一种基于磁异常信号的车辆运动方向检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电子行业雷达技术领域，尤其涉及一种运用磁异常信号的车辆运动方 向检测方法。
【背景技术】
[0002] 随着社会经济的发展，交通拥堵、交通事故等交通相关问题已成为世界各国面临 的共同问题，无论是发达国家，还是发展中国家，都毫无例外地承受着不断加剧的交通问题 的困扰。车流方向作为智能交通系统重要参数，是监测道路车流量、车速等路况信息的重要 指标。如何获得准确、可靠的车向（尤其十字路口）对缓解交通压力，提高道路交通的安全 性和舒适性具有重要意义。
[0003] 目前，车向检测技术主要有数字视频，微波雷达，红外传感器，声波探测器等。但上 述的方法有许多缺点，如抗干扰性低，功耗大，阴雨雾等天气条件系统工作差等。其他方法 如无线传感器网络（WSN)，它利用低功耗、小体积的磁场传感器监控道路状况，该技术的最 大优点就是灵活性。但是测量系统传感器节点供能以及测量信息的实时性限制了该技术的 广泛应用。
【发明内容】
[0004] (一）要解决的技术问题
[0005] 鉴于上述技术问题，本发明提供了一种基于磁异常信号的车辆运动方向检测方 法。
[0006] (二）技术方案
[0007] 本发明的基于磁异常信号的车辆运动方向检测方法，包括如下步骤：
[0008] 步骤A、在车辆运动范围内放置一个两轴磁场传感器，分别测量车辆运动方向和垂 直于车辆运动方向的磁异常信号；
[0009] 步骤B、将测得的所述两个方向的磁异常信号合成复信号；
[0010] 步骤C、对所述复信号求取相位；
[0011] 步骤D、对所述相位求导以得到所述磁场的磁场导数与车辆运动方向的关系；
[0012] 步骤E、根据所述磁场导数与车辆运动方向的关系，定义方向指示参数；
[0013] 步骤F、对所述方向指示参数离散化，得到离散化的方向指示参数；
[0014] 步骤G、根据所述离散化的方向指示参数判断车辆运动方向。
[0015] 根据本发明的【具体实施方式】，所述步骤D中，所述磁场的磁场导数与车辆运动方 向的关系表不为：
[0016] Θ'{!) = [Η： (/) Hx (/) - Η： {,) Hr (/)]/[/y； (/) + Hl (/)] = -βαν ,
[0017] 其中t代表目标车辆的运动时刻，v为目标车辆运动的速度，H' Jt)，（i = x，y) 为所述磁场的磁场导数，θ ' (t)为所述相位导数，β为大于0的常数，c代表目标车辆到 用于测量车辆磁异常信号的磁场传感器的最小位移，下标X，y分别表示以上所述两轴矢量 磁场传感器所在位置为原点建立的直角坐标系的x、Y轴的坐标；其中，X轴和Y轴组成的平 面为水平面。
[0018] 根据本发明的【具体实施方式】，所述步骤E、F中，定义的方向指示参数为C，且有：
[0019] C = I [Hry(t)Hx(t)-H,x(t)Hy(t)]dt
[0020] 在所述步骤F中，离散化的方向指示参数为C，^ = -"/"Μ，其中N为 总的数据长度，/// = (々'/')(j = x,y)，i为采样指数，T为采样时间间隔；
[0021] 在步骤G中，若方向指示参数为C > 0,则目标车辆沿-X轴方向运动；若方向指示 参数为C < 0,则目标车辆沿+X轴方向运动。
[0022] 根据本发明的【具体实施方式】，步骤A采用两轴矢量磁场传感器测量车辆运动方向 和垂直于车辆运动方向的磁异常信号。
[0023] 根据本发明的【具体实施方式】，所述两轴矢量磁场传感器为感应式磁场传感器或磁 通门磁场传感器。
[0024] 根据本发明的【具体实施方式】，所述两轴矢量磁场传感器所处的位置满足：检测目 标车辆在该位置所产生的信号大于该两轴矢量磁场传感器的自身噪声及地磁背景噪声。
[0025] (三）有益效果
[0026] 从上述技术方案可以看出，本发明基于磁异常信号的车辆运动方向检测方法具有 以下有益效果：
[0027] (1)本发明无需复杂的硬件，方法简便快捷、效率高；
[0028] (3)本发明仅需单一传感器节点，节省系统能耗；
[0029] (3)本发明具有一定抗噪声能力，在信噪比为9dB时能准确无误的检测车辆运动 方向；
[0030] (4)本发明在车辆靠近磁场传感器时，传感器测量数据包和，该方法同样可以准确 检测目标车辆运动方向。
【附图说明】
[0031] 图1为根据本发明的基于磁异常信号的车辆运动方向检测方法的原理示意图；
[0032] 图2是本发明的一个实施例的仿真结果图。（a)图为磁偶极子沿+X轴方向运动， (b)图为磁偶极子沿-X轴方向运动；
[0033] 图3为本发明的一个实施例的方向检测噪声抑制效果图；
[0034] 图4为本发明的一个实施例的汽车运动方向检测结果图，其中（a)图为汽车从东 向西运动，（b)图为汽车从西向东运动；
[0035] 图5为本发明的一个实施例的饱和数据检测汽车运动方向图，其中（a)图为汽车 从东向西运动，（b)图为汽车从西向东运动。
【具体实施方式】
[0036] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照 附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部 分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员 所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等 于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。实施例中提到的 方向用语，例如"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"等，仅是参考附图的方向。因此，使用的 方向用语是用来说明并非用来限制本发明的保护范围。
[0037] 本发明利用车辆运动产生的磁异常信号检测车辆运动方向，该方法简单方便具有 一定的噪声抑制能力，对于饱和的磁场信号同样可检测目标运动方向。
[0038] 图1为根据本发明的基于磁异常信号检测车辆运动方向的方法的原理示意图。如 图1所示，本发明的基于磁异常信号的车辆运动方向检测方法包括：
[0039] 步骤A、在车辆运动范围内建立一个磁场，分别测量车辆运动方向和垂直于车辆运 动方向的磁异常信号。
[0040] 所述磁异常信号是指目标车辆在地磁场内产生的扰动地磁场局部发生畸变磁场 信号。
[0041] 该步骤可利用一个两轴矢量磁场传感器来测量。该两轴矢量磁场传感器具有相互 垂直的两个探测矢量轴，分别用于测量平行于车辆运动方向和垂直于车辆运动方向的磁异 常信号。，所述两轴矢量磁场传感器所处的位置满足：检测目标车辆在该位置所产生的信号 大于该两轴矢量磁场传感器的自身噪声及地磁背景噪声。
[0042] 两轴矢量磁场传感器输出同步的探测信号可表示为Hx(t)和Hy (t);
[0043] 参见图1，以两轴矢量磁场传感器1所在位置为原点建立直角坐标系，其中，水平 面上目标车辆的运动方向为X轴方向，水平面上垂直于X轴的方向为Y轴方向，Z轴方向为 垂直于XY平面（即水平面）的方向。目标车辆以速度V匀速经过两轴矢量磁场传感器，两 轴矢量磁场传感器同步记录目标车辆产生的磁异常信号，将采集到的磁场数据进行带通滤 波、去线性趋势等预处理操作，输出信号可表示为：
【主权项】
1. 一种基于磁异常信号的车辆运动方向检测方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤A、在车辆运动范围内放置一个两轴磁场传感器，分别测量车辆运动方向和垂直于 车辆运动方向的磁异常信号； 步骤B、将测得的所述两个方向的磁异常信号合成复信号； 步骤C、对所述复信号求取相位； 步骤D、对所述相位求导以得到所述磁场的磁场导数与车辆运动方向的关系； 步骤E、根据所述磁场导数与车辆运动方向的关系，定义方向指示参数； 步骤F、对所述方向指示参数离散化，得到离散化的方向指示参数； 步骤G、根据所述离散化的方向指示参数判断车辆运动方向。
2. 根据权利要求1所述的基于磁异常信号的车辆运动方向检测方法，其特征在于，所 述步骤D中，所述磁场的磁场导数与车辆运动方向的关系表示为：
其中t代表目标车辆的运动时刻，v为目标车辆运动的速度，H/ (t)，（i=x，y)为所 述磁场的磁场导数，0 ' (t)为所述相位导数，为大于0的常数，c代表目标车辆到用于 测量车辆磁异常信号的磁场传感器的最小位移，下标x， y分别表示以上所述两轴矢量磁场 传感器所在位置为原点建立的直角坐标系的X、Y轴的坐标；其中，X轴和Y轴组成的平面为 水平面。
3. 根据权利要求2所述的基于磁异常信号的车辆运动方向检测方法，其特征在于： 所述步骤E中，定义的方向指示参数为C，且有：
在所述步骤F中，离散化的方向指示参数为（
苴中N为总的 数据长度，/// =丑;=x,y)，i为采样指数，T为采样时间间隔； 在步骤G中，若方向指示参数C> 0,则目标车辆沿-X轴方向运动；若方向指示参数C< 0,则目标车辆沿+X轴方向运动。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的基于磁异常信号的车辆运动方向检测方法，其 特征在于，步骤A采用两轴矢量磁场传感器测量车辆运动方向和垂直于车辆运动方向的磁 异常信号。
5. 根据权利要求4所述的基于磁异常信号的车辆运动方向检测方法，其特征在于，所 述两轴矢量磁场传感器为感应式磁场传感器或磁通门磁场传感器。
6. 根据权利要求4所述的基于磁异常信号的车辆运动方向检测方法，其特征在于，所 述两轴矢量磁场传感器所处的位置满足：检测目标车辆在该位置所产生的信号大于该两轴 矢量磁场传感器的自身噪声及地磁背景噪声。
【专利摘要】本发明提供了一种基于磁异常信号的车辆运动方向检测方法。该检测方法仅需一个两轴矢量磁场传感器，将获得两个磁异常信号组合成复信号，根据复信号相位的导数与车辆的运动方向关系即可检测车辆运动方向。本发明具有一定的噪声抑制能力，在信噪比为9dB时能准确无误的检测车辆运动方向；并且对于近场测量数据饱和时，本发明方法同样可以有效。
【IPC分类】G01P13-02
【公开号】CN104808015
【申请号】CN201510252837
【发明人】刘敦歌, 许鑫, 刘小军, 方广有
【申请人】中国科学院电子学研究所
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年5月18日