CN114814845A - 一种毫米波雷达道路探测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种毫米波雷达道路探测系统及方法，属于道路监控设计领域。该系统中，毫米波雷达的布局设计有远近双程的探测射频单元，使得天线波束覆盖实现公里级多车道路段区域的扫描探测，合成全探测距离段的全域探测结果；此外，一种毫米波雷达道路探测方法，通过相控阵技术实现波束在空间的有效合成，通过远/近双程的天线设计使得雷达波束能有效覆盖完整探测区域并在规定时间内完成区域扫描，最终形成公里级的目标跟踪及流量感知数据报送到上位机系统，实现全域目标的探测跟踪。

Description

一种毫米波雷达道路探测系统及方法
技术领域
本发明实施例涉及道路监控设计领域，特别涉及一种毫米波雷达道路探测系统及方法。
背景技术
随着智慧交通的逐步推广，交管部门对道路监控传感器的探测距离较以往有了更高的要求，亟需具有公里级探测距离且具有高测角精度的毫米波雷达对智慧交通路段进行有效探测。
目前毫米波雷达已广泛应用于交通领域的车辆测速和截面流量统计。用于交通领域的毫米波雷达多利用多输入多输出技术形成虚拟孔径来提高雷达的测角分辨率。形成虚拟孔径的方法采用正交的发射信号，在空间波束形成的过程中需要解调出来自不同发射通道的信号，再合成出等效的虚拟孔径。
然而发射信号在空间上无法进行有效合成，因此对发射能量的利用率不理想，难以实现公里级的距离探测。
发明内容
本发明实施例提供了一种毫米波雷达道路探测系统及方法，能够解决相关技术中毫米波雷达在只会交通路段难以实现公里级距离探测的问题。所述技术方案如下：
一方面，本发明实施例提供了一种毫米波雷达道路探测系统，所述系统包括：毫米波雷达100，所述毫米波雷达100内的远程探测射频单元110、近程探测射频单元111和雷达信号处理单元120，以及上位机显控单元130和外部电源140；
所述远程探测射频单元110由远程探测收发天线和射频集成收发通道组成，所述远程探测收发天线用于发出远程电磁波和接收远程回波，所述射频集成收发通道用于提供电磁波的收发通道；
所述近程探测射频单元111由近程探测收发天线和另一射频集成收发通道组成，所述近程探测收发天线用于发出近程电磁波和接收近程回波；
所述远程探测射频单元110和所述近程探测射频单元111还包括信号处理单元，所述信号处理单元用于对所述远程回波和所述近程回波进行预处理；
所述雷达信号处理单元120用于对预处理结果进行信号处理，并将信号处理结果传送至所述上位机显控单元130；
所述上位机显控单元130用于显示所述信号处理结果，以及对所述毫米波雷达100进行操控；
所述外部电源140用于对所述毫米波雷达100进行系统供电。
另一方面，本发明实施例提供了一种毫米波雷达道路探测方法，所述方法适用于上述的毫米波雷达道路探测系统，所述方法包括：
按照所述毫米波雷达道路探测系统对所述毫米波雷达进行布局，所述毫米波雷达对应有近程探测区域和远程探测区域；
根据所述近程探测区域内的道路区域确定近程探测波束覆盖范围；根据所述远程探测区域内的道路区域确定远程探测波束覆盖范围；
启动所述近程探测射频单元在所述近程探测波束覆盖范围进行回波采集及预处理；启动所述远程探测射频单元在所述远程探测波束覆盖范围进行回波采集及预处理；
将预处理结果传送至所述雷达信号处理单元进行信号处理；
将信号处理结果传送至所述上位机显控单元进行显示。
本发明实施例提供了一种毫米波雷达道路探测系统及方法。该系统中，毫米波雷达的布局设计有远近双程的探测射频单元，使得天线波束覆盖实现公里级多车道路段区域的扫描探测，合成全探测距离段的全域探测结果；此外，一种毫米波雷达道路探测方法，通过相控阵技术实现波束在空间的有效合成，通过远/近双程的天线设计使得雷达波束能有效覆盖完整探测区域并在规定时间内完成区域扫描，最终形成公里级的目标跟踪及流量感知数据报送到上位机系统，实现全域目标的探测跟踪。
附图说明
图1示出了本发明示例性实施例示出的毫米波雷达方法的流程图；
图2示出了本发明另一示例性实施例示出的毫米波雷达方法的流程图；
图3示出了毫米波雷达远近程探测区域示意图；
图4示出了毫米波雷达远近程探测波束覆盖示意图；
图5示出了毫米波雷达远近程探测处理流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
在本文中提及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
请参考图1，其示出了本发明示例性实施例示出的毫米波雷达道路探测系统的结构示意图。
如图1所示，该系统包括毫米波雷达100，毫米波雷达100内的远程探测射频单元110、近程探测射频单元111和雷达信号处理单元120，以及上位机显控单元130和外部电源140。
远程探测射频单元110由远程探测收发天线和射频集成收发通道组成，远程探测收发天线用于发出远程电磁波和接收远程回波，射频集成收发通道用于提供电磁波的收发通道。
近程探测射频单元111由近程探测收发天线和另一射频集成收发通道组成，近程探测收发天线用于发出近程电磁波和接收近程回波。
远程探测射频单元110和近程探测射频单元111还包括信号处理单元（图中并未示意出），信号处理单元用于对远程回波和近程回波进行预处理，得到中频信号。
雷达信号处理单元120用于对预处理结果（即中频信号）进行信号处理，并将信号处理结果通过网络传送至上位机显控单元130。
上位机显控单元130用于显示信号处理结果，以及对毫米波雷达100进行操控。在一种可能的实施方式中，上位机显控单元130接收控制信号，并通过雷达信号处理单元120传送至远程探测射频单元110和近程探测射频单元111。
外部电源140用于对毫米波雷达100进行系统供电。
可选的，上位机显控单元130还用于对处理结果和操控记录进行存储。其中，上位机显控单元130通过有线或无线方式与毫米波雷达100相连。
综上所述，本发明实施例提供了一种毫米波雷达道路探测系统，毫米波雷达的布局设计有远近双程的探测射频单元，使得天线波束覆盖实现公里级多车道路段区域的扫描探测，合成全探测距离段的全域探测结果。
请参考图2，其示出了本发明示例性实施例示出的毫米波雷达道路探测方法的流程图，该方法适用于上述实施例提供的毫米波雷达道路探测系统。该方法包括：
步骤201，按照毫米波雷达道路探测系统对毫米波雷达进行布局，毫米波雷达对应有近程探测区域和远程探测区域。
雷达采用微带天线实现电磁波的发射和接收。采用基于快调频的连续波信号产生方式，天线的发射和接收分置，因此近程探测区域和远程探测区域还可以分为远程探测发射区域、远程探测接收区域、近程探测发射区域和近程探测接收区域共4个区域。
如图3所示，其示出了毫米波雷达远近程探测区域示意图。其中210为毫米波雷达定位示意，其中近程探测区域220覆盖的纵向作用距离为Rs~Rn横向作用距离为W，远程探测区域230覆盖的纵向作用距离为Rn~Rf横向作用距离为W。
在一种可能的实施方式中，对近程探测区域220主要实现近程大角度范围覆盖，相对于远程探测其具有更高的距离分辨力；对远程探测区域230主要实现远程小角度范围覆盖，相对于近程探测其具有更高的角度分辨力。
步骤202，根据近程探测区域内的道路区域确定近程探测波束覆盖范围。
步骤203，根据远程探测区域内的道路区域确定远程探测波束覆盖范围。
如图4所示的毫米波雷达远近程探测波束覆盖示意图，根据雷达探测范围内道路区域330，确定远近程探测波束覆盖范围。其中，310为近程探测波束覆盖范围，320为远程探测波束覆盖范围。在310与320的波束扫描范围内只对330内的中频信号进行目标检测及跟踪。
在一种可能的实施方式中，步骤203之后还可以包括如下内容，对近程探测波束覆盖范围和远程探测波束覆盖范围的波束交叠区域进行融合。如图4所示，远程探测区域和近程探测区域由于存在波束交叠，因此对远程探测与近程探测共同检测到的目标340进行融合，避免目标的重复检测。
步骤204，启动近程探测射频单元在近程探测波束覆盖范围进行回波采集及预处理。
可选的，预处理包括对回波信号进行混频和放大滤波处理。
步骤205，启动远程探测射频单元在远程探测波束覆盖范围进行回波采集及预处理。
如图5所示，其示出了毫米波雷达远近程探测处理流程示意图。
在流程410中，首先，通过远程探测射频单元对远程探测的LFMCW波形进行发射；然后对回波信号进行采集通过AD转换得到Nf点回波数据；再重复将LFMCW波形发射Mf次并对回波采集信号进行脉冲压缩处理。
在流程420中，首先，通过近程探测射频单元对近程探测的LFMCW波形进行发射；然后对回波信号进行采集通过AD转换得到Nn点回波数据；再重复将LFMCW波形发射Mn次并对回波采集信号进行脉冲压缩处理。
在一种可能的实施方式中，启动近程探测射频单元在近程探测波束覆盖范围进行回波采集及预处理，以及启动远程探测射频单元在远程探测波束覆盖范围进行回波采集及预处理。可选的，可设置远程探测射频单元和近程探测射频单元工作在相同频率，则远程探测射频单元和近程探测射频单元分时工作、分时采集；也可设置远程探测射频单元和近程探测射频单元分频工作，则远程探测射频单元和近程探测射频单元可同时工作、同时采集。
步骤206，将预处理结果传送至雷达信号处理单元进行信号处理。
在一种可能的实施方式中，将预处理结果传送至雷达信号处理单元处进行当前波位的恒虚警(Constant False-Alarm Rate，CFAR)处理，同时获取下一波位的预处理结果。
进一步的，对多波位积累的CFAR处理结果进行融合和航迹跟踪，得到信号处理结果。
步骤207，将信号处理结果传送至上位机显控单元进行显示。
本申请实施例提供了一种毫米波雷达道路探测方法，通过相控阵技术实现波束在空间的有效合成；通过远/近双程的天线设计使得雷达波束能有效覆盖完整探测区域并在规定时间内完成区域扫描；将雷达不同波位及远/近程重复探测到的目标进行融合，然后将融合后的目标点迹数据进行建航及目标跟踪，并将航迹目标进行目标类型判别，最终形成公里级的目标跟踪及流量感知数据报送到上位机系统，实现全域目标的探测跟踪，最终形成雷达目标跟踪及流量感知数据，在有效控制雷达成本的前提下实现公里级检测，可广泛用于智慧交通的公里级毫米波雷达系统。
本发明实施例还提供了一种计算机可读介质，该计算机可读介质存储有至少一条指令，所述至少一条指令由所述处理器加载并执行以实现如上各个实施例所述的毫米波雷达方法。
本发明实施例还提供了一种计算机程序产品，该计算机程序产品存储有至少一条指令，所述至少一条指令由所述处理器加载并执行以实现如上各个实施例所述的毫米波雷达方法。
本领域技术人员应该可以意识到，在上述一个或多个示例中，本发明实施例所描述的功能可以用硬件、软件、固件或它们的任意组合来实现。当使用软件实现时，可以将这些功能存储在计算机可读介质中或者作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。
以上所述仅为本发明的可选实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种毫米波雷达道路探测系统，其特征在于，所述系统包括：毫米波雷达（100），所述毫米波雷达（100）内的远程探测射频单元（110）、近程探测射频单元（111）和雷达信号处理单元（120），以及上位机显控单元（130）和外部电源（140）；
所述远程探测射频单元（110）由远程探测收发天线和射频集成收发通道组成，所述远程探测收发天线用于发出远程电磁波和接收远程回波，所述射频集成收发通道用于提供电磁波的收发通道；
所述近程探测射频单元（111）由近程探测收发天线和另一射频集成收发通道组成，所述近程探测收发天线用于发出近程电磁波和接收近程回波；
所述远程探测射频单元（110）和所述近程探测射频单元（111）还包括信号处理单元，所述信号处理单元用于对所述远程回波和所述近程回波进行预处理；
所述雷达信号处理单元（120）用于对预处理结果进行信号处理，并将信号处理结果传送至所述上位机显控单元（130）；
所述上位机显控单元（130）用于显示所述信号处理结果，以及对所述毫米波雷达（100）进行操控；
所述外部电源（140）用于对所述毫米波雷达（100）进行系统供电。
2.根据权利要求1所述的毫米波雷达道路探测系统，其特征在于，所述上位机显控单元（130）还用于对所述处理结果和操控记录进行存储。
3.根据权利要求1所述的毫米波雷达道路探测系统，其特征在于，所述上位机显控单元（130）通过有线或无线方式与所述毫米波雷达（100）相连。
4.一种毫米波雷达道路探测方法，其特征在于，所述方法适用于所述权利要求1至3任一所述的毫米波雷达道路探测系统，所述方法包括：
按照所述毫米波雷达道路探测系统对所述毫米波雷达进行布局，所述毫米波雷达对应有近程探测区域和远程探测区域；
根据所述近程探测区域内的道路区域确定近程探测波束覆盖范围；根据所述远程探测区域内的道路区域确定远程探测波束覆盖范围；
启动所述近程探测射频单元在所述近程探测波束覆盖范围进行回波采集及预处理；启动所述远程探测射频单元在所述远程探测波束覆盖范围进行回波采集及预处理；
将预处理结果传送至所述雷达信号处理单元进行信号处理；
将信号处理结果传送至所述上位机显控单元进行显示。
5.根据权利要求4所述的毫米波雷达道路探测方法，其特征在于，所述方法还包括：
对所述近程探测波束覆盖范围和所述远程探测波束覆盖范围的波束交叠区域进行融合。
6.根据权利要求4所述的毫米波雷达道路探测方法，其特征在于，所述方法还包括：
对所述近程探测区域进行大角度范围的信号覆盖；对所述远程探测区域进行小角度范围的信号覆盖。
7.根据权利要求4所述的毫米波雷达道路探测方法，其特征在于，所述预处理包括对所述回波信号进行混频和放大滤波处理。
8.根据权利要求4所述的毫米波雷达道路探测方法，其特征在于，所述将预处理结果传送至所述雷达信号处理单元进行信号处理，包括：
将所述预处理结果传送至所述雷达信号处理单元处进行当前波位的CFAR处理；
对多波位积累的CFAR处理结果进行融合和航迹跟踪，得到所述信号处理结果。
9.根据权利要求8所述的毫米波雷达道路探测方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取下一波位的预处理结果。
10.根据权利要求4所述的毫米波雷达道路探测方法，其特征在于，所述近程探测射频单元和所述远程探测射频单元工作在同频或分频。
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