一种具有环境感知能力的全自动轮式巡逻设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及巡逻领域，具体涉及一种具有环境感知能力的全自动轮式巡逻设备。
【背景技术】
[0002] 近年来，各种恐怖袭击威胁着人们的生命财产安全，巡逻车是一种为治安，维和人 员专门设计开发的车。该车是特别适用于公安巡逻、步行街、高尔夫球场、旅游景点、房地产 (园林小区）、各大型企业、机关单位、公园、娱乐场所、体育场馆、大专院校、医院、疗养院、车 站、机场、码头等领域的交通工具。
[0003] 智能车辆环境感知系统的主要功能是通过传感器获取车辆以及环境信息，具体为 车辆的位姿及状态信息获取、结构化公路中车道线及车道边沿的识别与跟踪、交通标志及 交通信号的识别与跟踪、车辆周围障碍物的识别与跟踪(其中包括动态及静态障碍物，如行 人、障碍车辆等）以及车辆行驶路面的交通状况分析等。
[0004] 巡逻设备，主要指巡逻车作为一种公共的移动性服务设备，在其上设置智能车辆 环境感知系统以提高其安全、多功能化等综合性能是目前必然的发展趋势。但是，现在的环 境感知系统往往存在感知维度不足、计算精度不高、实时性不强等问题。
【发明内容】
[0005] 针对上述问题，本发明提供一种具有环境感知能力的全自动轮式巡逻设备。
[0006] 本发明的目的采用以下技术方案来实现：
[0007] -种具有环境感知能力的全自动轮式巡逻设备，包括巡逻车和安装在巡逻车上的 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、旋转机械 装置、控制单元和数据处理单元;旋转机械装置包括第一旋转轴、旋转盘和第二旋转轴，第 一旋转轴竖直布置且与旋转盘的中心固接，所述第一旋转轴通过第一步进电机驱动旋转； 由第二步进电机驱动旋转的第二旋转轴水平套装在轴承座内，所述轴承座通过2个竖直布 置的支撑轴固接在旋转盘上;所述第二旋转轴的中点处设置有连接部，所述连接部垂直于 第二旋转轴且与第二旋转轴一体成型，毫米波雷达与连接部垂直固接;所述毫米波雷达的 自身固有扫描平面垂直于旋转盘所在平面，且扫描范围角为± 30° ;所述旋转盘在布置支撑 轴的一侧有切口，切口所在的直线平行于第二旋转轴所在的直线，且任一支撑轴与切口所 在直线的距离小于50mm;所述第一步进电机和第二步进电机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，并将旋转机械装置的当前位 置状态反馈给数据处理单元;所述旋转机械装置整体在第一步进电机的带动下面向车辆前 进方向做水平180°的周期往返运动，同时毫米波雷达在第二步进电机的带动下面向车辆前 进方向做竖直180°的周期往返运动；
[0008] 数据处理单元包括数据采集子单元、延时修正子单元和坐标输出子单元;数据采 集子单元接收毫米波雷达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α和水平旋转角β，以及毫米波雷达的自身扫描角θ ;设激光雷达对某一目标的读数为 &，〇4，0)，并定义：当雷达处于水平位置时<1 = 〇°，当雷达处于水平位置上方时(1值为正，雷 达处于水平位置下方时α值为负，当第二旋转轴与巡逻车正前方方向垂直时β = 〇°，当雷达 位于β = 〇°的右侧时β为正值，当雷达位于β = 〇°的左侧时β为负值；当毫米波雷达的自身扫 描方向与毫米波雷达所在平面垂直时θ=ο°，当自身扫描方向位于θ=ο°的上方时Θ为正值， 当自身扫描方向位于Θ = 0°的下方时θ为负值；
[0009]优选地，延时修正子单元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Ρ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：
[0011 ] 当| Μ+θ: | > | α2+θ21且I β: I > I β21时，上式取正号，否则取负号；
[0012] 垂直旋转修正模块，用于对垂直旋转角α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|<^| > |α2|时，上式取正号，否则 取负号；
[0013] 水平旋转修正模块，用于对水平旋转角β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
当I & I > I β21时，上式取正号，否则 取负号；
[0014] 其中m为毫米波雷达的最大可探测距离，
用于反应检测目标和毫米波雷 达之间距离对延时效应的影响，目标越靠近雷达则延时越小，反之延时越大;t为对该目标 雷达检测波发出的时间，t2为雷达检测波返回的时间；| ti-ts |代表了雷达检测波往返于目 标和雷达之间所需的时间;Ti为毫米波雷达的水平旋转周期，T2为毫米波雷达的竖直旋转周 期抑为以时的α值，α 2为t2时的α值办为以时的β值，β2为t2时的β值々为七时的Θ值，θ 2为t2时 的Θ值;1^ = 28^ = 2.4s，毫米波雷达的采样间隔为2°/s;
[0015] 坐标输出子单元:经延时修正子单元修正后输出的目标空间坐标为：
[0018] 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：
[0019] 对于处在光学区域的复杂目标，假设由N个散射中心构成，则多散射中心目标的 RCS表示为目标方位角的函数：
[0021] 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表示第 i个散射中心相对雷达中心距离;λ为人为设定的参数；
[0022] 则RCS序列变异系数表示为：
其中0(k)表示第k次探测
[0023]本巡逻设备的有益效果为: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，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R CS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，为各种不同大小的巡逻设备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路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。
【附图说明】
[0024]利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限 制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得 其它的附图。
[0025]图1是一种具有环境感知能力的全自动轮式巡逻设备的结构框图；
[0026]图2是旋转机械装置的结构示意图；
[0027]图3是毫米波雷达自身扫描示意图；
[0028]图4是雷达检测目标时的不意图；
[0029]图5是数据处理单元的结构框图。
[0030] 附图标记:毫米波雷达-1;旋转盘-2;第一旋转轴-3;第二旋转轴-4;轴承座-5;支 撑轴-6;连接部-7;第一步进电机-8;第二步进电机-9;旋转机械装置-10;控制单元-11;数 据处理单元-12;数据采集子单元13;延时修正子单元-14;坐标输出子单元-15;切口-16;目 标-17;车辆前进方向-18。
【具体实施方式】
[0031] 结合以下实施例对本发明作进一步描述。
[0032] 实施例1:
[0033] 如图1-4所示的一种具有环境感知能力的全自动轮式巡逻设备，包括巡逻车和安 装在巡逻车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的带动下面向车辆前进方向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的带动下面向车辆前进方向20做 竖直180°的周期往返运动；
[0034]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α和水平旋转角β，以及毫米波雷达1自身的扫描角Θ，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&，^0)，并定义：当毫米波雷达1处于水