用于铁路监测的非均匀单线扫描的三维雷达和方法技术

一种用于铁路监测的非均匀单线扫描的三维雷达和方法，该三维雷达在扫描过程中扫描线间隔是一恒定的步进距离，扫描步进角度为一变化值。本发明专利技术提供一种特殊的扫描方式，使得单线雷达在用于铁路边界扫描时，线间隔是均匀的；也就是，激光照射铁轨及两侧轨道板时的扫描线间隔是均匀的，而扫描步进角度为α是变化的；提高了单线雷达进行三维扫描时的分辨率，保证了整个监控区域内分辨率是一致的，使雷达能够发现更小的障碍物，分辨角度为设置的步进角度。

【技术实现步骤摘要】
用于铁路监测的非均匀单线扫描的三维雷达和方法
本专利技术属于雷达领域，具体涉及一种用于铁路监测的非均匀单线扫描的三维雷达和方法。
技术介绍
目前，单线雷达本身仅能扫描一条线，当单线雷达工作时，单线旋转仅能扫描一个二维平面。单线雷达增加俯仰扫描的旋转电机后，使单线雷达可以扫描三维空间。用于铁路边界的异物侵限时，单线雷达安装在立柱上，位于铁轨一侧。单线雷法发射激光沿平行铁轨方向扫描，同时电机带动雷达俯仰旋转，俯仰方向为垂直铁轨方向。俯仰扫描角度为θ角，覆盖住铁轨及两侧轨道板。其中，俯仰扫描的步进角度为α为同于通常俯仰扫描的步进角度为α，通常扫描步进角度是均匀的，也就是α恒定。由于扫描过程中采用均匀扫描的方式，因而扫描光线照射在铁轨监控区域上的间隔并不均匀，距离雷达近的位置扫描的线与线间隔近，远处扫描间隔远。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的之一在于提出一种用于铁路监测的非均匀单线扫描的三维雷达和方法，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。为了实现上述目的，作为本专利技术的一个方面，提供了一种非均匀单线扫描的三维雷达，其中，所述三维雷达在扫描过程中扫描线间隔是一恒定的步进距离，扫描步进角度为一变化值。作为本专利技术的另一个方面，还提供了一种非均匀单线扫描的方法，包括：采用三维雷达对监测扫描目标扫描；其中，所述三维雷达在扫描过程中扫描线间隔是一恒定的步进距离，扫描步进角度为一变化值。基于上述技术方案可知，本专利技术的用于铁路监测的非均匀单线扫描的三维雷达和方法相对于现有技术至少具有以下优势之一：1、本专利技术提供一种特殊的扫描方式，使得单线雷达在用于铁路边界扫描时，线间隔是均匀的；也就是，激光照射铁轨及两侧轨道板时的扫描线间隔是均匀的，而扫描步进角度为α是变化的；2、提高了单线雷达进行三维扫描时的分辨率，保证了整个监控区域内(即扫描范围内)分辨率是一致的，使雷达能够发现更小的障碍物，分辨角度为设置的步进角度。附图说明图1是本专利技术实施例中三维雷达扫描示意图；图2是本专利技术实施例中三维雷达扫描几何关系示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术公开了一种非均匀单线扫描的三维雷达，其中，所述三维雷达在扫描过程中扫描线间隔是一恒定的步进距离，扫描步进角度为一变化值。在本专利技术的一些实施例中，所述步进距离x为：其中，n为整数，M为三维雷达对监测扫描目标的监控区域宽度。在本专利技术的一些实施例中，所述扫描步进角度α为：其中，H为三维雷达距离监测扫描目标的高度，L为三维雷达距离监测扫描目标监控区域的距离，αi为第i+1步的扫描步进角度。在本专利技术的一些实施例中，所述三维雷达上设有用于俯仰扫描的旋转电机。在本专利技术的一些实施例中，所述扫描包括俯仰扫描、水平扫描中至少一种，例如可以单一的俯仰扫描过程中扫描线间隔是一恒定的步进距离，扫描步进角度为一变化值，也可以是水平扫描过程中扫描线间隔是一恒定的步进距离，扫描步进角度为一变化值，还可以在俯仰扫描和水平扫描过程中扫描线间隔同时是一恒定的步进距离。在本专利技术的一些实施例中，所述监测扫描目标包括铁轨。本专利技术还公开了一种非均匀单线扫描的方法，包括：采用三维雷达对监测扫描目标扫描；其中，所述三维雷达在扫描过程中扫描线间隔是一恒定的步进距离，扫描步进角度为一变化值。在本专利技术的一些实施例中，所述步进距离x为：其中，n为整数，M为三维雷达对监测扫描目标的监控区域宽度。在本专利技术的一些实施例中，所述扫描步进角度α为：其中，H为三维雷达距离监测扫描目标的高度，L为三维雷达距离监测扫描目标监控区域的距离，αi为第i+1步的扫描步进角度。在本专利技术的一些实施例中，所述三维雷达上设有用于俯仰扫描的旋转电机。在本专利技术的一些实施例中，所述扫描包括俯仰扫描、水平扫描中至少一种，例如可以单一的俯仰扫描过程中扫描线间隔是一恒定的步进距离，扫描步进角度为一变化值，也可以是水平扫描过程中扫描线间隔是一恒定的步进距离，扫描步进角度为一变化值，还可以在俯仰扫描和水平扫描过程中扫描线间隔同时是一恒定的步进距离。在本专利技术的一些实施例中，所述监测扫描目标包括铁轨。以下通过具体实施例结合附图对本专利技术的技术方案做进一步阐述说明。需要注意的是，下述的具体实施例仅是作为举例说明，本专利技术的保护范围并不限于此。本实施例提供了一种用于铁路监测的非均匀单线扫描的三维雷达，用于铁路边界的异物侵限。如图1所示，为雷达工作的侧视图，雷达高度为H，距离铁轨监控区域的距离为L，单线雷达通过旋转电机控制，增加俯仰的扫描，俯仰扫描角度为θ角。监控区域宽度是M(监控区域至少覆盖铁轨，可延伸至轨旁两侧一定距离)，扫描步进角度为α。本实施例中单线雷达在用于铁路边界扫描时，线间隔是均匀的。也就是，激光照射铁轨及两侧轨道板时的扫描线间隔是均匀的，而扫描步进角度为α是变化的。如图2所示，H、L、M均已知，可以得出θ值，如下：当步进角度α等于一固定值时，其中n为整数。本实施例中，三维雷达的步进距离x为恒定的步进距离且其中n为整数。则对应的步进角度α为：其中，αi为第i+1步的扫描步进角度；i＝0，1，2，3，4……时，即为α0，α1，α2，α3，α4……对应公式(1)，也就是扫描时，第一步、第二步、第三步、第四步……的步进角度。本专利技术在俯仰(垂直)和水平(左右)平面上的扫描都可以设置为非均匀的扫描，本实施例仅以俯仰扫描为例，同样适用于水平扫描过程。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属
中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如：(1)实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围；(2)上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。以上所述的具体实施例，对本专利技术的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本专利技术的具体实施例而已，并不用于限制本专利技术，凡在本专利技术的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非均匀单线扫描的三维雷达，其特征在于，/n所述三维雷达在扫描过程中扫描线间隔是一恒定的步进距离，扫描步进角度为一变化值。/n

【技术特征摘要】
1.一种非均匀单线扫描的三维雷达，其特征在于，
所述三维雷达在扫描过程中扫描线间隔是一恒定的步进距离，扫描步进角度为一变化值。


2.根据权利要求1所述的三维雷达，其特征在于，
所述步进距离x为：



其中，n为整数，M为三维雷达对监测扫描目标的监控区域宽度。


3.根据权利要求2所述的三维雷达，其特征在于，
所述扫描步进角度α为：



其中，H为三维雷达距离监测扫描目标的高度，L为三维雷达距离监测扫描目标监控区域的距离，αi为第i+1步的扫描步进角度。


4.根据权利要求1所述的三维雷达，其特征在于，
所述三维雷达上设有用于俯仰扫描的旋转电机；
所述扫描包括俯仰扫描、水平扫描中至少一种。


5.根据权利要求2或3所述的三维雷达，其特征在于，
所述监测扫描目标包括铁轨。

【专利技术属性】
技术研发人员：林学春，杨盈莹，张勇，章旭，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11