CN110806574A - 一种高精度测距的毫米波测距装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高精度测距的毫米波测距装置，包括基带处理器、毫米波雷达芯片、电源模块、数据输出接口和外壳；所述外壳用于整个设备的保护作用；所述电源模块用于将直流电12V转换为毫米波雷达和基带处理器所需的电压；所述毫米波雷达芯片通过发射天线发射极窄的脉冲信号，通过接收天线接收目标的回波信号后并将回波信号经过下变频和数字化后的基带数字信号传给所述基带处理器；所述基带处理器用于对毫米波雷达芯片的工作控制和参数配置、回波信号的检测和测量工作，并将测量结果通过数据输出接口传出供使用。有益效果：大大提高测距精度，大大减小可探测最小距离到6cm，使用不再受限于载体与目标的相对速度；从而可以减小对泊车车位长度的要求。
Description
技术领域
本发明涉及毫米波雷达测距的技术领域，尤其涉及一种高精度测距的毫米波测距装置。
背景技术
近年来通过摄像头和超声波雷达融合的自主泊车方案，是当今主流的自主泊车方案。但是由于所用传感器的各自的缺点，导致所需车位长度较大，给停车造车了极大的不便，造车了空间的严重浪费。自主泊车要用到距离传感器，现阶段基本就是超声波倒车雷达，但是超声波雷达由于超声波的固有缺陷，导致盲区较大，测距精度较低，从而对于停车车位长度要求较高。而脉冲体制的毫米波雷达性能卓越，测距精度高，收发同时，盲区只取决于芯片发射信号的泄露程度，在控制好泄露的前提下，可以获得高精度的近距离测量，符合对用在自主泊车上距离传感器的要求。
但当前倒车雷达采用超声波，由于超声波的固有缺陷，导致测距精度不高，稳定性差，不适用高速动态测量；由于超声波探头余震的客观存在，导致盲区较大，难以进行15cm内的精准测量。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明解决的技术问题是：解决超声波的固有缺陷导致测距精度不高、稳定性差和不适用高速动态测量的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种高精度测距的毫米波测距装置，包括基带处理器、毫米波雷达芯片、电源模块、数据输出接口和外壳；所述外壳用于整个设备的保护作用；所述电源模块用于将直流电12V转换为毫米波雷达和基带处理器所需的电压；所述毫米波雷达芯片通过发射天线发射极窄的脉冲信号，通过接收天线接收目标的回波信号后并将回波信号经过下变频和数字化后的基带数字信号传给所述基带处理器；所述基带处理器用于对毫米波雷达芯片的工作控制和参数配置、回波信号的检测和测量工作，并将测量结果通过数据输出接口传出供使用。
作为本发明所述的高精度测距的毫米波测距装置的一种优选方案，其中：所述外壳的保护作用包括防水防沙，且所述外壳为塑料材质或者压铸铝制成。
作为本发明所述的高精度测距的毫米波测距装置的一种优选方案，其中：所述电源模块将输入的直流12V电转换为所述毫米波雷达芯片所需的1.8V直流电和所述基带处理器所需的3.3V直流电。
作为本发明所述的高精度测距的毫米波测距装置的一种优选方案，其中：所述毫米波雷达芯片通过发射天线发射一定宽度的脉冲信号，同时通过接收天线接收回波信号，并完成回波信号的下变频和数字化，通过SPI总线将基带数字信号传输给所述基带信号处理器。
作为本发明所述的高精度测距的毫米波测距装置的一种优选方案，其中：所述基带处理器在设备上电后，完成对毫米波芯片的控制和数据的接收处理；包括检测处理和距离测量。
作为本发明所述的高精度测距的毫米波测距装置的一种优选方案，其中：所述检测采用不同的检测方法，包括只检测距离最近的目标，且通过计算接收信号和发射信号的时延差计算目标到装置的距离，公式为：
其中C为光速299792458m/s，τ为接收信号和发射信号的时延，R为目标与装置的距离。
作为本发明所述的高精度测距的毫米波测距装置的一种优选方案，其中：所述超声波雷达芯片的测量设备，能够测量近距离，最小测量距离＜10cm，最小盲区达到13.8cm。
本发明的有益效果：大大提高测距精度，大大减小可探测最小距离到6cm，使用不再受限于载体与目标的相对速度；从而可以减小对泊车车位长度的要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明第一种实施例所述高精度测距的毫米波测距的设备连接框图；
图2为本发明第二种实施例所述测试说明示意图；
图3为本发明第二种实施例所述动态测试结果对比图示意图；
图4为本发明第二种实施例所述设备模块示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都应当属于本发明的保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
目前毫米波近距离测量才刚刚起步，国外的高性能芯片对国内解禁，当前主要运用于中远距离的测量，雷达均为线性调频连续波体制，由于系统复杂，信号干扰和泄露导致ADC(模拟信号数字转换)后存在较大的直流偏置，导致近距离难以测量；基于超声波雷达芯片的测量设备，可以测量近距离，受限于振芯的性能，当前只能做到20cm左右的最小盲区，难以测量20cm以内的物体。本实施例采用毫米波脉冲相干雷达体制，设备简单，信号泄露小，最小测量距离可达10cm，而且测距精度极高，达到毫米级别。
参照图1的示意，当前倒车雷达采用超声波，由于超声波的固有缺陷，导致测距精度不高，稳定性差，不适用高速动态测量；由于超声波探头余震的客观存在，导致盲区较大，难以进行15cm内的精准测量，本实施例提出高精度测距的毫米波测距装置，大大提高测距精度，大大减小可探测最小距离到6cm，使用不再受限于载体与目标的相对速度；从而减小对泊车车位长度的要求。
具体的，一种高精度测距的毫米波测距装置，包括基带处理器100、毫米波雷达芯片200、电源模块300、数据输出接口400和外壳500；其中外壳500用于整个设备的保护作用；电源模块300用于将直流电12V转换为毫米波雷达和基带处理器100所需的电压；毫米波雷达芯片200通过发射天线发射极窄的脉冲信号，通过接收天线接收目标的回波信号后并将回波信号经过下变频和数字化后的基带数字信号传给基带处理器100；基带处理器100用于对毫米波雷达芯片的工作控制和参数配置、回波信号的检测和测量工作，并将测量结果通过数据输出接口传出供使用。
需要说明的是，外壳500的保护作用包括防水防沙，且外壳500为塑料材质或者压铸铝制成。电源模块300将输入的直流12V电转换为毫米波雷达芯片200所需的1.8V直流电和基带处理器100所需的3.3V直流电。毫米波雷达芯片200通过发射天线发射一定宽度的脉冲信号，同时通过接收天线接收回波信号，并完成回波信号的下变频和数字化，通过SPI总线将基带数字信号传输给基带信号处理器100。基带处理器100在设备上电后，完成对毫米波芯片的控制和数据的接收处理；包括检测处理和距离测量。
检测采用不同的检测方法，包括只检测距离最近的目标，且通过计算接收信号和发射信号的时延差计算目标到装置的距离，公式为：
其中C为光速299792458m/s，τ为接收信号和发射信号的时延，R为目标与装置的距离。
本实施例中超声波雷达芯片的测量设备，能够测量近距离，最小测量距离＜10cm，最小盲区达到13.8cm。
应当认识到，本发明的实施例可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法可以使用标准编程技术-包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。
此外，可按任何合适的顺序来执行本文描述的过程的操作，除非本文另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本文描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。所述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。
进一步，所述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、RAM、ROM等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所述步骤的指令或程序时，本文所述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所述的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。计算机程序能够应用于输入数据以执行本文所述的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本发明优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。
实施例2
参照图2～4的示意，本实例中采用60GHz的毫米波雷达，为了测量距离的最小距离变小，提高精度。由于雷达中射频芯片发射跟接收通道距离非常近，会造成发射信号泄露到接收通道，从而导致测距盲区较大的问题，本实施例中发射天线和接收天线通过不同的极化方式进行有效的泄露信号隔离，这样会降低最大探测距离，但是本实施例中用来测量5m以内的物体，不会受到过多影响，影响了最大距离，但是提高了可检测最小距离，同时保证了发射功率不变的前提下进行目标探测。
为了验证本申请的测距效果，将被测目标分别由超声波雷达和本实施例的测距设备进行测试，通过设置不同目标距离，分别使用超声波雷达和本装置对目标进行静态测量，真实测得的数据结果如下表1。
表1：静态测试结果对比。
| 目标设置距离(/cm) | 200 | 150 | 100 | 50 | 25 | 15 | 10 |
| 超声波雷达测量结果(/cm) | 198 | 149 | 101 | 48 | 24 | 17 | 17 |
| 本装置测量结果(/cm) | 200.2 | 150.2 | 100.8 | 50.7 | 24.9 | 15.7 | 13.8 |
通过表1可以得出结论，跟当前主流的性能很好的超声波雷达相比，本设备测量结果更加精准，最小盲区13.8cm要比超声波雷达的盲区小3cm。通过图3可以得出结论，图中线段较为平缓的为本装置的测量结果，另一条则为现有超声波雷达测量输出的曲线。因此现有超声波雷达数据更新率较低，影响使用的实时性，导致测距出现阶梯状的变化，而本设备数据更新快，测距曲线更加平滑，动态误差小。
如在本申请所使用的，术语“组件”、“模块”、“系统”等等旨在指代计算机相关实体，该计算机相关实体可以是硬件、固件、硬件和软件的结合、软件或者运行中的软件。例如，组件可以是，但不限于是：在处理器上运行的处理、处理器、对象、可执行文件、执行中的线程、程序和/或计算机。作为示例，在计算设备上运行的应用和该计算设备都可以是组件。一个或多个组件可以存在于执行中的过程和/或线程中，并且组件可以位于一个计算机中以及/或者分布在两个或更多个计算机之间。此外，这些组件能够从在其上具有各种数据结构的各种计算机可读介质中执行。这些组件可以通过诸如根据具有一个或多个数据分组(例如，来自一个组件的数据，该组件与本地系统、分布式系统中的另一个组件进行交互和/或以信号的方式通过诸如互联网之类的网络与其它系统进行交互)的信号，以本地和/或远程过程的方式进行通信。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种高精度测距的毫米波测距装置，其特征在于：包括基带处理器(100)、毫米波雷达芯片(200)、电源模块(300)、数据输出接口(400)和外壳(500)；
所述外壳(500)用于整个设备的保护作用；
所述电源模块(300)用于将直流电12V转换为毫米波雷达和基带处理器(100)所需的电压；
所述毫米波雷达芯片(200)通过发射天线发射极窄的脉冲信号，通过接收天线接收目标的回波信号后并将回波信号经过下变频和数字化后的基带数字信号传给所述基带处理器(100)；
所述基带处理器(100)用于对毫米波雷达芯片的工作控制和参数配置、回波信号的检测和测量工作，并将测量结果通过数据输出接口传出供使用。
2.如权利要求1所述的高精度测距的毫米波测距装置，其特征在于：所述外壳(500)的保护作用包括防水防沙，且所述外壳(500)为塑料材质或者压铸铝制成。
3.如权利要求1或2所述的高精度测距的毫米波测距装置，其特征在于：所述电源模块(300)将输入的直流12V电转换为所述毫米波雷达芯片(200)所需的1.8V直流电和所述基带处理器(100)所需的3.3V直流电。
4.如权利要求3所述的高精度测距的毫米波测距装置，其特征在于：所述毫米波雷达芯片(200)通过发射天线发射一定宽度的脉冲信号，同时通过接收天线接收回波信号，并完成回波信号的下变频和数字化，通过SPI总线将基带数字信号传输给所述基带信号处理器(100)。
5.如权利要求4所述的高精度测距的毫米波测距装置，其特征在于：所述基带处理器(100)在设备上电后，完成对毫米波芯片的控制和数据的接收处理；包括检测处理和距离测量。
6.如权利要求5所述的高精度测距的毫米波测距装置，其特征在于：所述检测采用不同的检测方法，包括只检测距离最近的目标，且通过计算接收信号和发射信号的时延差计算目标到装置的距离，公式为：
其中C为光速299792458m/s，τ为接收信号和发射信号的时延，R为目标与装置的距离。
7.如权利要求5或6所述的高精度测距的毫米波测距装置，其特征在于：所述超声波雷达芯片的测量设备，能够测量近距离，最小测量距离＜10cm，最小盲区达到13.8cm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 11th Floor, Building A1, Huizhi Science and Technology Park, No. 8 Hengtai Road, Nanjing Economic and Technological Development Zone, Jiangsu Province, 211000 Applicant after: DILU TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: Building C4, No.55 Liyuan South Road, moling street, Nanjing, Jiangsu Province Applicant before: DILU TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
|
| CB02 | Change of applicant information |