发明内容
针对上述问题,本发明提供了毫米波雷达安装角度的校准方法、***、设备及存储介质。基于圆形道路行驶的雷达安装角误差校准方法,在保证安装角能正常校准的情况下,由于在圆形道路上能持续循环运行,不需要占用很多地面面积,节省了空间。
本发明提出一种毫米波雷达安装角度的校准方法,包括:建立环形道路,在非圆心处设定目标点;将安装有毫米波雷达的车辆在所述环形道路上行驶,并由毫米波雷达实时探测目标点的距离、角度,获得数据集;对所述数据集进行整合构成目标点迹,对所述目标点迹进行圆拟合,得到目标轨迹圆心;建立所述目标轨迹圆心和车辆轨迹圆心的坐标旋转关系,得到目标轨迹圆心的旋转角度;计算雷达安装角度误差,完成毫米波雷达安装角度的校准。
作为优选的,所述建立环形道路,在非圆心处设定目标点,包括:设环形道路的半径为R,将其圆心记作(R,O),半径记作|R|;在环形道路内部非圆心(R,O)的任意处设置目标点,记作D。
作为优选的,所述将安装有毫米波雷达的车辆在所述环形道路上行驶,并由毫米波雷达实时探测目标点的距离、角度,获得数据集,包括:由雷达探测到目标点D的距离和角度,并在车辆行驶过程中记录当前时刻极坐标系下的目标信息,即距离和角度;在雷达与目标点D的相对位置发生变化时,将雷达探测到不同时刻的多个目标信息进行收集;将收集的信息整理获得数据集。
作为优选的,所述对所述数据集进行整合构成目标点迹,对所述目标点迹进行圆拟合,得到目标轨迹圆心,包括:
将多个所述目标信息组成目标点迹,表达式Sρ,θ={(ρk,θk)|k=1,2,…,n},将其转换到笛卡尔坐标系为Sx,y={(xk,yk)|k=1,2,…,n},定义集合为
设圆的表达式为:
(x-A)2+(y-B)2=R2
x2+y2+ax+by+c=0
计算出参数a、b、c即可拟合出圆,点迹集合S曲线拟合,即:
D=[a b c]T
X·D=-diag(S·ST)
D=-(XT·X)-1·XT·diag(S·ST)
获得目标轨迹圆心,记作(x,y)。
作为优选的,所述方法还包括:确定雷达安装角的角度。
作为优选的,所述雷达安装角的角度为0°时,目标轨迹的圆心(x,y)和车辆轨迹的圆心(x0,y0)重叠。
作为优选的,所述雷达安装角的角度为θ时,即:θ=α+β,如下公式1:
其中,α为雷达预设安装角度,β为安装误差角度;
由于存在噪声原因,(x0,y0)和(x,y)不满足公式1,对(x0,y0)和(x,y)归一化处理,即:
最后求得安装误差角β=θ-α。
另一方面,本发明提出一种毫米波雷达安装角度的校准***,包括:
标定模块,用于建立环形道路,在非圆心处设定目标点;
采集模块,用于将安装有毫米波雷达的车辆在所述环形道路上行驶,并由毫米波雷达实时探测目标点的距离、角度,获得数据集;
拟合模块,用于对所述数据集进行整合构成目标点迹,对所述目标点迹进行圆拟合,得到目标轨迹圆心;
联系建立模块,用于建立所述目标轨迹圆心和车辆轨迹圆心的坐标旋转关系,得到目标轨迹圆心的旋转角度;
计算模块,用于计算雷达安装角度误差,完成毫米波雷达安装角度的校准。
另一方面,本发明提出一种电子设备,包括:一个或多个处理器;存储器,用于存储一个或多个程序,当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行,使得所述一个或多个处理器实现如上所述的毫米波雷达安装角度的校准方法。
另一方面,本发明提出一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,该程序被处理器执行时实现如上所述的毫米波雷达安装角度的校准方法。
本发明的有益效果是:
本发明通过建立环形道路,在非圆心处设定目标点,将安装有毫米波雷达的车辆在环形道路上行驶,并由毫米波雷达实时探测目标点的距离、角度,获得数据集,对数据集进行整合构成目标点迹,对目标点迹进行圆拟合,得到目标轨迹圆心,建立目标轨迹圆心和车辆轨迹圆心的坐标旋转关系,得到目标轨迹圆心的旋转角度,计算雷达安装角度误差,完成毫米波雷达安装角度的校准,通过基于圆形道路行驶的雷达安装角误差校准方法,在保证安装角能正常校准的情况下,由于在圆形道路上能持续循环运行,不需要占用很多地面面积,节省了空间。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,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、完整地说明,显然,所描述的实施例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。
本发明实施例涉及的毫米波雷达安装角度的校准方法主要应用于一种电子设备,该电子设备可以是PC、便携计算机、移动终端等具有显示和处理功能的设备。
参照图1,图1示出了本发明实施例的一种电子设备的结构示意图。在本发明实施例中,一种电子设备包括处理器20、存储器21、输入装置22和输出装置23。其中,电子设备中处理器20的数量可以是一个或多个,图1中以一个处理器20为例;电子设备中的处理器20、存储器21、输入装置22和输出装置23可以通过总线或其他方式连接,图1中以通过总线连接为例。
示例性的,存储器21可主要包括存储程序区和存储数据区,其中,存储程序区可存储操作***、至少一个功能所需的应用程序;存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。
此外,存储器21可以包括高速随机存取存储器,还可以包括非易失性存储器,例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。
在一些实例中,存储器21可进一步包括相对于处理器20远程设置的存储器,这些远程存储器可以通过网络连接至电子设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
示例性的,输入装置22可用于接收输入的数字或字符信息,以及产生与电子设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置23可包括显示屏等显示电子设备。
本领域技术人员可以理解,图1中示出的硬件结构并不构成对电子设备的限定,可以包括比图示更多或更少的部件,或者组合某些部件,或者不同的部件布置。
继续参照图1,图1中的存储器21可以包括操作***、网络通信模块以及多语言票据识别程序。在图1中,网络通信模块主要用于连接服务器,与服务器进行数据通信;而处理器20可以调用存储器21中存储的计算机可执行程序,并执行本发明实施例提供的毫米波雷达安装角度的校准方法。
本发明实施例提供了一种毫米波雷达安装角度的校准方法。
参照图2,图2示出了本发明实施例的一种毫米波雷达安装角度的校准方法的流程图。
本实施例中,一种毫米波雷达安装角度的校准方法,包括如下步骤:
S1、建立环形道路,在非圆心处设定目标点;
在本实施例中,环形道路为圆形的结构,其半径、圆心作为未知,假设环形道路的半径为R,将其圆心记作(R,O),半径记作|R|,并在环形道路内部非圆心(R,O)的任意处设置目标点,记作D,如图4所示的。
具体的,让车辆行驶在圆形道路上,路边有静止的标定物(如目标点D),雷达在不同时刻探测到的该标定物位置坐标应呈一个圆形,通过对这些坐标点的圆形拟合判断圆心偏差的角度即可估计出安装角的误差;
利于克服已有的雷达安装角校准方法,利用一段比较长的直行道路,多个目标进行校准。相比较已有的雷达安装角校准方法,本发明采用圆形校准场地,明显可以节省校准场地尺寸,如车辆出厂时进行雷达安装角校准。
S2、将安装有毫米波雷达的车辆在所述环形道路上行驶,并由毫米波雷达实时探测目标点的距离、角度,获得数据集;
在本实施例中,通过由雷达探测到目标点D的距离和角度,并在车辆行驶过程中记录当前时刻极坐标系下的目标信息,即距离和角度;在雷达与目标点D的相对位置发生变化时,将雷达探测到不同时刻的多个目标信息进行收集;将收集的信息整理获得数据集。
具体的,在行驶过程中,雷达探测到目标的距离和角度,记录当前时刻极坐标系下的目标信息,即距离和角度。随着车辆行驶,雷达与目标的相对位置发生变化,在经过一段时间的行驶,雷达探测到不同时刻的目标信息,此时这些目标信息组成目标点迹。
值得说明的是,对于毫米波雷达包括:
主片雷达,主片雷达包括第一芯片以及与第一芯片耦接的4根发射天线以及4根第一接收天线;
从片雷达,从片雷达包括第二芯片以及与第二芯片耦接的4根第二接收天线;
其中,4根发射天线沿第一方向等间距设置;4根第一接收天线沿在4根发射天线的第一侧第一方向依次排布,4根第二接收天线在4根发射天线的第二侧沿第一方向依次排布;
4根发射天线、4根第一接收天线以及4根第二接收天线的控制时序相同,且4根发射天线发送的毫米波的相位依次间隔45度。
在探测目标的距离和角度时,(1)由毫米波雷达的4根发射天线同步发射相位依次间隔45度调频连续波的发射信号;以及通过毫米波雷达的4根第一接收天线以及4根第二接收天线同步接收发射信号探测目标后返回的接收信号;(2)对每根接收天线的接收信号进行采样,得到采样信号;(3)利用各接收天线的采样信号进行二维傅里叶变换,得到各接收天线探测目标的雷达距离和多普勒速度;(4)利用各接收天线探测目标的雷达距离和多普勒速度得到毫米波雷达相对于目标的水平角和俯仰角;利用水平角和俯仰角对目标进行检测。
S3、对所述数据集进行整合构成目标点迹,对所述目标点迹进行圆拟合,得到目标轨迹圆心;
具体步骤如下;
1.将目标点D在雷达检测范围,车辆行驶轨迹为圆弧,圆心为(R,0),半径为|R|。在行驶过程中检测到目标点迹为:表达式Sρ,θ={(ρk,θk)|k=1,2,…,n},将其转换到笛卡尔坐标系为Sx,y={(xk,yk)|k=1,2,…,n},定义集合为
2.设圆的表达式为:
(x-A)2+(y-B)2=R2
x2+y2+ax+by+c=0
计算出参数a、b、c即可拟合出圆,点迹集合S曲线拟合,即:
D=[a b c]T
X·D=-diag(S·ST)
D=-(XT·X)-1·XT·diag(S·ST)
获得目标轨迹圆心,记作(x,y);
3.如果雷达安装角为0°,目标轨迹的圆心(x,y)和车辆轨迹的圆心(x0,y0)重叠。如图5所示,假设雷达安装角为θ,θ=α+β,α为雷达预设安装角度,β为安装误差角度,如下公式1:
4.由于存在噪声原因,(x0,y0)和(x,y)不满足公式1,对(x0,y0)和(x,y)归一化处理。即:
最后求得安装误差角β=θ-α。
S4、建立所述目标轨迹圆心和车辆轨迹圆心的坐标旋转关系,得到目标轨迹圆心的旋转角度;
对于建立坐标旋转关系,包括:(1)获取毫米波雷达的目标轨迹圆心及车辆的车辆轨迹圆心;(2)根据所述目标轨迹圆心计算预设时间间隔内所述毫米波雷达的第一位姿变化量;(3)根据所述车辆轨迹圆心计算相同预设时间间隔内所述车辆的第二位姿变化量;(4)判断所述第一位姿变化量及所述第二位姿变化量是否为有效数据;若是,则根据有效的第一位姿变化量及第二位姿变化量计算所述毫米波雷达与所述车辆之间的坐标变换关系;以及根据有效的第一位姿变化量及第二位姿变化量计算所述车辆的第三位姿变化量,以所述第三位姿变化量更新所述第二位姿变化量,并重复执行所述根据有效的第一位姿变化量及第二位姿变化量计算所述毫米波雷达与所述车辆之间的坐标变换关系的操作。
对于目标轨迹圆心的旋转角度包括:(1)获取目标点的临时轨迹信息,所述临时轨迹信息包括所述目标点在第一时刻至第二时刻之间的第一临时轨迹信息,以及所述目标点在所述第二时刻后的第二临时轨迹信息;(2)获取所述目标点在所述第二时刻后的融合轨迹信息;将所述第二临时轨迹信息调整至与所述融合轨迹信息重合,获得所述第二临时轨迹信息的调整量;(3)根据所述调整量,对所述第一临时轨迹信息进行调整,获得所述目标点在所述第一时刻至所述第二时刻之间的目标轨迹信息。
S5、计算雷达安装角度误差,完成毫米波雷达安装角度的校准。
综上可知,本实施例中,首先车辆在其半径、圆心作为未知,假设环形道路的半径为R的环形道路行驶。雷达探测非圆心上的目标,记录探测到的目标信息,即距离、角度。在行使一段时间,目标点形成点迹,在坐标系下呈圆弧形状,对这些点迹进行圆拟合,得到目标轨迹圆心。目标轨迹圆心和车辆轨迹圆心满足坐标旋转关系,得到旋转角度即可求出雷达安装角。
其没有行驶速度要求,也不需要利用目标的速度信息,已有的方法利用雷达和目标的相对速度和车身速度校准安装角,雷达探测目标速度的准确性直接影响校准效果,这增加校准随机性,本算法鲁棒性更高。
在另外一些实施例中,对于目标估计图的建立,如图6所示,图上有两个坐标系:车辆轨迹是以大地坐标系画的,按圆形行驶,俯视图轨迹呈现圆弧。目标轨迹是按照安装角坐标系下画的,或者理解为车辆行驶坐标系。目标和雷达是相对运动,行驶过程中,目标从远到近再远离,图上圆点(0,0)可以看作车辆。
示例性的,在根据上述的毫米波雷达安装角度的校准方法进行实际测试时,测试结果如7所示,其设置偏差角度5°,噪声σ=0.1,经过随机试验100次,仿真结果平均值为5.2518°。
另一方面,本发明还提供了一种毫米波雷达安装角度的校准***。
如图3所示,图3示出了本发明实施例的一种毫米波雷达安装角度的校准***的模块图,其包括标定模块101、采集模块102、拟合模块103、联系建立模块104、计算模块105。具体如下。
示例性的,标定模块101,用于建立环形道路,在非圆心处设定目标点。
环形道路为圆形的结构,其半径、圆心作为未知,假设环形道路的半径为R,将其圆心记作(R,O),半径记作|R|,并在环形道路内部非圆心(R,O)的任意处设置目标点,记作D,如图4所示的。
具体的,让车辆行驶在圆形道路上,路边有静止的标定物(如目标点D),雷达在不同时刻探测到的该标定物位置坐标应呈一个圆形,通过对这些坐标点的圆形拟合判断圆心偏差的角度即可估计出安装角的误差;
利于克服已有的雷达安装角校准方法,利用一段比较长的直行道路,多个目标进行校准。相比较已有的雷达安装角校准方法,本发明采用圆形校准场地,明显可以节省校准场地尺寸,如车辆出厂时进行雷达安装角校准。
示例性的,采集模块102,用于将安装有毫米波雷达的车辆在所述环形道路上行驶,并由毫米波雷达实时探测目标点的距离、角度,获得数据集;
具体的,通过由雷达探测到目标点D的距离和角度,并在车辆行驶过程中记录当前时刻极坐标系下的目标信息,即距离和角度;在雷达与目标点D的相对位置发生变化时,将雷达探测到不同时刻的多个目标信息进行收集;将收集的信息整理获得数据集。
拟合模块103,用于对所述数据集进行整合构成目标点迹,对所述目标点迹进行圆拟合,得到目标轨迹圆心;
具体的,在行驶过程中,雷达探测到目标的距离和角度,记录当前时刻极坐标系下的目标信息,即距离和角度。随着车辆行驶,雷达与目标的相对位置发生变化,在经过一段时间的行驶,雷达探测到不同时刻的目标信息,此时这些目标信息组成目标点迹。
联系建立模块104,用于建立所述目标轨迹圆心和车辆轨迹圆心的坐标旋转关系,得到目标轨迹圆心的旋转角度;
计算模块105,用于计算雷达安装角度误差,完成毫米波雷达安装角度的校准。
本发明通过建立环形道路,在非圆心处设定目标点,将安装有毫米波雷达的车辆在环形道路上行驶,并由毫米波雷达实时探测目标点的距离、角度,获得数据集,对数据集进行整合构成目标点迹,对目标点迹进行圆拟合,得到目标轨迹圆心,建立目标轨迹圆心和车辆轨迹圆心的坐标旋转关系,得到目标轨迹圆心的旋转角度,计算雷达安装角度误差,完成毫米波雷达安装角度的校准,通过基于圆形道路行驶的雷达安装角误差校准方法,在保证安装角能正常校准的情况下,由于在圆形道路上能持续循环运行,不需要占用很多地面面积,节省了空间。
可以理解的是,对于上述的存储器21作为一种计算机可读存储介质,可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块,如本发明实施例中的毫米波雷达安装角度的校准方法对应的程序指令/模块(例如,标定模块101、采集模块102、拟合模块103、联系建立模块104、计算模块105)。处理器20通过运行存储在存储器21中的软件程序、指令以及模块,从而执行电子设备的各种功能应用以及数据处理,即实现上述的毫米波雷达安装角度的校准方法。
此外,本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该程序被处理器执行时实现任一实施例的毫米波雷达安装角度的校准方法。
其中,识别程序被执行时所实现的方法可参照本发明毫米波雷达安装角度的校准方法的各个实施例,此处不再赘述。
需要说明的是,在本文中,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者***不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者***所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者***中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述,不代表实施例的优劣。
本发明实施例的计算机存储介质,可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的***、装置或器件,或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括:具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中,计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质,该程序可以被指令执行***、装置或者器件使用或者与其结合使用。
计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号,其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式,包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质,该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行***、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输,包括但不限于无线、电线、光缆、RF等等,或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码,程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++,还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或电子设备上执行。在涉及远程计算机的情形中,远程计算机可以通过任意种类的网络,包括局域网(LAN)或广域网(WAN),连接到用户计算机,或者,可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
本申请可用于众多通用或专用的计算机***环境或配置中。例如:个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器***、基于微处理器的***、置顶盒、可编程的消费电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何***或设备的分布式计算环境等等。本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述,例如程序模块。一般地,程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请,在这些分布式计算环境中,由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中,程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。