CN109493637A - 一种车位状态检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车位状态检测方法，包括安装在车位上的微波雷达模块，所述微波雷达模块在工作时以FMCW方式，发射脉冲式调频信号，微波雷达模块的发射信号Tx通过发射天线发射后，通过接收天线进行接收，将接收天线的接收信号与本振信号或发射信号进行混频处理，得到处理接收信号，计算处理接收信号的幅度A和处理接收信号的相位差，设定角度判决门限和幅度判决门限τ，当该相位差大于或等于则表示车位上方存在一个明显障碍物体；当该相位差小于且幅度A小于τ，则表示车位上方不存在一个明显障碍物体。本发明相对于传统雷达检测技术能耗低，不受天气因素和杂物干扰，判断精确度高。

Description

一种车位状态检测方法

技术领域

本发明属于雷达检测领域，涉及一种车辆存在检测技术，具体涉及一种车位状态检测方 法。

背景技术

现有技术中，公共车位上的车辆状态一般采用地磁传感器检测，地磁传感器具有功耗低 的特点，但是其检测精度不高，容易受到杂物干扰，同时现有技术存在将地磁传感器与雷达 相结合的技术，但是该技术不成熟，在应用中，主要存在以下问题或不足：

(1)CN 105242263 A，专利《一种车辆存在检测装置及方法》，采用的两个呈一定角度 安装的多普勒雷达模块，来检测车辆的进入和使出的运动过程。多普勒雷达只能检测沿着雷 达径向存在位移运动的物体，本质上来说，这种多普勒雷达只能用于检查车位上方车辆的运 动状态，很难判别车位静态的工作状态；同时，车辆驶入和驶出车位时，通常速度很低，而 安装在地面的多普勒雷达受安装体积与地面高度的限制，车辆沿着雷达截面径向的速度会更 低，要检测这么低速度的车辆运动，对于雷达信号处理复杂度和频率分辨率的要求会非常高， 成本和功耗都是大问题

(2)201510991118.X，专利《一种基于地磁引导的微波车辆检测装置及方法》，利用微 波与地磁的联合检测来实现车位状态检测，微波检测的方法仅仅依靠检测回波的信号幅度， 当幅度大于或等于某一个设定门限，则认为车位上存在车辆停泊。这种方式完全依赖于回波 的幅度信息，当出现雨雪，或是检测器上表面存在沙土、树叶等杂质情况下，完全就失去了 正确判别的能力。

(3)201710587627.5，专利《一种车位状态的检测设备及车位状态的检测方法》，根据 回波数据与车位对应的基准回波数据的差值，是否大于或等于某一个设定的变化阀值，来判 别车位状态。基准回波数据包含无车态基准回波数据和停车态基准回波数据。这种判别方式， 过于依赖基准态回波数据的准确性，需要频繁进行基准态数据的采集，一次基准数据采集错 误，会造成后续状态判别的完全错误，鲁棒性很差。

发明内容

本发明的目的是提供一种车位状态检测方法，解决现有技术中车辆状态检测精度不高， 容易受到干扰的问题。本发明的另一目的是解决现有技术中采用雷达传感器进行车辆状态检 测精度不高并且能耗高的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种车位状态检测方法，包括安装在车位上的微波雷达模块，其特征在于：所述微波雷 达模块在工作时以FMCW方式，发射脉冲式调频信号，微波雷达模块的发射信号Tx通过发 射天线发射后，通过接收天线进行接收，将接收天线的接收信号与本振信号或发射信号进行 混频处理，得到处理接收信号，计算扫频过程中处理接收信号的幅度A和处理接收信号的相 位差，设定一个角度判决门限和幅度判决门限τ，当该相位差大于或等于角度判决门限则表示车位上方存在一个明显障碍物体；当该相位差小于角度判决门限且幅度A小于幅 度判决门限τ，则表示车位上方不存在一个明显障碍物体。

优选的，所述处理接收信号的相位差取扫频过程中处理接收信号的角度变化累计值θ。

优选的，所述处理接收信号相位差具体获取方法如下：

步骤1、确定微波雷达模块的起始频率f₀、扫频带宽B以及扫频时长T；

步骤2、微波雷达模块采用脉冲的方式，发送离散的调频信号，即时刻t₀发送频率的调制信号；

步骤3、微波雷达模块的射频接收端采集接收信号；

步骤4、将接收信号与本振信号或发射信号进行混频处理，得到处理接收信号；

步骤5、重复步骤1至步骤4，直至完成全部带宽B的扫频，得到n个采样点的处理接收 信号，计算相邻采样点的处理接收信号相位变化差值，并将所有相位变化差值累计相加，得 到角度变化累计值θ。

优选的，所述处理接收信号经过混频处理后，计算相位差的具体方法如下：

步骤a、将混频处理后的接收信号经过低通滤波器滤波处理；

步骤b、经过低通滤波器后的接收信号经过平滑滤波滤除高频分量，并调制解调得到两 路正交信号的处理接收信号，分别I路信号和Q路信号，计算出I路信号均值Q路信号 均值以及幅度信号均值

步骤c、按照步骤a至步骤c方法对所有采样点的接收信号进行处理，得到处理接收信号 集合；

步骤d、对采样点进行曲线拟合，n表示扫频过程中发射 调频信号的次数；

步骤e、计算出拟合曲线段，从起点到终点的最大累计旋转角度θ。

优选的，对采样点的幅度信号取均值计算，得到处理接收 信号的幅度A。

优选的，所述起始频率f₀范围是22-25GHz波段，扫频带宽B范围是300-500MHz，扫频 时长T范围是10-400us。

优选的，还包括地磁传感器，所述地磁传感器长期监测，微波雷达模块为间歇式工作状 态，当地磁传感器监测到磁场变化时，才启动微波雷达模块按照上述扫频方式检测。

本发明有益效果是：

本发明利用离散FMCW调频波，对车位上方进行短时脉冲式的扫描，通过从接收端提取 离散样点，并计算样点之间的角度和幅度信息，来判别特定高度范围内，车位上方是否存在 反射物体。该种方式，不同于仅仅依靠幅度信息，即回波强度的判别方式，不需要定期的校 准，不需要记录车位上方无反射物体时的基准波形，不受温度和射频前端老化等因素的影响， 不会因为一次错误的校准造成判别错误的不可恢复。同时，不采用传统的连续FMCW扫频和 FFT时频域变换的方式进行信号处理，大大降低了实现的复杂度和功耗。

附图说明

图1为本发明采用微波雷达模块进行车位状态检测结构示意图。

图2为本发明实施例中微波雷达模块按照FMCW调频波扫频示意图。

具体实施方式

本发明一种车位状态检测方法，包括安装在车位上的微波雷达模块，所述微波雷达模块 在工作时以FMCW方式，发射周期为T的脉冲式调频信号，微波雷达模块的发射信号Tx通 过发射天线发射后，一部分遇到障碍物反射回来，被接收天线接收，该反射接收信号记为Rx₁， 假设发射信号为其中A₁表示发射调频信号的幅度，f₀表示调频初 始频率，B表示调频带宽，T表示调频波持续时间，接收天线接收的反射信号Rx₁为其中A₃表示反射信号的幅度，C为光速，D表示 反射物体与接收天线之间的距离，d表示发射天线与接收天线之间的距离；同时另一部分为泄露信号Rx₂直接被接收天线接收，泄露信号Rx₂为其中A₂表示泄露信号的幅度，θ表示相位偏差，相位偏差主要是由于发射天线与接收天线之间的距离d引起的，距离d不变，为恒定值，接收天线接收的实际信号Rx为反射接收信号Rx₁和泄露信号Rx₂的叠加，因此接收天线接收的实际信号Rx为：

将实际信号Rx经过芯片内部调制解调器解调，即与本振信号进行 处理得到：

将上述公式展开得到处理接收信号为：

上式进行变换处理后，剔除高频分量，可以近似化简成：

其中α、φ为与D和t₁无关的常数，β为与D相关的变量，δ为相邻两次处理接收信号的相位差。

由上式可知，对于某一确定的障碍物，即D固定，相位差δ是一个随着时间t₁变化的三 角函数，角度变化的快慢受B和D的影响，扫频带宽B越大，累计角度的变化值越大，障碍物距离D越大，累计角度的变化值也越大。

根据上述特性，本发明设计一种不仅仅依靠回波强度，不需要记录基准回波，不需要频 繁校准的方式，就可以准确判断出车位上是否存在障碍物的方法。本发明涉及的处理方法和 主要步骤如下：

(1)确定一个起始频率f₀＝23.75GHz、扫频带宽B＝400MHz和扫频时长T＝300us；以及 角度判决门限T和幅度判决门限τ；

(2)微波雷达模块采用脉冲的方式，控制射频发送电路，发送离散的频率递增或是频率 递减的调频信号，即时刻t₀发送频率的调制信号；

(3)在射频接收端采集接收信号；

(4)将接收信号与本振信号或发射信号进行混频处理，并经过低通滤波器处理；

(5)经过平滑滤波滤除高频分量，并记录处理后所得到的I路信号均值Q路信号均 值以及幅度信号均值I路信号和Q路信号为正交调制与解调的方式来处理的两路信 号，即将接收信号一路进行相移90度，一路不进行相移，得到正交的两路信号；

(6)重复步骤(2)～(5)，直至完成全部带宽B的扫频

(7)对采样点进行曲线拟合

(8)计算出拟合曲线段，从起点到终点处理接收信号的角度变化累计值θ；

(9)对采样点的幅度进行取均值计算，记录为A；

(10)判决过程：当角度变化累计值θ大于或等于角度判决门限则表示车位上方存 在一个明显障碍物体；当角度变化累计值θ小于角度判决门限且幅度A小于幅度判决门 限τ，则表示车位上方不存在一个明显障碍物体，当角度变化累计值θ小于角度判决门限幅度A大于或等于幅度判决门限τ，则表示车位上方存在杂质干扰，此时结合地磁传感器判 断车位是是否存在车辆，通过地磁传感器排除该种情况下的杂质干扰。

当然本发明上述实施例中，采用的是扫频过程结束后，处理接收信号的角度变化累计值θ 作为判断标准，当然也可以采用相邻两次处理接收信号的角度变化值δ作为判断标准，此时 角度判决门限修改小即可，但由于实际应用过程中，相邻两次处理接收信号的相位差较小， 判断困难，因此一般采用处理接收信号的角度变化累计值θ作为判断标准。

需要说明的是，本实施例中微波雷达模块是以24GHz波段为工作频段的，当然也可以采 用其他工作频段。

需要指出的是本发明实施例中，I路信号均值和Q路信号均值为信号强度，实际采 用采样点信号的电平幅度，当然也可以换算为功率。

需要说明的是本发明实施例中，本振信号的幅度对于本发明实施例没有任何影响，其在 变化处理过程中为一个恒定的常数。

Claims (7)

1.一种车位状态检测方法，包括安装在车位上的微波雷达模块，其特征在于：所述微波雷达模块在工作时以FMCW方式，发射脉冲式调频信号，微波雷达模块的发射信号Tx通过发射天线发射后，通过接收天线进行接收，将接收天线的接收信号与本振信号或发射信号进行混频处理，得到处理接收信号，计算扫频过程中处理接收信号的幅度A和处理接收信号的相位差，设定一个角度判决门限和幅度判决门限τ，当该相位差大于或等于角度判决门限则表示车位上方存在一个明显障碍物体；当该相位差小于角度判决门限且幅度A小于幅度判决门限τ，则表示车位上方不存在一个明显障碍物体。

2.如权利要求1所述的车位状态检测方法，其特征在于：所述处理接收信号的相位差取扫频过程中处理接收信号的角度变化累计值θ。

3.如权利要求2所述的车位状态检测方法，其特征在于：所述处理接收信号相位差具体获取方法如下：

步骤1、确定微波雷达模块的起始频率f₀、扫频带宽B以及扫频时长T；

步骤2、微波雷达模块采用脉冲的方式，发送离散的调频信号，即时刻t₀发送频率的调制信号；

步骤3、微波雷达模块的射频接收端采集接收信号；

步骤4、将接收信号与本振信号或发射信号进行混频处理，得到处理接收信号；

步骤5、重复步骤1至步骤4，直至完成全部带宽B的扫频，得到n个采样点的处理接收信号，计算相邻采样点的处理接收信号相位变化差值，并将所有相位变化差值累计相加，得到角度变化累计值θ。

4.如权利要求3所述的车位状态检测方法，其特征在于：所述处理接收信号经过混频处理后，计算相位差的具体方法如下：

步骤a、将混频处理后的接收信号经过低通滤波器滤波处理；

步骤b、经过低通滤波器后的接收信号经过平滑滤波滤除高频分量，并调制解调得到两路正交信号的处理接收信号，分别I路信号和Q路信号，计算出I路信号均值Q路信号均值以及幅度信号均值

步骤c、按照步骤a至步骤c方法对所有采样点的接收信号进行处理，得到处理接收信号集合；

步骤d、对采样点进行曲线拟合，n表示扫频过程中发射调频信号的次数；

步骤e、计算出拟合曲线段，从起点到终点的最大累计旋转角度θ。

5.如权利要求4所述的车位状态检测方法，其特征在于：对采样点 的幅度信号取均值计算，得到处理接收信号的幅度A。

6.如权利要求3至5任意一项所述的车位状态检测方法，其特征在于：所述起始频率f₀范围是22-25GHz波段，扫频带宽B范围是300-500MHz，扫频时长T范围是10-400us。

7.如权利要求1至5任意一项所述的车位状态检测方法，其特征在于：还包括地磁传感器，所述地磁传感器长期监测，微波雷达模块为间歇式工作状态，当地磁传感器监测到磁场变化时，才启动微波雷达模块按照上述扫频方式检测。