CN112590781A - 基于毫米波相控阵雷达的车辆防撞警示方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于毫米波相控阵雷达的车辆防撞警示方法及装置，受环境因素影响较小、测距精度高、可靠性好、可近距离分辨多目标。本发明的车辆防撞警示方法，包括如下步骤：(10)环境信息获取：采用主动式毫米波相控阵雷达，获取高速公路环境信息；(20)环境物体判断：根据高速公路环境信息，将高速车辆与低速物体加以区分；(30)数据分析：分别对高速车辆和低速物体进行速度、距离、方位判定；(40)防撞警示：当距离小于安全距离时，发出防撞警示信息；本发明的车辆防撞警示装置，包括：环境信息获取端(1)和警示端(2)，警示端(2)与环境信息获取端(1)通过有线或无线数据连接。

Description

基于毫米波相控阵雷达的车辆防撞警示方法及装置
技术领域
本发明属于交通安全技术领域，特别是一种基于毫米波相控阵雷达的车辆防撞警示方法及装置。
背景技术
研究表明，交通事故频发的原因大多是同车道前后两车车距较近，或行车道上出现行人，司机反映不及时从而引发交通事故。因此对于车距过近时的警示对减少交通事故的发生具十分重要的现实意义。
在高速公路高速行驶过程中，对同一车道上车距的测量与警示是预防和减小车辆碰撞的有效预防方式；发现高速公路上出现的低速物体时对高速车辆进行警示能够有效减少交通事故中的人员伤亡。
随着科技的进步和技术的不断革新，对于车距测量结果的准确性和可靠性在不断提升。根据获取信息方式的不同，车辆测距的方法有超声波测距、光学测距、红外测距等，根据测量装置的有源或无源可分为主动式测距和被动式测距等。
超声波测距由于其测量距离和功耗等原因，不能满足现在车辆的安全车距要求。近年来光学和红外测量方式也逐渐发展，但这两种方式测距精度不高，多目标测量能力差，且受到环境因素影响较大，在突发的大雾、沙尘、暴雨等恶劣环境下无法进行准确的测量，所以这两种测量方式的准确性、可靠性和适用性还有待提升。
因此，现有的技术存在的问题是：车辆安全距离测量受环境因素影响较大，精度不高，可靠性低，物体分辨力不高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于毫米波相控阵雷达的车辆防撞警示方法，受环境因素影响较小、测距精度高、可靠性好、可近距离分辨多目标等优点。
本发明的另一目的在于提供一种基于毫米波相控阵雷达的车辆防撞警示装置。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种基于毫米波相控阵雷达的车辆防撞警示方法，包括如下步骤：
(10)环境信息获取：采用主动式毫米波相控阵雷达，获取高速公路环境信息，包括所有物体的方位、距离、速度信息；
(20)环境物体判断：根据高速公路环境信息，将高速车辆与低速物体加以区分；
(30)数据分析：分别对高速车辆和低速物体进行速度、距离、方位判定；
(40)防撞警示：当高速车辆之间或高速车辆与低速物体之间的距离小于安全距离时，发出防撞警示信息。
实现本发明另一目的的技术解决方案为：
一种基于毫米波相控阵雷达的车辆防撞警示装置，包括：
环境信息获取端1，用于采用主动式毫米波相控阵雷达，获取高速公路环境信息，包括所有物体的方位、距离、速度信息；
警示端2，用于根据高速公路环境信息，将高速车辆与低速物体加以区分；分别对高速车辆和低速物体进行速度、距离、方位判定；当高速车辆之间或高速车辆与低速物体之间的距离小于安全距离时，发出防撞警示信息。
所述警示端2与环境信息获取端1通过有线或无线数据连接。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
1、测量精度高：主动式毫米波多普勒频移较大，相对速度的测量精度较高，便于更精确地测量实时变化的车距信息。
2、可近距离分辨多目标：在测量过程中，测量装置的角度分辨率是衡量装置分辨相邻物体的能力的参数，角度分辨率与工作频率成正比，因毫米波工作频率相对较高，所以具有较高的角度分辨率，可分辨距离较近的物体，提高物体分辨能力；采用梯形线性调频连续波的调制方式，解决距离-速度耦合现象，提升雷达的近距离多目标探测能力，进一步提升多目标分辨能力。
3、可靠性高：采用相控阵雷达，利用移相器实时调节天线主瓣波束方向，减小测量盲区；其次辅以光学图像，对信息做二次判定，提高可靠性。
4、全天时全天侯工作：毫米波由于其波长较短，具有较强的穿透烟雾、沙尘、水滴的能力，不受天气和光线等因素的影响，能全天时全天候工作，若在测量过程中遭遇突发的暴雨、沙尘、浓雾等恶劣天气环境，也可正常工作。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明基于毫米波相控阵雷达的车辆防撞警示方法的主流程图。
图2为本发明基于毫米波相控阵雷达的车辆防撞警示装置的结构框图。
图中，环境信息获取端1，警示端2，
T/R收发组件11，光学摄像机12，数据采集模块13，中央控制模块14，数据存储模块15。
数据分析模块21，光学图像分析模块22，警示模块23。
具体实施方式
如图1所示，本发明基于毫米波相控阵雷达的车辆防撞警示方法，其特征在于，包括如下步骤：
(10)环境信息获取：采用主动式毫米波相控阵雷达，获取高速公路环境信息，包括所有物体的方位、距离、速度信息；
所述(10)环境信息获取步骤中，还包括辅以光学摄像头，获取高速公路环境影像信息。
(20)环境物体判断：根据高速公路环境信息，将高速车辆与低速物体加以区分；
所述(20)环境物体判断步骤具体为：
将速度高于40km/h的物体判定为高速车辆，将速度低不高于40km/h的物体判定为低速物体。
(30)数据分析：分别对高速车辆和低速物体进行速度、距离、方位判定；
(40)防撞警示：当高速车辆之间或高速车辆与低速物体之间的距离小于安全距离时，发出防撞警示信息。
所述(40)防撞警示步骤包括：
(41)同车道安全车距判断：处于同一车道内的高速车辆之间或高速车辆与低速物体之间的安全车距按下述规则根据车速进行判断：
当车速超过100km/h时，高速车辆之间或高速车辆和与低速物体之间的安全距离为100米；
当车速低于100km/h时，高速车辆之间或高速车辆和与低速物体之间的安全距离为80米；
(42)不同车道安全车距判断：处于不同车道上高速车辆之间安全车距根据相对车速进行判定，高速车辆之间的相对速度超过20km/h时，安全车距为30米，高速车辆之间的相对速度低于20km/h时，安全车距为20米；
处于不同车道上高速车辆与低速物体的安全距离，当车速超过100km/h时，安全距离为100米，当车速低于100km/h时，安全距离为80米；参照同一车道标准。
(43)安全距离警示：当高速车辆之间或高速车辆与低速物体之间的距离小于安全距离时，发出警示信息，提醒车主减速控制车距或驻车。
如图2所示，本发明基于毫米波相控阵雷达的车辆防撞警示装置，包括：
环境信息获取端1，用于采用主动式毫米波相控阵雷达，获取高速公路环境信息，包括所有物体的方位、距离、速度信息；采用主动式毫米波相控阵雷达和光学摄像头来获取环境信息，测量任意车道上的两车之间或高速车辆与低速物体之间的距离；获取车辆或物体的光学图像；
警示端2，用于根据高速公路环境信息，将高速车辆与低速物体加以区分；分别对高速车辆和低速物体进行速度、距离、方位判定；当高速车辆之间或高速车辆与低速物体之间的距离小于安全距离时，发出防撞警示信息。根据毫米波信息和光学图像信息，综合判定任意车道上的两车之间或高速车辆与低速物体之间的距离是否低于相应车速下的安全距离，若低于安全距离则发出警示，提醒车主减速控制车距或驻车；
所述警示端2与环境信息获取端1通过有线或无线数据连接。
环境信息获取端1，采用主动式毫米波相控阵雷达和光学摄像头来获取环境信息，测量任意车道上的两车之间或高速车辆与低速物体之间的距离；获取车辆或物体的光学图像；
警示端2，根据信息获取端1所获得的毫米波信息和光学图像信息，综合判定任意车道上的两车之间或高速车辆与低速物体之间的距离是否低于相应车速下的安全距离，若低于安全距离则发出警示，提醒车主减速控制车距或驻车。
如图2左端所示，所述信息获取端1包括T/R收发组件11、光学摄像机12、数据采集模块13、中央控制模块14和数据存储模块15；
所述T/R收发组件11，用于获取行车道及周所有物体的速度、距离、方位信息；
所述光学摄像机12，用于获取高速车辆或低速物体的光学图像；
所述数据采集模块13，用于接收采集到的信息；
所述中央控制模块14，用于处理采集到的信息，对所有物体的速度、距离、方位进行测量；
所述数据存储模块15，用于存储速度、距离、方位信息以及光学图像信息，并向警示端2传递信息；
所述T/R收发组件11、光学摄像机12、中央控制模块14分别与数据采集模块13相连，中央控制模块14与数据存储模块15相连。
所述中央控制模块14采用STM32微控制器。
T/R收发组件工作在8mm波段，其中移相器采用GaAs数字MMIC移相器来实现T/R收发组件天线移相扫描的功能，天线采用扫描范围为±60°的圆极化小型圆口径天线，发射梯形的线性调频连续波，解决距离-速度耦合现象，可分辨多个近距离目标；接收通道(T)功放工作频率为35～43GHz，增益为20dB，接收通道(R)低噪放工作频率为24～40GHz，增益为17dB。
如图2右端所示，所述的警示端2包括数据分析模块21、光学图像分析模块22和警示模块23；
所述数据分析模块21，用于分析采集到的数据信息，将车道及附近的物体分为高速车辆以及低速物体，对高速车辆的速度、距离和车道进行判定，若任意车道上两车之间低于相应车速下的安全距离，则通过警示模块23向车主发出警示，提醒车主减速注意车距；同时分析是否有低速物体靠近行车道，若靠近的车道上存在高速车辆且安全距离低于相应车速的安全距离，则通过警示模块23向车主发出警示。
所述光学图像分析模块22，用于对高速车辆或低速物体的光学图像进行识别和分析，用于辅助数据分析模块做出判断，并具有提取车牌号信息的功能；
所述数据分析模块21、光学图像分析模块22分别与警示模块23相连。
本发明基于毫米波相控阵雷达的车辆防撞警示装置的操作过程如下：
首先：将探测器放置于高速公路的中间车道；
第二步：利用T/R收发组件，发射梯形的线性调频连续毫米波,对行车道及周的所有物体进行探测，采集毫米波数据；
第三步：将采集到的毫米波数据送至中央控制模块的STM32微处理器上；
第四步：STM32微处理器处理接收到的毫米波数据，通过发射与接收数据的多普勒频移来获取物体的速度信息，并对物体进行高速车辆和低速物体进行划分；通过发射与接收数据的相位差来得到方位信息，以此来获取所有物体所处的车道；获取光学图像辅助对车道、物体、车牌等信息的判断；
最后，根据第四步的结果，根据车辆的车距和车速来判断任意车道上两车之间的车距是否低于相应车速下的安全距离，若低于相应车速的安全距离则发出警示；同时检测是否有低速物体靠近行车道，若靠近的车道上存在高速车辆且安全距离低于相应车速的安全距离，则发出警示。
本发明的目的是提出一种基于毫米波相控阵雷达的车距测量装置及警示方法，这样即可对车辆的安全车距进行测量，对小于安全车距的车辆发出警示，以便车辆做出相应的对策，并且毫米波相控阵雷达具有全天时全天候工作的能力，能够在突发的暴雨、沙尘、浓雾等环境下正常工作，并且具备近距离多目识别能力，无雷达视野盲区，大大提升警示效率和可靠性，同时该装置也为事故发生后的责任追查提供证据。本发明对规范行车安全方面具有重大的实用价值。

Claims (8)

1.一种基于毫米波相控阵雷达的车辆防撞警示方法，其特征在于，包括如下步骤：
(10)环境信息获取：采用主动式毫米波相控阵雷达，获取高速公路环境信息，包括所有物体的方位、距离、速度信息；
(20)环境物体判断：根据高速公路环境信息，将高速车辆与低速物体加以区分；
(30)数据分析：分别对高速车辆和低速物体进行速度、距离、方位判定；
(40)防撞警示：当高速车辆之间或高速车辆与低速物体之间的距离小于安全距离时，发出防撞警示信息。
2.根据权利要求1所述的车辆防撞警示方法，其特征在于：
所述(10)环境信息获取步骤中，还包括辅以光学摄像头，获取高速公路环境影像信息。
3.根据权利要求1所述的车辆防撞警示方法，其特征在于，所述(20)环境物体判断步骤具体为：
将速度高于40km/h的物体判定为高速车辆，将速度不高于40km/h的物体判定为低速物体。
4.根据权利要求3所述的车辆防撞警示方法，其特征在于，所述(40)防撞警示步骤包括：
(41)同车道安全车距判断：处于同一车道内的高速车辆之间或高速车辆与低速物体之间的安全车距按下述规则根进行判断：
当车速超过100km/h时，高速车辆之间或高速车辆与低速物体之间的安全距离为100米；
当车速低于100km/h时，高速车辆之间或高速车辆与低速物体之间的安全距离为80米；
(42)不同车道安全车距判断：处于不同车道上高速车辆之间安全车距根据相对车速进行判定，高速车辆之间的相对速度超过20km/h时，安全车距为30米，高速车辆之间的相对速度低于20km/h时，安全车距为20米；
处于不同车道上高速车辆与低速物体的安全距离，当车速超过100km/h时，安全距离为100米，当车速低于100km/h时，安全距离为80米；
(43)安全距离警示：当高速车辆之间或高速车辆与低速物体之间的距离小于安全距离时，发出警示信息，提醒车主减速控制车距或驻车。
5.一种基于毫米波相控阵雷达的车辆防撞警示装置，其特征在于，包括：
环境信息获取端(1)，用于采用主动式毫米波相控阵雷达，获取高速公路环境信息，包括所有物体的方位、距离、速度信息；
警示端(2)，用于根据高速公路环境信息，将高速车辆与低速物体加以区分；分别对高速车辆和低速物体进行速度、距离、方位判定；当高速车辆之间或高速车辆与低速物体之间的距离小于安全距离时，发出防撞警示信息。
所述警示端(2)与环境信息获取端(1)通过有线或无线数据连接。
6.根据权利要求5所述的车辆防撞警示装置，其特征在于：
所述信息获取端(1)包括T/R收发组件(11)、光学摄像机(12)、数据采集模块(13)、中央控制模块(14)和数据存储模块(15)；
所述T/R收发组件(11)，用于获取行车道及周所有物体的速度、距离、方位信息；
所述光学摄像机(12)，用于获取高速车辆或低速物体的光学图像；
所述数据采集模块(13)，用于接收采集到的信息；
所述中央控制模块(14)，用于处理采集到的信息，对所有物体的速度、距离、方位进行测量；
所述数据存储模块(15)，用于存储速度、距离、方位信息以及光学图像信息，并向警示端(2)传递信息；
所述T/R收发组件(11)、光学摄像机(12)、中央控制模块(14)分别与数据采集模块(13)相连，中央控制模块(14)与数据存储模块(15)相连。
7.根据权利要求6所述的车辆防撞警示装置，其特征在于：
所述中央控制模块(14)采用STM32微控制器。
8.根据权利要求5所述的车辆防撞警示装置，其特征在于：
所述的警示端(2)包括数据分析模块(21)、光学图像分析模块(22)和警示模块(23)；
所述数据分析模块(21)，用于分析采集到的数据信息，将车道及附近的物体分为高速车辆以及低速物体，对高速车辆的速度、距离和车道进行判定，若任意车道上两车之间低于相应车速下的安全距离，则通过警示模块(23)向车主发出警示，提醒车主减速注意车距；同时分析是否有低速物体靠近行车道，若靠近的车道上存在高速车辆且安全距离低于相应车速的安全距离，则通过警示模块(23)向车主发出警示。
所述光学图像分析模块(22)，用于对高速车辆或低速物体的光学图像进行识别和分析，用于辅助数据分析模块做出判断，并具有提取车牌号信息的功能；
所述数据分析模块(21)、光学图像分析模块(22)分别与警示模块(23)相连。
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