CN116359865B - 毫米波雷达水平安装角估计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种毫米波雷达水平安装角估计方法，其中，该方法包括：获取当前时刻车辆的车速和雷达点云；根据当前获取到的静态点求取统计平均量；判断当前累积的点云数和检测帧数是否达到预设阈值；用所有静态点的统计平均量构建关于雷达水平安装角余弦值的方程，并计算出每一个实数根；进一步生成一个实数对，将每一实数对带入损失函数中比较大小；基于损失函数最小值点估计出毫米波雷达的水平安装角。本发明还涉及一种相应的装置、处理器及其存储介质。采用了本发明的该毫米波雷达水平安装角估计方法、装置、处理器及其存储介质，可准确有效地估计前雷达或角雷达的水平安装角，从而提高雷达检测结果相对汽车的位置准确性，提高了行车安全性。
Description
技术领域
本发明涉及智能驾驶技术领域，尤其涉及毫米波雷达技术领域，具体是指一种毫米波雷达水平安装角估计方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质。
背景技术
毫米波雷达具有全天时、全天候的工作特性，是智能驾驶领域必须的传感器之一。毫米波雷达相对汽车的安装精度对被检出目标相对汽车的位置估计具有重要影响。特别地，毫米波雷达相对汽车的水平安转角对被检出目标相对汽车的横向位置有显著影响，而目标的横向位置又显著影响汽车的各项驾驶辅助功能如自适应巡航、自动紧急刹车等的正常运作。因此，获取高精度的雷达水平安装角度十分必要。
现有技术CN202110380413.7提出了一种车载前向毫米波雷达安装误差自校准方法。该方法要求在测试道路两旁放置一定数量的雷达角放射器，并借助雷达对角放射器的测量结果来估计雷达安装角度。从而，雷达安装角度的估计结果依赖于对角放射器的正确检测。
现有技术CN202010098426.0提出了一种车载毫米波雷达安装角度自校准方法。该方法要求在测试道路中两侧设置多个平行的直线围栏作为静止标定目标。该方法对校准环境有较高的要求。
上述两种方法均对校准环境有一定的要求，因此无法实现在雷达工作过程中的偏转监测。
现有技术CN202211250693.0提出了一种水平安装角自标定方法。该方法要求对每个自标定角度进行静态目标的轨迹预测和帧间匹配的相似度计算。该方法由于复杂度较高，并且帧间匹配结果的准确性会影响雷达标定结果的准确性。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种高精准度且技术简便的毫米波雷达水平安装角估计方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质。
为了实现上述目的，本发明的该毫米波雷达水平安装角估计方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质如下：
该毫米波雷达水平安装角估计方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：
（1）获取当前时刻车辆的车速和雷达点云，并以此判断当前所有的静态点；
（2）根据当前获取到的所有的静态点，计算出所有静态点的统计平均量；
（3）判断当前时刻累积的点云数和检测帧数是否达到预设阈值，若是，则进入步骤（4），否则，重新返回步骤（1）；
（4）用截止当前时刻求取出的所有静态点的统计平均量构建关于雷达水平安装角余弦值的方程，并计算出方程的每一个实数根作为备选结果；
（5）对步骤（4）得到的每个实数根，进一步计算得到两个对实数，将每个实数对依次带入损失函数中比较结果大小；
（6）最后基于损失函数最小值点估计出毫米波雷达的水平安装角。
较佳地，所述的步骤（1）具体包括以下步骤：
（1.1）从毫米波雷达和车速传感器分别获得雷达点云数据和车速；
（1.2）将获取到的当前时刻的车速反投影至雷达点云方位角上，并计算出投影速度与点云的径向速度的差值，若差值小于阈值，则将对应点判定为静态点，判别公式如下：
；
其中，表示在第j时刻所测的车辆速度，/>表示在第j 时刻所测第i个雷达点云的径向速度，/>表示在第j时刻所测第i个雷达点云的方位角加上固定的初始水平安装角，/>表示预设的静态点判定阈值；
较佳地，所述的步骤（2）具体为：
按照以下方式计算出截止当前时刻j的所有静态点的统计平均量：
；
；
；
；
；
；
其中 ，/>，/>，/>，/>， />分别表示从0时刻累计至j时刻的各个静态点的统计平均量；/>表示从0时刻累计至j时刻的点云总数，/>，/>。
较佳地，所述的步骤（4）具体包括以下步骤：
（4.1）按照以下方式用当前所有静态点的统计平均量构建关于雷达水平安装角余
弦值的一元四次方程：
；
（4.2）根据上述一元四次方程，获取对应的所有实数根;
较佳地，所述的步骤（5）具体包括以下步骤：
（5.1）对方程的每个根，计算对应的，得到两个实数对(,
)；
（5.2）将获取到的每一对实数分别按照以下方式计算损失函数值：
；
（5.3）将计算出的最小损失函数值对应的实数对设置为。
较佳地，所述的步骤（6）具体为：
将所述的最小损失函数值对应的实数对按照以下方式计算毫米波雷达水平安装角的估计值/>：
；
将所述的估计值加上固定的初始水平安装角即可得到当前车辆最终的雷达水平安装角。
该实现毫米波雷达水平安装角估计的装置，其主要特点是，所述的装置包括：
处理器，被配置成执行计算机可执行指令；
存储器，存储一个或多个计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现上述所述的毫米波雷达水平安装角估计方法的步骤。
该实现毫米波雷达水平安装角估计的处理器，其主要特点是，所述的处理器被配置成执行计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现上述所述的毫米波雷达水平安装角估计方法的步骤。
该计算机可读存储介质，其主要特点是，其上存储有计算机程序，所述的计算机程序可被处理器执行以实现上述所述的毫米波雷达水平安装角估计方法的步骤。
采用了本发明的该毫米波雷达水平安装角估计方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质，不依赖于特定的外部环境，仅需车速信息和雷达点云信息即可完成雷达水平安装角度的估计，可用于雷达出厂校准或在雷达使用过程中进行偏转监测。同时，本技术方案在累计点云数据时仅需保存6个统计平均量及累计点云数目，占用资源小，且理论上可无限累计数据。该方法提供的水平安装角估计结果在统计学意义上属于相合估计，当数据累计足够多时，可准确有效地估计前雷达或角雷达的水平安装角，从而提高雷达检测结果相对汽车的位置准确性，提高了行车安全性。
附图说明
图1为本发明的毫米波雷达水平安装角估计方法的流程图。
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
在详细说明根据本发明的实施例前，应该注意到的是，在下文中，术语“包括”、“包含”或任何其他变体旨在涵盖非排他性的包含，由此使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包含这些要素，而且还包含没有明确列出的其他要素，或者为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
请参阅图1所示，该毫米波雷达水平安装角估计方法，其中，所述的方法包括以下步骤：
（1）获取当前时刻车辆的车速和雷达点云，并以此判断当前所有的静态点；
（2）根据当前获取到的所有的静态点，计算出所有静态点的统计平均量；
（3）判断当前时刻累积的点云数和检测帧数是否达到预设阈值，若是，则进入步骤（4），否则，重新返回步骤（1）；
（4）用截止当前时刻求取出的所有静态点的统计平均量构建关于雷达水平安装角余弦值的方程，并计算出方程的每一个实数根作为备选结果；
（5）对步骤（4）得到的每个实数根，进一步计算得到两个实数对。将每个实数对依次带入损失函数中比较结果大小；
（6）最后基于损失函数最小值点估计出毫米波雷达的水平安装角。
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤（1）具体包括以下步骤：
（1.1）从毫米波雷达和车速传感器分别获得雷达点云数据和车速；
（1.2）将获取到的当前时刻的车速反投影至雷达点云方位角上，并计算出投影速度与点云的径向速度的差值，若差值小于阈值，则将对应点判定为静态点，判别公式如下：
；
其中，表示在第j时刻所测的车辆速度，/>表示在第j 时刻所测第i个雷达点云的径向速度，/>表示在第j时刻所测第i个雷达点云的方位角加上固定的初始水平安装角，/>表示预设的静态点判定阈值；
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤（2）具体为：
按照以下方式计算出截止当前时刻j的所有静态点的统计平均量：
；
；
；
；
；
；
其中 ，/>，/>，/>，/>， />分别表示从0时刻累计至j时刻的各个静态点的统计平均量；/>表示从0时刻累计至j时刻的点云总数，/>，/>。
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤（4）具体包括以下步骤：
（4.1）按照以下方式用当前所有静态点的统计平均量构建关于雷达水平安装角余
弦值的一元四次方程：
；
（4.2）获取对应的所有实数根;
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤（5）具体包括以下步骤：
（5.1）对方程的每个根，计算对应的，得到两个实数对(,
)；
（5.2）将获取到的每一对实数分别按照以下方式计算损失函数值：
；
（5.3）将计算出的最小损失函数值对应的实数对设置为。
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤（6）具体为：
将所述的最小损失函数值对应的实数对按照以下方式计算毫米波雷达水平安装角的估计值/>：
；
将所述的估计值加上固定的初始水平安装角即可得到当前车辆最终的雷达水平安装角。
下面，将进一步详细的说明本技术方案的该毫米波雷达水平安装角估计方法的基本原理：
首先，通过雷达所测静态点云的径向速度、方位角与车速需符合如下公式：
；
其中，表示在第j时刻所测的车辆速度，/>表示在第j 时刻所测第i 个雷达点云的径向速度，/>表示在第j 时刻所测第i 个雷达点云的方位角加上固定的初始水平安装角，/>表示雷达实际水平安装角相对初始水平安装角的偏差。累计多个时刻的雷达静态点云，可构造如下损失函数：
；
求出使损失函数达到最小的值即可得到雷达的水平安装角度。
进一步的，记 , /> , /> ,，则损失函数可改写成：
；
记，/>，/>，/>，/>，，则
；
并有约束条件：；
利用拉格朗日乘子法，求上述带等式约束的优化问题，最后可化为求如下一元四次方程的根：
；
解上述方程至多可得到4个的根，相应地至多可得到8对。将所有
可能的极值点代入损失函数比较结果大小，可得到最小值点。最后根据最小值点的求得即可。此方法不会陷入局部最小值，且随着检测帧数和点云数的累计，
估计结果在统计学意义上将趋近真值，保证了算法结果的精度和可靠性。
基于上述基本原理，本技术方案的该毫米波雷达水平安装角估计方法，主要包括以下步骤：
1、获取当前时刻j的车速、雷达点云，将车速反投影至雷达点云方位角上，计算投影速度与点云的径向速度的差值，若差值小于阈值，则判定为静态点；
2、计算截止当前时刻j的所有静态点的下述统计平均量：
；
；
；
；
；
；
其中 ，/>，/>，/>，/>， />分别表示从0时刻累计至j时刻的各统计平均量；/>表示从0时刻累计至j时刻的点云总数。
3、如果累计的点云数和检测帧数超过预先设定的阈值，则求解一元四次方程：
；
4、对方程的每个根，计算对应的。并计算每对损失
函数值：
；
并取使损失函数最小的；
5、计算估计结果：
；
将加上固定的初始水平安装角即可得到雷达水平安装角。
在本发明的一具体实施例中，该毫米波雷达水平安装角估计方法的详细处理方式如下：
步骤1：获取当前时刻的车速、雷达点云，将车速反投影至雷达点云方位角上，计算投影速度与点云的径向速度的差值，若差值小于阈值，在本实施例中将阈值选取为1m/s，则对应点判定为静态点。
步骤2：计算截止当前时刻的所有静态点的下述统计平均量：
；
；
；
；
；
；
步骤3：判断累积的点云数和检测帧数是否达到预设阈值。在本实施例中，将检测帧数阈值设置为10帧，总点云数阈值设置为1000。若达到预设阈值，则进入步骤（4），否则，重新返回步骤（1）；
步骤4：求解一元四次方程。在本实施例中，完成累积后的统计平均量各值如下：
，/>，/>，/>，，/>，
构成的一元四次方程为：
；
方程有4个实数根，分别为：
，/>，/>，/>，
步骤5：根据每个根，计算对应的，并计算每对对应的损失函数值，
如下：
，
损失函数值最小为0.0041，对应的。
步骤6：计算估计结果：
；
在本实施例中，初始水平安装角度为0°，因此估计的雷达水平安装角为－6.46°。
该实现毫米波雷达水平安装角估计的装置，其中，所述的装置包括：
处理器，被配置成执行计算机可执行指令；
存储器，存储一个或多个计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现上述所述的毫米波雷达水平安装角估计方法的步骤。
该实现毫米波雷达水平安装角估计的处理器，其中，所述的处理器被配置成执行计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现上述所述的毫米波雷达水平安装角估计方法的步骤。
该计算机可读存储介质，其中，其上存储有计算机程序，所述的计算机程序可被处理器执行以实现上述所述的毫米波雷达水平安装角估计方法的步骤。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行装置执行的软件或固件来实现。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成的，程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
采用了本发明的该毫米波雷达水平安装角估计方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质，不依赖于特定的外部环境，仅需车速信息和雷达点云信息即可完成雷达水平安装角度的估计，可用于雷达出厂校准或在雷达使用过程中进行偏转监测。同时，本技术方案在累计点云数据时仅需保存6个统计平均量及累计点云数目，占用资源小，且理论上可无限累计数据。该方法提供的水平安装角估计结果在统计学意义上属于相合估计，当数据累计足够多时，可准确有效地估计前雷达或角雷达的水平安装角，从而提高雷达检测结果相对汽车的位置准确性，提高了行车安全性。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
Claims (6)
1.一种毫米波雷达水平安装角估计方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
（1）获取当前时刻车辆的车速和雷达点云，并以此判断当前所有的静态点；
（2）根据当前获取到的所有的静态点，计算出所有静态点的统计平均量；
所述的步骤（2）具体为：
按照以下方式计算出截止当前时刻j的所有静态点的统计平均量：
；
；
；
；
；
；
其中 ，/>，/>，/>，/>， />分别表示从0时刻累计至j时刻的各个静态点的统计平均量；表示从0时刻累计至j时刻的点云总数；/>表示在第j时刻所测第i个雷达点云的径向速度；/>，/>；
（3）判断当前时刻累积的点云数和检测帧数是否达到预设阈值，若是，则进入步骤（4），否则，重新返回步骤（1）；
（4）用截止当前时刻求取出的所有静态点的统计平均量构建关于雷达水平安装角余弦值的方程，并计算出方程的每一个实数根作为备选结果；
所述的步骤（4）具体包括以下步骤：
（4.1）按照以下方式用当前所有静态点的统计平均量构建关于雷达水平安装角余弦值的一元四次方程：
;
（4.2）根据上述一元四次方程，获取对应的所有实数根；
（5）对步骤（4）得到的每个实数根，进一步计算得到两个实数对，将每个实数对依次带入损失函数中比较结果大小；
所述的步骤（5）具体包括以下步骤：
（5.1）对方程的每个根，计算对应的/>，进而得到两个实数对/>；
（5.2）将获取到的每一对实数分别按照以下方式计算损失函数值：
;
（5.3）将计算出的最小损失函数值对应的实数对设置为；
（6）最后基于损失函数最小值点估计出毫米波雷达的水平安装角。
2.根据权利要求1所述的毫米波雷达水平安装角估计方法，其特征在于，所述的步骤（1）具体包括以下步骤：
（1.1）从毫米波雷达和车速传感器分别获取雷达点云数据和车速；
（1.2）将获取到的当前时刻的车速反投影至雷达点云方位角上，并计算出投影速度与点云的径向速度的差值，若差值小于阈值，则将对应点判定为静态点，判别公式如下：
;
其中，表示在第j时刻所测的车辆速度，/>表示在第j时刻所测第i个雷达点云的径向速度，/>表示在第j时刻所测第i个雷达点云的方位角加上固定的初始水平安装角，表示预设的静态点判定阈值。
3.根据权利要求1所述的毫米波雷达水平安装角估计方法，其特征在于，所述的步骤（6）具体为：
将所述的最小损失函数值对应的实数对按照以下方式计算毫米波雷达水平安装角的估计值/>：
;
将所述的估计值加上固定的初始水平安装角即可得到当前车辆最终的雷达水平安装角。
4.一种实现毫米波雷达水平安装角估计的装置，其特征在于，所述的装置包括：
处理器，被配置成执行计算机可执行指令；
存储器，存储一个或多个计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现权利要求1～3中任一项所述的毫米波雷达水平安装角估计方法的步骤。
5.一种实现毫米波雷达水平安装角估计的处理器，其特征在于，所述的处理器被配置成执行计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现权利要求1～3中任一项所述的毫米波雷达水平安装角估计方法的步骤。
6.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，所述的计算机程序可被处理器执行以实现权利要求1～3中任一项所述的毫米波雷达水平安装角估计方法的步骤。
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