一种有效的多雷达级联标定方法及系统与流程

1.本发明涉及目标标定技术领域，特别是涉及一种有效的多雷达级联标定方法及系统。


背景技术：

2.在智能交通领域，隧道内多目标接力跟踪时，目标接力跟踪需要将所有的目标点转换到全局坐标系下，而将所有的目标点转换到全局坐标系，是需要知道每个雷达坐标系与全局坐标系的平移与旋转关系。
3.然而，由于隧道内无法获取卫星信号，那么就无法获取隧道内雷达的坐标，从而无法实现雷达坐标系到全局坐标系的平移量。同样，由于隧道的特殊环境，没有方便快捷的方式可以获取雷达坐标系到全局坐标系的旋转量。
4.因此，如何在无法获取卫星信号的隧道内，快速获取雷达坐标系到全局坐标系的平移量和旋转量，从而实现将所有的目标点转换到全局坐标系将是需要解决的问题。


技术实现要素：

5.本发明为克服上述现有技术中在无法获取卫星信号的隧道内，无法获取隧道内雷达的坐标，从而无法实现雷达坐标系到全局坐标系的平移量，同时没有方便快捷的方式可以获取雷达坐标系到全局坐标系的旋转量的问题，提供一种有效的多雷达级联标定方法及系统。
6.为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
7.一种有效的多雷达级联标定方法，包括步骤：
8.s10.从多个雷达中确定一个雷达为目标雷达，将目标雷达坐标系设为全局坐标系；
9.s20.计算相邻两个雷达之间的重叠区域；
10.s30.从重叠区域内获取两个目标点，并获取两个目标点分别在两个雷达坐标系下的坐标点；
11.s40.根据两个目标点分别在两个雷达坐标系下的坐标点计算两个雷达坐标系之间的转换关系；
12.s50.重复执行步骤s20-s40，根据相邻两个雷达坐标系之间的转换关系得到各个雷达到全局坐标系的转换关系。
13.进一步的，作为优选技术方案，还包括：
14.s60.根据各个雷达到全局坐标系的转换关系，将所有雷达检测到的目标点转换成全局坐标，从而实现目标物的全程的接力跟踪。
15.进一步的，作为优选技术方案，目标雷达的确定具体为：
16.沿多个雷达的探测方向选择第一个雷达或者最后一个雷达为目标雷达。
17.进一步的，作为优选技术方案，相邻两个雷达之间的重叠区域通过雷达的pov、雷
达的最远有效距离以及安装雷达的道路工况计算。
18.进一步的，作为优选技术方案，所述道路工况包括直道、弯道和坡道。
19.进一步的，作为优选技术方案，步骤s30中的两个目标点为固定安装在重叠区域内的两个角反射器。
20.进一步的，作为优选技术方案，s40具体包括：
21.通过旋转矩阵和平移矩阵根据两个目标点分别在两个雷达坐标系下的坐标点计算两个雷达坐标系之间的旋转角度和平移量。
22.进一步的，作为优选技术方案，所述旋转角度和平移量具体通过以下公式计算：
[0023][0024][0025]
其中，θ为两个雷达坐标系之间的旋转角度；
[0026]
根据公式(1)和(2)计算得到
[0027]
其中，a＝p
a1x-p
a2x
，b＝p
a1y-p
a2y
，a＝p
d1x-p
d2x
，b＝p
b1y-p
b2y
，(pa1x，pa1y)，(pa2x，pa2y)，(pb1x，pb1y)，(pb2x，pb2y)分别为两个目标点在两个雷达坐标系下的坐标点，为两个雷达坐标系之间的平移量。
[0028]
一种有效的多雷达级联标定系统，应用于隧道中，包括：
[0029]
多个毫米波雷达模块，沿隧道的长度方向均匀分布于隧道中，用于对多目标进行接力跟踪；
[0030]
以及计算、标定模块，与所述毫米波雷达模块相连，用于雷达坐标系和全局坐标系的建立，计算雷达坐标系与全局坐标系之间的转换关系，实现多个毫米波雷达模块级联标定，根据雷达坐标系与全局坐标系之间的转换关系将所有毫米波雷达模块检测到的目标点转换成全局坐标，实现对多目标进行接力跟踪。
[0031]
进一步的，作为优选技术方案，所述计算、标定模块还用于根据毫米波雷达模块的pov、毫米波雷达模块的最远有效距离以及安装毫米波雷达模块的道路工况计算相邻两个毫米波雷达模块之间的重叠区域，并根据重叠区域内的目标点分别在两个雷达标系下的坐标点计算相邻两个雷达坐标系之间的转换关系。
[0032]
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
[0033]
本发明通过计算相邻两个雷达的重叠区域，从重叠区域内获取两个目标点，并获取两个目标点分别在两个雷达坐标系下的坐标点，并根据两个目标点分别在两个雷达坐标系下的坐标点计算两个雷达坐标系之间的转换关系，从而得到各个雷达到全局坐标系的转换关系，再根据各个雷达到全局坐标系的转换关系，将所有雷达检测到的目标点转换成全局坐标，从而实现目标物的全程的接力跟踪，以解决无法获取卫星信号的隧道内，无法获取
隧道内雷达的坐标，从而无法实现雷达坐标系到全局坐标系的平移量和旋转角度，无法实现目标接力跟踪将所有的目标点转换到全局坐标系下的问题。
附图说明
[0034]
图1为本发明方法步骤流程图。
[0035]
图2为本发明雷达应用场景示意图；
[0036]
图3为本发明目标点采集示意图。
[0037]
图4为本发明系统框图。
[0038]
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的；相同或相似的标号对应相同或相似的部件；附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
具体实施方式
[0039]
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征更易被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围作出更为清楚的界定。
[0040]
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
[0041]
此外，若有“第一”、“第二”等术语仅用于描述目的，主要是用于区分不同的装置、元件或组成部分(具体的种类和构造可能相同也可能不同)，并非用于表明或暗示所指示装置、元件或组成部分的相对重要性和数量，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。
[0042]
实施例1
[0043]
本实施例为克服现有技术中在无法获取卫星信号的隧道内，无法获取隧道内雷达的坐标，从而无法实现雷达坐标系到全局坐标系的平移量，同时没有方便快捷的方式可以获取雷达坐标系到全局坐标系的旋转量的问题，公开一种有效的多雷达级联标定方法。
[0044]
本实施例公开的一种有效的多雷达级联标定方法，如图1所示，包括步骤：
[0045]
s10.从多个雷达中确定一个雷达为目标雷达，将目标雷达坐标系设为全局坐标系。
[0046]
在本实施例中，多个雷达沿隧道的长度方向均匀分布于隧道中，用于对多目标进行接力跟踪。
[0047]
作为优选实施例，目标雷达的确定具体为：
[0048]
沿多个雷达的探测方向选择第一个雷达或者最后一个雷达为目标雷达。
[0049]
举例说明，参见图2，雷达的数量为3个，分别为雷达a、雷达b和雷达c，每个雷达均有一个坐标系，此时，选择雷达a为目标雷达，将雷达a的坐标系设为全局坐标系。
[0050]
s20.计算相邻两个雷达之间的重叠区域。
[0051]
在本实施例中，相邻两个雷达之间的重叠区域通过雷达的pov、雷达的最远有效距
离以及安装雷达的道路工况计算。
[0052]
s30.从重叠区域内获取两个目标点，并获取两个目标点分别在两个雷达坐标系下的坐标点。
[0053]
在本实施例，采集的两个目标点为不重叠的两个点。
[0054]
作为优选实施例，可在重叠区域内固定安装两个角反射器，两个角反射器不重叠，那么两个目标点即为固定安装在重叠区域内的两个角反射器。
[0055]
故此，本步骤具体为：
[0056]
相邻两个雷达分别从重叠区域内获取两个目标点，并获取两个目标点分别在两个雷达坐标系下的坐标点。
[0057]
需要注意的是，两个雷达获取的两个目标点为同一目标。
[0058]
举例说明，参见图3，雷达的数量为3个，分别为雷达a、雷达b和雷达c，雷达a和雷达b之间的重叠区域内设有两个角反射器p1和p2，那么，从重叠区域内获取的两个目标点即为p1和p2，而两个目标点分别在雷达a和雷达b的坐标系下的坐标点为(p
a1x
,p
a1y
),(p
a2x
,p
a2y
),(p
b1x
,p
b1y
),(p
b2x
,p
b2y
)。
[0059]
s40.根据两个目标点分别在两个雷达坐标系下的坐标点计算两个雷达坐标系之间的转换关系。
[0060]
在本步骤中，两个雷达坐标系之间的转换关系可用两个雷达坐标系之间的旋转角度和平移量表示，故此，本步骤具体为：
[0061]
通过旋转矩阵和平移矩阵根据两个目标点分别在两个雷达坐标系下的坐标点计算两个雷达坐标系之间的旋转角度和平移量。
[0062]
在本实施例中，由于以雷达a的坐标系为全局坐标系，那么，需要计算的是雷达b与雷达a之间的旋转角度和平移量。
[0063]
在本步骤中，参见图3以及步骤s30，已知两个目标点分别在雷达a和雷达b的坐标系下的坐标点为(p
a1x
,p
a1y
),(p
a2x
,p
a2y
),(p
b1x
,p
b1y
),(p
b2x
,p
b2y
)，那么
[0064]
旋转角度和平移量具体通过以下公式计算：
[0065][0066][0067]
其中，θ为雷达b坐标系到雷达a坐标系的旋转角度。
[0068]
根据公式(1)和(2)计算得到
[0069]
其中，a＝p
a1x-p
a1x
，b＝p
a1y-p
a1y
，a＝p
b1x-p
b2x
，b＝p
b1y-p
b2y
，(p
a1x
，p
a1y
)，(p
a2x
，p
a2y
)，(p
b1x，
p
b1y
)，(p
b2x
，p
b2y
)分别为两个目标点p1和p2在雷达a和雷达b的坐标系下的坐标点，为雷达b坐标系到雷达a坐标系的平移量。
[0070]
s50.重复执行步骤s20-s40，根据相邻两个雷达坐标系之间的转换关系得到各个
雷达到全局坐标系的转换关系。
[0071]
在本实施例中，雷达的数量为3个，分别为雷达a、雷达b和雷达c，上述步骤s20-s40中，计算得到雷达b与雷达a之间的旋转角度和平移量，那么，重复执行步骤s20-s40，计算得到雷达c与雷达b之间的旋转角度和平移量，进而可以得到雷达c与雷达a之间的旋转角度和平移量。
[0072]
即，参见步骤s40，雷达c与雷达b之间的旋转角度和平移量通过以下公式计算：
[0073][0074][0075]
其中，θ
′
为雷达c坐标系到雷达b坐标系的旋转角度。
[0076]
其中，为雷达c与雷达b坐标系之间的平移量，(p
b1x
，p
b1y
)，(p
b2x
，p
b2y
)，(p
c1x
，p
c1y
)，(p
c2x
，p
c2y
)分别为两个目标点p1和p2在雷达b和雷达c的坐标系下的坐标点，为雷达c坐标系到雷达b坐标系的平移量。
[0077]
通过上述公式(1)、(2)、(3)和(4)得到雷达c与雷达a之间的旋转角度和平移量的计算公式为：
[0078][0079][0080]
故此，当雷达的数量大于3个时，再次重复上述步骤，从而得到各个雷达到全局坐标系的转换关系。
[0081]
s60.根据各个雷达到全局坐标系的转换关系，将所有雷达检测到的目标点转换成全局坐标，从而实现目标物的全程的接力跟踪。
[0082]
在本步骤中，已知各个雷达到全局坐标系的转换关系，那么可将所有雷达检测到的目标点转换成全局坐标，从而实现目标物的全程的接力跟踪。
[0083]
实施例2
[0084]
本实施例公开了一种有效的多雷达级联标定方法，其在实施例1的基础上进一步公开了相邻两个雷达之间的重叠区域的计算。
[0085]
在本实施例中，参见图2，相邻两个雷达之间的重叠区域是通过雷达的pov、雷达的最远有效距离以及安装雷达的道路工况计算。
[0086]
而道路工况包括直道、弯道和坡道等，不同的道路存在不同的宽度、曲率和坡度，而道路工况决定了雷达的安装外参。
[0087]
例如，相邻两雷达之间的安装距离，根据雷达的规格参数以及隧道的宽度和弯度确定。
[0088]
在本实施例中，雷达的数量根据隧道的长度以及相邻两雷达之间的安装距离确定，且由于隧道并非为一条水平线，故此，每两个雷达之间的重叠区域并不一定相同。
[0089]
当雷达的数量大于两个时，相邻两雷达之间的重叠区域需要分别计算。
[0090]
举例说明，参见图2，雷达的数量为3个，分别为雷达a、雷达b和雷达c，雷达a、雷达b和雷达c的安装外参均不同，那么雷达a和雷达b之间的重叠区域，以及雷达b和雷达c之间的重叠区域均需要计算的。
[0091]
在本实施例中，由于雷达为多个，而每个雷达的安装外参均不同，故此，所计算的重叠区域也不相同。
[0092]
在本实施例中，相邻两雷达之间的重叠区域的计算过程为现有技术，鉴于其涉及到的道路工况复杂多变，在此仅对直道情况进行举例说明。
[0093]
相邻两雷达之间的重叠区域的计算具体为：
[0094]
根据雷达的安装高度和安装俯仰角计算相邻两个雷达之间的重叠区域的纵向取值范围。
[0095]
而相邻两个雷达之间的重叠区域的纵向取值范围通过以下公式计算：
[0096]
(h2*tan(pi/2-(a-b)),min(sqrt(l1^2-h1^2),tan(pi/2-d+c)*h1))；
[0097]
其中，h1和h2分别为两个雷达的安装高度，a代表后一个雷达的垂直fov下限绝对值，b代表后一个雷达的安装俯仰角，c代表前一个雷达的垂直fov上限绝对值，l1代表前一个雷达的最远有效距离，d代表前一个雷达的安装俯仰角。
[0098]
举例说明，本实施例计算的相邻两个雷达之间的重叠区域的纵向取值范围，即为附图2中的雷达a和雷达b之间的重叠区域的(m1，m2)的取值范围。
[0099]
那么，公式(h2*tan(pi/2-(a-b)),min(sqrt(l1^2-h1^2),tan(pi/2-d+c)*h1))中的h1为雷达a的安装高度，h2为雷达b的安装高度，a代表雷达b的垂直fov下限绝对值，b代表雷达b的安装俯仰角，c代表雷达a的垂直fov上限绝对值，l1代表雷达a的最远有效距离，d代表雷达a的安装俯仰角。
[0100]
本实施例在使用时可根据具体的道路工况确定具体的计算方案。
[0101]
实施例3
[0102]
本实施例公开了一种有效的多雷达级联标定系统，其采用实施例1和实施例2所述的一种有效的多雷达级联标定方法，获取安装在无法获取卫星信号的隧道内的多个雷达之间的转换关系，从而可以方便快捷的获取雷达坐标系到全局坐标系之间的旋转角度和平移量，进而实现将所有雷达检测到的目标点转换成全局坐标，实现目标物的全程的接力跟踪。
[0103]
本实施例公开的一种有效的多雷达级联标定系统，如图4所示：包括多个毫米波雷达模块和计算、标定模块，多个毫米波雷达模块和计算、标定模块连接。
[0104]
在本实施例中，多个毫米波雷达模块沿隧道的长度方向均匀分布于隧道中，用于对多目标进行接力跟踪。
[0105]
计算、标定模块与所述毫米波雷达模块相连，用于雷达坐标系和全局坐标系的建立，计算雷达坐标系与全局坐标系之间的转换关系，实现多个毫米波雷达模块级联标定，根据雷达坐标系与全局坐标系之间的转换关系将所有毫米波雷达模块检测到的目标点转换成全局坐标，实现对多目标进行接力跟踪。
[0106]
另外，该计算、标定模块还用于根据毫米波雷达模块的pov、毫米波雷达模块的最
远有效距离以及安装毫米波雷达模块的道路工况计算相邻两个毫米波雷达模块之间的重叠区域，并根据重叠区域内的目标点分别在两个雷达标系下的坐标点计算相邻两个雷达坐标系之间的转换关系。
[0107]
本实施例的实现过程参见实施例1和实施例2，本实施例不在进行过多阐述。
[0108]
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。