冰雪覆盖路面的检测方法、设备和存储介质与流程
本发明实施例涉及智能交通技术领域，尤其涉及一种冰雪覆盖路面的检测方法、设备和存储介质。
背景技术：
当路面有大量积雪或结冰的情况下，地面对雷达波的漫反射会大量增加从而导致雷达回波中的杂波和噪声大量增加。换言之，在冰雪覆盖路面的工况下，车载毫米波雷达的误检率会大幅上升，识别冰雪覆盖路面的识别率较低。
目前，冰雪覆盖路面的检测通常依赖于视觉系统的介入。但是视觉系统的加入，会提高整套检测系统的成本和复杂度，而且视觉系统也有一定局限性，例如在能见度低的工况下(如大雨、夜晚、大雾等)视觉系统也无法有效识别出路面是否有冰雪覆盖。
技术实现要素：
本发明提供一种冰雪覆盖路面的检测方法、设备和存储介质，提高了冰雪覆盖路面的识别率。
第一方面，本发明提供一种冰雪覆盖路面的检测方法，应用于毫米波雷达，所述方法包括：
确定待检测路面上反射强度超过预设强度阈值的至少一个反射点；
根据各个所述反射点对应的雷达接收天线的n个接收通道接收的反射信号，得到各个所述反射点的第一自相关矩阵，所述n为大于0的整数；
根据各个所述反射点的第一自相关矩阵的噪声空间与信号空间对应的特征值，确定所述待检测路面是否为冰雪覆盖路面。
第二方面，本发明提供一种毫米波雷达，包括：处理器和接收天线；所述雷达接收天线用于接收待检测路面上的反射点反射的反射信号；所述处理器与所述雷达接收天线电连接，所述处理器被配置为：
确定待检测路面上反射强度超过预设强度阈值的至少一个反射点；
根据各个所述反射点对应的雷达接收天线的n个接收通道接收的反射信号，得到各个所述反射点的第一自相关矩阵，所述n为大于0的整数；
根据各个所述反射点的第一自相关矩阵的噪声空间与信号空间对应的特征值，确定所述待检测路面是否为冰雪覆盖路面。
第三方面，本发明提供一种车辆，包括：
车体；以及
如第二方面中任一项所述的毫米波雷达，所述毫米波雷达安装在所述车体上。
第四方面，本发明提供一种存储介质，包括：可读存储介质和计算机程序，所述计算机程序用于实现上述第一方面任一实施方式提供的冰雪覆盖路面的检测方法。
第五方面，本发明提供一种程序产品，该程序产品包括计算机程序(即执行指令)，该计算机程序存储在可读存储介质中。处理器可以从可读存储介质读取该计算机程序，处理器执行该计算机程序用于执行上述第一方面任一实施方式提供的冰雪覆盖路面的检测方法。
本发明提供一种冰雪覆盖路面的检测方法、设备和存储介质，确定待检测路面上反射强度超过预设强度阈值的至少一个反射点；根据各个所述反射点对应的雷达接收天线的n个接收通道接收的反射信号，得到各个所述反射点的第一自相关矩阵，所述n为大于0的整数；根据各个所述反射点的第一自相关矩阵的噪声空间与信号空间对应的特征值，确定所述待检测路面是否为冰雪覆盖路面，对雷达接收天线接收到的反射信号的自相关矩阵进行分解，得到信号空间和噪声空间对应的特征值，并利用信号空间与噪声空间的特征值实现对冰雪覆盖路面的识别，识别率较高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例提供的冰雪覆盖路面的检测方法的流程图；
图2为本发明一实施例提供的毫米波雷达的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
首先对本发明所涉及的应用场景进行介绍：
本发明实施例提供的冰雪覆盖路面的检测方法，应用于毫米波雷达，冰雪覆盖路面检测场景中，以提高冰雪覆盖路面的识别率。
其中，该方法可以由毫米波雷达执行，该毫米波雷达可以设置在车辆上；或者可以由包括该毫米波雷达的车载控制设备执行。上述车辆可以是自动驾驶车辆或普通车辆。
本发明实施例提供的方法可由毫米波雷达如该毫米波雷达的处理器执行相应的软件代码实现，也可由该毫米波雷达在执行相应的软件代码的同时，通过和控制设备进行数据交互来实现，如控制设备执行部分操作，来控制毫米波雷达执行该冰雪覆盖路面的检测方法。
下面以具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
图1是本发明提供的冰雪覆盖路面的检测方法一实施例的流程示意图。如图1所示，本实施例提供的方法，包括：
步骤101、确定待检测路面上反射强度超过预设强度阈值的至少一个反射点。
具体的，通过毫米波雷达的接收天线接收待检测路面上的反射点的反射信号，根据反射信号可以确定出反射强度，不同的反射点对应的反射强度可能不同，根据接收到的反射信号，筛选出反射强度超过预设强度阈值的多个反射点。
步骤102、根据各个反射点对应的雷达接收天线的n个接收通道接收的反射信号，得到各个反射点的第一自相关矩阵，n为大于0的整数。
步骤103、根据各个反射点的第一自相关矩阵的噪声空间与信号空间对应的特征值，确定待检测路面是否为冰雪覆盖路面。
具体的，在冰雪覆盖路面的工况下，物体和路面由于覆盖冰雪导致雷达波的漫反射增加，从而导致反射点的反射信号的信噪比和信干比下降，同时也导致噪声水平的抬升，进而会导致虚假目标检出概率的大幅上升。
本发明实施例的方法，对雷达接收天线的各个接收通道的第一自相关矩阵做特征值分解，特征值较大的特征向量所构成的子空间代表信号空间、特征值较小的特征向量所构成的子空间代表噪声空间。
由于信噪比和信干比下降，则第一自相关矩阵的最小特征值(对应噪声空间)和最大特征值(对应信号空间)的比值也会显著增大，因此根据多个反射点的第一自相关矩阵的特征值，可以确定该待检测路面是否为冰雪覆盖路面。
本实施例的方法，确定待检测路面上反射强度超过预设强度阈值的至少一个反射点；根据各个所述反射点对应的雷达接收天线的n个接收通道接收的反射信号，得到各个所述反射点的第一自相关矩阵，所述n为大于0的整数；根据各个所述反射点的第一自相关矩阵的噪声空间与信号空间对应的特征值，确定所述待检测路面是否为冰雪覆盖路面，对雷达接收天线接收到的反射信号的自相关矩阵进行分解，得到信号空间和噪声空间对应的特征值，并利用信号空间与噪声空间的特征值实现对冰雪覆盖路面的识别，识别率较高。
在上述实施例的基础上，进一步的，步骤102具体可以采用如下方式实现：
针对在当前更新周期内的多次采样中的任一次采样的n个接收通道的反射信号，将n个接收通道的反射信号进行复数快速傅氏变换fft的结果按预设的通道顺序组成接收向量；
根据所述多次采样的反射信号对应的接收向量，确定所述反射点对应的多个第二自相关矩阵；
将所述反射点对应的多个第二自相关矩阵的期望，作为所述反射点的第一自相关矩阵。
具体的，对于任一反射点来说，针对多次采样(如m次，m大于1)任一次采样，将n个接收通道接收到的反射信号，进行复数快速傅氏变换fft，并按通道顺序将复数fft变换的结果形成接收向量rx(n行1列的复向量)；其中，rx＝[r1，r2，...，rn]t；假设r1为从左往右第1个接收通道的复数fft变换的结果，r2为从左往右第2个接收通道的复数fft变换的结果，rn为从左往右第n个接收通道的复数fft变换的结果。
根据多次采样的反射信号对应的接收向量，确定该反射点对应的多个第二自相关矩阵rxx，rxx＝rx×rxh；其中，h表示共轭转置。
按如下公式(1)求得该反射点m次采样的第二自相关矩阵的期望e[rxx]记做
其中，rxxi表示第i次采样对应的第二自相关矩阵。
将
在上述实施例的基础上，进一步的，对所述第一自相关矩阵进行奇异值分解，得到所述第一自相关矩阵的特征值；
确定所述特征值中的最小特征值和最大特征值的比值，将所述比值作为反射点的噪声空间与信号空间对应的特征值的比值；其中，所述最小特征值为所述噪声空间对应的特征值，所述最大特征值为所述信号空间对应的特征值。
具体的，由于
其中，u为矩阵
进一步的，步骤103具体可以通过如下方式实现：
根据各个所述反射点的第一自相关矩阵的噪声空间与信号空间对应的特征值的比值，确定所述待检测路面的冰雪路面评价值；
根据所述冰雪路面评价值，确定所述待检测路面是否为冰雪覆盖路面。
具体的，根据前述实施例中奇异值分解得到的特征值，将特征值中最小特征值作为噪声空间对应的特征值，将特征值中最大特征值作为信号空间对应的特征值，进一步计算最小特征值和最大特征值的比值，根据多个反射点对应的比值，确定待检测路面的冰雪路面评价值；根据该冰雪路面评价值，确定该待检测路面是否为冰雪覆盖路面。该冰雪路面评价值越大，则是冰雪覆盖路面的可能性越大。
进一步的，以下介绍具体如何计算冰雪路面评价值：
若反射点的个数为至少两个，则采用如下方式一：
若所有所述反射点的第一自相关矩阵的噪声空间与信号空间对应的特征值的比值之和大于第一预设阈值，则将前一更新周期确定的冰雪路面评价值增加第一预设值，作为所述待检测路面的冰雪路面评价值；
若所有所述反射点的第一自相关矩阵的噪声空间与信号空间对应的特征值的比值之和小于第二预设阈值，则将前一更新周期确定的冰雪路面评价值减去第二预设值，作为所述待检测路面的冰雪路面评价值。
具体的，
对一个雷达更新周期内所有的反射点均进前述操作，即对于所有反射点均计算λratio，然后按如下公式(4)求得所有反射点的最小特征值的最大特征值的比值λratio的均值e[λratio]记作
其中，k表示反射点的个数。
当
ωn＝ωn-1+ωadd(5)；
其中，ωadd的经验值可以为3。
当
ωn＝ωn-1-ωminus(6)；
其中，ωminus的经验值可以为2。
其中，第一预设值和第二预设值可以相同或不同，第一预设阈值和第二预设阈值可以相同或不同，本发明实施例对此并不限定。
上述若
若所述反射点的个数为一个，则采用如下方式二：
若所述反射点的第一自相关矩阵的噪声空间与信号空间对应的特征值的比值大于第一预设阈值，则将前一更新周期确定的冰雪路面评价值增加第一预设值，作为所述待检测路面的冰雪路面评价值；
若所述反射点的第一自相关矩阵的噪声空间与信号空间对应的特征值的比值小于第二预设阈值，则将前一更新周期确定的冰雪路面评价值减去第二预设值，作为所述待检测路面的冰雪路面评价值。
具体的，按照如下公式(3)直接计算
若该λratio大于第一预设阈值，则将前一更新周期确定的冰雪路面评价值增加第一预设值，作为待检测路面当前更新周期的冰雪路面评价值；
若该λratio小于第二预设阈值，则将前一更新周期确定的冰雪路面评价值减去第二预设值，作为待检测路面当前更新周期的冰雪路面评价值。
具体可以参见前述公式(5)和公式(6)。
其中，第一预设值和第二预设值可以相同或不同，第一预设阈值和第二预设阈值可以相同或不同，本发明实施例对此并不限定。
上述若λratio较小，说明冰雪覆盖路面的可能性较小，因此减去一个第二预设值，若λratio较大，说明冰雪覆盖路面的可能性较大，因此减去一个第一预设值，作为当前更新周期的冰雪路面评价值。最终根据该冰雪路面评价值，确定该待检测路面是否为冰雪覆盖路面。
进一步的，在本发明的一实施例中，若所述冰雪路面评价值大于第三预设阈值，则确定所述待检测路面为冰雪覆盖路面。
进一步的，若所述冰雪路面评价值大于第三预设阈值，则将冰雪路面标志更新为有效；
若所述冰雪路面标志位有效，则确定所述待检测路面为冰雪覆盖路面。
在本发明的其他实施例中，若所述冰雪路面评价值小于第四预设阈值，则将所述冰雪路面标志更新为无效。
具体的，按下式(7)所示，当本更新周期的冰雪路面评价值ωn大于阈值ωflag_on(经验值300)时将冰雪路面标志更新为有效true(即表示检测到冰雪覆盖路面)；当本更新周期的冰雪路面评价值ωn小于阈值ωflag_off(经验值100)时将冰雪路面标志flagsnow更新为无效false(即表示未检测到冰雪覆盖路面)
其中，第三预设阈值和第四预设阈值可以相同或不同，本发明实施例中对此并不限定。
本实施例的方法，对雷达接收天线接收到的反射信号的自相关矩阵进行分解，得到信号空间和噪声空间对应的特征值，并利用信号空间与噪声空间的特征值的比值的统计特性实现对冰雪覆盖路面的识别，识别率较高。同时通过毫米波雷达对冰雪覆盖路面的识别也让自动驾驶系统具备了在夜间判断冰雪覆盖路面的能力。
在上述实施例的基础上，若确定所述待检测路面为冰雪覆盖路面，本实施例的方法还包括：
将所述预设强度阈值增大第三预设值，并将增大后的预设强度阈值作为新的预设强度阈值；
根据所述新的预设强度阈值对所述冰雪覆盖路面进行检测。
具体的，如果确定待检测路面为冰雪覆盖路面，即flagsnow为on则将预设强度阈值powernormal增大预设值(例如经验值为15db)作为新的预设强度阈值powersnow。即只有反射强度超过powersnow的反射点才被认为是可靠地检测目标，反射强度低于powersnow的反射点将被删除。这样就可以减少虚假目标的检出。
本实施例的方法，通过冰雪覆盖路面的识别结果来动态调整目标物体检测的能量阈值(即预设强度阈值)，可以大幅降低在冰雪覆盖路面的工况下毫米波雷达的误检率。
综上所述，本发明实施例的方法中，车载雷达不仅具备了识别冰雪覆盖路面的能力，而且在确定路面有冰雪覆盖的情况下，通过调整目标物体检测的能量阈值(即预设强度阈值)，可以有效地降低雷达在冰雪覆盖路面下的误检率。
图2为本发明一实施例提供的毫米波雷达的结构示意图。本实施例提供的毫米波雷达，用于执行前述任一实施例提供的冰雪覆盖路面的检测方法。如图2所示，本实施例提供的毫米波雷达，可以包括：处理器201和雷达接收天线202。雷达接收天线用于接收待检测路面上的反射点反射的反射信号；
所述处理器与所述雷达接收天线电连接，所述处理器被配置为：
确定待检测路面上反射强度超过预设强度阈值的至少一个反射点；
根据各个所述反射点对应的雷达接收天线的n个接收通道接收的反射信号，得到各个所述反射点的第一自相关矩阵，所述n为大于0的整数；
根据各个所述反射点的第一自相关矩阵的噪声空间与信号空间对应的特征值，确定所述待检测路面是否为冰雪覆盖路面。
在一种可能的实现方式中，所述处理器被配置为：
根据各个所述反射点的第一自相关矩阵的噪声空间与信号空间对应的特征值的比值，确定所述待检测路面的冰雪路面评价值；
根据所述冰雪路面评价值，确定所述待检测路面是否为冰雪覆盖路面。
在一种可能的实现方式中，若所述反射点的个数为至少两个，所述处理器被配置为：
若所有所述反射点的第一自相关矩阵的噪声空间与信号空间对应的特征值的比值之和大于第一预设阈值，则将前一更新周期确定的冰雪路面评价值增加第一预设值，作为所述待检测路面的冰雪路面评价值；
若所有所述反射点的第一自相关矩阵的噪声空间与信号空间对应的特征值的比值之和小于第二预设阈值，则将前一更新周期确定的冰雪路面评价值减去第二预设值，作为所述待检测路面的冰雪路面评价值。
在一种可能的实现方式中，若所述反射点的个数为一个，所述处理器被配置为：
若所述反射点的第一自相关矩阵的噪声空间与信号空间对应的特征值的比值大于第一预设阈值，则将前一更新周期确定的冰雪路面评价值增加第一预设值，作为所述待检测路面的冰雪路面评价值；
若所述反射点的第一自相关矩阵的噪声空间与信号空间对应的特征值的比值小于第二预设阈值，则将前一更新周期确定的冰雪路面评价值减去第二预设值，作为所述待检测路面的冰雪路面评价值。
在一种可能的实现方式中，所述处理器被配置为：
针对在当前更新周期内的多次采样中的任一次采样的n个接收通道的反射信号，将n个接收通道的反射信号进行复数快速傅氏变换fft的结果按预设的通道顺序组成接收向量；
根据所述多次采样的反射信号对应的接收向量，确定所述反射点对应的多个第二自相关矩阵；
将所述反射点对应的多个第二自相关矩阵的期望，作为所述反射点的第一自相关矩阵。
在一种可能的实现方式中，所述处理器被配置为：
对所述第一自相关矩阵进行奇异值分解，得到所述第一自相关矩阵的特征值；
确定所述特征值中的最小特征值和最大特征值的比值，将所述比值作为反射点的噪声空间与信号空间对应的特征值的比值；其中，所述最小特征值为所述噪声空间对应的特征值，所述最大特征值为所述信号空间对应的特征值。
在一种可能的实现方式中，所述处理器被配置为：
若所述冰雪路面评价值大于第三预设阈值，则确定所述待检测路面为冰雪覆盖路面。
在一种可能的实现方式中，所述处理器被配置为：
若所述冰雪路面评价值大于第三预设阈值，则将冰雪路面标志更新为有效；
若所述冰雪路面标志位有效，则确定所述待检测路面为冰雪覆盖路面。
在一种可能的实现方式中，所述处理器被配置为：
将所述预设强度阈值增大第三预设值，并将增大后的预设强度阈值作为新的预设强度阈值；
根据所述新的预设强度阈值对所述冰雪覆盖路面进行检测。
在一种可能的实现方式中，所述处理器被配置为：
若所述冰雪路面评价值小于第四预设阈值，则将所述冰雪路面标志更新为无效。
本实施例提供的毫米波雷达，用于执行前述任一实施例提供的冰雪覆盖路面的检测方法，技术原理和技术效果相似，此处不再赘述。
本发明实施例中还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前述方法实施例中对应的方法，其具体实施过程可以参见前述方法实施例，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
本发明实施例中还提供一种程序产品，该程序产品包括计算机程序(即执行指令)，该计算机程序存储在可读存储介质中。处理器可以从可读存储介质读取该计算机程序，处理器执行该计算机程序用于执行前述方法实施例中任一实施方式提供的冰雪覆盖路面的检测方法。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。
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