[發明專利]一種采用毫米波雷達的道閘防砸系統和方法

有效

• 申請號: 202010577654.6
• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN111830508B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 孫忠勝;王俊
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01S13/931
• 分類號: G01S13/931;G01S7/41;E01F13/04
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

本發明涉及一種采用毫米波雷達的道閘防砸系統和方法，系統包括射頻前端、模數轉換單元ADC、信號處理單元、邏輯判斷單元、輸出接口以及電源控制部分。該方法包括以下步驟：1、接收雷達回波進行積累；2、在快時間維進行FFT計算；3、采用數字波束形成技術進行空域濾波，獲得回波角度信息；4、在距離?角度數據上進行CFAR目標檢測；5、對檢測得到的目標點進行慢時間維FFT，得到目標多普勒；6、計算目標點的距離、角度、速度，并進行極坐標到直角坐標的轉換；7、剔除虛假目標點。本發明不僅能提高目標檢測概率，而且能夠對車輛和行人進行識別，在提高道閘通行效率的同時，簡化安裝施工，降低使用成本。

技術領域

本發明屬于道閘雷達自動落桿防砸應用領域，具體涉及道閘雷達動、靜目標檢測系統和方法。

背景技術

隨著智能交通的發展，道閘已經廣泛應用于停車場、公路收費站、小區、企事業單位等的車輛出入管理系統中。傳統的道閘落桿控制傳感器包括地感線圈、紅外對管等。紅外傳感器探測范圍比較狹窄，對安裝精度要求高，容易受環境變化的影響，在有異物遮擋時易發生誤報。而地感線圈無法識別人和車輛，容易發生砸人事故。另外地感線圈的另一個明顯的劣勢是安裝施工需要切割地面，不僅周期長、成本高，而且后期維護也比較麻煩。

使用毫米波雷達作為道閘自動落桿傳感器，可以有效避免上述現有傳感器存在的問題。毫米波道閘雷達不僅能夠識別車輛和行人，可有效防止道閘桿砸人、砸車事故的發生，而且毫米波雷達測距、測速精度高，不受光照影響，受雨、雪、霧等天氣因素影響較小，可以全天時、全天候工作，環境適應性好，抗干擾能力強，探測性能穩定可靠。另外，道閘雷達安裝施工簡單，基本能夠做到上電即可工作，后期維護容易，使用成本低廉。

對于道閘自動落桿場景，使用毫米波傳感器面臨一些需要解決的難點問題。一是人和車輛兩種目標需要檢驗和分類；二是車輛在等待抬桿的過程中可能處于靜止狀態，因此運動目標和靜止目標都需要檢測，這對于靜止地面雜波的抑制不利；三是道閘桿處于雷達波束范圍內，在起落過程中會調制雷達回波，產生多普勒效應，這會對目標檢測造成嚴重干擾，特別是對于柵欄桿和廣告桿，干擾更為嚴重，廣告桿的雜波在一定方位內甚至可能會淹沒目標。道閘桿的存在對于目標檢測是一個挑戰，也是本發明要重點解決的問題。

毫米波道閘雷達主要包括射頻前端、模數轉換單元、信號處理單元、邏輯判斷單元以及輸出接口等部分組成。道閘雷達主動發射電磁波，電磁波經目標反射后被雷達接收，經過對回波信號進行處理，檢測目標并估計目標的距離、速度、角度等信息；通過對估計信息進行分析，判斷目標有無、目標類型，并確定目標所處的位置，最終輸出落桿控制信號。

發明內容

本發明的目的是解決道閘系統中傳統自動落桿控制傳感器存在的某些問題，例如地感線圈安裝施工復雜，紅外傳感器視場范圍小、易受干擾等。本發明使用毫米波雷達作為道閘自動落桿傳感器，通過設計目標檢測方法和目標參數估計方法，抑制環境雜波干擾，實現對大視場范圍內的動態和靜態車輛以及人的檢測和識別，為道閘落桿提供穩定可靠的控制信號。

道閘防砸雷達的系統組成如圖1所示，主要包括射頻前端、模數轉換單元(ADC)、信號處理單元、邏輯判斷單元、輸出接口以及電源控制等部分。其中，射頻前端由發射天線、接收天線以及微波集成電路(MMIC)組成；MMIC完成發射信號的頻率調制以及接收信號的解調頻，發射天線和接收天線分別負責信號的發射和接收。ADC將解調頻后的雷達回波信號轉換為數字信號，并將數字信號存于緩存器中。信號處理單元對回波數字信號進行處理，提取出回波信號中包含的目標信息，并將此信息發送給邏輯判斷單元。邏輯判斷單元根據接收的目標信息對當前空間環境中的目標狀態進行分析判斷，給出是否落桿的控制信號，此控制信號經由輸出接口電路發送給道閘落桿執行機構。

在道閘雷達系統中，信號處理模塊是關鍵環節，采用空域濾波技術的信號處理算法是本發明的一項重要內容，其信號處理流程如圖3所示，具體步驟為：