CN114646933A - 一种4d毫米波雷达俯仰安装误差静态测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种4D毫米波雷达俯仰安装误差静态测量方法。该方法包括在4D毫米波雷达可探测区域内的不同位置设置两个角反射器；利用4D毫米波雷达的每帧数据分别测得每一角反射器与4D毫米波雷达的距离以及与4D毫米波雷达0°方向的夹角；利用三角函数关系计算4D毫米波雷达的俯仰安装误差，对每帧数据计算出的俯仰安装角误差进行积累，并对积累的统计变量计算分布律，对分布律进行极大似然估计，以计算获得最终的俯仰安装角误差。本发明计算出的俯仰安装误差有较高的精确度，测量过程简单、方便，适合实车使用。

Description

一种4D毫米波雷达俯仰安装误差静态测量方法
技术领域
本发明涉及4D毫米波雷达俯仰安装误差测量技术领域，具体涉及一种4D毫米波雷达俯仰安装误差静态测量方法。
背景技术
智能驾驶技术上不断提高，毫米波雷达以其全天候、不受环境影响的优点成为保证汽车安全驾驶不可或缺的传感器。然而，毫米波雷达的角度分辨率低，点云密度小等自身缺点成为阻碍毫米波雷达发展的关键因素。在此情况下，4D成像毫米波雷达在保留原有毫米波雷达的优势的前提下提高了角度分辨率，提升了点云的密度，同时还具备测量物体高度信息的能力，使4D毫米波雷达一跃成为智能驾驶领域最重要的传感器之一。由于4D毫米波雷达需要探测高度的信息，因此在安装时需要对雷达的俯仰角进行测量才能使雷达获得更加准确高度信息，俯仰角安装误差的测量也成为限制4D毫米波雷达能否大规模量产的关键技术。
现有俯仰角安装误差测量方案一般和采用水平安装角和俯仰安装角联合测量的方案，这种方案使得水平安装角和俯仰安装角耦合在一起，水平方向的误差和俯仰方向上的误差相互影响，在某些情况下会出现水平俯仰两个方向上的测量值都存在较大误差。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种4D毫米波雷达俯仰安装误差静态测量方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种4D毫米波雷达俯仰安装误差静态测量方法，包括：
在4D毫米波雷达可探测区域内的不同位置设置两个角反射器；
利用4D毫米波雷达的每帧数据分别测得每一角反射器与4D毫米波雷达的距离
Figure 391491DEST_PATH_IMAGE001
、
Figure 105369DEST_PATH_IMAGE002
以及与4D毫米波雷达0°方向的夹角
Figure 689367DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure 412472DEST_PATH_IMAGE004
；
根据每帧数据测得的其中两个角反射器分别与4D毫米波雷达的距离
Figure 305473DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 331198DEST_PATH_IMAGE006
以 及分别与4D毫米波雷达0°方向的夹角
Figure 926127DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure 938076DEST_PATH_IMAGE004
计算4D毫米波雷达的俯仰安装误差
Figure 934851DEST_PATH_IMAGE007
，m 为自然数；
对每帧数据计算出的俯仰安装角误差
Figure 741264DEST_PATH_IMAGE007
进行积累，并对积累的统计变量
Figure 823490DEST_PATH_IMAGE008
计 算分布律
Figure 370621DEST_PATH_IMAGE009
，具体如下：
Figure 97269DEST_PATH_IMAGE010
其中，
Figure 855009DEST_PATH_IMAGE011
，
Figure 909684DEST_PATH_IMAGE012
为积累的统计变量
Figure 512704DEST_PATH_IMAGE013
取值范围的等分数，
Figure 234803DEST_PATH_IMAGE014
为 积累的统计变量
Figure 773232DEST_PATH_IMAGE008
落在第i个区间的下边界，
Figure 564471DEST_PATH_IMAGE015
为积累的统计变量
Figure 456334DEST_PATH_IMAGE016
落在第i个区间的 上边界，
Figure 282208DEST_PATH_IMAGE017
为积累的统计变量
Figure 869834DEST_PATH_IMAGE008
落在
Figure 148368DEST_PATH_IMAGE018
与
Figure 109502DEST_PATH_IMAGE015
之间的概率；
根据所述分布律
Figure 665249DEST_PATH_IMAGE019
计算获得最终的俯仰安装角误差
Figure 935693DEST_PATH_IMAGE020
。
进一步的，两个角反射器设置在同一水平面上，所述计算4D毫米波雷达的俯仰安 装误差
Figure 186677DEST_PATH_IMAGE021
的方式如下：
Figure 935190DEST_PATH_IMAGE022
。
进一步的，两个角反射器设置在水平地面上。
进一步的，所述最终的俯仰安装角误差
Figure 486388DEST_PATH_IMAGE023
通过对所述分布律
Figure 803100DEST_PATH_IMAGE024
进行极大似然估计获得，具体包括：
对所述分布律
Figure 56227DEST_PATH_IMAGE025
进行似然函数计算，具体如下：
Figure 90654DEST_PATH_IMAGE026
其中，
Figure 214468DEST_PATH_IMAGE027
为似然函数，
Figure 577448DEST_PATH_IMAGE028
为自然对数；
对似然函数计算结果求进行求导，并令求导结果为0，具体如下：
Figure 317870DEST_PATH_IMAGE029
。
进一步的，还包括：
设定积累阈值
Figure 158919DEST_PATH_IMAGE030
，在当前积累的俯仰安装角误差
Figure 543764DEST_PATH_IMAGE031
的数量大于设定的积累阈 值
Figure 61333DEST_PATH_IMAGE030
时，再计算分布律。
有益效果：本发明通过在的4D毫米波雷达的探测区域内设置两个角反射器，利用两个角反射器与雷达构成的三角关系计算每帧的雷达俯仰安装角误差并进行统计，计算出的俯仰安装误差只雷达与两个角反射器的距离和俯仰角有关， 而4D毫米波雷达在测距和测角方面都有很好的精度，因此计算出的俯仰安装误差有较高的精确度；采用极大似然估计法对积累量进行估计，得出更为精确的俯仰安装角误差，测量过程简单、方便，适合实车使用。
附图说明
图1是本发明实施例的4D毫米波雷达俯仰安装误差静态测量方法的原理图；
图2是本发明实施例的4D毫米波雷达俯仰安装误差分布和似然估计结果图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
如图1所示，本发明实施例提供了一种4D毫米波雷达俯仰安装误差静态测量方法，包括：
在4D毫米波雷达可探测区域内的不同位置设置两个角反射器。需要说明的是，后续测量直接用到的为两个角反射器，也可将角反射器设置为3个以上，在测量时任意取其中两个角反射器的相关参数，多余的角反射器可用作校验使用。
利用4D毫米波雷达的每帧数据分别测得每一角反射器与4D毫米波雷达的距离
Figure 39784DEST_PATH_IMAGE001
、
Figure 933791DEST_PATH_IMAGE002
以及与4D毫米波雷达0°方向的夹角
Figure 438721DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure 892573DEST_PATH_IMAGE004
。利用4D毫米波雷达来探测角反射器的距 离和角度为现有技术，在此不再赘述。在安装时，4D毫米波雷达的0°方向（法线方向）应为水 平面方向，但实际安装时会存在误差，造成4D毫米波雷达的0°与水平面方向形成一定的夹 角，这个夹角就是4D毫米波雷达的俯仰安装误差。
根据每帧数据测得的其中两个角反射器分别与4D毫米波雷达的距离
Figure 607588DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 56018DEST_PATH_IMAGE006
以 及分别与4D毫米波雷达0°方向的夹角
Figure 149876DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure 9247DEST_PATH_IMAGE004
计算4D毫米波雷达的俯仰安装误差
Figure 431132DEST_PATH_IMAGE007
，m 取值为自然数。当m取值为0时，R01即表示利用第一帧数据测得的第一个角反射器与4D毫米 波雷达之间的距离，R02即表示利用第一帧数据测得的第二个角反射器与4D毫米波雷达之间 的距离，以此类推，可以根据m数据计算获得m个俯仰安装误差。根据两个角反射器分别与4D 毫米波雷达构成的直角三角函数可分别得出：
Figure 932521DEST_PATH_IMAGE032
Figure 21831DEST_PATH_IMAGE033
Figure 317683DEST_PATH_IMAGE034
、
Figure 617077DEST_PATH_IMAGE035
分别为两个角反器与4D毫米波雷达之间垂直距离，在测量前，通过人工测量 得到
Figure 138801DEST_PATH_IMAGE036
、
Figure 331885DEST_PATH_IMAGE037
，然后以外部参数的形式写入程序。为了避免测量
Figure 549371DEST_PATH_IMAGE034
、
Figure 195116DEST_PATH_IMAGE037
出现误差造成测量精度 下降，优选将两个角反射器安装在同一水平面上，即
Figure 523460DEST_PATH_IMAGE038
，安装时可借助于水平仪等设 备确保精度，更优选将两个角反射器安装在水平地面上。具体参见图1，在将两个角反射器 安装在同一水平面上后，将上述两个公式相除可得到：
Figure 711996DEST_PATH_IMAGE039
从而将两个角反射器与4D毫米波雷达之间垂直距离消除，进一步化简并移项合并可得到：
Figure 349651DEST_PATH_IMAGE040
再利用反三角函数即可得出4D毫米波雷达的俯仰安装误差
Figure 233424DEST_PATH_IMAGE007
为：
Figure 614727DEST_PATH_IMAGE022
对每帧数据计算出的俯仰安装角误差
Figure 536065DEST_PATH_IMAGE007
进行积累，并对积累的统计变量
Figure 219987DEST_PATH_IMAGE041
计 算分布律
Figure 574745DEST_PATH_IMAGE042
，具体如下：
Figure 244892DEST_PATH_IMAGE043
其中，
Figure 267075DEST_PATH_IMAGE011
，
Figure 731685DEST_PATH_IMAGE012
为积累的统计变量
Figure 104898DEST_PATH_IMAGE044
取值范围的等分数，
Figure 313156DEST_PATH_IMAGE045
为 积累的统计变量
Figure 924266DEST_PATH_IMAGE008
第i个区间的下边界，
Figure 88007DEST_PATH_IMAGE015
为积累的统计变量
Figure 417357DEST_PATH_IMAGE016
第i个区间的上边界，
Figure 429307DEST_PATH_IMAGE046
为积累的统计变量
Figure 35868DEST_PATH_IMAGE008
落在
Figure 622707DEST_PATH_IMAGE047
与
Figure 455665DEST_PATH_IMAGE015
之间的概率。还优选在测量前设定积累阈值
Figure 254994DEST_PATH_IMAGE030
， 在当前积累的俯仰安装角误差
Figure 857008DEST_PATH_IMAGE021
的数量大于设定的积累阈值
Figure 490115DEST_PATH_IMAGE030
时，再计算分布律。若 当前积累的俯仰安装角误差
Figure 528478DEST_PATH_IMAGE007
的数量不大于设定的积累阈值
Figure 873441DEST_PATH_IMAGE030
，则继续进行积累，直 至积累的俯仰安装角误差
Figure 110387DEST_PATH_IMAGE007
的数量大于设定的积累阈值
Figure 524182DEST_PATH_IMAGE030
。
根据分布律
Figure 456366DEST_PATH_IMAGE019
计算获得最终的俯仰安装角误差
Figure 863076DEST_PATH_IMAGE023
。具体的， 可通过对分布律
Figure 439682DEST_PATH_IMAGE009
求平均值或取分布的最大值来获得最终的俯仰安装 角误差
Figure 273646DEST_PATH_IMAGE023
，更优选通过对分布律
Figure 693126DEST_PATH_IMAGE009
进行极大似然估计获得，具体包括：
对分布律
Figure 388681DEST_PATH_IMAGE048
进行似然函数计算，具体如下：
Figure 334640DEST_PATH_IMAGE049
其中，
Figure 87308DEST_PATH_IMAGE050
为似然函数，
Figure 587560DEST_PATH_IMAGE051
为自然对数；
对似然函数计算结果求进行求导，并令求导结果为0，具体如下：
Figure 86805DEST_PATH_IMAGE052
。
由此计算出的最终的俯仰安装角误差
Figure 762637DEST_PATH_IMAGE053
最接近于真实的俯仰安装角误差，在计 算得到最终的俯仰安装角误差
Figure 938403DEST_PATH_IMAGE054
后，可以此进行软件参数修正，使4D毫米波雷达的高度测 量精度得到保证。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，其它未具体描述的部分，属于现有技术或公知常识。在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种4D毫米波雷达俯仰安装误差静态测量方法，其特征在于，包括：
在4D毫米波雷达可探测区域内的不同位置设置两个角反射器；
利用4D毫米波雷达的每帧数据分别测得每一角反射器与4D毫米波雷达的距离
Figure 57664DEST_PATH_IMAGE001
、
Figure 683555DEST_PATH_IMAGE002
以及与4D毫米波雷达0°方向的夹角
Figure 521061DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure 493697DEST_PATH_IMAGE004
；
根据每帧数据测得的其中两个角反射器分别与4D毫米波雷达的距离
Figure 60944DEST_PATH_IMAGE001
、
Figure 828043DEST_PATH_IMAGE005
以及分 别与4D毫米波雷达0°方向的夹角
Figure 916960DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure 552340DEST_PATH_IMAGE004
计算4D毫米波雷达的俯仰安装误差
Figure 646198DEST_PATH_IMAGE006
，m为自 然数；
对每帧数据计算出的俯仰安装角误差
Figure 584198DEST_PATH_IMAGE006
进行积累，并对积累的统计变量
Figure 396297DEST_PATH_IMAGE007
计算分 布律
Figure 835368DEST_PATH_IMAGE008
，具体如下：
Figure 751109DEST_PATH_IMAGE009
其中，
Figure 250224DEST_PATH_IMAGE010
，
Figure 549618DEST_PATH_IMAGE011
为积累的统计变量
Figure 402168DEST_PATH_IMAGE012
取值范围的等分数，
Figure 470618DEST_PATH_IMAGE013
为积累 的统计变量
Figure 140633DEST_PATH_IMAGE007
落在第i个区间的下边界，
Figure 363542DEST_PATH_IMAGE014
为积累的统计变量
Figure 550941DEST_PATH_IMAGE015
落在第i个区间的上边 界，
Figure 739477DEST_PATH_IMAGE016
为积累的统计变量
Figure 580394DEST_PATH_IMAGE007
落在
Figure 792064DEST_PATH_IMAGE017
与
Figure 547268DEST_PATH_IMAGE014
之间的概率；
根据所述分布律
Figure 918206DEST_PATH_IMAGE018
计算获得最终的俯仰安装角误差
Figure 336549DEST_PATH_IMAGE019
。
2.根据权利要求1所述的一种4D毫米波雷达俯仰安装误差静态测量方法，其特征在于， 两个角反射器设置在同一水平面上，所述计算4D毫米波雷达的俯仰安装误差
Figure 35515DEST_PATH_IMAGE006
的方式 如下：
Figure 158192DEST_PATH_IMAGE020
。
3.根据权利要求2所述的一种4D毫米波雷达俯仰安装误差静态测量方法，其特征在于，两个角反射器设置在水平地面上。
4.根据权利要求1所述的一种4D毫米波雷达俯仰安装误差静态测量方法，其特征在于， 所述最终的俯仰安装角误差
Figure 55741DEST_PATH_IMAGE021
通过对所述分布律
Figure 612362DEST_PATH_IMAGE022
进行极大似然估 计获得，具体包括：
对所述分布律
Figure 923257DEST_PATH_IMAGE018
进行似然函数计算，具体如下：
Figure 521729DEST_PATH_IMAGE023
其中，
Figure 477046DEST_PATH_IMAGE024
为似然函数，
Figure 502771DEST_PATH_IMAGE025
为自然对数；
对似然函数计算结果求进行求导，并令求导结果为0，具体如下：
Figure 300963DEST_PATH_IMAGE026
。
5.根据权利要求1所述的一种4D毫米波雷达俯仰安装误差静态测量方法，其特征在于，还包括：
设定积累阈值
Figure 139344DEST_PATH_IMAGE027
，在当前积累的俯仰安装角误差
Figure 73802DEST_PATH_IMAGE006
的数量大于设定的积累阈值
Figure 536007DEST_PATH_IMAGE027
时，再计算分布律。
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