CN115201773B - 基于点云速度的车载毫米波雷达安装角度误差校正方法 - Google Patents

基于点云速度的车载毫米波雷达安装角度误差校正方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于点云速度的车载毫米波雷达安装角度误差校正方法，步骤包括：当
Figure DEST_PATH_IMAGE002A
为正与为负的点云数量均大于预设阈值时，如果实际安装角度等于
Figure 125959DEST_PATH_IMAGE003
，对于与地面相对静止的点云目标，反推雷达的实际安装角度
Figure DEST_PATH_IMAGE005
；如果当前选择的点云中存在非静止目标；以
Figure 987736DEST_PATH_IMAGE006
为半径对所有的
Figure DEST_PATH_IMAGE005A
做聚类，计算所有角度类的SST x 与SST y 之和SST x+y ，并排序，计算当前帧的权重；当连续n帧的权重之和大于阈值时，使用当前帧安装角度替换初始设定的安装角度。本发明通过车速信息与雷达测量的相对地面静止的点云在纵向上的速度，反推雷达的实际安装角度，校准精度高；对正负半轴权重较高的角度类做匹配来消除非静止点云的影响。

Description

基于点云速度的车载毫米波雷达安装角度误差校正方法
技术领域
本发明属于雷达技术领域，尤其涉及基于点云速度的车载毫米波雷达安装角度误差校正方法。
背景技术
当前车载毫米波雷达安装角度误差的校准方式主要有如下2种：公开号CN113702929A与公开号CN113702930A的中国专利申请使用的方法，该方法在特定环境下（如存在呈一条直线的护栏），将雷达探测到的特定目标来拟合成一条直线，通过直线的斜率来计算实际安装角度。此方法依赖于特定环境，如果环境中不存在呈一条直线的目标，或存在这类目标但被道路上的其他车辆遮挡，将难以发挥作用。公开号CN111624566B的中国专利使用的方法，该方法通过对相邻帧之间探测到的同一静止目标的坐标对应的三角形夹角来确定实际安装角度。此方法无法有效判断目标是否静止，且受限于雷达的距离分辨率，精度难以保证。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了基于点云速度的车载毫米波雷达安装角度误差校正方法。
具体的，本发明公开的基于点云速度的车载毫米波雷达安装角度误差校正方法，包括以下步骤：
S1：雷达获取当前车辆的车速与转向角信息，当车速大于预设车速且转向角小于预设转向角时，进行安装角度误差校正；
S2：遍历当前帧所有远离的点云，将雷达设定的初始安装角度
Figure 821622DEST_PATH_IMAGE001
与点云在雷达坐标系内的角度
Figure 406712DEST_PATH_IMAGE002
相加得到
Figure 893188DEST_PATH_IMAGE003
，当
Figure 433760DEST_PATH_IMAGE003
的绝对值在预设范围内时，根据雷达输出的原始速度
Figure 638476DEST_PATH_IMAGE004
，计算此点云在纵向上的远离速度
Figure 758748DEST_PATH_IMAGE005
；
S3：计算所有点云的纵向远离速度
Figure 630889DEST_PATH_IMAGE006
之差
Figure 827515DEST_PATH_IMAGE007
，选出
Figure 503216DEST_PATH_IMAGE008
的值小于
Figure 709069DEST_PATH_IMAGE006
×coef的点云，coef为
Figure 410616DEST_PATH_IMAGE008
与车速的最大允许比例，当
Figure 512564DEST_PATH_IMAGE003
为正与为负的点云数量均大于预设阈值num时，分别对
Figure 206719DEST_PATH_IMAGE003
为正与
Figure 419526DEST_PATH_IMAGE003
为负的点云执行步骤S4~S5，否则执行步骤S1-S3；
S4：对于与地面相对静止的点云目标，反推雷达的实际安装角度
Figure 249948DEST_PATH_IMAGE009
；
如果当前选择的点云中存在非静止目标，多个点云得到多个不同的
Figure 788376DEST_PATH_IMAGE009
值，则继续执行步骤S5~S6；
S5：以预设值
Figure 438670DEST_PATH_IMAGE010
为半径对所有的
Figure 986326DEST_PATH_IMAGE009
做聚类，计算每个角度类中所有点云的x、y坐标与其均值之差的平方和SST x 与SST y ；计算所有角度类的SST x 与SST y 之和SST x+y ，按从大到小的顺序进行排序，记录前m个值：将
Figure 674183DEST_PATH_IMAGE003
为正得到的m个
Figure 117934DEST_PATH_IMAGE009
值记录为
Figure 521102DEST_PATH_IMAGE011
，
Figure 606870DEST_PATH_IMAGE003
为负得到的m个
Figure 897037DEST_PATH_IMAGE009
值记录为
Figure 760957DEST_PATH_IMAGE012
；
S6：判断
Figure 136575DEST_PATH_IMAGE013
是否小于预设值
Figure 275301DEST_PATH_IMAGE014
，如果不满足，继续判断
Figure 419974DEST_PATH_IMAGE015
是否小于
Figure 723304DEST_PATH_IMAGE014
...直至
Figure 586218DEST_PATH_IMAGE016
，将第一个满足条件的
Figure 263056DEST_PATH_IMAGE017
与
Figure 527815DEST_PATH_IMAGE018
在m个值中所处的顺序给予不同的权重，0<i<m, 0<j<m，并计算当前帧的权重；计算当前帧的实际安装角度
Figure 999117DEST_PATH_IMAGE019
；
S7：在下一帧继续执行上述步骤得到下一帧的实际安装角度
Figure 83747DEST_PATH_IMAGE020
，如果
Figure 564276DEST_PATH_IMAGE021
的值小于
Figure 683542DEST_PATH_IMAGE014
，将当前帧权重与上一帧的权重累加；否则，丢弃上一帧的
Figure 328674DEST_PATH_IMAGE019
，将
Figure 166180DEST_PATH_IMAGE020
的值赋值给
Figure 935553DEST_PATH_IMAGE019
；
当连续n帧的权重之和Wsum大于阈值Wthr时，使用当前帧
Figure 158593DEST_PATH_IMAGE020
替换初始设定的安装角度
Figure 722429DEST_PATH_IMAGE022
。
进一步的，根据雷达输出的原始速度
Figure 296499DEST_PATH_IMAGE004
，计算此点云在纵向上的远离速度
Figure 338404DEST_PATH_IMAGE005
，公式如下：
Figure 681530DEST_PATH_IMAGE023
。
进一步的，如果满足条件的
Figure 681847DEST_PATH_IMAGE024
在m个值中所处的顺序为i，则
Figure 492282DEST_PATH_IMAGE024
的权重为1/i；如果满足条件的
Figure 337878DEST_PATH_IMAGE025
在m个值中所处的顺序为j，则
Figure 801089DEST_PATH_IMAGE025
的权重为1/j，当前帧的权重
Figure 706729DEST_PATH_IMAGE026
；
当前帧的实际安装角度计算如下：
Figure 989811DEST_PATH_IMAGE027
。
进一步的，根据以下公式反推雷达的实际安装角度
Figure 904678DEST_PATH_IMAGE028
：
Figure 222395DEST_PATH_IMAGE029
本发明的有益效果如下：
1）通过车速信息与雷达测量的相对地面静止的点云在纵向上的速度，反推雷达的实际安装角度，不依赖于特定环境与工具，雷达整个运行期间均可执行校准操作，校准精度高。
2）将所有可能的安装角度做精细的聚类，根据每一个角度类中点云的离散程度来设定不同的权重。对正负半轴权重较高的角度类做匹配来消除可能存在的非静止点云的影响。
附图说明
图1本发明的部分流程图；
图2本发明的部分流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。
参考图1和图2，本发明提供了一种基于点云速度的车载雷达安装角度误差校正方法，包括以下步骤：
S1：雷达获取当前车辆的车速与转向角信息，当车速大于
Figure DEST_PATH_IMAGE031AAA
且转向角小于
Figure DEST_PATH_IMAGE033AAA
时，开始执行安装角度误差校正步骤；示例性地，
Figure DEST_PATH_IMAGE031AAAA
设置为60km/h，
Figure DEST_PATH_IMAGE033AAAA
为0.1°。
S2：雷达朝后安装时，首先遍历当前帧所有远离的点云，将雷达设定的初始安装角度
Figure 144608DEST_PATH_IMAGE001
与点云在雷达坐标系内的角度
Figure 649408DEST_PATH_IMAGE002
相加得到
Figure 367965DEST_PATH_IMAGE003
，当
Figure 543119DEST_PATH_IMAGE003
的绝对值在一定范围时（如20~80°），根据雷达输出的原始速度
Figure 790561DEST_PATH_IMAGE004
，计算此点云在纵向上的远离速度
Figure 48236DEST_PATH_IMAGE005
：
Figure 39325DEST_PATH_IMAGE023
；
S3：计算所有点云的纵向远离速度
Figure 66056DEST_PATH_IMAGE005
与当前车速
Figure 749978DEST_PATH_IMAGE006
之差
Figure 245682DEST_PATH_IMAGE007
，选出
Figure 24151DEST_PATH_IMAGE008
的值小于
Figure 921700DEST_PATH_IMAGE006
×coef的点云，根据其对应的
Figure 763141DEST_PATH_IMAGE003
的正负，分别记录横坐标x、纵坐标y、
Figure 746141DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 328301DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure 80356DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 89769DEST_PATH_IMAGE005
的值。当
Figure 28906DEST_PATH_IMAGE003
为正与为负的点云数量均大于num时，分别对
Figure 883599DEST_PATH_IMAGE003
为正与
Figure 996218DEST_PATH_IMAGE003
为负的点云执行步骤S4~S5；示例性的，coef 的设置范围为0≤coef≤0.2，num设置为10。
S4：对于与地面相对静止的点云目标，可通过以下公式反推雷达的实际安装角度
Figure 927265DEST_PATH_IMAGE009
：
Figure 884857DEST_PATH_IMAGE029
；
由于当前选择的点云中可能存在非静止目标，多个点云可能得到多个不同的
Figure 74399DEST_PATH_IMAGE009
值，继续执行步骤S5~S6；
S5：以预设值
Figure 535467DEST_PATH_IMAGE010
为半径对所有的
Figure 152262DEST_PATH_IMAGE009
做聚类，计算每个角度类中所有点云的x、y与其均值之差的平方和：
Figure DEST_PATH_IMAGE035AA
Figure DEST_PATH_IMAGE037AA
计算所有角度类的SST x 与SST y 之和SST x+y ，按从大到小的顺序进行排序，记录前m个值。将
Figure 380506DEST_PATH_IMAGE003
为正得到的m个
Figure 858891DEST_PATH_IMAGE009
值记录为
Figure 689313DEST_PATH_IMAGE011
，
Figure 227742DEST_PATH_IMAGE003
为负得到的m个
Figure 878035DEST_PATH_IMAGE009
值记录为
Figure 160112DEST_PATH_IMAGE038
；
S6：首先判断
Figure 579461DEST_PATH_IMAGE013
是否小于
Figure 554370DEST_PATH_IMAGE010
，如果不满足，继续判断
Figure 694889DEST_PATH_IMAGE015
是否小于
Figure 515077DEST_PATH_IMAGE010
...直至
Figure 320091DEST_PATH_IMAGE016
。如果满足条件，根据
Figure 200322DEST_PATH_IMAGE039
与
Figure 825208DEST_PATH_IMAGE040
在m个值中所处的顺序给予不同的权重，顺序越靠前，权重越高。当前帧得到的实际安装角度记为
Figure 714666DEST_PATH_IMAGE027
；
S7：在下一帧继续执行上述步骤得到下一帧的实际安装角度
Figure 859340DEST_PATH_IMAGE020
，如果
Figure 159740DEST_PATH_IMAGE021
的值小于
Figure 288233DEST_PATH_IMAGE014
，将当前帧权重与上一帧的权重累加；否则，丢弃上一帧的
Figure 702421DEST_PATH_IMAGE019
，将
Figure 967180DEST_PATH_IMAGE020
的值赋值给
Figure 438482DEST_PATH_IMAGE019
；
当连续n帧的权重之和Wsum大于阈值Wthr时，使用当前帧
Figure 788692DEST_PATH_IMAGE020
替换初始设定的安装角度
Figure 3641DEST_PATH_IMAGE022
。
本发明的有益效果如下：
1）通过车速信息与雷达测量的相对地面静止的点云在纵向上的速度，反推雷达的实际安装角度，不依赖于特定环境与工具，雷达整个运行期间均可执行校准操作，校准精度高。
2）将所有可能的安装角度做精细的聚类，根据每一个角度类中点云的离散程度来设定不同的权重。对正负半轴权重较高的角度类做匹配来消除可能存在的非静止点云的影响。
本文所使用的词语“优选的”意指用作实例、示例或例证。本文描述为“优选的”任意方面或设计不必被解释为比其他方面或设计更有利。相反，词语“优选的”的使用旨在以具体方式提出概念。如本申请中所使用的术语“或”旨在意指包含的“或”而非排除的“或”。即，除非另外指定或从上下文中清楚，“X使用A或B”意指自然包括排列的任意一个。即，如果X使用A；X使用B；或X使用A和B二者，则“X使用A或B”在前述任一示例中得到满足。
而且，尽管已经相对于一个或实现方式示出并描述了本公开，但是本领域技术人员基于对本说明书和附图的阅读和理解将会想到等价变型和修改。本公开包括所有这样的修改和变型，并且仅由所附权利要求的范围限制。特别地关于由上述组件(例如元件等)执行的各种功能，用于描述这样的组件的术语旨在对应于执行所述组件的指定功能(例如其在功能上是等价的)的任意组件(除非另外指示)，即使在结构上与执行本文所示的本公开的示范性实现方式中的功能的公开结构不等同。此外，尽管本公开的特定特征已经相对于若干实现方式中的仅一个被公开，但是这种特征可以与如可以对给定或特定应用而言是期望和有利的其他实现方式的一个或其他特征组合。而且，就术语“包括”、“具有”、“含有”或其变形被用在具体实施方式或权利要求中而言，这样的术语旨在以与术语“包含”相似的方式包括。
本发明实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以多个或多个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。上述的各装置或系统，可以执行相应方法实施例中的存储方法。
综上所述，上述实施例为本发明的一种实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、代替、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.基于点云速度的车载毫米波雷达安装角度误差校正方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：雷达获取当前车辆的车速与转向角信息，当车速大于预设车速且转向角小于预设转向角时，进行安装角度误差校正；
S2：遍历当前帧所有远离的点云，将雷达设定的初始安装角度θ0与点云在雷达坐标系内的角度θ1相加得到θ2，当θ2的绝对值在预设范围内时，根据雷达输出的原始速度V1，计算此点云在纵向上的远离速度V2；
S3：计算所有点云的纵向远离速度V2与当前车速Vcar_cur之差Verr，选出Verr的值小于Vcar_cur×coef的点云，coef为Verr与车速的最大允许比例，当θ2为正与为负的点云数量均大于预设阈值num时，分别对θ2为正与θ2为负的点云执行步骤S4～S5，否则执行步骤S1-S3；
S4：对于与地面相对静止的点云目标，反推雷达的实际安装角度θ3；所述雷达的实际安装角度θ3根据以下公式反推：
Vcar_cur＝V1/cos(θ1+θ3)；
如果当前选择的点云中存在非静止目标，多个点云得到多个不同的θ3值，则继续执行步骤S5～S6；
S5：以预设值θerr为半径对所有的θ3做聚类，计算每个角度类中所有点云的x、y坐标与其均值之差的平方和SSTx与SSTy；计算所有角度类的SSTx与SSTy之和SSTx+y，按从大到小的顺序进行排序，记录前m个值：将θ2为正得到的m个θ3值记录为θp1～θpm，θ2为负得到的m个θ3值记录为θn1～θnm；
S6：判断|θp1-θn1|是否小于预设值θerr，如果不满足，继续判断|θp1-θn2|是否小于θerr...直至|θpm-θnm|，将第一个满足条件的θpi与θnj在m个值中所处的顺序给予不同的权重，0<i<m,0<j<m，并计算当前帧的权重；计算当前帧的实际安装角度θset1；
S7：在下一帧继续执行上述步骤得到下一帧的实际安装角度θset2，如果|θset1-θset2|的值小于θerr，将当前帧权重与上一帧的权重累加；否则，丢弃上一帧的θset1，将θset2的值赋值给θset1；
当连续n帧的权重之和Wsum大于阈值Wthr时，使用当前帧θset2替换初始设定的安装角度θ0。
2.根据权利要求1所述的基于点云速度的车载毫米波雷达安装角度误差校正方法，其特征在于，根据雷达输出的原始速度V1，计算此点云在纵向上的远离速度V2，公式如下：
V2＝V1/cos(θ2)。
3.根据权利要求1所述的基于点云速度的车载毫米波雷达安装角度误差校正方法，其特征在于，如果满足条件的θp在m个值中所处的顺序为i，则θp的权重为1/i；如果满足条件的θn在m个值中所处的顺序为j，则θn的权重为1/j，当前帧的权重w＝1/i+1/j；
当前帧的实际安装角度计算如下：
θset1＝(θpi+θnj)/2。
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