一种基于毫米波雷达的道路车辆检测系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113093191A(43)申请公布日2021.07.09(21)申请号202110349499.7G08G1/01(2006.01)(22)申请日2021.03.31G08G1/052(2006.01)(71)申请人武汉大学地址430072湖北省武汉市武昌区珞珈山武汉大学(72)发明人陈江伟谢烁红黄玉春孟小亮王力行颜思睿(74)专利代理机构武汉科皓知识产权代理事务所(特殊普通合伙)42222代理人王琪(51)Int.Cl.G01S13/91(2006.01)G01S13/92(2006.01)G01S7/292(2006.01)G01S7/35(2006.01)权利要求书3页说明书7页附图2页(54)发明名称一种基于毫米波雷达的道路车辆检测系统(57)摘要本发明公开了一种基于毫米波雷达的道路车辆检测系统，包括毫米波雷达系统和雷达数据处理系统，所述毫米波雷达系统布置于交通信号灯横杆上，所述毫米波雷达系统主动发射电磁波信号，通过计算接收信号与发射信号的多普勒频移来提供探测目标的相对距离、相对速度以及方位角三个数据信息，然后将三个数据信息输出给数据处理系统，由数据处理系统完成信号的滤波，并最终输出车辆的位置信息和速度信息；所述的滤波包括两个步骤：有效目标初选和目标有效性检验，所述有效目标初选是利用极坐标系运算规则来剔除不在道路区域内的虚假目标，所述目标有效性检验是利用卡尔曼滤波算法来计算相邻几个周期内目标出现和移动的连续性，以此剔除噪声数据的干扰。CN113093191ACN113093191A权利要求书1/3页1.一种基于毫米波雷达的道路车辆检测系统，其特征在于：包括毫米波雷达系统和雷达数据处理系统，所述毫米波雷达系统布置于交通信号灯横杆上，所述毫米波雷达系统主动发射电磁波信号，通过计算接收信号与发射信号的多普勒频移来提供探测目标的相对距离、相对速度以及方位角三个数据信息，然后将三个数据信息输出给数据处理系统，由数据处理系统完成信号的滤波，并最终输出车辆的位置信息和速度信息；所述的滤波包括两个步骤：有效目标初选和目标有效性检验，所述有效目标初选是利用极坐标系运算规则来剔除不在道路区域内的虚假目标，所述目标有效性检验是利用卡尔曼滤波算法来计算相邻几个周期内目标出现和移动的连续性，以此剔除噪声数据的干扰。2.如权利要求1所述的一种基于毫米波雷达的道路车辆检测系统，其特征在于：所述车辆的位置信息以直角坐标系的方式表达，或者以极坐标方式表达，即包括方位角和目标到雷达的相对距离。3.如权利要求1所述的一种基于毫米波雷达的道路车辆检测系统，其特征在于：有效目标初选的具体实现方式如下；先将雷达探测目标的有效区域划分出来，设有效区域是一个由x1＝A1,x2＝A2,y1＝B1,y2＝B2所包围而成的矩形，其中A1，A2，B1，B2代表矩形的四条边在以毫米波雷达为原点的直角坐标系下的边界值，是由先验知识得到的；判别目标有效性，即判别目标是否在道路区域内的公式为：其中，r为目标与雷达的相对距离，α为目标与雷达的方位角，若某一目标的r与α符合公式(4)，即可认为其有效。4.如权利要求1所述的一种基于毫米波雷达的道路车辆检测系统，其特征在于：目标有效性检验的原理为，若连续N个周期内，待跟踪目标的位置与速度信息与利用卡尔曼滤波所得到的位置与速度信息的误差符合差限，则认为该目标为有效目标，并基于卡尔曼滤波，利用第(N‑1)周期的卡尔曼滤波结果与第N周期的观测结果得出第N周期该目标的最优信息。5.如权利要求1所述的一种基于毫米波雷达的道路车辆检测系统，其特征在于：目标有效性检验的具体实现步骤如下；①设定周期阈值N；②确定待跟踪目标，在第1个周期中，选择该周期中新出现的目标为待跟踪目标；③计算目标的预测状态向量，首先需要得到第n个周期时描述待跟踪目标的状态向量，T状态向量包括位置信息和速度信息，1≤n≤N‑1：Xn|n＝[xn|n,yn|n,vxn|n,vyn|n]，及其协方差Pn|n，其中X表示状态向量，x表示待跟踪目标在以毫米波雷达为原点的直角坐标系下的横坐标，y表示纵坐标，vx表示待跟踪目标的速度矢量在横坐标轴上的分量，vy表示在纵坐标轴上的分量，下标n|n表示加入了第n个周期的观测值后由卡尔曼滤波方法计算得到的值，若下标是n|n‑1，则表示该值是利用第(n‑1)个周期的状态向量利用卡尔曼滤波方法预测得到的值；若周期序数n＝1，则将待跟踪目标的位置坐标从极坐标系转换到直角坐标系，得到位置观测值，利用xy正交分解将待跟踪目标的位置坐标和速度矢量从极坐标系下转换到直角2CN113093191A权利要求书2/3页坐标系下，得到速度观测值，公式为：其中，r为目标与雷达的相对距离，α为目标