垂直于地面向上方向；所述根据所述运动目标在所述旋转后的雷达坐标系中的X坐标和Y坐标，以及预设的旋转后的雷达坐标系和世界坐标系之间的转换关系，确定所述运动目标在世界坐标系中的三维坐标，包括：
根据所述二维雷达的安装高度和所述旋转角度，计算所述监测区域的周界在所述旋转后的雷达坐标系的X轴上的投影坐标；
当所述运动目标在所述旋转后的雷达坐标系中的X坐标小于所述监测区域的周界在所述旋转后的雷达坐标系的X轴上的投影坐标时，根据预设的旋转后的雷达坐标系和世界坐标系之间的第一转换关系，确定所述运动目标在世界坐标系中的三维坐标；所述第一转换关系对应所述运动目标在监测区域内沿平行于地面方向上的移动；
当所述运动目标在所述旋转后的雷达坐标系中的X坐标大于或等于所述监测区域的周界在所述旋转后的雷达坐标系的X轴上的投影坐标时，根据预设的旋转后的雷达坐标系和世界坐标系之间的第二转换关系，确定所述运动目标在世界坐标系中的三维坐标；所述第二转换关系对应所述运动目标在监测区域内沿垂直于地面方向上的移动。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，在安装时，所述二维雷达的整机以所述探测方向为轴旋转所述旋转角度，或者所述二维雷达内部的检测单板/天线组件以所述探测方向为轴旋转所述旋转角度。
9.一种雷达测量数据处理装置，其特征在于，包括：
测量数据获取模块，用于获取运动目标在二维雷达下的雷达测量数据；所述二维雷达的雷达坐标系以所述二维雷达的探测方向为轴已旋转预设的旋转角度；所述旋转后的雷达坐标系的Y轴与所述探测方向平行，X轴与所述Y轴垂直且与平行于地面的方向存在夹角，所述夹角与所述旋转角度相等；
坐标确定模块，用于根据所述运动目标的雷达测量数据和预设的坐标转换关系，确定所述运动目标在所述旋转后的雷达坐标系中的坐标；所述运动目标在所述旋转后的雷达坐标系中的坐标包括X坐标，所述X坐标包括所述运动目标在垂直于地面方向上的位置分量；所述坐标转换关系为雷达测量数据和雷达坐标系的坐标之间的转换关系。
10.一种雷达系统，其特征在于，包括二维雷达和计算机设备，所述二维雷达的雷达坐标系以所述二维雷达的探测方向为轴已旋转预设的旋转角度；所述计算机设备与所述二维雷达连接，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至8中任一项所述方法的步骤。
11.一种可读存储介质，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权利要求1至8中任一项所述的方法的步骤。
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