和安 装在斑马线智能护栏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的带动下面向护栏前方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的带动下面向护栏前方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处于水平位置时< 1 = 〇°，当毫米波雷达1处于水 平位置上方时α值为正，毫米波雷达1处于水平位置下方时α值为负；当第二旋转轴4与斑马 线智能护栏正前方方向垂直时β = 〇°，当毫米波雷达1位于β = 〇°的右侧时β为正值，当毫米 波雷达1位于β=0°的左侧时β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θ = 0°，当自身扫描方向位于θ = 〇°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。由图3可知第一旋转轴3的旋转角度β即为毫米波雷达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：
[0090]
[0091]当IaM1I > |α2+θ2|且Ip1I > |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。
[0092] 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
取负号；[0093] 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= 时，上式取正号，否则 应的修正，其输出的修正因子
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P Sm; $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I t-ts I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;P1Sti时的β值，为 t2时的β值;QAt1时的Θ值，02为七2时的Θ值4 = 28,1^ = 2.4s，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：
[0096]
[0097]
[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：
[0100]
[0101] 其中，O1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,R1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；
[0102] 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序列均倡
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，为斑马线智能护栏设计了新的毫米波雷达三维环境感知系统，从 而实现护栏前方水平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1^ = 2.58,1^ = 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 种不同大小的斑马线智能护栏的适用性提供了条件；当有车辆出现时，护栏放下，为人们安 全出行提供了保障。
[0104] 实施例5:
[0105] 如图1-4所示的一种具有识别功能的斑马线智能护栏，包括斑马线智能护栏和安 装在斑马线智能护栏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的带动下面向护栏前方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的带动下面向护栏前方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处于水平位置时< 1 = 〇°，当毫米波雷达1处于水 平位置上方时α值为正，毫米波雷达1处于水平位置下方时α值为负；当第二旋转轴4与斑马 线智能护栏正前方方向垂直时β = 〇°，当毫米波雷达1位于β = 〇°的右侧时β为正值，当毫米 波雷达1位于β=0°的左侧时β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θ = 0°，当自身扫描方向位于θ = 〇°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。由图3可知第一旋转轴3的旋转角度β即为毫米波雷达1在水平方向的 旋转角度。
[0107] 优选地，延时效应是指，由