一种车辆雷达角误差测试系统的制作方法

1.本发明属于车辆雷达测试技术领域，尤其涉及一种车辆雷达角误差测试系统。


背景技术：

2.随着汽车工业的蓬勃发展，自动驾驶系统或者高级自动驾驶辅助系统adas应用越来越广泛，毫米波雷达作为一种全天候传感器设备在自动驾驶系统或者高级自动辅助驾驶adas系统中是必不可少的组成部分。
3.毫米波雷达在设计之初就需要针对所使用的车身环境做系统仿真，可以评估车身造型或结构对雷达工作的影响，比如保险杠对雷达的影响，车身钣金、线束、车灯等部件对雷达的影响，综合这些影响因素后找到最适合安装雷达的理论位置。然而，系统仿真用的数据模型和真实的环境之间不可能做到完全一致，另外，雷达安装过程中还会引入各种偏差，如支架结构偏差、安装偏差等。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种车辆雷达角误差测试系统，以解决因仿真数据模型与真实环境之间不一致而造成的雷达探测误差的问题。
5.本发明实施例提供了一种车辆雷达角误差测试系统，包括：安装支点、雷达目标模拟器、连杆、支架、电机和上位机；
6.安装支点安装于车辆雷达在地面的投影点，支架通过连杆与安装支点连接，雷达目标模拟器设置于支架上；
7.上位机用于控制电机工作，电机用于驱动支架带动雷达目标模拟器以安装支点为中心转动；
8.车辆雷达用于在不同的雷达安装环境下对雷达目标模拟器进行探测，得到雷达目标模拟器的探测角度，并将不同的雷达安装环境下雷达目标模拟器对应的探测角度发送至上位机；
9.上位机还用于根据不同的雷达安装环境下雷达目标模拟器对应的探测角度的差值确定雷达安装环境导致的车辆雷达的探测角误差。
10.本发明与现有技术相比存在的有益效果是：
11.本发明提供了一种车辆雷达角误差测试系统，包括：安装支点、雷达目标模拟器、连杆、支架、电机和上位机；安装支点安装于车辆雷达在地面的投影点，支架通过连杆与安装支点连接，雷达目标模拟器设置于支架上；上位机用于控制电机工作，电机用于驱动支架带动雷达目标模拟器以安装支点为中心转动；车辆雷达用于在不同的雷达安装环境下对雷达目标模拟器进行探测，得到雷达目标模拟器的探测角度，并将不同的雷达安装环境下雷达目标模拟器对应的探测角度发送至上位机；上位机还用于根据不同的雷达安装环境下雷达目标模拟器对应的探测角度的差值确定雷达安装环境导致的车辆雷达的探测角误差。本发明可以获取不同的雷达安装环境下车辆雷达对目标进行探测的探测结果，确定车辆雷达
受雷达安装环境影响的探测角误差，解决了因仿真数据模型与真实环境之间不一致而造成的雷达探测误差的问题。
附图说明
12.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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。
13.图1是本发明实施例提供的车辆雷达角误差测试系统俯视图；
14.图2是本发明实施例提供的车辆雷达角误差测试系统侧视图。
具体实施方式
15.以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
16.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图通过具体实施例来进行说明。
17.参见图1、图2，其示出了本发明实施例提供的车辆雷达角误差测试系统的结构示意图，该系统包括：
18.安装支点1、雷达目标模拟器2、连杆3、支架4、电机5和上位机6；
19.安装支点1安装于车辆雷达在地面的投影点，支架4通过连杆3与安装支点1连接，雷达目标模拟器2设置于支架4上；
20.上位机6用于控制电机5工作，电机5用于驱动支架4带动雷达目标模拟器2以安装支点1为中心转动；
21.车辆雷达用于在不同的雷达安装环境下对雷达目标模拟器2进行探测，得到雷达目标模拟器2的探测角度，并将不同的雷达安装环境下雷达目标模拟器2对应的探测角度发送至上位机6；
22.上位机6还用于根据不同的雷达安装环境下雷达目标模拟器2对应的探测角度的差值确定雷达安装环境导致的车辆雷达的探测角误差。
23.在本实施例中，车辆雷达可以为毫米波雷达；安装支点1可以为圆柱形金属物，由具有一定重量的金属部件制成，车辆雷达角误差测试系统在工作时，雷达目标模拟器2以安装支架4为圆心转动；支架4是一个用于安装雷达目标模拟器2的支撑结构，位于连杆3的末端，同时支架4底部安装有小功率电机5，当雷达目标模拟器2绕安装支点1转动时，电机5为支架4提供一定的力矩支持，辅助控制雷达目标模拟器2按照预定的方向转动；雷达目标模拟器2是一个目标模拟设备，模拟车辆雷达的波束覆盖范围内的目标，上位机6可以设置模拟目标的距离、速度，同时结合连杆3转动的角度，可以模拟目标所在的方位角度，从而实现目标的距离、速度、角度参数模拟，雷达目标模拟器2安装在支架4上，雷达目标模拟器2的喇叭天线指向正对着车辆雷达，与连杆3重合，确保雷达目标模拟器2接收和发射信号功率最
大。
24.在一个实施例中，雷达安装环境类型包括：车身安装保险杠和车身没有安装保险杠。
25.在本实施例中，不同雷达安装环境还可以包括车身钣金、线束、车灯等部件对应的安装环境。
26.在一个实施例中，系统还包括码盘7，码盘7安装于安装支点1上，并与上位机6通信连接；码盘7用于检测安装支点1的旋转角度，并将旋转角度反馈至上位机6，旋转角度用于表示连杆3与车辆雷达法线的夹角；上位机6用于基于码盘7反馈的旋转角度控制电机5转动。
27.在本实施例中，码盘7是一个用于角度控制的精密部件，可以选择高精度电子码盘。当系统以安装支点1为圆心转动时，码盘7可以实时反馈当前转动的角度位置，从而实现测试过程中对旋转角度的精确控制。
28.在一个实施例中，连杆3的长度大于预设值，以使雷达目标模拟器2满足远场测量条件。
29.在本实施例中，连杆3是用于连接安装支点1和支架4的刚性连接结构，其长度就是雷达目标模拟器2和支架4绕安装支点1转动的半径；根据车辆雷达对目标测量范围的需求，连杆3转动的角度需要达到以车辆雷达法线为中心的
±
80度；为了满足车辆雷达的远场测量条件，连杆3需要使车辆雷达安装位置与雷达目标模拟器2喇叭天线之间的距离满足下述关系：
30.r>2l2/λ
31.其中，r为雷达安装位置与雷达目标模拟器2喇叭天线之间的距离，l为车辆雷达天线阵列口径或者雷达目标模拟器2接收喇叭天线的口径中最大值，λ为雷达发射电磁波的波长，由雷达发射频率f
c
决定：
32.λ＝c/f
c
33.其中c为光在真空中的传播速度，对于车载毫米波雷达而言，一般使用的是大带宽的信号，雷达发射频率f
c
一般取宽带信号的中心频率来代替。在本实施例中，可以选取连杆3长度3米，可转动范围为
±
80度。
34.在一个实施例中，支架4还用于调节雷达目标模拟器2的高度，以使雷达目标模拟器2的高度与车辆雷达的高度相同。
35.在本实施例中，雷达目标模拟器2的高度与车辆雷达的高度相同时，雷达目标模拟器2的高度与车辆雷达之间的距离为连杆3长度。
36.在一个实施例中，系统还包括连杆支架8，连杆支架8安装于连杆3下方，连杆支架8用于支撑连杆3绕安装支点1转动。
37.在本实施例中，连杆支架8用于辅助支撑连杆3绕安装支点1转动，增加系统的稳定性。
38.在一个实施例中，雷达安装环境导致的车辆雷达的探测角误差包括各个旋转角度处对应的不同雷达安装环境的探测角误差；上位机6具体用于：
39.获取第一雷达安装环境下雷达目标模拟器2在第一旋转角度处对应的探测角度作为第一探测角度；
40.获取第二雷达安装环境下雷达目标模拟器2在第一旋转角度处对应的探测角度作为第二探测角度，其中，第一雷达安装环境为任一雷达安装环境，第一雷达安装环境与第二雷达安装环境不同；
41.计算第一探测角度与第二探测角度的差值作为车辆雷达在第一旋转角度处对应不同雷达安装环境的探测角误差。
42.在本实施例中，上位机6向电机5发出控制信号，并结合码盘7反馈的角度信息，以使雷达目标模拟器2移动到第一旋转角度处；然后上位机6分别获取在第一雷达安装环境下和第二雷达安装环境下雷达目标模拟器2对应的探测角度，并计算这两个探测角度的差值，从而确定第一旋转角度处、不同雷达安装环境导致的探测角误差。
43.在一个实施例中，上位机6具体用于：
44.根据车辆雷达在各个旋转角度处对应的不同雷达安装环境的探测角误差，拟合车辆雷达在不同雷达安装环境下的探测角误差随旋转角度变化的曲线。
45.在本实施例中，码盘7的精度有限，无法测量到任意旋转角度处车辆雷达在不同雷达安装环境下的探测角误差；将计算得到的探测角误差与对应的旋转角度拟合成曲线，可以在一定程度上确定探测角误差和目标所在的方位角度之间的关系。
46.在一个实施例中，上位机6具体用于：
47.在第一雷达安装环境下，多次获取雷达目标模拟器2在第一旋转角度处对应的初始探测角度；
48.计算第一雷达安装环境下雷达目标模拟器2在第一旋转角度处对应的各次初始探测角度的平均值，并将该平均值作为该雷达安装环境下雷达目标模拟器2在该旋转角度处对应的探测角度。
49.在本实施例中，上位机6在同一雷达安装环境下，控制雷达目标模拟器2按照预设方向和预设幅度绕安装支点1旋转，然后获取车辆雷达接收到的探测角度，同时，上位机6还获取码盘7的旋转角度，并建立每个旋转角度与各个初始探测角度的关系，其中，上位机6控制雷达目标模拟器2进行旋转时会多次经过每个旋转角度，相应的，每个旋转角度对应多个初始探测角度。计算同一旋转角度对应的多个初始探测角度的平均值，即得到当前雷达安装环境下该旋转角度对应的探测角度。
50.在一个实施例中，雷达安装环境导致的车辆雷达的探测角误差包括综合探测角误差；上位机6具体用于：
51.将车辆雷达在各个旋转角度处对应的不同雷达安装环境的探测角误差的平均值和/或标准差，作为车辆雷达在不同雷达安装环境下的综合探测角误差。
52.在本实施例中，上位机6是整个系统的控制中心和数据采集、记录中心。上位机6按照设定的步骤，控制电机5以一定的速度和步进向预设方向转动，并实时记录当前时刻的旋转角度；当上位机6向雷达目标模拟器2发出目标模拟指令时，雷达目标模拟器2就对车辆雷达发出的探测信号进行处理，模拟一个具有预设的距离和速度的目标，并将处理后的信号传输回车辆雷达。
53.由上可知，本发明提供了一种车辆雷达角误差测试系统，包括：安装支点、雷达目标模拟器、连杆、支架、电机和上位机；安装支点安装于车辆雷达在地面的投影点，支架通过连杆与安装支点连接，雷达目标模拟器设置于支架上；上位机用于控制电机工作，电机用于
驱动支架带动雷达目标模拟器以安装支点为中心转动；车辆雷达用于在不同的雷达安装环境下对雷达目标模拟器进行探测，得到雷达目标模拟器的探测角度，并将不同的雷达安装环境下雷达目标模拟器对应的探测角度发送至上位机；上位机还用于根据不同的雷达安装环境下雷达目标模拟器对应的探测角度的差值确定雷达安装环境导致的车辆雷达的探测角误差。本发明可以获取不同的雷达安装环境下车辆雷达对目标进行探测的探测结果，确定车辆雷达受雷达安装环境影响的探测角误差，解决了因仿真数据模型与真实环境之间不一致而造成的雷达探测误差的问题。
54.为了便于理解，下面以一个具体应用场景为例进行说明。
55.(1)前期安装准备
56.a.在毫米波雷达投影点固定安装支点，该位置的确定比较关键，可以根据结构设计数据在车身利用相关设备工具进行辅助定位来找到地面投影点，或者用铅锤法在地面找到投影点；
57.b.确定雷达法线方向，并在地面做标记。根据雷达安装情况，通过结构设计参数，在地面上确定和标记上雷达法线方向，该方向作为测试基准方向；
58.c.调整码盘7使得码盘7的0度方向与雷达法线方向对齐，转动连杆3，使连杆3位于0度方向上，从而使得连杆3、支架4、雷达目标模拟器2均位于雷达法线方向上；
59.d.通过上位机6下发测试系统角度归零指令，将此时的状态作为系统的零度基准；
60.(2)测试过程
61.a.车辆打火启动，毫米波雷达开机，透过车辆保险杠扫描毫米波雷达前方空间；
62.b.通过上位机6设置角度测量参数，控制连杆3和支架4从
‑
80
°
向80
°
方向转动，转动角度步进为0.5
°
，转动时间间隔为500ms。为了减小测试过程中随机误差带来的影响，可以将该步骤重复三次，即分别测试
‑
80
°
向80
°
转动三次并记录测试数据。假设毫米波雷达测量输出角度信息为α
azi,i
，其azi中表示第i次测量时码盘7的角度，i表示测量的次数，如α
‑
80,2
表示在
‑
80
°
角度上第二次测试的结果，α
10,3
表示在10
°
角度上第三次测试的结果。
63.c.测试完成后，卸下车辆保险杠，此时安装在车身上的毫米波雷达没有保险杠的遮挡，重复上一步的操作，在没有保险杠遮挡的情况下测试雷达目标模拟器2模拟的目标从
‑
80
°
向80
°
转动过程中的角度信息，同样为了减少随机误差带来的影响，重复测试三次。假设毫米波雷达测量输出角度信息为β
azim,j
，其azim表示当前码盘7的角度，j表示测量的次数，例如β
‑
80,2
表示在
‑
80
°
角度上第二次测试的结果，β
10,3
表示在10
°
角度上第三次测试的结果。
64.d.对测试数据结果进行处理。首先分别对上述两步骤中的三次测量结果各自取平均。
[0065][0066][0067]
于是就可以获得因为保险杠的存在导致的角度误差：
[0068][0069]
该角度误差δ就是由于保险杠折射和多径效应等因素带来的，δ
k
表示在旋转角度为k时测得的角度误差，在每个角度上的数据δ
k
绝对值越接近0则说明在该处保险杠对角度误差的影响越小；还可以用平均值和标准差来表征角度误差δ的离散程度，作为综合探测角误差。
[0070]
该角误差数据可以用于校核仿真模型使用，比较基于仿真模型的角误差结果和实测的角误差结果之间的差异，并据此来调整仿真模型参数，使得仿真结果与实测结果基本一致。
[0071]
此外，该角误差数据可以作为雷达输出角度结果的修正值来使用，但因为测试时旋转角度步进的限制，无法得到在任意角度上的误差情况，可以利用已经获得的角误差数据来拟合出角误差和真实目标所在的方位角度之间的关系，拟合成一条角误差曲线，一般规律是角度越大，对应的角度误差也越大。
[0072]
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。