一种交通雷达安装偏角预警方法

技术领域

本发明属于交通雷达技术领域，尤其涉及道路交通环境下路侧雷达安装角度标定领域，特别是一种交通雷达安装偏角预警方法。

背景技术

随着智慧交通、车路协同产业的发展，城市交通对安装在路侧的交通目标检测器的需求越发明显。路侧感知设备，尤其是安装在信号灯或电警杆件上的毫米波雷达设备，数量越来越多。此类设备在安装时，一般需要调整水平角和俯仰角以达到最优的检测效果。但随着时间的推移，在风力、自重、杆件晃动、器件老化、热胀冷缩等多重因素的共同影响下，雷达安装角度，尤其是俯仰角容易出现偏移，严重影响雷达检测效果。若雷达独立使用，将影响其实际检测距离；若雷达与视频相机组成分体式雷视一体机使用，则导致相机与雷达的相对位置发生变化，进而严重影响两种检测设备的目标融合效果。目前一般的解决方案是为设备加装陀螺仪、加速度计等感知组件，但会造成产品成本显著增加。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的问题，提供一种交通雷达安装偏角预警方法，在不增加硬件成本的情况下，仅通过软件计算，由数学模型和现场采样的目标回波信号强度结果，计算获得雷达当前俯仰角。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种交通雷达安装偏角预警方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1，根据发射天线的俯仰角方向图，进行数学建模，建立发射天线俯仰角方向图的归一化数学模型M1：θ＝f(P)，其中θ为雷达俯仰角，P为天线辐射功率；

步骤2，选定某一位置作为标定检测点，使雷达法线指向该标定检测点，采样该点处目标的接收信号强度P’，并进行统计分析，获得统计分析结果C；

步骤3，将所述统计分析结果C作为归一化系数，对模型M1进行逆归一化，得到模型M2；

步骤4，实时累积采样所述标定检测点处目标的接收信号强度P”，进行统计分析，获得P”的统计分析结果A；

步骤5，将P”的统计分析结果A代入模型M2，获取雷达的当前俯仰角信息，若检测到雷达俯仰角变化量超出设定阈值，则发出预警信息。

进一步地，步骤2中所述统计分析结果C通过现场标定方法确定，具体为：将雷达法线方向对准标定检测点上的检测目标，记录全部或部分检测目标的接收信号强度P’，之后选择全部或部分检测目标，进行统计分析，获得P’的统计分析结果C。

进一步地，步骤2中所述统计分析结果C通过经验值方法获得，具体为：对历史获得的雷达检测数据或标定数据进行统计分析，获得雷达法线方向对准标定检测点上的检测目标时，接收信号强度P’的统计分析结果C。

进一步地，步骤2中进行统计分析，包括但不限于对采样数据进行均值或众数计算方法。

进一步地，步骤1中归一化数学模型M1可由多个函数式表达，标定时可采样多个俯仰角数据进行标定。

进一步地，步骤5中所述雷达俯仰角变化量为雷达当前俯仰角与交通雷达刚安装完成后的俯仰角的差值。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：在不增加硬件成本的情况下，仅通过软件计算，由数学模型和现场采样的目标回波信号强度结果，计算获得雷达当前俯仰角。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是本发明交通雷达安装偏角预警方法的流程图。

图2是雷达俯仰角及主瓣波束示意图。

图3是标定检测点位置示意图。

图4是天线方向图，即发射天线辐射功率P与俯仰角θ的归一化数学模型示意图。

图5是接收信号强度P”与俯仰角θ的归一化数学模型示意图。

图6是接收信号强度P”与俯仰角θ的数学模型示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在一个实施例中，基于图2，提供了一种交通雷达安装偏角预警方法，如图1所示所述方法包括以下步骤：

步骤1，根据发射天线的俯仰角方向图，进行数学建模，建立发射天线俯仰角方向图的归一化数学模型M1：θ＝f(P)，其中θ为雷达俯仰角，P为天线辐射功率；

这里，根据雷达散射截面(RCS)的定义：雷达入射方向上单位立体角内返回散射功率与目标截状的功率密度之比，用入射场的功率密度归一化表示。可知，对于位置相同，RCS相同的目标，雷达对其照射时，雷达接收到的回波信号强度P’与雷达发射功率P存在如下关系：

P’＝kP，k为常数

由式可知，雷达照射某一固定位置、RCS相同的目标时，接收该目标回波信号强度的归一化曲线θ＝f(P’)的形状与模型M1相同。

为方便、清晰的说明本发明内容，以特例型式进行说明：假定图4中，在感兴趣的角度范围内(φ1～φ2)，发射天线俯仰角方向图的数学模型M1为抛物线形状，符合以下函数关系：

步骤2，在雷达检测区域范围内，选定某一位置作为标定检测点如图3所示，使雷达法线指向该标定检测点，采样该点处目标的接收信号强度P’，并进行统计分析，获得统计分析结果C；

这里，所述目标包括但不限于机动车、非机动车、行人、路面静态目标。

这里，所述统计分析结果C可通过现场标定方法或经验值方法获得：

现场标定方法：将雷达法线方向对准该标定检测点上的检测目标(机动车)，记录全部或部分检测目标的接收信号强度P’。在交通场景下，该标定检测点可选择位于实线车道线内。通常，经过该点的机动车目标类型相似但有区别，可根据算法偏好选择全部或部分检测目标，进行统计分析，获得P’的统计分析结果C。

经验值方法：通过对历史获得的雷达检测数据或标定数据进行统计分析，获得雷达法线方向对准该标定检测点上的检测目标(机动车)时，接收信号强度P’的统计分析结果C。

使用现场标定方法或经验值方法进行统计分析时，包括但不限于均值、众数等方法。

在本实施例中，模型M1仅用一个函数式表达，若需多个函数式表达，标定时可采样多个俯仰角数据进行标定。

步骤3，将所述统计分析结果C作为归一化系数，对模型M1进行逆归一化，得到模型M2；

步骤4，实时累积采样所述标定检测点处目标的接收信号强度P”，进行统计分析，获得P”的统计分析结果A；

这里，实时累积采样为：以一定时间间隔多次采样，消除外在因素(如目标类型不同)以及采样误差的影响。

这里，统计分析结果A可由全部或部分采样数据的均值、众数等计算方法获得。

在交通场景下，雷达从不同方向照射目标(如机动车)，目标的RCS特征将不同。检测目标的RCS特征除了与雷达俯仰角相关，也与雷达水平角相关。为保证检测目标接收信号强度采样结果P”的一致性，在采样期间内，雷达的水平角不应发生明显改变。检测雷达水平角变化的方法之一是绘制车辆行驶的热力图，通过热力图中心线的偏角变化，获得雷达水平角度的偏移量。若该偏移量超过设定阈值，则可能导致俯仰角检测结果不准确。

为保证采样数据的一致性，该固定采样点的位置在整个采样周期内不应改变。

步骤5，将P”的统计分析结果A代入模型M2，获取雷达的当前俯仰角信息。若A变化，则θ也将变化。如图5和图6，在感兴趣的角度范围内(φ1～φ2)，已知纵轴A数值，可获得横轴俯仰角θ结果。雷达安装完成后，持续采样、分析、计算获得雷达当前俯仰角，并记录雷达刚安装完成后的俯仰角信息α。比较雷达正常运行过程中的实时俯仰角θ与α的差值，若差值超过设定阈值，则输出报警信息。

在一个实施例中，提供了一种交通雷达安装偏角预警系统，所述系统包括：

第一模块，用于根据发射天线的俯仰角方向图，进行数学建模，建立发射天线俯仰角方向图的归一化数学模型M1：θ＝f(P)，其中θ为雷达俯仰角，P为天线辐射功率；

第二模块，用于选定某一位置作为标定检测点，使雷达法线指向该标定检测点，采样该点处目标的接收信号强度P’，并进行统计分析，获得统计分析结果C；

第三模块，用于将所述统计分析结果C作为归一化系数，对模型M1进行逆归一化，得到模型M2；

第四模块，用于实时累积采样所述标定检测点处目标的接收信号强度P”，进行统计分析，获得P”的统计分析结果A。

第五模块，用于将P”的统计分析结果A代入模型M2，获取雷达的当前俯仰角信息，若检测到雷达俯仰角变化量超出设定阈值，则发出预警信息。

关于交通雷达安装偏角预警系统的具体限定可以参见上文中对于交通雷达安装偏角预警方法的限定，在此不再赘述。上述交通雷达安装偏角预警系统中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现以下步骤：

步骤1，根据发射天线的俯仰角方向图，进行数学建模，建立发射天线俯仰角方向图的归一化数学模型M1：θ＝f(P)，其中θ为雷达俯仰角，P为天线辐射功率；

步骤2，选定某一位置作为标定检测点，使雷达法线指向该标定检测点，采样该点处目标的接收信号强度P’，并进行统计分析，获得统计分析结果C；

步骤3，将所述统计分析结果C作为归一化系数，对模型M1进行逆归一化，得到模型M2；

步骤4，实时累积采样所述标定检测点处目标的接收信号强度P”，进行统计分析，获得P”的统计分析结果A；

步骤5，将P”的统计分析结果A代入模型M2，获取雷达的当前俯仰角信息，若检测到雷达俯仰角变化量超出设定阈值，则发出预警信息。

关于每一步的具体限定可以参见上文中对于交通雷达安装偏角预警方法的限定，在此不再赘述。

在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

步骤1，根据发射天线的俯仰角方向图，进行数学建模，建立发射天线俯仰角方向图的归一化数学模型M1：θ＝f(P)，其中θ为雷达俯仰角，P为天线辐射功率；

步骤2，选定某一位置作为标定检测点，使雷达法线指向该标定检测点，采样该点处目标的接收信号强度P’，并进行统计分析，获得统计分析结果C；

步骤3，将所述统计分析结果C作为归一化系数，对模型M1进行逆归一化，得到模型M2；

步骤4，实时累积采样所述标定检测点处目标的接收信号强度P”，进行统计分析，获得P”的统计分析结果A；

步骤5，将P”的统计分析结果A代入模型M2，获取雷达的当前俯仰角信息，若检测到雷达俯仰角变化量超出设定阈值，则发出预警信息。

关于每一步的具体限定可以参见上文中对于交通雷达安装偏角预警方法的限定，在此不再赘述。

本发明提出的方法，可在不增加硬件成本的情况下，仅通过软件计算，由数学模型和现场采样的目标回波信号强度结果，计算获得雷达当前俯仰角。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。