CN113447908B - 一种固定式雷达探测目标的gps北斗坐标获取方法以及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种固定式雷达探测目标的GPS北斗坐标获取方法及装置，该方法步骤包括：S01.预先获取探测雷达所在的GPS/北斗坐标，探测雷达固定布置于指定位置处；S02.预先获取参考点的GPS/北斗坐标，以及获取参考点相对于探测雷达的相对坐标和距离；S03.当探测雷达检测到目标时，获取雷达探测目标的雷达坐标，根据雷达探测目标的雷达坐标、探测雷达所在的GPS/北斗坐标、参考点的GPS/北斗坐标以及参考点相对于探测雷达的相对坐标和距离，使用预先构建的坐标计算模型计算得到雷达探测目标的GPS/北斗坐标输出。本发明具有实现方法简单、实现方法简单、成本低、坐标获取精度以及效率高且灵活性强等优点。

Description

一种固定式雷达探测目标的GPS北斗坐标获取方法以及装置
技术领域
本发明涉及固定式雷达目标检测技术领域，尤其涉及一种固定式雷达探测目标的GPS北斗坐标获取方法以及装置。
背景技术
雷达目标探测过程中需要能够获取精确的目标GPS（全球定位系统）/北斗坐标，而雷达设备本身仅能够在完成目标检测后输出目标相对于雷达的相对坐标，也即为雷达坐标。若需要输出目标的GPS/北斗坐标，则需要进一步采用GPS/北斗模块以及电子罗盘/电子陀螺仪来获得雷达设备安装的坐标和朝向方位角，再依据测得的雷达设备安装坐标和朝向方位角计算出雷达探测目标的GPS/北斗坐标，如图1所示。
但是上述依据GPS/北斗模块以及电子罗盘/电子陀螺仪，辅助计算出雷达探测目标的GPS/北斗坐标的方案会存在以下问题：
1、精度与成本难以兼顾。对电子罗盘/电子陀螺仪的测量角度的精度要求较高，需要使用高精度的电子罗盘/电子陀螺仪，电子罗盘/电子陀螺仪的精度不够即会使得输出目标坐标存在较大的误差，尤其是对于远距离目标。比如一般的电子罗盘/电子陀螺仪测量角度的精度为1度，则对于100米距离处的目标坐标，其误差会达到1.75米左右，对于200米距离处的目标坐标，其误差会达到3.5米左右。而在如交通控制的应用场景中，该误差距离甚至已经超过了车道的宽度，这会使得目标检测失效。而高精度的电子罗盘/电子陀螺仪成本也非常高，会大大增加雷达探测的实现成本，因而坐标获取精度与实现成本往往难以同时兼顾。
2、适用场景受限。由于雷达探测目标的GPS/北斗坐标需要使用GPS/北斗模块实时的获取GPS/北斗坐标，不仅会增加成本，且仅能够适用于GPS/北斗定位信号覆盖的区域，而在偏远地区或者建筑物密集的区域，GPS/北斗定位信号也可能存在接收不稳定或接收不到的情况，上述需要依赖于实时GPS/北斗定位信号的方案就不能够适用于该类场景的雷达目标探测中。
如中国专利申请CN112083387A公开一种雷达标定方法及装置，该方案即是利用GPS数据进行雷达标定，引入坐标系变换技术，获得雷达目标的相对准确的位置信息，利用GPS数据获得的目标与雷达距离、角度数据对雷达坐标系中雷达与目标相对位置进行纠正，提高雷达数据的精确度。但是该方案必须依赖于实时的GPS数据来获取雷达目标的相对准确的位置信息，不仅实现复杂、成本高，且如上述，仅能够适用于GPS/北斗定位信号覆盖的区域，无法适用于GPS/北斗定位信号接收不稳定或接收不到的应用场合中。
依据雷达在探测过程中是否发生移动，可以分为移动式雷达以及固定式雷达，其中固定式雷达也即为将雷达固定安装在指定位置处以进行目标探测，在雷达探测过程中雷达处于静止状态。如在智能交通控制的应用场合中，需要在车道两侧、交叉路口等固定布置雷达以监测来往的车流量信息；又比如在周界安防应用场合中，需要在周界附近固定布置雷达监测入侵目标；车载雷达、无人机上搭载雷达即为移动式雷达。与移动式雷达不同的，固定式雷达在目标探测过程中探测环境是固定不变的，而针对于雷达探测目标的GPS/北斗坐标定位，现有技术中通常并不考虑固定式雷达的上述环境特性，致使不能充分结合固定的环境特性来实现快速、精准的GPS/北斗坐标获取。
综上，亟需提供一种能够匹配固定式雷达探测特性获取雷达探测目标GPS/北斗坐标的方法，以使得可以无需借助于额外的电子罗盘或者电子陀螺仪等辅助设备，能够同时兼顾坐标精度、实现成本以及实现效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种实现方法简单、成本低、坐标获取精度以及效率高且灵活性强的固定式雷达探测目标的GPS北斗坐标获取方法以及装置，能够充分利用固定式雷达探测过程中的环境特性，实现快速、精准的GPS/北斗坐标获取。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种固定式雷达探测目标的GPS北斗坐标获取方法，步骤包括：
S01. 预先获取探测雷达所在的GPS/北斗坐标，所述探测雷达固定布置于指定位置处；
S02. 预先获取参考点的GPS/北斗坐标，以及获取所述参考点相对于所述探测雷达的相对坐标和距离，所述参考点在所述探测雷达的照射方向上；
S03. 当所述探测雷达检测到目标时，获取雷达探测目标的雷达坐标，根据所述雷达探测目标的雷达坐标、所述探测雷达所在的GPS/北斗坐标、所述参考点的GPS/北斗坐标以及所述参考点相对于所述探测雷达的相对坐标和距离，使用预先构建的坐标计算模型计算得到雷达探测目标的GPS/北斗坐标输出。
进一步的，所述步骤S03中，具体通过将探测雷达检测到的目标点B映射至所述探测雷达与所述参考点之间的连线上，形成映射点A，以映射点A为媒介，根据目标点B、映射点A、所述参考点以及探测雷达相互之间的位置关系，基于所述雷达探测目标的雷达坐标、所述探测雷达所在的GPS/北斗坐标、所述参考点的GPS/北斗坐标以及所述参考点相对于所述探测雷达的相对坐标和距离，构建计算目标点B的GPS/北斗坐标的所述坐标计算模型。
进一步的，所述构建计算目标点B的GPS/北斗坐标的所述坐标计算模型的步骤包括：
S301. 根据探测雷达与所述参考点之间的连线方程以及所述目标点B的雷达坐标构建所述映射点A的GPS/北斗坐标的计算模型，以及根据目标点B的雷达坐标以及参考点的雷达坐标构建第一连线与第二连线之间的夹角的计算模型，所述第一连线为所述映射点A与探测雷达之间的连线，所述第二连线为所述目标点B与探测雷达之间的连线；
S302. 根据所述映射点A与所述目标点B之间的位置关系，使用所述映射点A的GPS/北斗坐标的计算模型、所述夹角的计算模型构建目标点B的GPS/北斗坐标的坐标计算模型。
进一步的，所述步骤S301中构建所述述映射点A的GPS/北斗坐标的计算模型的步骤包括：
S311. 构建在GPS/北斗坐标系下探测雷达与所述参考点之间的连线方程；
S312. 根据所述映射点A与探测雷达之间的距离，构建所述映射点A到所述探测雷达之间的距离方程；
S313. 联合构建的所述连线方程、所述距离连线方程，以及基于映射点A在探测雷达与所述参考点之间的连线上，构建得到所述映射点A的GPS/北斗坐标的计算模型。
进一步的，所述映射点A的GPS/北斗坐标的计算模型具体为：
Figure 790142DEST_PATH_IMAGE001
其中，Xa, Ya分别为所述映射点A的GPS/北斗坐标中横、纵坐标值，Xr,Yr分别为所述参考点的GPS/北斗坐标中横、纵坐标值，X0,Y0分别为所述探测雷达的GPS/北斗坐标中横、纵坐标值；xb, yb分别为所述雷达探测目标的雷达坐标中横、纵坐标值，d为所述探测雷达相对于所述参考点的距离；
所述夹角的计算模型为：
Figure 604515DEST_PATH_IMAGE002
其中，θ为第一连线OR与第二连线OB之间的夹角，所述第一连线OR为映射点A与探测雷达之间的连线，所述第二连线OB为所述目标点B与探测雷达之间的连线，xr, yr分别为所述参考点相对于所述探测雷达的相对坐标；
所述步骤S302中，将所述映射点A以所述探测雷达所在位置为圆心旋转角度θ，构建得到的所述目标点B的GPS/北斗坐标的计算模型为：
Figure 426977DEST_PATH_IMAGE003
其中，Xb,Yb分别为目标点B的GPS/北斗坐标中横、纵坐标值。
进一步的，所述步骤S02中，具体预先在偏离所述探测雷达的照射正方向的中心线、且距离所述探测雷达指定距离的任意位置处设置标定物以作为所述参考点，使用所述探测雷达对所述标定物进行目标检测，由检测到的参考点的雷达坐标得到所述参考点相对于所述探测雷达的相对坐标。
进一步的，所述步骤S02中，具体预先在所述探测雷达的照射正方向的中心线上、且距离所述探测雷达指定距离的任意位置处设置标定物以作为所述参考点，通过测距获取所述参考点相对于所述探测雷达的距离，并根据测距得到的距离得到所述参考点相对于所述探测雷达的相对坐标。
进一步的，所述参考点具体设置两个以上，所述步骤S03中，先基于每个参考点计算出一组雷达探测目标的GPS/北斗坐标，再使用各组计算得到的GPS/北斗坐标进行相互验证，确定出最终的雷达探测目标的GPS/北斗坐标输出。
一种固定式雷达探测目标的GPS/北斗坐标获取装置，包括：
获取模块，用于获取探测雷达所在的GPS/北斗坐标，所述探测雷达固定布置于指定位置处；
以及获取参考点的GPS/北斗坐标、所述参考点相对于所述探测雷达的相对坐标和距离，所述参考点在所述探测雷达的照射方向上；
以及当所述探测雷达检测到目标时，获取雷达探测目标的雷达坐标；
实时坐标获取模块，用于根据所述雷达探测目标的雷达坐标、所述探测雷达所在的GPS/北斗坐标、所述参考点的GPS/北斗坐标以及所述参考点相对于所述探测雷达的相对坐标和距离，使用预先构建的坐标计算模型计算得到雷达探测目标的GPS/北斗坐标输出。
一种计算机装置，包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述计算机程序，所述处理器用于执行所述计算机程序以执行如上述方法。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明通过预先获取探测雷达所在的GPS/北斗坐标、获取参考点的GPS/北斗坐标、参考点相对于探测雷达的相对坐标等信息，当探测雷达检测到目标时，获取雷达探测目标的雷达坐标，然后根据获取的各坐标数据，使用预先构建的坐标计算模型计算得到雷达探测目标的GPS/北斗坐标输出，能够充分利用固定式雷达在目标探测过程中探测雷达以及探测环境都是固定不变的特性，以及利用易于离线获取的探测雷达、参考点的坐标，结合雷达探测目标的雷达坐标实现雷达探测目标的GPS/北斗坐标自动获取，实现简单，且无需借助于额外的电子陀螺仪等辅助设备，也无需实时的GPS/北斗定位信号，可以大大减小所需的实现成本，同时还可以有效提高GPS/北斗坐标的获取精度以及效率，使得能够实现快速、精准的GPS/北斗坐标获取。
2、本发明进一步结合探测雷达、参考点与目标点之间的位置关系，通过在探测雷达与参考点之间的连线上查找一个目标点的映射点，以映射点为媒介，根据目标点、映射点、参考点以及探测雷达相互之间的位置关系，构建计算目标点的GPS/北斗坐标的坐标计算模型，巧妙的借助于映射点来确定目标点的GPS/北斗坐标，使得基于探测雷达、参考点的坐标即可以简单、快速的实现雷达探测目标GPS/北斗坐标获取。
附图说明
图1是现有技术中获取目标GPS/北斗坐标的实现流程示意图。
图2是本发明实施例1固定式雷达探测目标的GPS北斗坐标获取方法的实现流程示意图。
图3是本发明实施例1实现固定式雷达探测目标的GPS/北斗坐标获取的流程示意图。
图4是本发明实施例1实现固定式雷达探测目标的GPS/北斗坐标获取的原理流程示意图。
图5是本发明实施例2实现固定式雷达探测目标的GPS/北斗坐标获取的原理示意图。
图6是本发明实施例3实现固定式雷达探测目标的GPS/北斗坐标获取的原理示意图。
图7是本发明实施例4实现固定式雷达探测目标的GPS/北斗坐标获取的详细流程示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
实施例1：
如图2、3所示，本实施例固定式雷达探测目标的GPS北斗坐标获取方法的步骤包括：
S01. 预先获取探测雷达所在的GPS/北斗坐标，探测雷达固定布置于指定位置处；
S02. 预先获取参考点的GPS/北斗坐标，以及获取参考点相对于探测雷达的相对坐标和距离，参考点在探测雷达的照射方向上；
S03. 当探测雷达检测到目标时，获取雷达探测目标的雷达坐标，根据雷达探测目标的雷达坐标、探测雷达所在的GPS/北斗坐标、参考点的GPS/北斗坐标以及参考点相对于探测雷达的相对坐标和距离，使用预先构建的坐标计算模型计算得到雷达探测目标的GPS/北斗坐标输出。
考虑到固定式雷达在目标探测过程中探测雷达以及探测环境都是固定不变的特性，同时考虑到，探测雷达的GPS/北斗坐标可以预先离线获取，如果在探测环境中取一个参考点，预先离线获取参考点的GPS/北斗坐标以及相对坐标等信息后，由探测雷达与参考点之间的坐标关系，即可以构建形成一个确定的关于GPS/北斗坐标与相对坐标的坐标关系等式，在获取雷达探测目标与探测雷达之间的相对位置关系后，可以基于上述坐标关系等式构建出计算雷达探测目标的GPS/北斗坐标的坐标计算模型，则当雷达检测到目标后，基于获取的各坐标，借助于构建的坐标计算模型，即可以计算出雷达探测目标的GPS/北斗坐标。
本实施例基于上述考虑，通过预先获取探测雷达所在的GPS/北斗坐标，以及预先获取参考点的GPS/北斗坐标、参考点相对于探测雷达的相对坐标等信息，当探测雷达检测到目标时，获取雷达探测目标的雷达坐标，然后根据获取的各坐标数据（雷达探测目标的雷达坐标以及探测雷达所在的GPS/北斗坐标、参考点的GPS/北斗坐标以及参考点相对于探测雷达的相对坐标和距离），使用预先构建的坐标计算模型计算得到雷达探测目标的GPS/北斗坐标输出。本实施例通过上述方法，可以充分利用固定式雷达在目标探测过程中探测雷达以及探测环境都是固定不变的特性，以及利用易于离线获取的探测雷达与参考点的坐标数据，来实现雷达探测目标的GPS/北斗坐标自动获取，不仅实现简单，而且无需借助于额外的电子陀螺仪等辅助设备，也无需实时的GPS/北斗定位信号，可以大大减小所需的实现成本，同时还可以有效提高GPS/北斗坐标的获取精度以及效率，使得能够实现快速、精准的GPS/北斗坐标获取。
本实施例中GPS/北斗坐标即为GPS坐标或者北斗坐标，具体可以根据实际需求确定获取的坐标类型，两者的获取原理相同，其中当需要获取GPS坐标时，则相应的上述各步骤中统一取GPS坐标，相应的，当需要获取GPS坐标时，则相应的上述各步骤中统一取北斗坐标。
本实施例步骤S01中，探测雷达所在的GPS/北斗坐标可采用离线方式获取，如探测雷达在固定布置好后，利用GPS或者北斗定位仪器，测得探测雷达安装的经纬度坐标位置(X0,Y0)，即为GPS/北斗坐标，再将获取的GPS/北斗坐标进行存储，后续通过调用该存储的GPS/北斗坐标，即可以辅助计算出雷达探测目标的GPS/北斗坐标。探测雷达的GPS/北斗坐标只需要一次获取，无需搭载GPS或者北斗定位器进行实时的定位。上述通过离线的方式可以提高使用的灵活性，使得可以适用于GPS/北斗定位信号不稳定、GPS/北斗定位信号接收不到等复杂环境中。
本实施例步骤S02中，具体预先在偏离探测雷达的照射正方向的中心线、且距离探测雷达指定距离的任意位置处设置一个标定物以作为一个参考点，使用探测雷达对标定物进行目标检测，由检测到的参考点的雷达坐标得到参考点相对于探测雷达的相对坐标。如果探测雷达支持检测静态目标，则通过在探测雷达的照射正方向上设置标定物作为参考点，可以通过探测雷达进行检测来获取参考点相对于探测雷达的相对坐标。上述获取参考点的相对坐标、GPS/北斗坐标可以采用离线的方式，将离线获取的参考点的坐标进行存储，后续仅需直接调用该存储坐标数据，而无需实时进行坐标定位。
如图2所示，本实施例具体先在雷达照射的正方向（本实施例具体在中心线右侧）找一个较远的参考点R，利用激光测距仪测得点R的距离d；在点R处放置金属标定物，配置探测雷达使得其能检测静态目标，测得R点的坐标(xr, yr) ，即为参考点R相对于探测雷达的相对坐标；同时在点R处，利用GPS或者北斗定位仪器，测得R点的经纬度坐标位置(Xr, Yr)，即为参考点R的GPS/北斗坐标，然后将上述测得坐标参数保存以供后续使用。
上述取参考点R时，尽量取远离探测雷达的位置，距离探测雷达越远则相应的坐标获取的精度越高，具体可以依据实际需求、条件确定。
本实施例步骤S03中，具体通过将探测雷达检测到的目标点B映射至探测雷达与参考点之间的连线上，形成映射点A，映射点A到探测雷达的距离、与目标点B到探测雷达的距离相同，以映射点A为媒介，根据目标点B、映射点A、参考点以及探测雷达相互之间的位置关系，基于雷达探测目标的雷达坐标、探测雷达所在的GPS/北斗坐标、参考点的GPS/北斗坐标以及参考点相对于探测雷达的相对坐标和距离，构建计算目标点B的GPS/北斗坐标的坐标计算模型。
由于获取到雷达探测目标的雷达坐标后，即可以得到目标点相对于探测雷达的相对位置关系，依据该相对位置关系，可以在探测雷达与参考点之间的连线上查找一个目标点B的映射点A，由于探测雷达与参考点的GPS/北斗坐标与相对坐标均已知，即可以依据该确定的GPS/北斗坐标与相对坐标之间的坐标等式计算出映射点A的GPS/北斗坐标，从而依据目标点B与映射点A之间的位置关系即可以确定出目标点B的GPS/北斗坐标。本实施例通过充分利用易于离线获取的探测雷达、参考点的坐标，结合探测雷达、参考点与目标点之间的位置关系，通过在探测雷达与参考点之间的连线上查找一个目标点B的映射点A，巧妙的借助于映射点A来确定目标点B的GPS/北斗坐标，可以简单、快速的实现雷达探测目标GPS/北斗坐标获取。
本实施例中，构建计算目标点B的GPS/北斗坐标的坐标计算模型的步骤包括：
S301. 根据探测雷达与参考点之间的连线方程以及目标点B的雷达坐标构建映射点A的GPS/北斗坐标的计算模型，以及根据目标点B的雷达坐标以及参考点的雷达坐标构建第一连线与第二连线之间的夹角的计算模型，第一连线为映射点A与探测雷达之间的连线，第二连线为目标点B与探测雷达之间的连线；
S302. 根据映射点A与目标点B之间的位置关系，使用映射点A的GPS/北斗坐标的计算模型、夹角的计算模型构建目标点B的GPS/北斗坐标的计算模型。
由探测雷达、参考点的相对坐标、GPS/北斗坐标可以构建出探测雷达与参考点之间的连线方程，同时由于目标点B到探测雷达的距离与映射点A到探测雷达的距离相同，由目标点B的相对坐标可以确定出映射点A到参考点的距离，则结合探测雷达与参考点之间的连线方程以及映射点A到参考点的距离可以确定出映射点A的GPS/北斗坐标的计算模型，映射点A是由目标点B映射而来，可以依据目标点B的雷达坐标以及参考点的雷达坐标来得到映射点A与探测雷达之间连线、目标点B与探测雷达之间的连线的夹角的计算模型，从而最终构建形成目标点B的GPS/北斗坐标的坐标计算模型。
本实施例中，步骤S301中构建述映射点A的GPS/北斗坐标的计算模型的步骤包括：
S311. 构建在GPS/北斗坐标系下探测雷达与参考点之间的连线方程；
S312. 根据映射点A与探测雷达之间的距离，构建映射点A到探测雷达之间的距离方程；
S313. 联合构建的连线方程、距离方程，基于映射点A在探测雷达与参考点之间的连线上，构建得到映射点A的GPS/北斗坐标的计算模型。
以下以参考点设置在雷达探测正方向右侧、雷达探测目标位于雷达探测正方向的左侧为例，对本实施例上述计算雷达探测目标GPS/北斗坐标的实现原理进行详细的分析。
如图3所示，在具体应用实施例中，假设O点为雷达发射点，也即为探测雷达的安装位置处，其相对坐标为(0, 0)，对应的GPS/北斗坐标为(X0,Y0)；R点为探测雷达安装时设置的一个参考点，其相对坐标为(xr, yr)，对应的GPS/北斗坐标为(Xr,Yr)；B点为检测到的目标点，其相对坐标为(xb, yb)，对应的GPS/北斗坐标为(Xb,Yb)，也即为所需获取的坐标；A点为在直线OR上的B点的映射点，A点到O点的距离（OA）与B点到O点的距离（OB）相等，OA或者OR即为第一连线，OB即为第二连线，设A点的GPS/北斗坐标为(Xa,Ya)；θ为射线OR/OA与OB的夹角。构建点B的GPS/北斗坐标的坐标计算模型的详细步骤为：
步骤1：根据直线方程两点式公式，直线OR在GPS/北斗坐标系的方程为：
Figure 631693DEST_PATH_IMAGE004
（1）
将式（1）转换成一般式为：
Figure 830594DEST_PATH_IMAGE005
（2）
步骤2：求A点坐标GPS/北斗坐标系(Xa，Ya)
由于A点距离点O距离为
Figure 499472DEST_PATH_IMAGE006
，根据两点之间的距离有：
Figure 492836DEST_PATH_IMAGE007
（3）
且由于A点距离点R距离为
Figure 247166DEST_PATH_IMAGE008
，根据两点之间的距离有：
Figure 921860DEST_PATH_IMAGE009
（4）
A点在直线OR上，则将A点代入直线OR的方程可以得到：
Figure 445246DEST_PATH_IMAGE010
（5）
解方程，得：
Figure 875090DEST_PATH_IMAGE011
即A点坐标为：
Figure 116715DEST_PATH_IMAGE012
（6）
步骤3，求OA与OB的夹角θ
根据点B、点R的相对坐标，即有：
Figure 391839DEST_PATH_IMAGE013
（7）
步骤4，求点B的坐标(Xb,Yb)
点A以点O为圆心、旋转角度θ即可以得到点B，则点B的GPS/北斗坐标为：
Figure 35310DEST_PATH_IMAGE014
（8）
Figure 308159DEST_PATH_IMAGE015
（9）
将上述步骤2推导的点A坐标计算公式（6）和步骤3中推导的夹角计算公式（7）代入上式（8）、（9）中即可得B点GPS/北斗坐标。
由上述可知，由于A点在探测雷达与参考点R之间的连线OR上，则根据OR直线公式、A点到O点的距离公式和A点到R点的距离公式，可构建出A点的GPS/北斗坐标(Xa,Ya)计算公式（6）；同时根据B点、R点和O点的相对坐标，可构建出OB与OR的夹角θ计算公式（7）；又由于B点为A点经过旋转θ角度得到，可以根据点在平面的旋转公式构建出B点坐标(Xb,Yb)的计算公式（8）、（9）。综合式（7）、（8）、（9）可知，只需要获取点B的相对坐标、点O所在的GPS/北斗坐标、点R的GPS/北斗坐标以及点R的相对坐标和点R到点O的距离，即可计算得到点B的GPS/北斗坐标。
基于上述原理，本实施例先按照式（1）、（2）构建在GPS/北斗坐标系下探测雷达与参考点之间的连线方程，然后根据映射点A与探测雷达之间的距离，按照式（3）、（4）构建映射点A到探测雷达之间、映射点A到参考点R的距离方程，由于A点在OR直线上，代入式（2）得到直线方程（5），结合式（3）~（5）即可得到映射点A的GPS/北斗坐标的计算模型（6）；然后根据目标点B的雷达坐标以及参考点的雷达坐标，按照式（7）构建第一连线OA与第二连线OB之间的夹角的计算模型，将映射点A以点O为圆心、旋转角度θ得到目标点B，最终得到如式（8）、（9）的坐标计算模型，其中(Xa,Ya)由式（6）得到，θ由式（7）得到。
可以理解的是，上述目标点B的GPS/北斗坐标的坐标计算模型并不限于上述形式，也可以在上述原理的基础上，对坐标计算模型的具体形式进行适应性改进、优化，如增加调节因子、权重系数等，关键在于结合探测雷达、参考点以及目标点之间的GPS/北斗坐标、相对坐标之间的关系，来构建雷达探测目标点的GPS/北斗坐标的计算模型，模型的具体形式可根据实际需求配置、调整。
本实施例还提供固定式雷达探测目标的GPS/北斗坐标获取装置，包括：
获取模块，用于获取探测雷达所在的GPS/北斗坐标，探测雷达固定布置于指定位置处；
以及获取参考点的GPS/北斗坐标，以及获取参考点相对于探测雷达的相对坐标和距离，参考点在探测雷达的照射方向上；
以及当探测雷达检测到目标时，获取雷达探测目标的雷达坐标；
实时坐标获取模块，用于根据雷达探测目标的雷达坐标、探测雷达所在的GPS/北斗坐标、参考点的GPS/北斗坐标以及参考点相对于探测雷达的相对坐标和距离，根据预先构建的坐标计算模型计算得到雷达探测目标的GPS/北斗坐标输出。
本实施例中，实时坐标获取模块构建计算目标点B的GPS/北斗坐标的计算模型时具体：
根据探测雷达与参考点之间的连线方程以及目标点B的雷达坐标构建映射点A的GPS/北斗坐标的计算模型，以及根据目标点B的雷达坐标以及参考点的雷达坐标构建第一连线与第二连线之间的夹角的计算模型，第一连线为映射点A与探测雷达之间的连线，第二连线为目标点B与探测雷达之间的连线；
根据映射点A与目标点B之间的位置关系，使用映射点A的GPS/北斗坐标的计算模型、夹角的计算模型构建目标点B的GPS/北斗坐标的计算模型。
本实施例中，第一构建单元构建述映射点A的GPS/北斗坐标的计算模型时具体：
构建在GPS/北斗坐标系下探测雷达与参考点之间的连线方程；
根据映射点A与探测雷达之间的距离，构建映射点A到探测雷达之间的距离方程；
联合构建的连线方程、所述第二连线方程，基于映射点A在探测雷达与参考点之间的连线上，构建得到映射点A的GPS/北斗坐标的计算模型。
本实施例中由一个获取模块来统一实现信息获取功能，获取探测雷达所在的GPS/北斗坐标、参考点的GPS/北斗坐标，以及获取参考点相对于探测雷达的相对坐标和距离，其中探测雷达所在的GPS/北斗坐标、参考点的GPS/北斗坐标，以及参考点相对于探测雷达的相对坐标和距离预先可存储在指定存储空间中，当雷达检测到目标后，通过获取模块从存储空间中取出各坐标值。
本实施例固定式雷达探测目标的GPS/北斗坐标获取装置与上述固定式雷达探测目标的GPS北斗坐标获取方法对应，其中获取模块与步骤S1、S2以及步骤S3中雷达坐标获取步骤对应，实时坐标获取模块与步骤S3中根据预先构建的坐标计算模型计算雷达探测目标的GPS/北斗坐标步骤对应，在此不再一一赘述。
本实施例还提供计算机装置，包括处理器以及存储器，存储器用于存储计算机程序，处理器用于执行计算机程序，处理器用于执行计算机程序以执行上述固定式雷达探测目标的GPS北斗坐标获取方法。
实施例2：
本实施例与实施例基本相同，不同之处在于本实施例中设置的参考点与雷达探测目标，位于雷达探测方向的中心线的同一侧，以同为左侧为例，如图5所示。
实施例1相同的原理，如图5所示，本实施例中同样可将目标点B映射至探测雷达与参考点R之间的连线OR上，形成映射点A，映射点A的GPS/北斗坐标(Xa,Ya)计算公式可采用与实施例1中相同的方式构建得到，如式（6）所示。
与实施例1不同的是，由于参考点与雷达探测目标处于同一侧，探测雷达到映射点之间的第一连线OA与探测雷达到目标点之间的第二连线OB的夹角θ按下式计算得到：
Figure 37081DEST_PATH_IMAGE016
（10）
分析可知，上述式（10）与实施例1中式（7）的实现原理是相同的。
与实施例1相同的，目标点B的GPS/北斗坐标(Xb,Yb)计算公式如式（8）、（9）所示，即：
Figure 115896DEST_PATH_IMAGE014
（8）
Figure 613873DEST_PATH_IMAGE015
（9）
则将式（6）、（10）代入式（8）、（9）中即可得到目标点B的GPS/北斗坐标(Xb,Yb)。
即本实施例可以实现参考点与雷达探测目标同属于中心线一侧情况下，雷达探测目标的GPS/北斗坐标获取。且由上述可知，当参考点与雷达探测目标处于同一侧时，仅是第一连线OA、第二连线OB的夹角θ的计算表达式稍有差别，相同的原理，当设置的参考点位于雷达探测方向的中心线的右侧而雷达探测目标也位于右侧时，可以采用与实施例1相同的原理构建得到目标点B的GPS/北斗坐标的计算模型。即在实际应用场合中，参考点可选取中心线以外、与探测目标具有一定距离的任意点，按照与实施例1相同的原理即可以实现目标点B的GPS/北斗坐标获取，优选的参考点距离越远则坐标获取精度越高。
实施例3：
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于，本实施例步骤S02中，具体是预先在探测雷达的照射正方向的中心线上、且距离探测雷达指定距离的任意位置处设置一个标定物以作为参考点，如图6所示，通过测距获取参考点相对于探测雷达的距离，并根据测距得到的距离得到参考点相对于探测雷达的相对坐标，以使得可以适用于雷达不支持静态目标检测的场合。
部分雷达不支持静态目标检测，对于该类雷达，本实施例将参考点选取在探测雷达的照射正方向的中心线上，如图6所示，可以使用激光测距仪测量参考点R距离探测雷达O点的距离d，即可以得到参考点R相对于探测雷达的相对坐标(0, d)，再采用与实施例1相同的原理即可以实现目标点B的GPS/北斗坐标获取。同样的，参考点R距离探测雷达O的距离越远越好，距离越远则坐标获取精度越高。
本实施例实现目标点B的GPS/北斗坐标获取的详细步骤为：
步骤1：利用GPS或者北斗定位仪器，测得探测雷达安装的经纬度坐标位置(X0,Y0)，即得到探测雷达的GPS/北斗坐标；
步骤2：使用激光测距仪沿雷达正方向的中心线照射，取一个较远的参考点R，利用激光测距仪测得点R距O点的距离为d，即得到参考点R相对于探测雷达O的相对坐标为(0,d)；
步骤3：在点R处，利用GPS/北斗定位仪器测得R点的经纬度坐标位置(Xr,Yr)，即获得参考点R的GPS/北斗坐标。
步骤4：将步骤1、2、3测得的参数保存到设备参数中。
步骤5：当探测雷达检测到目标后，获取目标点B的相对坐标(xb, yb)，利用与实施例1相同的原理，按照式（6）~（8），即可计算出目标点B的GPS或者北斗坐标(Xb,Yb)。
由上述可知，在实际应用中，本发明也可以适用于不支持静态目标检测的雷达中，仅需要将参考点设置在雷达探测方向的中心线上，由参考点于探测雷达的距离来获取参考点相对于雷达的相对坐标。
实施例4：
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于，本实施例参考点具体设置两个以上，具体在步骤S03中，先基于每个参考点计算出一组雷达探测目标的GPS/北斗坐标，再使用各组计算得到的GPS/北斗坐标进行相互验证，确定出最终的雷达探测目标的GPS/北斗坐标输出。参考点的具体设置数量可以根据实际需求确定。
由于直接基于一个参考点来计算雷达探测目标的GPS/北斗坐标可能会存在一定的误差，而基于不同位置的参考点计算得到的雷达探测目标的GPS/北斗坐标应当是相同的。本实施例考虑上述问题，通过预先选取两个以上的参考点，对于各参考点，分别按照与实施例1相同的原理计算出雷达探测目标的GPS/北斗坐标，可以得到多组雷达探测目标的GPS/北斗坐标，结合该多组雷达探测目标的GPS/北斗坐标来进行相互验证，如若各组雷达探测目标的GPS/北斗坐标均相同或相近（误差均在指定范围以内），则表明当前得到的雷达探测目标的GPS/北斗坐标是有效的，直接依据各组雷达探测目标的GPS/北斗坐标即可确定出最优的坐标值（如取统计平均值），若各组雷达探测目标的GPS/北斗坐标中存在差异较大（超过预设阈值）的结果，则可以判定其中存在不可靠的计算结果，可以去除掉差异较大的结果后再综合计算出最优的坐标值，可以结合多组坐标计算结果来进一步提高坐标获取的精度，以实现更为精准的GPS/北斗坐标获取。
如图7所示，本实施例实现雷达探测坐标的GPS/北斗坐标获取的详细步骤为：
步骤1：利用GPS/北斗定位仪器，测得探测雷达安装的经纬度坐标位置(X0,Y0)，即得到探测雷达的GPS/北斗坐标；
步骤2，往雷达照射的方向找两个较远的参考点R1、R2（可以取同一侧的两个点，也可以分别在中心线的左右两侧分别取一个参考点），利用激光测距仪测得各参考点R的距离d1、d2；
步骤3，在各参考点R处放置金属标定物，配置雷达使其能检测静态目标，测得各参考R点的相对坐标(xr1, yr1)、(xr2, yr2)；
步骤4，在各参考点R处，利用GPS/北斗定位仪器，测得各参考R点的经纬度坐标位置(Xr1, Yr1) 、(Xr2, Yr2)；
步骤5，将步骤1~4中各参数保存。
步骤6，当检测到目标后，得到B的相对坐标为(xb, yb)，分别利用参考点R1、R2的GPS/北斗坐标、相对坐标，采用与实施例1相同的原理计算出目标点B的GPS/北斗坐标，得到目标B点的两组GPS/北斗坐标为(Xb1,Yb1)、(Xb2,Yb2)；
步骤7，判断两组GPS/北斗坐标 (Xb1,Yb1)、(Xb2,Yb2)之间的距离是否在预设范围以内，如果是，取两组GPS/北斗坐标 (Xb1,Yb1)、(Xb2,Yb2)的均值作为最终的GPS/北斗坐标；如果距离超过预设范围，则表明其中一组或两组结果存在较大误差，需要进一步验证，如重新结合第三个参考点来进行验证。
本发明可以适用于智能交通领域中，以应用于布置于道路两侧、路口等的雷达中以实现雷达探测目标的GPS/北斗坐标获取，也可以适用于周界防护等各类固定式雷达的应用场景中。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.一种固定式雷达探测目标的GPS北斗坐标获取方法，其特征在于，步骤包括：
S01. 预先获取探测雷达所在的GPS/北斗坐标，所述探测雷达固定布置于指定位置处；
S02. 预先获取参考点的GPS/北斗坐标，以及获取所述参考点相对于所述探测雷达的相对坐标和距离，所述参考点在所述探测雷达的照射方向上；
S03. 当所述探测雷达检测到目标时，获取雷达探测目标的雷达坐标，根据所述雷达探测目标的雷达坐标、所述探测雷达所在的GPS/北斗坐标、所述参考点的GPS/北斗坐标以及所述参考点相对于所述探测雷达的相对坐标和距离，使用预先构建的坐标计算模型计算得到雷达探测目标的GPS/北斗坐标输出；
所述步骤S03中，具体通过将探测雷达检测到的目标点B映射至所述探测雷达与所述参考点之间的连线上，形成映射点A，其中所述映射点A到所述探测雷达的距离与所述目标点B到所述探测雷达的距离相等，以映射点A为媒介，根据目标点B、映射点A、所述参考点以及探测雷达相互之间的位置关系，基于所述雷达探测目标的雷达坐标、所述探测雷达所在的GPS/北斗坐标、所述参考点的GPS/北斗坐标以及所述参考点相对于所述探测雷达的相对坐标和距离，构建计算目标点B的GPS/北斗坐标的所述坐标计算模型。
2.根据权利要求1所述的固定式雷达探测目标的GPS北斗坐标获取方法，其特征在于，所述构建计算目标点B的GPS/北斗坐标的所述坐标计算模型的步骤包括：
S301. 根据探测雷达与所述参考点之间的连线方程以及所述目标点B的雷达坐标构建所述映射点A的GPS/北斗坐标的计算模型，以及根据目标点B的雷达坐标以及参考点的雷达坐标构建第一连线与第二连线之间的夹角的计算模型，所述第一连线为所述映射点A与探测雷达之间的连线，所述第二连线为所述目标点B与探测雷达之间的连线；
S302. 根据所述映射点A与所述目标点B之间的位置关系，使用所述映射点A的GPS/北斗坐标的计算模型、所述夹角的计算模型构建目标点B的GPS/北斗坐标的坐标计算模型。
3.根据权利要求2所述的固定式雷达探测目标的GPS北斗坐标获取方法，其特征在于，所述步骤S301中构建所述映射点A的GPS/北斗坐标的计算模型的步骤包括：
S311. 构建在GPS/北斗坐标系下探测雷达与所述参考点之间的连线方程；
S312. 根据所述映射点A与探测雷达之间的距离，构建所述映射点A到所述探测雷达之间的距离方程；
S313. 联合构建的所述连线方程、所述距离方程，以及基于映射点A在探测雷达与所述参考点之间的连线上，构建得到所述映射点A的GPS/北斗坐标的计算模型。
4.根据权利要求2所述的固定式雷达探测目标的GPS北斗坐标获取方法，其特征在于，所述映射点A的GPS/北斗坐标的计算模型具体为：
Figure 261975DEST_PATH_IMAGE001
其中，Xa,Ya分别为所述映射点A的GPS/北斗坐标中横、纵坐标值，Xr,Yr分别为所述参考点的GPS/北斗坐标中横、纵坐标值，X0,Y0分别为所述探测雷达的GPS/北斗坐标中横、纵坐标值；xb, yb分别为所述雷达探测目标的雷达坐标中横、纵坐标值，d为所述探测雷达相对于所述参考点的距离；
所述夹角的计算模型为：
Figure 179115DEST_PATH_IMAGE002
其中，θ为第一连线OR与第二连线OB之间的夹角，所述第一连线OR为映射点A与探测雷达之间的连线，所述第二连线OB为所述目标点B与探测雷达之间的连线，xr, yr分别为所述参考点相对于所述探测雷达的相对坐标；
所述步骤S302中，将所述映射点A以所述探测雷达所在位置为圆心旋转角度θ，构建得到的所述目标点B的GPS/北斗坐标的计算模型为：
Figure 958852DEST_PATH_IMAGE003
其中，Xb,Yb分别为目标点B的GPS/北斗坐标中横、纵坐标值。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的固定式雷达探测目标的GPS北斗坐标获取方法，其特征在于，所述步骤S02中，具体预先在偏离所述探测雷达的照射正方向的中心线、且距离所述探测雷达指定距离的任意位置处设置标定物以作为所述参考点，使用所述探测雷达对所述标定物进行目标检测，由检测到的参考点的雷达坐标得到所述参考点相对于所述探测雷达的相对坐标。
6.根据权利要求1～4中任意一项所述的固定式雷达探测目标的GPS北斗坐标获取方法，其特征在于，所述步骤S02中，具体预先在所述探测雷达的照射正方向的中心线上、且距离所述探测雷达指定距离的任意位置处设置标定物以作为所述参考点，通过测距获取所述参考点相对于所述探测雷达的距离，并根据测距得到的距离得到所述参考点相对于所述探测雷达的相对坐标。
7.根据权利要求1～4中任意一项所述的固定式雷达探测目标的GPS北斗坐标获取方法，其特征在于：所述参考点具体设置两个以上，所述步骤S03中，先基于每个参考点计算出一组雷达探测目标的GPS/北斗坐标，再使用各组计算得到的GPS/北斗坐标进行相互验证，确定出最终的雷达探测目标的GPS/北斗坐标输出。
8.一种固定式雷达探测目标的GPS北斗坐标获取装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取探测雷达所在的GPS/北斗坐标，所述探测雷达固定布置于指定位置处；
以及获取参考点的GPS/北斗坐标、所述参考点相对于所述探测雷达的相对坐标和距离，所述参考点在所述探测雷达的照射方向上；
以及当所述探测雷达检测到目标时，获取雷达探测目标的雷达坐标；
实时坐标获取模块，用于根据所述雷达探测目标的雷达坐标、所述探测雷达所在的GPS/北斗坐标、所述参考点的GPS/北斗坐标以及所述参考点相对于所述探测雷达的相对坐标和距离，使用预先构建的坐标计算模型计算得到雷达探测目标的GPS/北斗坐标输出；
所述实时坐标获取模块中，具体通过将探测雷达检测到的目标点B映射至所述探测雷达与所述参考点之间的连线上，形成映射点A，其中所述映射点A到所述探测雷达的距离与所述目标点B到所述探测雷达的距离相等，以映射点A为媒介，根据目标点B、映射点A、所述参考点以及探测雷达相互之间的位置关系，基于所述雷达探测目标的雷达坐标、所述探测雷达所在的GPS/北斗坐标、所述参考点的GPS/北斗坐标以及所述参考点相对于所述探测雷达的相对坐标和距离，构建计算目标点B的GPS/北斗坐标的所述坐标计算模型。
9.一种计算机装置，包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述计算机程序，其特征在于，所述处理器用于执行所述计算机程序以执行如权利要求1～7中任意一项所述方法。
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