CN113805147B - 车载雷达水平测量角度自校正方法、装置、介质及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供车载雷达水平测量角度自校正方法、装置、存储介质及电子设备。其中，方法包括：获取所述车载雷达测量得到的静目标的多普勒速度；根据所述多普勒速度、当前车速、当前横摆角速度、所述车载雷达与车辆标定中心的距离，以及所述车载雷达与所述车辆标定中心所在直线与车辆中轴线之间的夹角，计算得到所述静目标的方位角；根据所述方位角反算得到所述车载雷达天线之间的相位差；计算所述相位差与标定相位差的差值，以得到所述车载雷达的标定误差；利用所述标定误差对所述车载雷达的测量角度进行校正。本发明提出的角度自校准方法，利用静止目标多普勒速度，本车车速与横摆角速度来实现雷达角度的自标定，具有较佳的标定效果。
Description
技术领域
本发明涉及车载雷达标定技术领域，特别是涉及车载雷达水平测量角度自校正方法、装置、存储介质及电子设备。
背景技术
在毫米波雷达传感器中，角度测量是雷达重要的检测环节。目前车载雷达角度估计通常是基于天线阵列的相位信息来完成的。然而，现有标定方式存在一定的缺陷，比如：标定过程繁琐、易受环境影响而产生偏差、通用性不佳等。
目前，业界亟需提出新的解决方案来实现雷达检测过程的角度标定。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供车载雷达水平测量角度自校正方法、装置、存储介质及电子设备，用于解决现有技术中的以上不足。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种车载雷达水平测量角度自校正方法，包括：获取所述车载雷达测量得到的静目标的多普勒速度；根据所述多普勒速度、当前车速、当前横摆角速度、所述车载雷达与车辆标定中心的距离，以及所述车载雷达与所述车辆标定中心所在直线与车辆中轴线之间的夹角，计算得到所述静目标的方位角；根据所述方位角反算得到所述车载雷达天线之间的相位差；计算所述相位差与标定相位差的差值，以得到所述车载雷达的标定误差；利用所述标定误差对所述车载雷达的测量角度进行校正。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种车载雷达水平测量角度自校正装置，包括：
方位角计算模块，用于获取所述车载雷达测量得到的静目标的多普勒速度；根据所述多普勒速度、当前车速、当前横摆角速度、所述车载雷达与车辆标定中心的距离，以及所述车载雷达与所述车辆标定中心所在直线与车辆中轴线之间的夹角，计算得到所述静目标的方位角；
相位差计算模块，用于根据所述方位角反算得到所述车载雷达相邻天线的相位差；
标定误差计算模块，用于计算所述相位差与标定相位差的差值，以得到所述车载雷达的标定误差；
角度校准模块，用于利用所述标定误差对所述车载雷达的测量角度进行校正。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种计算机可读存储介质，其中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器加载执行时，实现所述的车载雷达角度自校正方法。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种电子设备，包括：处理器及存储器；其中，所述存储器用于存储计算机程序；所述处理器用于加载执行所述计算机程序，以使所述电子设备执行所述的车载雷达角度自校正方法。
如上所述，本发明的车载雷达水平测量角度自校正方法、装置、存储介质及电子设备，首先，根据静止目标多普勒速度、本车车速与横摆角速度，以及车载雷达与车辆标定中心的距离、车载雷达与车辆标定中心所在直线与车辆中轴线之间的夹角等参数，计算得到静目标的方位角；然后，根据该方位角反算得到车载雷达天线之间的相位差，进而计算该相位差与标定相位差的差值，得到车载雷达的标定误差；最后，利用该标定误差对车载雷达的测量角度进行校正，在保证校正效果的同时不易因外界环境而产生校正偏差。
附图说明
图1显示为现有技术中相邻天线间相位差与目标角度间三角关系的示意图。
图2显示为现有技术中理想相位差曲线与传感器安装后实际相位差曲线的对比图。
图3显示为本发明一实施例中车载雷达水平测量角度自校正方法的流程图。
图4显示为本发明另一实施例中车载雷达水平测量角度自校正方法的流程图。
图5显示为本发明一实施例中车载雷达(角雷达和前雷达)角度自标定示意图。
图6显示为本发明一实施例中相位差估计仿真结果图。
图7显示为本发明一实施例中车载雷达水平测量角度自校正装置的模块图。
图8显示为本发明一实施例中电子设备的结构图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
在毫米波雷达传感器中，角度测量是雷达重要的检测环节。目前车载雷达角度估计通常是基于天线阵列的相位信息来完成的。相邻两天线间的相位差与目标角度之间存在三角关系。如图1所示，在该示例中，来波方向(DOA)与相邻两天线相位差之间的三角函数关系为：
这里，θ表示目标方位角，表示相邻两天线相位差，λ表示波长，k为波长λ的倍数(如0.5，1，1.5，2，2.5，…倍)，L＝λ*k表示相邻两天线距离。根据上述公式可以得到相位差与来波方向的数学表达式：
这里，变量表示天线馈线工艺及天线罩造成的偏差。目前该偏差需要在生产线中EOL(end-of-line)单独标定，所以可以令/>为0以简化计算，并且我们只需要考虑传感器安装带来的非线性影响(比如保险杠衍射等)。现在将上式变形为：
图2给出了理想相位差曲线与实际相位差曲线的对比，这里k取0.5。因此，在实际测量中，使用实际相位差曲线代替理想相位差曲线，作为标尺，通过与雷达接收信号的相关性计算得到实际目标的角度。这样做的优势是，角度测量是根据每个雷达的实际情况给出标准相位信息，使得角度测量更加准确。但是，这种标定方式存在一定的缺陷。第一，标定过程繁琐，每个雷达都需要一个标尺；第二，雷达在使用过程中，受温度，天线表面氧化程度等因素的影响，原始标定曲线会有一定偏差。第三，对于装在保险杠内部的雷达，不同保险杠对标定曲线也会有很大的影响。
鉴于现有技术中的诸多不足，本申请提出一种全新的车载雷达水平测量角度自校正方法，无需对雷达标尺进行繁琐的标定，也就不需要顾忌原始标定曲线存在的偏差，另外也不需考虑保险杠对雷达标定曲线的影响。本申请的方法在雷达检测过程中，利用静目标多普勒速度、本车车速与横摆角速度来实现雷达角度的自标定，实现误差校准，从而避免现有技术中的以上不足。
如图3所示，本申请提出的车载雷达水平测量角度自校正方法包括以下步骤：
S31：获取所述车载雷达测量得到的静目标的多普勒速度；
S32：根据所述多普勒速度、当前车速、当前横摆角速度、所述车载雷达与车辆标定中心的距离，以及所述车载雷达与所述车辆标定中心所在直线与车辆中轴线之间的夹角，计算得到所述静目标的方位角；
具体的，在一实施例中，所述车辆标定中心在所述车辆的后轮轴的中点处，且通过车辆运动模型化简得到所述静目标的方位角，具体见下方公式：
a＝VH-ωH·R·sinγ
b＝ωH·R·cosγ
其中，θ表示所述静目标的方位角，vd(θ)表示所述静目标的多普勒速度，VH表示当前车速，ωH表示当前横摆角速度，R表示所述车载雷达与所述车辆标定中心的距离，γ表示所述车载雷达与所述车辆标定中心所在直线与车辆中轴线之间的夹角；
S33：根据所述方位角反算得到所述车载雷达天线之间的相位差；
具体的，在一实施例中，通过以下公式计算该相位差：
其中，表示所述车载雷达相邻天线的相位差，k为波长λ的倍数(如0.5，1，1.5，2，2.5，…倍)；e(θ)表示实际环境(如保险杠衍射等)引起的相位误差，此误差为非线性误差；
S34：计算所述相位差与标定相位差的差值，以得到所述车载雷达的标定误差；
S35：利用所述标定误差对所述车载雷达的测量角度进行校正。
如图4所示，在一实施例中，在步骤S31之前，本申请的车载雷达水平测量角度自校正方法还包括以下步骤：
S41：根据当前车速、当前横摆角速度、所述车载雷达与车辆标定中心的距离，以及所述车载雷达与所述车辆标定中心所在直线与车辆中轴线之间的夹角，计算得到所述车辆在转向时运动曲线的平移角度；
a＝VH-ωH·R·sinγ
b＝ωH·R·cosγ
其中，ζ表示所述车辆在转向时运动曲线的平移角度，VH表示当前车速，ωH表示当前横摆角速度，R表示所述车载雷达与所述车辆标定中心的距离，γ表示所述车载雷达与所述车辆标定中心所在直线与车辆中轴线之间的夹角；
S42：根据所述平移角度计算所述车载雷达的模糊中心角度和模糊区域；
具体的，在一实施例中，通过以下公式计算所述车载雷达的模糊中心角度和模糊区域：
Δζc∈[ζc-(BFov-|ζc|),ζc+(BFov-|ζc|)]
其中，ζc表示模糊中心角度，Δζc表示模糊区域，BFov为所述车载雷达的雷达视角的二分之一；
S43：获取所述车载雷达测量得到的所述静目标的方位角；
S44：判断该方位角是否在所述模糊区域之外；若判断结果为是，则开始执行步骤S31。
进一步地，在一实施例中，在步骤S42之前，先判断所述平移角度与直角的差值是否小于所述车载雷达的雷达视角；若判断结果为是，则开始执行步骤S41。
以下将结合图5详细介绍本申请的方法原理。
车载雷达安装情况如图5所示，根据车辆转弯运动模型，静目标反射点与雷达间的径向速度关系式可表示为：
vd(θ)＝VH·cosθ+ωH·R·sin(θ-γ)
其中，vd表示静目标多普勒速度，VH表示自车速，θ表示目标方位角，ωH表示横摆角速度，R表示雷达安装位置到标定中心的距离，γ表示雷达安装位置与标定中心X轴的夹角。
根据测量的多普勒速度，利用如下方法估计目标角度θ：
其中，vd表示静目标多普勒速度，VH表示自车速，θ表示目标方位角，ωH表示横摆角速度，R表示雷达安装位置到标定中心的距离，γ表示雷达安装位置与标定中心X轴的夹角。
这里，将计算得到的θ带入公式即可通过运动模型，估计出车载雷达天线间的相位差。
因为自车速VH与横摆角速度ωH>>0，所以以上公式中的三角函数可正常使用。如果(90-ζ)<θFOV(雷达视角)，模糊中心角度和模糊区域可以很容易的通过下面的公式计算出来：
Δζc∈[ζc-(BFov-|ζc|),ζc+(BFov-|ζc|)]
其中，ζc表示模糊中心角度，Δζc表示模糊区域，BFOV表示二分之一雷达视角。所以，当被估计的方位角θ在上述模糊区域之外时，可根据该方位角反算得到车载雷达天线之间的相位差。
以下为对于本申请的方法的验证，验证条件如下，
| 变量 | 数值 | 单位 |
| k | 0.5 | 无 |
| VH | 0.5 | m/s |
| ωH | 30 | °/s |
| R | 4 | m |
| γ | 0 | ° |
| BFOV | 75 | ° |
在验证阶段，我们在计算vd(θ)时加入了服从均值为0标准差为0.01的正态分布信号作为噪声，再计算θ的估计值。随后，计算出模糊中心角度ζc与模糊区域Δζc，此仿真条件下模糊区域Δζc在雷达视角区域外，所以在雷达视角区域内都可以对θ进行估计。根据θ的理论值与估计值分别计算得到图6所示的仿真结果，可以看到估计的相位差与理论值比较接近。
实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过计算机程序相关的硬件来完成。基于这样的理解，本发明还提供一种计算机程序产品，包括一个或多个计算机指令。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存储的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质(如：软盘、硬盘、磁带)、光介质(如：DVD)、或者半导体介质(如：固态硬盘Solid State Disk(SSD))等。
参阅图7，本实施例提供一种车载雷达水平测量角度自校正装置70，由于本实施例的技术原理与前述方法实施例的技术原理相似，因而不再对同样的技术细节做重复性赘述。本实施例的装置70包括：方位角计算模块71、相位差计算模块72、标定误差计算模块73、角度校准模块74。方位角计算模块71用以执行前述方法实施例的步骤S31～S32，相位差计算模块72用以执行前述方法实施例的步骤S33，标定误差计算模块73用以执行前述方法实施例的步骤S34，角度校准模块74用以执行前述方法实施例的步骤S35。
在一实施例中，车载雷达水平测量角度自校正装置70还包括：平移角度计算模块、模糊参数计算模块、逻辑判断模块，其中，平移角度计算模块用以执行前述方法实施例的步骤S41，模糊参数计算模块用以执行前述方法实施例的步骤S42，逻辑判断模块用以执行前述方法实施例的步骤S43～S44。
进一步地，在一实施例中，逻辑判断模块还用于：判断所述平移角度与直角的差值是否小于所述车载雷达的雷达视角；若判断结果为是，则令模糊参数计算模块开始计算所述车载雷达的模糊中心角度和模糊区域。
本领域技术人员应当理解，图7实施例中的各个模块的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，实际实现时可以全部或部分集成到一个或多个物理实体上。且这些模块可以全部以软件通过处理元件调用的形式实现，也可以全部以硬件的形式实现，还可以部分模块通过处理元件调用软件的形式实现，部分模块通过硬件的形式实现。
参阅图8，本实施例提供一种电子设备，电子设备可以是车机、便携式电脑、智能手机等设备。详细的，电子设备至少包括通过总线连接的：存储器、处理器，其中，存储器用于存储计算机程序，处理器用于执行存储器存储的计算机程序，以执行前述方法实施例中的全部或部分步骤。
上述提到的***总线可以是外设部件互连标准(Peripheral PomponentInterconnect，简称PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry StandardArchitecture，简称EISA)总线等。该***总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。通信接口用于实现数据库访问装置与其他设备(例如客户端、读写库和只读库)之间的通信。存储器可能包含随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
综上，本发明的车载雷达水平测量角度自校正方法、装置、存储介质及电子设备，利用静止目标多普勒速度、本车车速与横摆角速度来实现雷达角度的自标定，具有较佳的标定效果，有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种车载雷达水平测量角度自校正方法，其特征在于，包括：
获取所述车载雷达测量得到的静目标的多普勒速度；
根据所述多普勒速度、当前车速、当前横摆角速度、所述车载雷达与车辆标定中心的距离，以及所述车载雷达与所述车辆标定中心所在直线与车辆中轴线之间的夹角，计算得到所述静目标的方位角；
根据所述方位角反算得到所述车载雷达天线之间的相位差；
计算所述相位差与标定相位差的差值，以得到所述车载雷达的标定误差；
利用所述标定误差对所述车载雷达的测量角度进行校正。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述车辆标定中心在所述车辆的后轮轴的中点处；通过车辆运动模型化简得到所述静目标的方位角：
a＝VH-ωH·R·sinγ
b＝ωH·R·cosγ
其中，θ表示所述静目标的方位角，vd(θ)表示所述静目标的多普勒速度，VH表示当前车速，ωH表示当前横摆角速度，R表示所述车载雷达与所述车辆标定中心的距离，γ表示所述车载雷达与所述车辆标定中心所在直线与车辆中轴线之间的夹角。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述方位角反算得到所述车载雷达相邻天线的相位差，通过以下公式计算：
其中，表示所述车载雷达相邻天线的相位差，k为波长λ的倍数；e(θ)表示实际环境引起的相位误差。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在获取所述车载雷达测量得到的静目标的多普勒速度的步骤之前，所述方法还包括：
根据当前车速、当前横摆角速度、所述车载雷达与车辆标定中心的距离，以及所述车载雷达与所述车辆标定中心所在直线与车辆中轴线之间的夹角，计算得到所述车辆在转向时运动曲线的平移角度；
根据所述平移角度计算所述车载雷达的模糊中心角度和模糊区域；
获取所述车载雷达测量得到的所述静目标的方位角，并判断该方位角是否在所述模糊区域之外；
若判断结果为是，则开始执行所述获取所述车载雷达测量得到的静目标的多普勒速度的步骤。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，通过以下公式计算所述平移角度：
a＝VH-ωH·R·sinγ
b＝ωH·R·cosγ
其中，ζ表示所述车辆在转向时运动曲线的平移角度，VH表示当前车速，ωH表示当前横摆角速度，R表示所述车载雷达与所述车辆标定中心的距离，γ表示所述车载雷达与所述车辆标定中心所在直线与车辆中轴线之间的夹角。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，通过以下公式计算所述车载雷达的模糊中心角度和模糊区域：
Δζc∈[ζc-(BFov-|ζc|),ζc+(BFov-|ζc|)]
其中，ζc表示模糊中心角度，Δζc表示模糊区域，BFov为所述车载雷达的雷达视角的二
分之一。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在计算所述车载雷达的模糊中心角度和模糊区域的步骤之前，所述方法还包括：
判断所述平移角度与直角的差值是否小于所述车载雷达的雷达视角；
若判断结果为是，则开始执行所述计算所述车载雷达的模糊中心角度和模糊区域的步骤。
8.一种车载雷达水平测量角度自校正装置，其特征在于，包括：
方位角计算模块，用于获取所述车载雷达测量得到的静目标的多普勒速度；根据所述多普勒速度、当前车速、当前横摆角速度、所述车载雷达与车辆标定中心的距离，以及所述车载雷达与所述车辆标定中心所在直线与车辆中轴线之间的夹角，计算得到所述静目标的方位角；
相位差计算模块，用于根据所述方位角反算得到所述车载雷达相邻天线的相位差；
标定误差计算模块，用于计算所述相位差与标定相位差的差值，以得到所述车载雷达的标定误差；
角度校准模块，用于利用所述标定误差对所述车载雷达的测量角度进行校正。
9.一种计算机可读存储介质，其中存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器加载执行时，实现如权利要求1至6中任一所述的方法。
10.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器及存储器；其中，
所述存储器用于存储计算机程序；
所述处理器用于加载执行所述计算机程序，以使所述电子设备执行如权利要求1至6中任一所述的方法。
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- 2021-07-30 CN CN202110873468.1A patent/CN113805147B/zh active Active
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