发明内容
针对现有技术的上述缺陷,本发明实施例主要解决的技术问题是提供一种毫米波雷达的校准方法及装置,能同时对天线间的相位误差和相位中心间距进行校准。
为解决上述技术问题,本发明实施方式采用的一个技术方案是:提供一种毫米波雷达的校准方法,所述方法应用于毫米波雷达的校准装置,所述校准装置包括目标模拟器、毫米波雷达和转台,其中,所述目标模拟器用于模拟待测目标,所述毫米波雷达包括至少两个天线,所述毫米波雷达设置在所述转台上,所述转台用于带动所述毫米波雷达;所述方法包括:根据设定的目标距离和速度,控制所述目标模拟器工作;控制所述转台进行转动,以使所述毫米波雷达位于不同的检测角度,并控制所述毫米波雷达在不同的检测角度下进行检测,以获取各个天线不同检测角度下的回波数据,各个所述检测角度之间相隔预设间隔角度;对所述回波数据进行处理,得到每个天线在各个检测角度下的相位值;确定参考天线和待校准天线,根据所述待校准天线的相位值和所述参考天线的相位值,得到在不同检测角度下、各所述待校准天线与所述参考天线的相位差;根据所述角度和所述相位差,通过数学模型进行计算,得到所述待校准天线所需校准的相位误差和所需校准的相位中心间距。
在一些实施例中,所述对所述回波数据进行处理,得到每个天线在各个检测角度下的相位值,包括:对每一个所述回波数据进行二维快速傅里叶变换,得到每个所述回波数据的信号频谱;根据所述设定的目标距离和速度,确定所述目标模拟器在所述信号频谱中的位置,计算所述位置对应的相位值,以获得每个天线在各个检测角度下的相位值。
在一些实施例中,所述数学模型为
Δω=2πdpsin(θ)/λ+ωe
其中,Δω为所述相位差,θ为所述检测角度,λ为所述电磁波的波长,ωe为所述所需校准的相位误差,dp为所述所需校准的相位中心间距。
在一些实施例中,所述根据所述角度和所述相位差,通过数学模型进行计算,得到所述待校准天线所需校准的相位误差和所需校准的相位中心间距,包括:根据所述数学模型,对所述待校准天线的每个所述检测角度和每个所述相位差采用最小二乘法进行曲线拟合,获得正弦曲线;根据所述正弦曲线的截距得到所述相位误差,根据所述正弦曲线的振幅得到所述相位中心间距。
在一些实施例中,所述方法还包括:基于所述相位误差和所述相位中心间距,对实际目标进行测量。
在一些实施例中,所述预设间隔角度为5°。
为解决上述技术问题,本发明实施例中还提供了一种毫米波雷达的校准装置,所述校准装置包括:目标模拟器,所述目标模拟器用于模拟待测目标;毫米波雷达,所述毫米波雷达包括至少两个天线;转台,所述毫米波雷达设置在所述转台上,所述转台用于带动所述毫米波雷达;控制单元,所述控制单元分别连接所述目标模拟仿真器、所述毫米波雷达和所述转台,所述控制单元包括:至少一个处理器,以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器,其中,所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令,所述指令被所述至少一个处理器执行,以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1-6任一项所述的方法。
在一些实施例中,所述转台上还设置有夹具,所述夹具用于夹持所述毫米波雷达。
在一些实施例中,所述校准装置还包括暗室;所述转台、所述毫米波雷达和所述目标模拟仿真器均设置于所述暗室内部,所述控制单元设置于所述暗室外部。
为解决上述技术问题,第三方面,本发明实施例还提供了一种非易失性计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令,当所述计算机可执行指令被处理器所执行时,使所述处理器执行如第一方面任一项所述的毫米波雷达的校准方法。
为解决上述技术问题,第四方面,本发明实施例还提供了一种计算机程序产品,所述计算机程序产品包括存储在计算机可读存储介质上的计算机程序,所述计算机程序包括程序指令,当所述程序指令被计算机执行时,使所述计算机执行如上第一方面任一项所述的毫米波雷达的校准方法。
本发明实施方式的有益效果是:区别于现有技术的情况,本发明提供一种毫米波雷达的校准方法及装置,所述方法包括:根据设定的距离和速度控制目标模拟器工作;控制转台转动,以使毫米波雷达位于不同的检测角度下进行检测,获取各个天线不同检测角度下的回波数据;对回波数据进行处理,得到每个天线在各个检测角度下的相位值;根据待校准天线和参考天线的相位值,得到在不同检测角度下、各待校准天线与参考天线的相位差;根据角度和相位差,通过数学模型进行计算,得到待校准天线所需校准的相位误差和相位中心间距。该方法通过构建角度与相位差之间的数学模型,并采集相关数据,能同时校准天线间的相位误差和相位中心间距。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
为了便于理解本申请,下面结合附图和具体实施例,对本申请进行更详细的说明。除非另有定义,本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是用于限制本申请。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
需要说明的是,如果不冲突,本发明实施例中的各个特征可以相互结合,均在本申请的保护范围之内。另外,虽然在装置示意图中进行了功能模块划分,但是在某些情况下,可以以不同于装置中的模块划分。此外,本文所采用的“第一”、“第二”等字样并不对数据和执行次序进行限定,仅是对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。
一般,在利用毫米波雷达测量目标的角度时,是通过接收天线间的相位差去计算,理想情况下,两根接收天线间的相位差为
Δω=2πdsin(θ)/λ,
其中,Δω为两根接收天线之间的相位差,θ为待测目标的角度,λ为毫米波雷达发射的电磁波波长,d为两根接收天线之间的间距。由此可见,在得到接收天线间的相位差时,利用硬件设计时的天线间距能够根据上述公式计算得到待测目标的角度。然而,发明人在实际应用中发现,接收天线之间的相位差存在两部分误差,一是由于馈线间耦合和射频芯片内部会带来一定的相位误差ωe,二是接收天线之间的相位中心间距dp也与硬件设计的天线间距有一定的误差,因此,有必要对这两部分误差进行准确计算,得到校准参数,后续可在使用毫米波雷达时,根据所述校准参数进行测角,从而提高毫米波雷达测量的准确性。
为了解决上述技术问题,本发明实施例提供了一种毫米波雷达的校准装置,请参阅图1,所述校准装置100包括:目标模拟器10、毫米波雷达20、转台30和控制单元40,毫米波雷达20设置在转台30上,控制单元40分别连接目标模拟器10、毫米波雷达20和转台30。
其中,所述目标模拟器10用于模拟待测目标;目标模拟器10有一个接收喇叭口和一个发射喇叭口,其中接收喇叭口是用来接收毫米波雷达20发射的电磁波,发射喇叭口是将模拟目标的信息添加到接收的电磁波内,再发射出去。这样目标模拟器10可以根据设定的目标距离和速度,可以模拟出毫米波雷达20的检测目标的距离和速度信息。在实际使用过程中,目标模拟器10与毫米波雷达20的直线距离应该按照目标模拟器10的使用手册设置,通常,目标模拟器10与毫米波雷达20 的直线距离在1米左右,由于使用不同的目标模拟器10,所述距离也不同,在此不需拘泥于本实施例中的限定。
所述毫米波雷达20包括至少两个天线,所述天线可用于发送和接收电磁波。一般,毫米波雷达20的频率通常为76GHz-77GHz,其波长通常为3.9mm,在实际应用中,其测试频率和测试波长可根据实际需要进行设置,在此不做限定。
所述转台30用于带动毫米波雷达20以目标模拟器10为中心,以目标模拟器10与毫米波雷达20的直线距离为半径做圆弧运动,以使毫米波雷达20能到达待检测的角度位置。通常,在开始检测前,目标模拟器10与毫米波雷达20设置在同一直线上,当开始检测时,转台30 可带动毫米波雷达20做圆弧运动。在其中一些实施例中,所述校准装置100还包括驱动单元,所述驱动单元设置在转台30上,并与控制单元40连接,所述驱动单元用于带动转台30运动。在实际应用中,转台 30可以设置成一切合适的运动装置,在此不做限定。
所述控制单元40包括:至少一个处理器,以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器,其中,请参阅图2,所述控制单元40包括至少一个处理器41,以及与至少一个处理器41通信连接的存储器42,其中,图2中以一个处理器41和一个存储器42为例。所述存储器42存储有可被所述至少一个处理器41执行的指令,所述指令被所述至少一个处理器41执行,以使所述至少一个处理器41能够执行下述任一项所述的毫米波雷达20的校准方法。
处理器41和存储器42可以通过总线或者其他方式连接,图2中以通过总线连接为例。存储器42作为一种非易失性计算机可读存储介质,可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块。处理器41通过运行存储在存储器42中的非易失性软件程序、指令以及模块,从而执行控制装置的各种功能应用以及数据处理,即实现下述任一方法实施例中的毫米波雷达的校准方法。
存储器42可以包括存储程序区和存储数据区,其中,存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序;存储数据区可存储根据节目分发装置的使用所创建的数据等。此外,存储器42可以包括高速随机存取存储器,还可以包括非易失性存储器,例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中,存储器42可选包括相对于处理器41远程设置的存储器,这些远程存储器可以通过网络连接至处理器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
在其中一些实施例中,所述转台30上还设置有夹具,所述夹具用于夹持所述毫米波雷达20。一般,在校准过程中,毫米波雷达20的高度应与目标模拟器10的高度一致。
在其中一些实施例中,所述校准装置还包括暗室;所述转台30、所述毫米波雷达20和所述目标模拟10器均设置于所述暗室内部,所述控制单元40设置于所述暗室外部。一般,暗室主要由屏蔽室和吸波材料构成,屏蔽室由屏蔽壳体、屏蔽门、风波导窗及各类电源滤波器等组成。所述暗室可减小外界电磁波信号对测试信号的干扰,能够提高校准的精度。
本发明提供的毫米波雷达的校准装置能够同时校准毫米波雷达的天线间的相位误差和相位中心间距,从而提高毫米波雷达的测试准确性。
下面结合附图详细描述本发明实施例提供的一种毫米波雷达的校准方法,请参阅图3,图3是本发明实施例提供的一种毫米波雷达的校准方法的流程示意图,其中,所述校准方法可由图1中的控制单元执行,所述校准方法包括:
步骤S1:根据设定的目标距离和速度,控制所述目标模拟器工作;
具体地,为了避免目标运动产生的微多普勒相位差异、以及非零度检测角度时不同天线间接收的电磁波路程不一致产生的相位差异,在对毫米波雷达进行校准时,设定的目标速度为0m/s,即设定的目标是静止不动的。在设定目标距离时,还需要注意目标距离应该远大于毫米波雷达中的各天线间距,例如,可设置在20m以上。在实际应用中,设定的目标距离和速度可根据实际需要设置,在此不需要拘泥于本发明实施例中的限定。在设定好目标距离和速度后,控制单元将控制信号发送给目标模拟器,目标模拟器会根据控制信号、将所述目标距离和速度的信息添加到返送回毫米波雷达的天线。
步骤S2:控制所述转台进行转动,以使所述毫米波雷达位于不同的检测角度,并控制所述毫米波雷达在不同的检测角度下进行检测,以获取各个天线不同检测角度下的回波数据,各个所述检测角度之间相隔预设间隔角度;
具体地,根据预设间隔角度,对毫米波雷达的探测范围进行划分,得到待采集回波数据的多个检测角度,并将不同的检测角度值存储至一个一维数组中;在开始检测时,控制毫米波雷达中的每个天线发送电磁波;接着,在检测的过程中,控制转台从目标模拟器的最左侧或者最右侧开始,以目标模拟器为中心、以目标模拟器与毫米波雷达间的直线距离带动毫米波雷达做圆弧运动,从而能让毫米波雷达到达不同的检测角度并进行检测;当毫米波雷达到达检测角度时,控制毫米波雷达的每个天线接收目标模拟器返回的电磁波数据,从而获得各个天线不同检测角度下的回波数据,并将所述回波数据存储至一个第一二维数组中,便于后续处理。
在其中一些实施例中,各个检测角度之间间隔预设间隔角度。具体地,预设间隔角度为5°,若毫米波雷达的探测角度范围为正负60°,那么待检测的角度可以分为24组,并将24组角度值存储值一维数组中。在实际应用中,预设间隔角度和毫米波雷达的探测角度范围可以根据实际需要进行设置,在此不需拘泥于本实施例中的限定。
为了确保每个天线在每个检测角度下都接收到了回波数据,在其中一些实施例中,所述方法还包括:如果各个天线不同检测角度下的回波数据没有完全接收,则将所述转台转动至未接收回波数据的检测角度下,获取未接收的回波数据。
步骤S3:对所述回波数据进行处理,得到每个天线在各个检测角度下的相位值;
在其中一些实施例中,可以对所述第一二维数组中的每个回波数据进行信号处理,从而得到每个天线在各个检测角度下的相位值,并将所述相位值存储至第二二维数组中。
具体地,请参阅图4,所述步骤S3包括:
步骤S31:对每一个所述回波数据进行二维快速傅里叶变换,得到每个所述回波数据的信号频谱;
步骤S32:根据所述设定的目标距离和速度,确定所述目标模拟器在所述信号频谱中的位置,计算所述位置对应的相位值,以获得每个天线在各个检测角度下的相位值。
具体地,对一个回波数据进行距离和速度傅里叶变换,得到距离和速度图像,由于所述图像含有目标模拟器模拟的目标距离和速度信息,因此,根据设定的目标距离和速度,对所述图像进行目标检测处理,在图像的距离维和速度维进行两维加窗,从而得到该回波数据的相位值,接着,对每个回波数据重复上述过程,从而得到每个天线在各个检测角度下的相位值。在实际应用中,对回波数据的处理可根据实际需要进行设置,在此不做限定。
步骤S4:确定参考天线和待校准天线,根据所述待校准天线的相位值和所述参考天线的相位值,得到在不同检测角度下、各所述待校准天线与所述参考天线的相位差;
具体地,选取毫米波雷达的一个天线作为参考天线,其他天线均为待校准天线;接着,从第二二维数组中提取出参考天线不同检测角度下的相位值,以及第一个待校准天线不同检测角度下的相位值;然后,对于同一检测角度,将待校准天线的相位值与参考天线的相位值做差,得到该检测角度下、待校准天线与参考天线的相位差;对剩余的待校准天线重复上述过程,从而得到在不同检测角度下、各所述待校准天线与所述参考天线的相位差,并将所述相位差存储至第三二维数组中。在实际应用中,参考天线可以选取毫米波雷达最左侧、最右侧或者是其中任意一个天线,在此不做限定。
步骤S5:根据所述角度和所述相位差,通过数学模型进行计算,得到所述待校准天线所需校准的相位误差和所需校准的相位中心间距。
具体地,所述数学模型为
Δω=2πdpsin(θ)/λ+ωe
其中,Δω为所述相位差,θ为所述检测角度,λ为所述电磁波的波长,ωe为所述所需校准的相位误差,dp为所述所需校准的相位中心间距。
请参阅图5,所述步骤S5还包括:
步骤S51:根据所述数学模型,对所述待校准天线的每个所述检测角度和每个所述相位差采用最小二乘法进行曲线拟合,获得正弦曲线;
步骤S52:根据所述正弦曲线的截距得到所述相位误差,根据所述正弦曲线的振幅得到所述相位中心间距。
在其中一些实施例中,首先,根据第三二维数组中的同一待校准天线的每个相位差以及一维数组中的检测角度,代入数学模型并采用最小二乘法进行曲线拟合,得到正弦曲线,其中,横坐标代表不同的检测角度,纵坐标代表每个检测角度下、该待校准天线与参考天线的相位差,那么,正弦曲线的截距即为该待校准天线所需校准的相位误差,正弦曲线的所需校准的相位中心间距为A×λ÷2π,其中,A为正弦曲线的振幅,λ为毫米雷达波的电磁波波长;接着,对其他待校准天线重复上述步骤,从而得到每个待校准天线所需校准的相位误差和所需校准的相位中心间距。
本发明实施例提供的毫米波雷达的校准方法,通过构建角度与相位差之间的数学模型,并采集相关数据,不仅能校准天线间的相位误差,还能校准天线间的相位中心间距,提高了毫米波雷达后续测试的准确性。
在其中一些实施例中,请参阅图6,在步骤S5后,所述方法还包括:
步骤S6:基于所述相位误差和所述相位中心间距,对实际目标进行测量。
具体地,将计算出的每个待校准天线所需校准的相位误差和相位中心间距传回毫米波雷达中,并存储至毫米波雷达内部的存储器中,以便于毫米波雷达在后续测量过程中,可以使用校准的相位误差和相位中心间距对待检测目标进行测量,从而提高毫米波雷达的测量准确性。
本发明实施例还提供了一种非易失性计算机存储介质,所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令,该计算机可执行指令被一个或多个处理器执行,例如图2中的一个处理器401,可使得上述一个或多个处理器可执行上述任意方法实施例中的毫米波雷达的校准方法,例如,执行上述任意方法实施例中的毫米波雷达的校准方法,例如,执行以上描述的图3至图6所示的各个步骤;也可实现图1所述的各个装置的功能。
本发明实施例还提供了一种计算机程序产品,包括存储在非易失性计算机可读存储介质上的计算程序,所述计算机程序包括程序指令,当所述程序指令被计算机执行时,使所述计算机执行上述任意方法实施例中的毫米波雷达的校准方法,例如,执行以上描述的图3至图6的方法步骤,实现图1的各装置的功能。
本发明提供一种毫米波雷达的校准方法及装置,所述方法包括:根据设定的距离和速度控制目标模拟器工作;控制转台转动,以使毫米波雷达位于不同的检测角度下进行检测,获取各个天线不同检测角度下的回波数据;对回波数据进行处理,得到每个天线在各个检测角度下的相位值;根据待校准天线和参考天线的相位值,得到在不同检测角度下、各待校准天线与参考天线的相位差;根据角度和相位差,通过数学模型进行计算,得到待校准天线所需校准的相位误差和相位中心间距。该方法通过构建角度与相位差之间的数学模型,并采集相关数据,能同时校准天线间的相位误差和相位中心间距。
需要说明的是,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
通过以上的实施方式的描述,本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加通用硬件平台的方式来实现,当然也可以通过硬件。基于这样的理解,上述技术方案本质上或者说对相关技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中,如ROM/RAM、磁碟、光盘等,包括若干指令用至少一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等) 执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;在本发明的思路下,以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合,步骤可以以任意顺序实现,并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化,为了简明,它们没有在细节中提供;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。