高精度的雷达测距系统及方法与流程

本发明涉及测量领域，尤其涉及一种高精度的雷达测距系统及方法。

背景技术：

目前，对于测距技术而言，需要依靠一系列的传感器相互协调作用。而不同的传感器都有各自的优缺点，到目前为止，尚未出现一种可以完全满足环境建模需要的传感器。所以对各传感器的信息融合是环境建模的有效手段，以利于利用多种传感器获得冗余信息，以准确感知周围环境，为环境建模提供精确的数据。在环境感知技术中，超声波测距占有重要地位。超声波传感器作为一种相对廉价的距离信息传感器，具有体积小，成本低，容易部署等优点，其测距范围一般在0.3米到10米之间，精度能达到毫米级别。由于使用超声波进行测距，所以不受外部环境光线的影响，可在夜晚正常工作，受到雨雪、扬尘等恶劣条件影响较小。其量程与精度正好适合小范围内的环境建模。因此，超声波传感器可以作为机器人的主要测距传感器。因此提高超声波测距设备的工作性能，对于智能机器人的环境感知，环境建模，路径规划以及自主移动具有重要意义。

但是，现有的超声波测距存在以下缺陷：

1、市面上的超声波测距会出现实时性较差的问题；

2、容易受到自然干扰源的干扰、且多个设备之间会相互干扰，抗干扰弱。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种高精度的雷达测距系统及方法，其能解决实时性较差及抗干扰弱的问题。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

一种高精度的雷达测距系统，包括用于发出脉冲信号的脉冲雷达、用于去除信道中的杂质信号的相干滤波器、用于接收脉冲信号的雷达传感器、mcu控制单元、信息采集单元及触摸显示屏，所述脉冲雷达与所述相干滤波器连接，所述相干滤波器与所述mcu控制单元连接，所述信息采集单元与所述mcu控制单元交互，所述信息采集单元与所述雷达传感器交互，所述脉冲雷达朝向距离物发出脉冲信号，经反弹后的脉冲信号通过所述相干滤波器过滤后，传输至所述雷达传感器，所述雷达传感器生成距离信息并发送至所述mcu控制单元，所述mcu控制单元与上位机交互，所述mcu控制单元与所述触摸显示屏交互。

进一步地，所述mcu控制单元设置有串行外设接口，所述雷达传感器与所述mcu控制单元通过所述串行外设接口连接。

进一步地，所述脉冲雷达发出的频率为40-80ghz。

进一步地，所述脉冲雷达发出的频率为60ghz。

进一步地，所述mcu控制单元设置有串口通信模组，所述mcu控制单元通过所述串口通信模组与所述上位机交互。

进一步地，所述雷达传感器的型号为a111-001-tyxm112。

一种高精度的雷达测距方法，应用于高精度的雷达测距系统，所述高精度的雷达测距系统包括用于发出脉冲信号的脉冲雷达、用于去除信道中的杂质信号的相干滤波器、用于接收脉冲信号的雷达传感器、mcu控制单元、信息采集单元及触摸显示屏，包括以下步骤：

信号发出步骤：确定测距物体并发出脉冲雷达发出40-80ghz的脉冲信号；

反弹过滤步骤：脉冲信号遇到物体后反弹，相干滤波器接收脉冲信号进行过滤，形成过滤信号；

反弹接收步骤：雷达传感器接收过滤信号形成距离信息，距离信息发送至信息采集单元；

传输步骤：mcu控制单元与mcu控制单元交互并发送距离信息到上位机。

进一步地，在所述信号发出步骤中，脉冲雷达发出60ghz的脉冲信号。

进一步地，在所述反弹过滤步骤中，对过滤信号进行二次验证，判断是否属于有效信息，若是，执行反弹接收步骤，若否，返回信号发出步骤。

进一步地，在所述传输步骤中，通过触摸显示屏进行信息管理，并将管理信息发送至mcu控制单元。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

所述相干滤波器与所述mcu控制单元连接，所述信息采集单元与所述mcu控制单元交互，所述信息采集单元与所述雷达传感器交互，所述脉冲雷达朝向距离物发出脉冲信号，经反弹后的脉冲信号通过所述相干滤波器过滤后，传输至所述雷达传感器，所述雷达传感器生成距离信息并发送至所述mcu控制单元，所述mcu控制单元与上位机交互，所述mcu控制单元与所述触摸显示屏交互。通过脉冲雷达、相干滤波器、雷达传感器、mcu控制单元、信息采集单元的配合解决了实时性较差及抗干扰能力较弱的问题。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为本发明高精度的雷达测距系统中一较佳实施例的结构框图；

图2为高精度的雷达测距方法的流程图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，一种高精度的雷达测距系统，包括用于发出脉冲信号的脉冲雷达、用于去除信道中的杂质信号的相干滤波器、用于接收脉冲信号的雷达传感器、mcu控制单元、信息采集单元及触摸显示屏，所述脉冲雷达与所述相干滤波器连接，所述相干滤波器与所述mcu控制单元连接，所述信息采集单元与所述mcu控制单元交互，所述信息采集单元与所述雷达传感器交互，所述脉冲雷达朝向距离物发出脉冲信号，经反弹后的脉冲信号通过所述相干滤波器过滤后，传输至所述雷达传感器，所述雷达传感器生成距离信息并发送至所述mcu控制单元，所述mcu控制单元与上位机交互，所述mcu控制单元与所述触摸显示屏交互。通过脉冲雷达、相干滤波器、雷达传感器、mcu控制单元、信息采集单元的配合解决了实时性较差及抗干扰能力较弱的问题。

具体的，所述相干滤波器的原理如下：

匹配滤波器可以等价于一个相关器，其主要作用是去除信道中的白噪声影响。计算两个信号的关联程度，或者说相似程度：

rxy(τ)的值越大，则表示x(t)和y(t)相似程度越高。假设要从x(t)要检测出有用信号s(t)，

rxy(τ)＝<x(t)，y(t-τ)>。

做如下变换假设x(t)，s(t)为两个空间向量x，s，t是[t0，t1]时间宽度，维度等于抽样点数，连续的话就是无穷维：

rxs(τ)＝<x(t)，s(t)>；

|<x(t)，s(t)>|≤||x(t)||·||s(t)||。

转化为求<x(t)，s(t)>最大范数，运用柯西-施瓦茨不等式，在||s(t)||值一定的情况下当x(t)和s(t)线性相关时，等式成立，对于一维函数来讲，有如下关系当x(t)＝ks(t)时，即取有用信号s(t)自身做匹配滤波器的模板，可以得到最大的相关性输出。换句话说，s(t)和与自己的有尺度变换的信号相关性是最强的。

优选的，所述mcu控制单元设置有串行外设接口，所述雷达传感器与所述mcu控制单元通过所述串行外设接口连接。所述脉冲雷达发出的频率为40-80ghz。具体的，在本实施例中，所述脉冲雷达发出的频率为60ghz。通过串口或网口上传到用户服务器，测量结果会显示在设备自带的显示器上，使用简便，信号针对性强。采用60ghz雷达，不受任何自然干扰源的干扰，例如噪声，灰尘，颜色以及直接或间接的光；多台设备之间更不会测试相互干扰。

优选的，所述mcu控制单元设置有串口通信模组，所述mcu控制单元通过所述串口通信模组与所述上位机交互。所述雷达传感器的型号为a111-001-tyxm112。

请参阅图2，一种高精度的雷达测距方法，应用于高精度的雷达测距系统，所述高精度的雷达测距系统包括用于发出脉冲信号的脉冲雷达、用于去除信道中的杂质信号的相干滤波器、用于接收脉冲信号的雷达传感器、mcu控制单元、信息采集单元及触摸显示屏，包括以下步骤：

信号发出步骤：确定测距物体并发出脉冲雷达发出40-80ghz的脉冲信号；在所述信号发出步骤中，脉冲雷达发出60ghz的脉冲信号。

反弹过滤步骤：脉冲信号遇到物体后反弹，相干滤波器接收脉冲信号进行过滤，形成过滤信号；在所述反弹过滤步骤中，对过滤信号进行二次验证，判断是否属于有效信息，若是，执行反弹接收步骤，若否，返回信号发出步骤。

反弹接收步骤：雷达传感器接收过滤信号形成距离信息，距离信息发送至信息采集单元；

传输步骤：mcu控制单元与mcu控制单元交互并发送距离信息到上位机。在所述传输步骤中，通过触摸显示屏进行信息管理，并将管理信息发送至mcu控制单元。通过脉冲雷达、相干滤波器、雷达传感器、mcu控制单元、信息采集单元的配合解决了实时性较差及抗干扰能力较弱的问题。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。