一种基于3D信息的毫米波雷达模型目标可见性判断方法技术

本发明专利技术公开了一种基于3D信息的毫米波雷达模型目标可见性判断方法，包括以下步骤：将场景建模时生成的目标物体的状态信息以及3D模型信息存储在对应的链表中，作为毫米波雷达模型进行遮挡计算和RCS计算的输入数据；建立毫米波雷达模型，首先在毫米波雷达模型中进行基于几何图形学的目标物体遮挡计算，得出完全被遮挡的物体并标记为不可见物体；对于未被完全遮挡的物体，计算其可见区域并输出；根据步骤一存储的目标物体的3D模型信息及状态信息计算目标物体可见区域的回波强度值；进行目标可见性判断：将计算出的目标物体可见区域回波强度值与毫米波雷达模型中预设的雷达回波强度可见门限值进行比较，判断得到目标物体最终的可见性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于3D信息的毫米波雷达模型目标可见性判断方法
本专利技术属于智能汽车虚拟测试验证，具体建立一种考虑目标物体3D信息的毫米波雷达探测模型对目标物体可见性的判断方法。
技术介绍
虚拟传感器建模是智能汽车测试评价非常重要的一部分。毫米波雷达虚拟模型是智能车虚拟测试评价使用广泛的一种车载传感器模型，对毫米波雷达的建模研究十分重要。在研究过程中发现目标物体外表面的形状、角度、材质和面积参数对毫米波雷达的反射有很大影响。目前针对毫米波雷达的模型都是在几何图形学进行遮挡判断或者在其基础上加入传播过程的物理特性进行可见性判断，未考虑毫米波雷达在目标物体表面反射时的物理特性，对目标物体可见性的判断较之真实传感器相差较大。目前的毫米波雷达虚拟模型中，针对目标物体可见性判断的方法有两类。一类属于功能模型，基于几何图形学对截取的图像进行几何遮挡计算。该类模型主要利用几何剪裁算法和射线追踪算法，将目标车辆简化为矩形包围盒，雷达探测范围简化为视锥，通过计算包围盒与视锥之间的位置关系判断车辆的可见性。文献--RadarSensorModelfortheVirtualDevelopmentProcess建立了毫米波雷达的功能模型，提出了一种基于方位角的对目标物体之间遮挡关系的判断方法，在雷达接收信号中添加噪声信号并使用卡尔曼滤波对雷达信号进行处理。文献--MillimeterWaveFMCWRadarSystemSimulationsincludinga3DRayTracingChannelSimulator提出了一种基于三维射线跟踪通道模拟器的调频连续波雷达毫米波系统仿真环境，并使用该模型对路面和车辆进行了识别。由于并未考虑雷达探测过程的物理特性，功能模型对目标物体的识别结果不足以满足虚拟测试评价的真实性。另一类建模方法在功能模型的基础上加入对传感器探测过程的物理特性的仿真。邓伟文等在其发表的文献--ResearchOnMillimeterWaveRadarSimulationModelForIntelligentVehicle中所建里的毫米波雷达模型在几何模型的基础上加入车载雷达的探测机理和特性同时考虑物体反射面形状、材料对反射强度的影响，并且考虑了雷达测量过程中的定量误报、漏报和误差等现象。专利CN201910270687.3中建立的毫米波雷达模型，对2D平面中车辆的几何遮挡和RCS计算进行了详细研究与说明，提高了毫米波雷达对目标可见性的判断准确性。基于物体表面3D特征进行雷达反射强度计算并进行可见性判断的模型和方法尚未见报道。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的上述问题，本专利技术提出一种基于3D信息的毫米波雷达模型目标可见性判断方法，能够利用目标物体的3D模型和车身姿态等状态信息计算目标物体的RCS值，并对物体的可见性做出判断。本专利技术所建立的模型考虑了毫米波雷达入射波与目标物体反射面的空间位置关系，能够更加准确地求得目标物体的RCS值，对目标物体进行可见性判断更加接近真实毫米波雷达探测结果。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于3D信息的毫米波雷达模型目标可见性判断方法，包括以下步骤：步骤一、获取目标物体3D信息：将场景建模时生成的目标物体的状态信息以及3D模型信息存储在对应的链表中，作为毫米波雷达模型进行遮挡计算和RCS计算的输入数据；步骤二、计算目标物体可见部分的RCS值：建立毫米波雷达模型，首先在毫米波雷达模型中进行基于几何图形学的目标物体遮挡计算，得出完全被遮挡的物体并标记为不可见物体；对于未被完全遮挡的物体，计算其可见区域并输出；根据步骤一存储的目标物体的3D模型信息及状态信息计算目标物体可见区域的回波强度值；步骤三、进行目标可见性判断：将步骤二计算出的目标物体可见区域回波强度值与毫米波雷达模型中预设的雷达回波强度可见门限值进行比较，判断目标物体最终的可见性。进一步地，所述目标物体的状态信息包括当前的位置、速度、加速度、行驶方向，3D模型信息包括物体的外表面形状尺寸、反射面形状和角度。进一步地，所述步骤二计算目标物体可见部分的RCS值包括以下步骤：2.1)确定目标物体未被遮挡时的可见区域；2.2)计算雷达波与目标物体各几何面角度关系；2.3)计算目标物体各几何面未遮挡时的RCS；2.4)计算目标物体各几何面被遮挡后的可见面积；2.5)计算目标物体各几何面被遮挡后的RCS值。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术根据目标物体反射面3D信息的不同所引起的雷达反射强度的不同，判断目标物体可见性，所建立的模型考虑了毫米波雷达入射波与目标物体反射面的空间位置关系，能够更加真实地模拟毫米波雷达探测过程中的反射特性，大幅提高虚拟毫米波雷达模型的逼真度。为满足模型实时计算的需求，本专利技术是在几何图形学进行遮挡判断的基础上，利用物理光学近似算法(PO)，计算目标物体可见部分的RCS值，根据模型中预设的RCS门限值对目标物体进行可见性分析。附图说明图1为本专利技术一种基于3D信息的毫米波雷达模型目标可见性判断方法流程图；图2为车辆与行人的三维模型示例；图3为目标车辆可见区域类型图，其中，(a)为第一类可见类型，(b)为第二类可见类型，(c)为第三类可见类型，(d)为第四类可见类型；图4为雷达射线与被测几何平面的角度关系示意图；图5为目标物体遮挡计算示意图。具体实施方式以下结合附图和实施例进一步介绍本专利技术的技术方案：如图1所示，一种基于3D信息的毫米波雷达模型目标物体可见性判断方法，包括以下步骤：步骤一、获取目标物体3D信息：将场景建模时生成的目标物体的状态信息以及3D模型信息存储在对应的链表中，作为毫米波雷达模型进行遮挡计算和RCS计算的输入数据；步骤二、计算目标物体可见部分的RCS值：建立毫米波雷达模型，首先在毫米波雷达模型中进行基于几何图形学的目标物体遮挡计算，得出完全被遮挡的物体并标记为不可见物体；对于未被完全遮挡的物体，计算其可见区域并输出；根据步骤一存储的目标物体的3D模型信息及状态信息计算目标物体可见区域的回波强度值；步骤三、进行目标可见性判断：将步骤二计算出的目标物体可见区域回波强度值与毫米波雷达模型中预设的雷达回波强度可见门限值进行比较，判断目标物体最终的可见性。进一步地，所述目标物体的状态信息包括当前的位置、速度、加速度、行驶方向，3D模型信息包括物体的形状尺寸、反射面形状和角度。实施例一种基于3D信息的毫米波雷达模型目标可见性判断方法，具体过程如下：1.获取目标物体3D信息：由于真实场景中的物体表面形状、尺寸极为复杂，为了保证模型的仿真效率不可能对物体的复杂物理结构进行完全捕获，本实施例运用简单几何体，如几何平面、球体、圆柱体、立方体，在体现物体的几何特征的前提下，通过简化物体的几何结构，获取能够体现物体雷达反射强度的3D信息。本实施例主要对车辆、行人进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于3D信息的毫米波雷达模型目标可见性判断方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一、获取目标物体3D信息：将场景建模时生成的目标物体的状态信息以及3D模型信息存储在对应的链表中，作为毫米波雷达模型进行遮挡计算和RCS计算的输入数据；/n步骤二、计算目标物体可见部分的RCS值：建立毫米波雷达模型，首先在毫米波雷达模型中进行基于几何图形学的目标物体遮挡计算，得出完全被遮挡的物体并标记为不可见物体；对于未被完全遮挡的物体，计算其可见区域并输出；根据步骤一存储的目标物体的3D模型信息及状态信息计算目标物体可见区域的回波强度值；/n步骤三、进行目标可见性判断：将步骤二计算出的目标物体可见区域回波强度值与毫米波雷达模型中预设的雷达回波强度可见门限值进行比较，判断目标物体最终的可见性。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于3D信息的毫米波雷达模型目标可见性判断方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、获取目标物体3D信息：将场景建模时生成的目标物体的状态信息以及3D模型信息存储在对应的链表中，作为毫米波雷达模型进行遮挡计算和RCS计算的输入数据；
步骤二、计算目标物体可见部分的RCS值：建立毫米波雷达模型，首先在毫米波雷达模型中进行基于几何图形学的目标物体遮挡计算，得出完全被遮挡的物体并标记为不可见物体；对于未被完全遮挡的物体，计算其可见区域并输出；根据步骤一存储的目标物体的3D模型信息及状态信息计算目标物体可见区域的回波强度值；
步骤三、进行目标可见性判断：将步骤二计算出的目标物体可见区域回波强度值与毫米波雷达模型中预设的雷达回波强度可见门限值进行比较，判断目标物体最终的可见性。


2.如权利要求1所述的一种基于3D信息的毫米波雷达模型目标可见性判断方法，其特征在于，所述目标物体的状态信息包括当前的位置、速度、加速度、行驶方向，3D模型信息包括物体的外表面形状尺寸、反射面形状和角度。


3.如权利要求1所述的一种基于3D信息的毫米波雷达模型目标可见性判断方法，其特征在于，所述步骤二计算目标物体可见部分的RCS值包括以下步骤：
2.1)确定目标物体未被遮挡时的可见区域；
2.2)计算雷达波与目标物体各几何面角度关系；
2.3)计算目标物体各几何面未遮挡时的RCS；
2.4)计算目标物体各几何面被遮挡后的可见面积；
2.5)计算目标物体各几何面被遮挡后的RCS值。


4.如权利要求3所述的一种基于3D信息的毫米波雷达模型目标可见性判断方法，其特征在于，所述步骤2.2)计算雷达波与目标物体各几何面角度关系包括以下过程：
计算目标物体不同几何反射面的入射波方位角时采用毫米波雷达坐标系进行计算：
几何平板表面的雷达入射波i(θ,φ)与平面坐标系Z轴夹角为θ，i(θ,φ)在xoy平面内的投影与X轴夹角为φ；当雷达波射入车身上方车窗玻璃时，车窗玻璃反射面与水平面夹角为w；
雷达波的方向向量为vi＝(xi,yi,zi)，被测几何平面的法向量为n＝(xn,yn,zn)，被测几何平面的法向量与雷达坐标系中Z轴方向向量vz的夹角w满足：



则雷达波与被测几何平面的Z轴即法向量的夹角为：



雷达射线在被测几何平面的投影的方向向量v’i为：
v’i＝(vi×n)×n
被测几何平面的X轴的方向向量为vx，得到雷达入射波方位角的另一角度φ为：



通过反三角函数公式，得到入射雷达波相对于被测几何平面的方位角(θ,φ)。...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹军，杨凯，王战古，祝怀男，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22