包括运输船和安装在运 输船上的毫米波雷达三维环境感知系统;毫米波雷达三维环境感知系统包括毫米波雷达1、 旋转机械装置10、控制单元11和数据处理单元12;旋转机械装置包10括第一旋转轴3、旋转 盘2和第二旋转轴4，第一旋转轴3竖直布置且与旋转盘2的中心固接，所述第一旋转轴3通过 第一步进电机8驱动旋转；由第二步进电机9驱动旋转的第二旋转轴4水平套装在轴承座5 内，所述轴承座5通过2个竖直布置的支撑轴6固接在旋转盘2上;所述第二旋转轴4的中点处 设置有连接部7,所述连接部7垂直于第二旋转轴4且与第二旋转轴4 一体成型，毫米波雷达1 与连接部7垂直固接;所述毫米波雷达1的自身固有扫描平面垂直于旋转盘2所在平面，且扫 描范围角为±30°;所述旋转盘2在布置支撑轴6的一侧有切口 16，切口 16所在的直线平行于 第二旋转轴4所在的直线，且任一支撑轴6与切口 16所在直线的距离小于50mm;所述第一步 进电机8和第二步进电机9均通过单片机来控制，单片机用于接收控制命令，并将控制命令 转化为控制信号发送给电机，同时根据装置的初始位置和两个步进电机转过的角度计算出 旋转机械装置的当前位置，并将旋转机械装置10的当前位置状态反馈给数据处理单元12; 所述旋转机械装置10整体在第一步进电机8的带动下面向船只前进方向18做水平180°的周 期往返运动，同时毫米波雷达1在第二步进电机9的带动下面向船只前进方向20做竖直180° 的周期往返运动；
[0088]如图5所示，数据处理单元12包括数据采集子单元13、延时修正子单元14和坐标输 出子单元15,数据采集子单元13接收毫米波雷达1测量得到的其与目标的距离值P，同时接 收单片机发送的垂直旋转角a和水平旋转角0，以及毫米波雷达1自身的扫描角9,从而获得 完整的毫米波雷达数据和扫描平面的位置;如图5所示，设毫米波雷达1测得的某一目标17 的读数为&，<1，0，0)，并定义 ：当毫米波雷达1处于水平位置时(1 = 〇°，当毫米波雷达1处于水 平位置上方时a值为正，毫米波雷达1处于水平位置下方时a值为负；当第二旋转轴4与运输 船正前方方向垂直时0 = 0°，当毫米波雷达1位于0 = 0°的右侧时0为正值，当毫米波雷达1位 于0 = 0°的左侧时0为负值；当毫米波雷达1的自身扫描方向与毫米波雷达1所在平面垂直时 0 = 〇°，当自身扫描方向位于0 = 〇°的上方时0为正值，当自身扫描方向位于0 = 〇°的下方时0 为负值。由图3可知第一旋转轴3的旋转角度卵卩为毫米波雷达1在水平方向的旋转角度。
[0089]优选地，延时效应是指，由于本装置采用的是三维度双旋转的技术方案，因此在雷 达检测波从发出到返回的过程中，雷达的位置已经发生了一定的偏移，虽然这段时间很短， 但是当旋转速度较高时，这部分的误差仍然不可忽视，这是本装置与其他固定雷达检测装 置不一样的地方，因此必须引入专用的延时修正系数。延时修正子单元14包括距离测量修 正模块、水平扫描修正模块和垂直扫描修正模块:距离测量修正模块，用于对距离值P的测 量值进行针对雷达检测波往返过程中延时效应的修正，其输出的修正因子为：
[0091]当laMil> |a2+02|且|如| > |02|时，说明装置的旋转是朝着目标点的方向运动 的，此时测得的实际值偏小，故上式采用正号，此时心>1，反之采用负号，此时AP<1;同时， 由于ti-ts是一个很小的值，因此此修正模块的具体修正值完全取决于电机的旋转周期T，旋 转越快T越小，则修正系数与1的差的绝对值越大，反之则越小。
[0092]垂直旋转修正模块，用于对垂直旋转角a进行针对雷达检测波往返过程中延时效 应的修正，其输出的修正因子当la」> |a2|时，上式取正号，否则 取负号；
[0093] 水平旋转修正模块，用于对水平旋转角0进行针对雷达检测波往返过程中延时效 应的修正，其输出的修正因亍
当|h| > |扮|时，上式取正号，否则 取负号；
[0094] 其中m为毫米波雷达1的最大可探测距离，且
用于反应检测目标17和毫米 波雷达1之间距离对延时效应的影响，目标17越靠近毫米波雷达1则延时越小，反之延时越 大;t为对该目标17雷达检测波发出的时间，t2为雷达检测波返回的时间，则|t-ts|代表了 雷达检测波往返于目标17和毫米波雷达1之间所需的时间；t为毫米波雷达1的水平旋转周 期，t2为毫米波雷达1的竖直旋转周期;a^ti时的a值，a2为t2时的a值;为ti时的0值，02为 t2时的0值;为ti时的9值，02为t2时的0值毫米波雷达的采样间隔为2°/ So
[0095] 坐标输出子单元15:经延时修正子单元修正后输出的目标空间坐标为：
[0098]数据处理单元还包括目标RCS起伏特性测量子单元，用于对目标的RCS序列变异系 数进行测量，雷达截面积(RCS)值表征接收天线方向目标反射信号的能力，通过测量目标 RCS起伏特性即可对比判别出不同的目标类型。
[0099]对于处在光学区域的复杂目标，假设由N个散射中心构成，根据雷达散射理论可 知，雷达回波可以看做是多散射中心的回波矢量合成，由于各个散射中心相对雷达的视线 角度不同，使得在矢量合成时，各自相对相位随机变化导致回波信号幅度的起伏变化，RCS 值跟随也出现起伏变化。因此雷达目标RCS对目标的姿态角变化非常敏感，目标RCS时间序 列本质上是RCS随目标方位角的变化量，是一个起伏量，则多散射中心目标的RCS表示为目 标方位角的函数：
[0101] 其中，〇1表示第i个散射中心RCS，a+0表示目标相对毫米波雷达的方位角，Ri表示第 i个散射中心相对雷达中心距离必为人为设定的参数；
[0102] 则RCS序列变异系数表示为：
，其中〇(k)表示第k次探测 目标的RCS值，RCS序列均
。将序列变异系数和方位角作为特征参数输入 目标识别系统即完成对目标的识别。
[0103] 在此实施例中，为水上运输装置设计了新的毫米波雷达三维环境感知系统，从而 实现前方水平180°和竖直方向180°的无死角扫描覆盖，且结构简单经济耐用，抗干扰能力 强;利用步进式电动机配合其它部件实现全自动控制功能，控制方便精确;针对新式旋转雷 达系统的特点以及延时效应设计了距离测量修正模块、水平扫描修正模块、垂直扫描修正 模块等修正模块，使得雷达的坐标定位功能更精确，设置Ti= 2.5s，T2 = 2.8s，毫米波雷达的 采样间隔为1.3°/s。在实现无死角检测的同时，测量误差小于0.6%，测量延时率小于 0.3%，且实时性更强;给出了精确的坐标计算方法，为自动控制和误差控制提供了基础;针 对该新型旋转机械装置，采用了新的RCS起伏特性测量装置，使得RCS变异系数的测量更加 精准，对目标识别更有利;旋转盘、旋转轴等部件的尺寸可根据具体情况灵活选取，为各种 不同大小的水上运输装置的适用性提供了条件；用毫米波雷达取代传统的光波雷达，利用 大气窗口传播时的衰减小，受自然光和热辐射源影响小，能够在恶劣的天气状况下对水面 进行有效识别并躲避障碍物，为安全行驶提供可靠保障，具有高分辨力、高精度、小天线口 径等优越性，取得了意想不到的效果。
[0104] 实施例5:
[0105] 如图1-4所示的一种具有环境感知能力的水上运输装置，包括运输船和安装在运 输船上的毫米波雷达三维环境感知系统;毫米波雷达三维环境感知系统包括毫米波雷达1、 旋转机械装置10、控制单元11和数据处理单元12;旋转机械装置包10括第一旋转轴3、旋转 盘2和第二旋转轴4，第一旋转轴3竖直布置且与旋转盘2的中心固接，所述第一旋转轴3通过 第一步进电机8驱动旋转；由第二步进电机9驱动旋转的第二旋转轴4水平套装在轴承座5 内，所述轴承座5通过2个竖直布置的支撑轴6固接在旋转盘2上;所述第二旋转轴4的中点处 设置有连接部7,所述连接部7垂直于第二旋转轴4且与第二旋转轴4 一体成型，毫米波雷达1 与连接部7垂直固接;所述毫米波雷达1的自身固有扫描平面垂直于旋转盘2所在平面，且扫 描范围角为±30° ;所述旋转盘2在布置支撑轴6的一侧有切口 16，切口 16所在的直线平行于 第二旋转轴4所在的直线，且任一支撑轴6与切口 16所在直线的距离小于50mm;所述第一步 进电机8和第二步进电机9均通过单片机来控制，单片机用于接收控制命令，并将控制命令 转化为控制信号发送给电机，同时根据装置的初始位置和两个步进电机转过的角度计算出 旋转机械装置的当前位置，并将旋转机械装置10的当前位置状态反馈给数据处理单元12; 所述旋转机械装置10整体在第一步进电机8的带动下面向船只前进方向18做水平180°的周 期往返运动，同时毫米波雷达1在第二步进电机9的带动下面向船只前进方向20做竖直180° 的周期往返运动；
[0106]如图5所示，数据处理单元12包括数据采集子单元13、延时修正子单元14和坐标输 出子单元15,数据采集子单元13接收毫米波雷达1测量得到的其与目标的距离值P，同时接 收单片机发送的垂直旋转角a和水平旋转角0，以及毫米波雷达1自身的扫描角9,从而获得 完整的毫米波雷达数据和扫描平面的位置;如图5所示，设毫米波雷达1测得的某一目标17 的读数为&，<1，0，0)，并定义：当毫米波雷达1处于水平位置时(1 = 〇°，当毫米波雷达1处于水 平位置上方时a值为正，毫米波雷达1处于水平位置下方时a值为负；当第二旋转轴4与运输 船正前方方向垂直时0 = 0°，当毫米波雷达1位于0 = 0°的右侧时0为正值，当毫米波雷达1位 于0 = 0°的左侧时0为负值；当毫米波雷达1的自身扫描方向与毫米波雷达1所在平面垂直时 0 = 〇°，当自身扫描方向位于0 = 〇°的上方时0为正值，当自身扫描方向位于0 = 〇°的下方时0 为负值。由图3可知第一旋转轴3的旋转角度卵卩为毫米波雷达1在水平方向的旋转角度。 [0107]优选地，延时效