CN116165658A - 一种隧道专用毫米波雷达控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隧道专用毫米波雷达控制方法及装置，涉及雷达领域。本发明包括以下步骤：通过雷达收发信号窗口角度精准调节方式，并采用多波束分时分区获取扫描数据；对扫描数据进行堆叠处理后，提取目标状态以及特征；根据目标状态以及特征对目标分类，分为真实目标、虚假目标和静止目标；将真实目标、虚假目标和静止目标分别与杂波基底图对比后，得到新的静止目标或缓慢变化的目标，作为障碍物目标输出。本发明提高了系统采集数据的准确性，还提高了雷达可靠性和稳定性。

Description

一种隧道专用毫米波雷达控制方法及装置

技术领域

本发明涉及雷达领域，更具体的说是涉及一种隧道专用毫米波雷达控制方法及装置。

背景技术

毫米波雷达在封闭或半封闭的环境下，如：隧道内、室内等环境下雷达输出(比如点云输出)存在更多杂点或者噪点，这一定程度上是由雷达的电磁散射特性决定的。主要是雷达在这种环境下会产生反射，漫反射，多次反射，折射，绕射，衍射等丰富的电磁传播方式使得在雷达接收端，大概率产生大量的虚假点云数据进而会产生虚假目标，而写目标又符合雷达跟踪检测规律，并且有的虚假目标和真实目标的运动状态和规律几乎保持一致，只是在位置和细节上略有不同，这些虚假目标对雷达系统功能产生巨大影响，大大降低了系统采集数据准确性，极大了影响了系统的稳定性和可靠性。因此，如何抑制或减轻这些虚假点是提高雷达可靠性相当重要的工作。

产生虚假目标的根本原因主要有几点：

1、雷达发射功率过大到时，各种反射信号过强。

2、雷达开窗过大导致目标直接反射信号和经过周围障碍物多次反射，漫反射，多次反射，折射，绕射，衍射产生的回波信号从不同的方向和角度都汇总到了雷达接收端。

3、由于现有毫米波雷达的分辨率过低、点云数据过少导致对于真实的目标和虚假的目标判断信息较少，所以在数据处理上无法通过算法进行精准滤除。

4、毫米波雷达分散的波束直射或反射通过不同的路径扫描得到目标不同位置，又经过多次反射和时间差造成的杂波干扰和虚假目标。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种隧道专用毫米波雷达控制方法及装置。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一方面公开了一种隧道专用毫米波雷达控制方法，包括以下步骤：

通过对雷达收发信号窗口角度精准调节方式，并采用多波束分时分区获取扫描数据；

对扫描数据进行堆叠处理后，提取目标状态以及特征；

根据目标状态以及特征对目标分类，分为真实目标、虚假目标和静止目标；

将真实目标、虚假目标和静止目标分别与杂波基底图对比后，得到新的静止目标或缓慢变化的目标，作为障碍物目标输出。

根据雷达安装位置以及需要覆盖的检测区域和距离，通过远程控制方式对雷达不同扫描位置波束的扫描时间以及所覆盖的角度进行精准调节，来获取雷达覆盖范围内最稳定可靠的数据，以及通过精准控制雷达不同波束扫描时间和覆盖角度，来减少不同杂波信号和虚假信号的干扰。

可选的，还包括雷达扫描真实目标的输出，具体步骤如下：

获取所述扫描数据内的点云数据；

基于点云数据建立杂波基底图；

获取杂波基底图的周界数据；

划定剔除杂波干扰界限，并滤除界限外目标，得到真实目标输出。

可选的，分区获取扫描数据具体为：第一雷达模块扫描第一雷达检测区域，第二雷达模块扫描第二雷达检测区域，第一雷达检测区域与第二雷达检测区域之间有雷达重叠区域，将两个临近雷达同时扫描的同一辆的数据信息关联并融合在一起并将目标信息进行修正。

可选的，所述扫描数据包括目标实时的运动速度、运动方向、经纬度、目标尺寸、目标类型、方向角、所在位置、目标距离雷达靶面的XYZ坐标值、在各自雷达区域内唯一ID身份编号以及目标有无异常情况出现。

可选的，所述点云数据周期性自动重新提取。

可选的，还包括设定重叠区域内同一目标合并机制，包括方向判断机制参数设定，加速度判断机制参数设定，航向角判断机制参数设，距离判断机制参数设定，速度判断机制参数设定，目标融合范围值设定以及同一目标判定频率设定。

另一方面还公开了一种隧道专用毫米雷达控制装置，包括射频前端系统和后端控制与处理系统；

所述射频前端为雷达芯片；

所述后端控制与处理系统包括：

状态控制模块：用于控制芯片工作和关闭，针对不同的应用需求选择开启不同数量的雷达芯片；

LVDS模块：用于接收雷达芯片传送来的雷达信号原始数据并输送至存储器模块中；

存储模块：用于存储雷达数据；

波形控制器模块：用于根据处理传输来的控制信息对雷达芯片进行配置从而实现雷达波束控制；

处理模块：用于处理雷达原始数据以获得目标的距离、速度、方向角信息。

可选的，所述后端控制与处理系统还包括电源管理模块：用于为雷达射频芯片提供稳定的工作电压和电流。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种隧道专用毫米波雷达控制方法及装置，提高了系统采集数据的准确性，还提高了雷达可靠性和稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明的流程示意图；

图2为本发明的雷达扫描示意图；

图3为本发明的装置示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种隧道专用毫米波雷达控制方法，如图1-2所示，应用于隧道场景的雷达窄角度多波束的扫描方式，一般的隧道雷达如图1所示，为单向单波束并且扫描开角较大，因此目标直接反射信号和经过周围障碍物多次反射，漫反射，多次反射，折射，绕射，衍射产生的回波信号从不同的方向和角度都汇总到了雷达接收端，会产生很多虚假点和虚假目标，本发明主要就是为了抑制或减轻这些虚假点，提高系统采集数据的准确性，提高雷达可靠性和稳定性。

具体的，包括以下步骤：

通过对雷达收发信号窗口角度精准调节方式，并采用多波束分时分区获取扫描数据；

对扫描数据进行堆叠处理后，提取目标状态以及特征；

根据目标状态以及特征对目标分类，分为真实目标、虚假目标和静止目标；

将真实目标、虚假目标和静止目标分别与杂波基底图对比后，得到新的静止目标或缓慢变化的目标，作为障碍物目标输出。

根据雷达安装位置以及需要覆盖的检测区域和距离，通过远程控制方式对雷达不同扫描位置波束的扫描时间以及所覆盖的角度进行精准调节，来获取雷达覆盖范围内最稳定可靠的数据，以及通过精准控制雷达不同波束扫描时间和覆盖角度，来减少不同杂波信号和虚假信号的干扰。

还包括雷达扫描真实目标的输出，具体步骤如下：

获取扫描数据内的点云数据；

基于点云数据建立杂波基底图；

获取杂波基底图的周界数据；

划定剔除杂波干扰界限，并滤除界限外目标，得到真实目标输出。

通过对雷达收发信号窗口角度精准调节方式，并采用多波束分时分区获取扫描数据具体为：第一雷达模块扫描第一雷达检测区域，第二雷达模块扫描第二雷达检测区域，第一雷达检测区域与第二雷达检测区域之间有雷达重叠区域，将两个临近雷达同时扫描的同一辆的数据信息关联并融合在一起并将目标信息进行修正。

扫描数据包括目标实时的运动速度、运动方向、经纬度、目标尺寸、目标类型、方向角、所在位置、目标距离雷达靶面的XYZ坐标值、在各自雷达区域内唯一ID身份编号以及目标有无异常情况出现。

点云数据周期性自动重新提取。

还包括设定重叠区域内同一目标合并机制，包括方向判断机制参数设定，加速度判断机制参数设定，航向角判断机制参数设，距离判断机制参数设定，速度判断机制参数设定，目标融合范围值设定以及同一目标判定频率设定。

具体的，目标从相邻两个雷达重叠区域通过时，将带有完整信息被跟踪目标的数据通过主辅目标关联机制以及目标关联后信息修正机制，相邻的两个雷达传感器分为第一雷达模块和第二雷达模块，第一雷达模块扫描第一雷达检测区域，第二雷达模块扫描第二雷达检测区域，第一雷达检测区域与第二雷达检测区域之间有雷达重叠区域，将两个临近雷达同时扫描的同一辆的数据信息关联并融合在一起并将目标信息进行修正，修正后的目标完整信息送入到雷达主控板核心处理单元中进行实时处理，雷达主控板核心处理单元接收到此目标信息后并以此目标信息a1为准，将自身通过本地雷达传感器采集的原始数据处理后得到只带有动态信息被跟踪目标a1，依照此目标信息进行持续修改再次形成一个目标完整数据信息，直到目标离开雷达重叠区域并将目标完整数据信息再次传递给下一个雷达模块为止，来完成同一目标在两个雷达间以及多个区域重叠雷达间的数据传递，以保证同一目标的完整数据信息始终保持不变，该模块需要与目标ID身份编号修正模块协同运行以保证同一辆车的ID身份编号信息和目标特征信息也保持不变。

目标关联机制原理为，当目标进入两个相邻雷达重叠检测区域时两个雷达会同时扫描到这个目标，扫描后的雷达原始数据再经过各自雷达主控板核心处理单元进行分析处理获得目标的动态数据，由于两个临近雷达所在位置的不同、扫描过程不同步、目标相对于两个雷达行驶方向不同、设定参数不同、目标跟踪定位精度有误差多种原因，即使是同一目标也会由于以上原因在系统中得出两个不一样的动态数据信息及ID身份编号信息，在系统中会出现有类似于重影或阴影现象，此时系统会以带有完整信息被跟踪a1目标为真实目标或主要目标，另一个雷达扫描同一目标a2为虚假目标或辅助目标。

由于被跟踪定位的目标动态信息中包括：目标实时的运动速度、运动方向、经纬度、目标尺寸、目标类型、方向角、所在位置、目标距离雷达靶面的XYZ坐标值、在各自雷达区域内唯一ID身份编号以及目标有无异常情况出现等重要信息，由于雷达扫描目标是有一定的定位精度的，以此定位精度衡量参考基准，并以真实目标为中心设定一个关联目标范围，如以真实目标为中心半径为5米(此值可以任意设置，为0到无限大的任意一数值)的圆形为目标关联范围，在此范围内所有的目标列为有效关联目标对象，超过此为范围的目标列为无效目标关联对象，对于无效目标关联对象系统不在关注，系统以目标的实时运动速度、目标运动方向、经纬度、目标尺寸、目标类型、所在车道为参考比较关联对象，并与预先设定的关联合并值为参考值以及符合该规律点迹连续重复出现次数M(M为一个可调整的值在1-10范围内进行整数选择)为判断是否关联融合的判定条件。

对于那些满足这些要求的真实目标与虚假目标进行关联，并在预设目标关联融合重叠区域4内进行融合，融合后的目标动态信息会以虚假目标动态信息为准，并将其中的ID身份编号进行修正，ID身份编号将会于之前的真实目标ID身份编号保持一致，并将该动作持续下去并将被修正后的结果与该目标的特征信息形成完整的数据信息输出并存入永久数据库中以备调用，此外该修正后的目标完整信息将作为下一个重叠区域的真实目标信息使用，如果在重叠区域未能匹配成功的两个目标，真实目标所经过的所有点迹信息与完整数据信息将会存入永久数据库中以备调用，虚假目标动态信息将会被持续存入临时数据库中以备调用，直至在下一个数据融合点匹配回溯成功或目标驶离多个连续布设雷达所覆盖的检测区域为止。

进一步的，本发明主要在于，减小雷达扫描的开角，这样雷达开角小就可以减少杂波的接收，自身可以滤除多次反射，漫反射，多次反射，折射，绕射，衍射产生的杂波干扰，但是不影响目标直线反射到雷达的数据。

为了进一步减少雷达接收到的杂波，将雷达设置多波束扫描的方式，并对应不同的扫描区域，比如目标进入区域1，对应的雷达波束对区域1内进行扫描，目标将雷达波反射，其中包括直线反射回雷达和经过其他反射等方式回到雷达，这其中直线反射的距离最短，也最先被雷达接收到的，当雷达接收到直线反射的雷达波时，立即停止，不在接收后面其他的放射波，当区域1停止扫描后，立刻开启第二区域的扫描，同样的只接收最短时间内直线反射数据，依次进行扫描，扫描后在对个区域的扫描的数据进行融合输出。雷达扫描区域分时工作，只获取最短时间内直线反射数据，滤除多次反射，漫反射，多次反射，折射，绕射，衍射产生的杂波干扰。

具体雷达各波束的开角，可根据实际情况进行设定，比如整个探测扫描长度为200，那么可以将200米等分为4个区域，在知道隧道宽度的情况下，是可以得出各雷达波束对应的开角的。

本实施例还公开了一种隧道专用毫米雷达控制装置，如图3所示，具体如下：

射频前端包含N个雷达芯片，采用1主多从的级联设计架构，功率分配模块和时钟分配模块保证了雷达芯片之间的功率，时钟统一。每一个芯片配置m1个发射和m2个接收天线，共构成M1发M2收天线阵列，用于发射线性调频连续波和接收目标反射的回波信号。此外，每个芯片内部配置SPI通信模块、串口模块、复位模块和LVDS模块用于与后端控制与处理部分之间的芯片配置、指令通信、芯片重启和天线数据传输。

前端控制与处理部分主要用于控制雷达射频芯片工作、对天线数据接收并处理，以及数据的传出。主要构成如下：

电源管理模块：为雷达射频芯片提供稳定的工作电压和电流。

状态控制模块：控制芯片工作和关闭，针对不同的应用需求可以选择开启不同数量的雷达芯片。

LVDS模块：用于接收雷达芯片传送来的雷达信号原始数据并输送至存储器中。

存储模块：存储单元包含动态存储单元和存储器单元，该部分用于存储雷达数据包括：雷达原始数据、基带处理数据以及运算所产生的临时数据。

波形控制器模块：波形控制模块主要功能是根据处理传输来的控制信息对雷达芯片进行配置从而实现雷达波束控制，包括：波束形状和波束指向。雷达处理器根据实际应用场景需求计算波束偏转角量并向波形控制模块输送。波形控制器模块根据偏转角量计算并分配每个雷达芯片需要改变的寄存器值，并通过SPI向雷达芯片发送波形变换指令以及寄存器配置值，从而实现雷达波束方向和形状的改变。另外雷达控制器还可实现不同波束之间的扫描顺序以及数据处理顺从而实现不同区域波束实现分时分区扫描。

处理模块：处理模块包括处理器和基带处理单元，用于处理雷达原始数据以获得目标的距离、速度、方向角信息

数据传输模块：数据传输模块包含RS232串口、千兆网、CAN总线和JTAG等传输接口。多种传输接口使得雷达系统支持多种数据传输方式，提高雷达兼容性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种隧道专用毫米波雷达控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过对雷达收发信号窗口角度精准调节方式，并采用多波束分时分区获取扫描数据；

对扫描数据进行堆叠处理后，提取目标状态以及特征；

根据目标状态以及特征对目标分类，分为真实目标、虚假目标和静止目标；

将真实目标、虚假目标和静止目标分别与杂波基底图对比后，得到新的静止目标或缓慢变化的目标，作为障碍物目标输出。

2.根据权利要求1所述的一种隧道专用毫米波雷达控制方法，其特征在于，根据雷达安装位置以及需要覆盖的检测区域和距离，通过远程控制方式对雷达不同扫描位置波束的扫描时间以及所覆盖的角度进行精准调节，来获取雷达覆盖范围内最稳定可靠的数据，以及通过精准控制雷达不同波束扫描时间和覆盖角度，来减少不同杂波信号和虚假信号的干扰。

3.根据权利要求1所述的一种隧道专用毫米波雷达控制方法，其特征在于，还包括雷达扫描真实目标的输出，具体步骤如下：

获取所述扫描数据内的点云数据；

基于点云数据建立杂波基底图；

获取杂波基底图的周界数据；

划定剔除杂波干扰界限，并滤除界限外目标，得到真实目标输出。

4.根据权利要求1所述的一种隧道专用毫米波雷达控制方法，其特征在于，分区获取扫描数据具体为：第一雷达模块扫描第一雷达检测区域，第二雷达模块扫描第二雷达检测区域，第一雷达检测区域与第二雷达检测区域之间有雷达重叠区域，将两个临近雷达同时扫描的同一辆的数据信息关联并融合在一起并将目标信息进行修正。

5.根据权利要求1所述的一种隧道专用毫米波雷达控制方法，其特征在于，所述扫描数据包括目标实时的运动速度、运动方向、经纬度、目标尺寸、目标类型、方向角、所在位置、目标距离雷达靶面的XYZ坐标值、在各自雷达区域内唯一ID身份编号以及目标有无异常情况出现。

6.根据权利要求3所述的一种隧道专用毫米波雷达控制方法，其特征在于，所述点云数据周期性自动重新提取。

7.根据权利要求4所述的一种隧道专用毫米波雷达控制方法，其特征在于，还包括设定重叠区域内同一目标合并机制，包括方向判断机制参数设定，加速度判断机制参数设定，航向角判断机制参数设，距离判断机制参数设定，速度判断机制参数设定，目标融合范围值设定以及同一目标判定频率设定。

8.一种隧道专用毫米雷达控制装置，其特征在于，包括射频前端系统和后端控制与处理系统；

所述射频前端为雷达芯片；

所述后端控制与处理系统包括：

状态控制模块：用于控制芯片工作和关闭，针对不同的应用需求选择开启不同数量的雷达芯片；

LVDS模块：用于接收雷达芯片传送来的雷达信号原始数据并输送至存储器模块中；

存储模块：用于存储雷达数据；

波形控制器模块：用于根据处理传输来的控制信息对雷达芯片进行配置从而实现雷达波束控制；

处理模块：用于处理雷达原始数据以获得目标的距离、速度、方向角信息。

9.根据权利要求8所述的一种隧道专用毫米雷达控制装置，其特征在于，所述后端控制与处理系统还包括电源管理模块：用于为雷达射频芯片提供稳定的工作电压和电流。

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