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：
[0107]
[0108]当Ιαχ+Θ^ > |α2+θ2|且|β^ > |β2|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λΡ>1，反之采用负号，此时λΡ<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Τ，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。
[0109]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 i
;当| W | > | α21时，上式取正号，否则 取负号；
[0110] 水平旋转修正模块，用于对水平旋转角β讲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Ι&Ι > |β2|时，上式取正号，否则 取负号；
[0111] 其中m为毫米波雷达1的最大可探测距离，且P < m; f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α值，α 2为t2时的α值;时的β值，为 城寸的|3值;91为。时的0值，0 2为七2时的9值;1'1 = 28，1'2 = 2.48，毫米波雷达的采样间隔为2°/ So
[0112] 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：
[0113]
[0114]
[0115]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。
[0116] 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：
[0117]
[0118] 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；
[0119] 则RCS序列变异系数表示为：
其中0(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。
[0120] 在此实施例中，为自动门禁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，Ti = 2.6s，T2 = 2.9s，毫米波雷达的采样间隔 为1.2°/s，在实现无死角检测的同时，测量误差小于0.5%，测量延时率小于0.2%，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，为各种不同大小的自动 门禁的适用性提供了条件。
[0121]最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保 护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应 当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实 质和范围。
【主权项】
1. 一种具有识别功能的自动口禁，其特征是，包括自动口禁和安装在自动口禁上的毫 米波雷达=维环境感知系统;毫米波雷达=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屯、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前方做水 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前方做竖直180°的 周期往返运动； 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a 和水平旋转角e，W及毫米波雷达的自身扫描角e;设激光雷达对某一目标的读数为(P，a，e， 0 )，并定义：当雷达处于水平位置时a = 0°，当雷达处于水平位置上方时a值为正，雷达处于 水平位置下方时a值为负，当第二旋转轴与自动口禁正前方方向垂直时e=〇°，当雷达位于0 =0°的右侧时峽J正值，当雷达位于0 = 0°的左侧时峽J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e = 0°，当自身扫描方向位于0 = 0°的上方时0为正值，当自身 扫描方向位于0 = 0°的下方时0为负值。2. 根据权利要求1所述的一种具有识别功能的自动口禁，其特征是，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：当|ai+0i| > |〇2+目2|且|0i| > l&l时，上式取正号，否则取负号； 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I Qi I > I 021时，上式取正号，否则取负 号； 水平旋转修正模块，用于对水平旋转角e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I扣I > I 02 I时，上式取正号，否则取负 号； 其中m为毫米波雷达的最大可探测距离，且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;ti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；I ti-t21代表了雷达检测波往返于目标和 雷达之间所需的时间；Tl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； a功ti时的a值，02为t2时的a值;&为ti时的0值，&为t2时的0值;01为ti时的0值，02为t2时的0 值;Ti = 2s，1'2 = 2.4s，毫米波雷达的采样间隔为2°/s; 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： 其中，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： 对于处在光学区域的复杂目标，假设由N个散射中屯、构成，则多散射中屯、目标的RCS表 示为目标方位角的函数：其中，Oi表示第i个散射中屯、RCS，a+0表示目标相对毫米波雷达的方位角，Ri表示第i个 散射中屯、相对雷达中屯、距离;A为人为设定的参数； 贝化CS序列变异系数表示为：，其中〇化)表示第k次探测目标 的RCS值，RCS序列均值。
【专利摘要】本发明公开了一种具有识别功能的自动门禁，包括自动门禁和安装在自动门禁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。本自动门禁结构简单实用，能实现前方物体识别。
【IPC分类】G05B19/048, G01S13/88
【公开号】CN105652270
【申请号】
【发明人】韦醒妃
【申请人】韦醒妃
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2016年2月17日