一种基于毫米波雷达与多传感器信息融合的能见度测量方法技术

本发明专利技术涉及雷达信号处理技术领域，且公开了一种基于毫米波雷达与多传感器信息融合的能见度测量方法，包括以下步骤：S1：选取毫米波雷达、摄像头及天气传感器型号，然后预置参照物及检测参数、选择标定测试环境，然后配置雷达参数，获得雷达反射率因子参数，然后进行毫米波雷达能见度计算；S2：读取天气传感器数据，获得雾气水珠大小及水含量、空气质量、金属颗粒、沙尘含量、光强、降水量的数据；S3：判断当前光照是否低于阀值。本发明专利技术可以综合利用多种传感器的各自优点，可以适应各种环境、天气情况，全天时、全天候，测量准确，标定与现场调试简单，设备体积较小，成本较低，易于大规模部署。易于大规模部署。易于大规模部署。

【技术实现步骤摘要】
一种基于毫米波雷达与多传感器信息融合的能见度测量方法


[0001]本专利技术涉及雷达信号处理
，具体为一种基于毫米波雷达与多传感器信息融合的能见度测量方法。

技术介绍

[0002]道路交通事故作为危害人身安全的重要因素之一，长期以来受到社会各界，特别是交通部门和气象部门的重视，由于雾霾、雨雪、沙尘等气象因素造成的能见度降低严重影响着交通安全。
[0003]目前对能见度的监测方式主要有人工目测、光学测量法、数字摄像法、激光雷达、毫米波雷达等几种，近年来出现利用毫米波雷达对能见度的观测和研究工作，主要利用空气中云雾沙尘等粒子对电磁波的散射特性影响反演能见度，测量误差小，可全天时、全天候工作，集成芯片也使得毫米波雷达的设备尺寸减小，成本降低，但是探测水平范围较小，其工作性能受降雨影响严重，需要考虑雨衰减对雷达回波能量的严重影响，一般只适用于非降水云、毛毛雨、雾气及沙尘暴天气，不能满足人们的要求。

技术实现思路

[0004](一)解决的技术问题
[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于毫米波雷达与多传感器信息融合的能见度测量方法，可以综合利用多种传感器的各自优点，可以适应多种环境、天气情况，全天时、全天候，测量准确，标定与现场调试简单，设备体积较小，成本较低，易于大规模部署的能见度测量方法。
[0006](二)技术方案
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]一种基于毫米波雷达与多传感器信息融合的能见度测量方法，包括以下步骤：
[0009]S1：选取毫米波雷达、摄像头及天气传感器型号，然后预置参照物及检测参数、选择标定测试环境，然后配置雷达参数，获得雷达反射率因子参数，然后进行毫米波雷达能见度计算；
[0010]S2：读取天气传感器数据，获得雾气水珠大小及水含量、空气质量、金属颗粒、沙尘含量、光强、降水量的数据；
[0011]S3：判断当前光照是否低于阀值，如果是则使用夜晚摄像头检测能见度模型，然后进行夜晚图像预处理，获取目标物体与光源亮度，然后利用夜晚数字摄像法能见度计算，如果否，则使用白天摄像头检测能见度模型，然后进行白天图像预处理，图像平均失真率计算，最后利用白天数字摄像法能见度计算；
[0012]S4：人工标定修正异常数据，把S1中毫米波雷达能见度计算结果，S3中夜晚数字摄像法能见度计算结果、白天数字摄像法能见度计算结果全部通过人工标定修正异常数据，然后构造多传感器数据与能见度的实测数据集；
[0013]S5：人工神经网络训练数据集融合多传感器信息，然后获得多传感器能见度测量模型。
[0014]作为本专利技术再进一步的方案，所述S1中空气中的能见度是一种描述空气透明程度的物理量，其定义是用特殊标志或发光体的可视距离，根据Koschmider定律，满足下式：
[0015]ε＝e
‑
σV
[0016]式中，ε为观测者从背景物中辨认出目标物的对比阈值，σ为水平消光系数，V为空气水平能见度，国际民航组织推荐的ε取值为0.05，代入上式易得到：
[0017][0018]进一步的，所述S1中在计算时标定毫米波雷达测量数据与能见度之间的关系，根据S1中的推导可知，能见度由消光系数σ唯一确定，其值与空气中粒子总量即各粒子大小有关，可以表示为：
[0019][0020]式中，k
i
表示散射消光系数，r
i
表示粒子半径，n
i
表示半径为r
i
的粒子数量，雷达反射率因子Z与r
i
，n
i
的关系可以表示为：
[0021]Z＝∑
i
n
i
(2r
i
)6。
[0022]在前述方案的基础上，所述S3中先标定数字摄像法获得的图像信息与能见度之间的关系，对能见度高低的直观感受是图像视场中物体的清晰与模糊变化，能见度越高，视场中图像的细节特征更加丰富，颜色失真状况越小。
[0023]进一步的，所述S3中白天的能见度检测模型与S1中推导相同，能见度由消光系数σ唯一确定，与人眼观察物体清晰度的方式类似，选择根据颜色失真状况表征能见度值，已知颜色分布的参照物放置在数字摄像头前方固定距离L0，假设在图像中该参照物共占有m行n列个像素点，每个像素的原始灰度值记为g0(i,j)，1≤i≤m、1≤j≤n，经过待测空气传输后被数字摄像头拍摄到的图像灰度值记为g(i,j)，则图像的平均失真率可以表示为：
[0024][0025]通过S4人工模拟实验舱内或室外实测对数字图像颜色失真率与能见度之间的关系进行标定，夜间数字摄像法利用光源经待测空气传播后的衰减定律，预先设置两组目标物体和光源，记光源本身亮度为L0，两组目标物体和光源距离摄像机距离分别为d1和d2，摄像机接收到的光源视亮度分别为L
a1
和L
a2
，目标物亮度分别为L
b1
和L
b2
，能见度的计算表达式为：
[0026][0027]在前述方案的基础上，所述S4中在选取的标定环境中，将毫米波雷达、数字摄像头放置在同一位置，S1中标定所需的角反射器、S3标定所需的已知颜色分布参照物、标定所需的光源与目标物组放置在相同位置，正对毫米波雷达和数字摄像头，保持间距，滴谱仪、光敏传感器、降水量传感器、空气质量仪放置在相同测量环境下，标定S1中雷达的反射率因子
与能见度关系时，雷达发射波束经过模拟空气环境照射到角反射器，反射回波再经过模拟空气环境被雷达接收，记录雷达反射率因子数据，标定S3白天数字图像颜色失真率与能见度关系时，数字摄像头记录已知颜色分布参照物的颜色失真率数据，当夜间则使用S3中的方式，记录能见度、光强数据，同时配合滴谱仪、光敏传感器、降水量传感器、空气质量仪完成标定和测量过程。
[0028]本专利技术再进一步的方案，所述在人工模拟实验舱或室外实测时，充分考虑天气状况、光照条件、温湿度情况，建立多种情况下多传感器数据与能见度的实测数据集。
[0029](三)有益效果
[0030]与现有技术相比，本专利技术提供了一种基于毫米波雷达与多传感器信息融合的能见度测量方法，具备以下有益效果：
[0031]1、本专利技术可以综合利用多种传感器的各自优点，可以适应各种环境、天气情况，全天时、全天候，测量准确，标定与现场调试简单，设备体积较小，成本较低，易于大规模部署。
[0032]2、本专利技术基于白天与夜间能见度检测模型不同，配合光敏传感器感知当前环境光强，当高于亮度阈值时使用白天能见度数字摄像检测方式，低于亮度阈值时使用夜晚能见度数字摄像检测方式，细化了检测方式，提高了检测的效率。
[0033]3、本专利技术选取毫米波雷达、数字摄像法两种传感器，配合天气传感器如滴谱仪、光敏传感器、降水量传感器等其他多种传感器进行信息融合处理，充分利用各传感器优点，毫米波雷达的高测量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于毫米波雷达与多传感器信息融合的能见度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：选取毫米波雷达、摄像头及天气传感器型号，然后预置参照物及检测参数、选择标定测试环境，然后配置雷达参数，获得雷达反射率因子参数，然后进行毫米波雷达能见度计算；S2：读取天气传感器数据，获得雾气水珠大小及水含量、空气质量、金属颗粒、沙尘含量、光强、降水量的数据；S3：判断当前光照是否低于阀值，如果是则使用夜晚摄像头检测能见度模型，然后进行夜晚图像预处理，获取目标物体与光源亮度，然后利用夜晚数字摄像法能见度计算，如果否，则使用白天摄像头检测能见度模型，然后进行白天图像预处理，图像平均失真率计算，最后利用白天数字摄像法能见度计算；S4：人工标定修正异常数据，把S1中毫米波雷达能见度计算结果，S3中夜晚数字摄像法能见度计算结果、白天数字摄像法能见度计算结果全部通过人工标定修正异常数据，然后构造多传感器数据与能见度的实测数据集；S5：人工神经网络训练数据集融合多传感器信息，然后获得多传感器能见度测量模型。2.根据权利要求1所述的一种基于毫米波雷达与多传感器信息融合的能见度测量方法，其特征在于，所述S1中空气中的能见度是一种描述空气透明程度的物理量，其定义是用特殊标志或发光体的可视距离，根据Koschmider定律，满足下式：ε＝e
‑
σV
式中，ε为观测者从背景物中辨认出目标物的对比阈值，σ为水平消光系数，V为空气水平能见度，国际民航组织推荐的ε取值为0.05，代入上式易得到：3.根据权利要求2所述的一种基于毫米波雷达与多传感器信息融合的能见度测量方法，其特征在于，所述S1中在计算时标定毫米波雷达测量数据与能见度之间的关系，根据S1中的推导可知，能见度由消光系数σ唯一确定，其值与空气中粒子总量即各粒子大小有关，可以表示为：式中，k
i
表示散射消光系数，r
i
表示粒子半径，n
i
表示半径为r
i
的粒子数量，雷达反射率因子Z与r
i
，n
i
的关系可以表示为：Z＝∑
i
n
i
(2r
i
)6。4.根据权利要求1所述的一种基于毫米波雷达与多传感器信息融合的能见度测量方法，其特征在于，所述S3中先...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚翼荣，熊清，
申请(专利权)人：南京御达电信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：