基于回波特征的无人车载雷达地形障碍物的检测方法技术

本发明专利技术提出的一种基于回波特征的无人车载雷达地形障碍物的检测方法，利用地形障碍物的回波多普勒频移特征和高分辨距离像特征，实现了陡坡和壕沟的检测与识别。适合将该方法应用于小型化的无人车载毫米波雷达。与现有技术相比，采用本发明专利技术方法设计的无人车载防撞雷达，具有以下两方面的有益效果：便于实现雷达小型化，由一维线性阵列即可实现障碍物方位和俯仰信息的检测，省却了复杂的伺服系统。利用毫米波雷达进行地形障碍物检测，可以克服烟尘雨雾等恶劣气候的影响，增强了雷达全天候工作的能力。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提出的一种，利用地形障碍物的回波多普勒频移特征和高分辨距离像特征，实现了陡坡和壕沟的检测与识别。适合将该方法应用于小型化的无人车载毫米波雷达。与现有技术相比，采用本专利技术方法设计的无人车载防撞雷达，具有以下两方面的有益效果：便于实现雷达小型化，由一维线性阵列即可实现障碍物方位和俯仰信息的检测，省却了复杂的伺服系统。利用毫米波雷达进行地形障碍物检测，可以克服烟尘雨雾等恶劣气候的影响，增强了雷达全天候工作的能力。【专利说明】
本专利技术属于雷达目标检测及目标识别领域，具体涉及一种。
技术介绍
由于无人地面车(ALV)在军事和民用方面都有着巨大的潜在应用，该领域近年来一直是一个研究的热点。稳定可靠的地形障碍物(主要指凸起的陡坡和凹陷的壕沟)检测是无人车实现其各项功能的前提条件。目前采用的方法主要是基于立体视觉、激光雷达或者是两者的信息融合，激光雷达和红外设备的广泛使用是由于其具有分辨力高，测距、测角精度高，设备小而轻等优点。但是它们有一个巨大的缺陷就是不能在云雨烟雾中工作，而毫米波雷达可以很好地满足全天候工作的要求，不足之处在于它的分辨力达不到激光雷达的水平。目前对单独利用毫米波雷达进行地形障碍物检测的方法研究很少，这主要归因于两个方面:一是地形障碍物的回波特性复杂，以毫米波雷达所能达到分辨力很难提取稳定有效的特征；二是受到雷达小型化要求的限制和地面起伏的影响，车载毫米波雷达通常采用线性阵列天线，选择方位窄波束、俯仰宽波束，因而不具有测高的功能。由于毫米波雷达本身也具有波束窄、分辨率高的特点，可以考虑通过方位和距离的超分辨方法使它分辨率进一步提高。在此基础上，研究凸起障碍物和凹陷障碍物边界处的回波特性，从而选取相应的特征对障碍物的边界进行检测，最终确定障碍物的方位、俯仰等空间信息。
技术实现思路
要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种，解决无人车载毫米波雷达地形障碍物检测问题。技术方案—种，其特征在于步骤如下:步骤1:对雷达回波进行傅里叶变换，得到地形障碍物的回波多普勒频移特征；步骤2、进行障碍物回波特征分析并构造高度图:00根据fd =求得障碍物的俯仰角，其中:fd是多普勒频移，V1是雷达相对于障碍物的沿水平方向的速度，\是载波的波长，P是障碍物的方位角，e是障碍物的俯仰角；当存在高度大于雷达安装高度的凸起障碍物时，障碍物的高度h=H+R0 ；否贝lj，障碍物的高度h=H-R 9 ；其中:H是雷达安装的高度，h是障碍物的高度，R是障碍物到雷达的径向距离；根据每个俯仰角0与每个高度h做出障碍物的高度像；步骤3、根据高度图对障碍物进行初步检测和分类:hfflin时，该距离单元没有障碍物存在；?当oi < h < H时，该距离单元存在高度小于雷达高度的障碍物；?当h < 0时，该距离单元存在壕沟，此时将壕沟的深度替换为_h ；其中:hmin为雷达能检测的障碍物最小闻度。有益效果本专利技术提出的一种，利用地形障碍物的回波多普勒频移特征和高分辨距离像特征，实现了陡坡和壕沟的检测与识别。适合将该方法应用于小型化的无人车载毫米波雷达。与现有技术相比，采用本专利技术方法设计的无人车载防撞雷达，具有以下两方面的有益效果:便于实现雷达小型化，由一维线性阵列即可实现障碍物方位和俯仰信息的检测，省却了复杂的伺服系统。利用毫米波雷达进行地形障碍物检测，可以克服烟尘雨雾等恶劣气候的影响，增强了雷达全天候工作的能力。【专利附图】【附图说明】图1为雷达和障碍物的相对运动示意图，用于说明多普勒特征的提取图2为障碍物的高度模糊示意图，用于说明公式(1.2)中两个高度值的问题。图3为三种地形障碍物的分类示意图。【具体实施方式】现结合实施例、附图对本专利技术作进一步描述:(1)车载雷达与障碍物的相对运动模型。图1表明了提取障碍物目标多普勒特征的可行性。其中V1是雷达相对于障碍物的沿水平方向的速度，是有车载平台的速度决定的，I是障碍物的方位角，e是障碍物的俯仰角H是雷达安装的高度，h是障碍物的高度。方位角信息可以通过线性阵列的方位超分辨方法得到，则对于不同高度的障碍物，其俯仰角不同，从而会产生不同的多普率频移，即说明可以从多普勒频移中得到障碍物的俯仰信息。(2)地形障碍物回波特征分析及高度图的构造。图2说明利用多普勒频移得到的障碍物俯仰角具有两种可能的值，会造成高度模糊。这个问题需要根据回波特征构造高度图来解决。无人车需要检测的障碍物主要分为三种(如图3):高度低于雷达安装高度的凸起障碍物、高度高于雷达安装高度的凸起障碍物和凹陷的壕沟。假设要求雷达对障碍物检测的最小距尚为Ruin，最小闻度是hmin(hmin < H),则取距尚窗大小为Rmin做闻度像，所取的检测距离R的范围是0.5Rfflin < R < 1.5Rmin，高度由公式(1.2)可以求得。由于地形以平坦的地面为主，故在做出判决前，假定h=H-R 0，待判决后再做修正。这里所说的平坦地面在实际情况下会存在小的起伏，故高度并不为零，当满足0 < h < hfflin时即可认为是平坦地面。则对应三种地形障碍，它们的高度像分别有如下特点:I)当障碍物的高度小于雷达的安装高度时，测得的障碍物的高度范围是Iiniin < h< H，且在障碍物后的相邻一段距离单元的高度值满足0 < h < hmin。2)当有壕沟存在时，测得的高度值满足h < 0，且在障碍物后的相邻一段距离单元的高度值满足O < h < hmin。3)当障碍物的高度大于雷达的安装高度时，根据高度与俯仰波束宽度的关系又会出现以下三种情况:?障碍物后的距离窗内无回波信号，直接将其后距离窗内的高度置零。?若该障碍物后没有比它更高的障碍物，则其后的距离窗内依然无回波信号，可直接将其后距离窗内的高度置零。若该障碍物后还存在比它更高的障碍物，则通常在其后最高的一个障碍物满足a或b所述的条件，即也会有一段置零`区间。【权利要求】1.一种，其特征在于步骤如下: 步骤1:对雷达回波进行傅里叶变换，得到地形障碍物的回波多普勒频移特征； 步骤2、进行障碍物回波特征分析并构造高度图:00根据 【文档编号】G01S13/94GK103487810SQ201310406535【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月9日 优先权日:2013年9月9日 【专利技术者】景雄, 杜自成, 王伟, 李飞 申请人:西安电子工程研究所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于回波特征的无人车载雷达地形障碍物的检测方法，其特征在于步骤如下：步骤1：对雷达回波进行傅里叶变换，得到地形障碍物的回波多普勒频移特征；步骤2、进行障碍物回波特征分析并构造高度图：00根据求得障碍物的俯仰角，其中：fd是多普勒频移，v1是雷达相对于障碍物的沿水平方向的速度，λ是载波的波长，是障碍物的方位角，θ是障碍物的俯仰角；当存在高度大于雷达安装高度的凸起障碍物时，障碍物的高度h=H+Rθ；否则，障碍物的高度h=H?Rθ；其中：H是雷达安装的高度，h是障碍物的高度，R是障碍物到雷达的径向距离；根据每个俯仰角θ与每个高度h做出障碍物的高度像；步骤3、根据高度图对障碍物进行初步检测和分类：·当O＜h＜hmin时，该距离单元没有障碍物存在；·当hmin＜h＜H时，该距离单元存在高度小于雷达高度的障碍物；·当h＜O时，该距离单元存在壕沟，此时将壕沟的深度替换为?h；其中：hmin为雷达能检测的障碍物最小高度。FDA0000378970510000011.jpg,FDA0000378970510000012.jpg

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：景雄，杜自成，王伟，李飞，
申请(专利权)人：西安电子工程研究所，
类型：发明
国别省市：