一种车位检测方法及装置与流程
本发明涉及位置检测领域的技术方案，特别是一种车位检测方法及装置。
背景技术：
随着城市机动车保有量持续增加，交通拥堵，停车困难等问题越来越突出，给城市管理者对于车辆管理带来严峻的考验。特别是停车难已成为制约城市发展的，影响人们生活的突出问题。如何改善当前交通状况、解决停车难问题受到政府的高度重视。
解决该问题，则需对城市的道路、交通、停车进行统一的规划管理、充分挖掘城市停车资源，特别是合理利用路边占道停车资源，并通过合理收费实现停车资源的高效利用，从而缓解交通拥堵和停车困难的问题。
相比封闭停车场，路边停车收费管理面临很多复杂的问题，比如说如何计算停车时间，目前市场上已有几款路边停车管理系统，对于如何计算停车时间主要通过传感器检测停车位是否有车辆存在来实现。这些传感器主要包括地感线圈、地磁、超声波、红外、雷达等。
地感线圈安装需破坏路面，维护也要破坏路面，十分不便，且施工时间长，劳动强度大，施工期间影响交通。
地磁相对地感线圈破坏路面较小，施工较为方便，但仍然存在破坏路面的问题，特别是北方城市，破坏路面整体性后，冬天水结冰膨胀安装点，影响道路寿命，除此之外，识别准确率偏低。
超声波、红外受雨、雾、尘影响较大，所以一般用于室内停车位、室外很少使用。
雷达传感器受复杂环境影响较小，户外使用优势明显，受到厂家青睐，现有的雷达采用检测距离的方式，通过划定距离范围，在该范围内检测到目标则认为有车。这种检测方式存在这样的问题，由于雷达一般有一定角度，在应用中有可能检测到车位外其他目标，比如说车位旁边车道行驶车辆、绿化带或者行人道上杂物等，距离也在划定范围内，从而造成误判。
因此，仅仅通过目标距离这个数据判断目标是否位于停车位内就有可能判断的误差，实际应用时容易引起纠纷，给管理增加困难。
另外，在室内或室外的停车场，上述的种种技术缺陷也是困扰停车场管理的一个难点，给停车场的高效、自动化、信息后管理带来了技术难题。
总之，现有的车位检测装置或方法存在的种种缺陷严重影响了本领域向前发展和进一步推广应用。
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种新的技术方案以解决现存的技术缺陷。
技术实现要素：
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种车位检测方法及装置，该种车位检测方法及装置解决了现有车位检测技术在应用时存在的受环境影响大、对路面破坏大、容易造成位置误判等技术缺陷。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种车位检测方法，包括以下的处理步骤：
步骤一：通过处理器控制雷达传感器发出调频连续波，同时雷达传感器接收目标回波信号，并转为包含目标距离和目标方位角信息的中频模拟信号，所述雷达传感器至少具有两根接收天线；
步骤二：处理器采集雷达传感器输出的中频模拟信号并进行处理，计算出目标的距离信息及方位角信息；
步骤三：以所述雷达传感器的地点为坐标原点，以被检测车位的短边方向为x轴方向，以被检测车位的长边方向为y轴方向，建立一个坐标系；
步骤四：通过步骤二中计算出来的目标的距离信息和方位角信息，将其换算成为步骤三中所述的坐标系的坐标信息；
步骤五：将停车位的位置信息转化为步骤三中所述的坐标系的坐标信息，并在坐标系里划出停车位的坐标范围；
步骤六：将目标的坐标信息与停车位的坐标范围进行比较判断，确定目标是否停在停车位上，并输出结论。
作为上述技术方案的进一步改进，所述处理器为dsp处理器，dsp处理器发出fmcw调制信号，该fmcw调制信号经过调制信号放大电路处理后输送到雷达传感器中并控制雷达传感器向外发出用于探测目标距离和方位角信息的调频连续电磁波信号。
作为上述技术方案的进一步改进，所述从雷达传感器发出的调频连续电磁波信号碰到目标后反射回来并被雷达传感器接收，回波信号经过雷达传感器处理转为包含目标距离和方位角信号的中频模拟信号，该信号经过信号滤波放大电路处理后被输送给所述dsp处理器进行数字信号处理，计算出目标的距离和方位角信息。
作为上述技术方案的进一步改进，所述dsp处理器、调制信号放大电路、信号滤波放大电路及雷达传感器均连接有电源；所述dsp处理器连接有可互通数据的通讯接口，所述通讯接口连接到所述电源；所述通讯接口可与外部的控制中心进行无线或有线连接并进行数据交换。
作为上述技术方案的进一步改进，所述目标的距离信息通过雷达传感器接收目标回波并转换为包含目标距离信息的中频模拟信号进行计算，其算法公式为：
其中，所述fd为差频，即为反射信号和接收信号之间的差频信号；所述δf为振荡器发射频率的变化范围，即fmcw信号的调频宽度；所述t为调制重复周期；所述l为目标的距离；所述c0为光速；f为调频速度，
所述目标的方位角信息通过雷达传感器接收目标回波并转换为包含目标方位角信息的中频模拟信号进行计算，其计算公式为：
其中，所述
所述
计算得出，其中两根天线接收信号的波程差为：
δr＝dsinθ；
所述目标位置的坐标信息的计算公式为：
其中，x为目标位置在坐标系中的x轴坐标，y为目标位置在坐标系中的y轴坐标，所述β为雷达传感器平面与x轴之间夹角，θ为目标的方位角。
作为上述技术方案的进一步改进，所述雷达传感器固定安装于车位侧后方，雷达传感器的安装高度高于车位的水平面。
本发明还提供了一种车位检测装置，包括：
处理器，所述处理器用于发出初始信号、接收返回信号、对返回信号进行数据处理、建立对比坐标系、将返回信号处理得到的目标位置信息及车位位置分别换算成对比坐标系内的坐标值及坐标范围并判断目标位置的坐标值是否位于车位位置的坐标范围内；
调制信号放大电路，所述调制信号放大电路用于接收处理器发出的初始信号并对初始信号作调制及放大处理；
雷达传感器，所述雷达传感器具有至少两根接收天线，其用于接收调制信号放大电路发出的信号并对外发射雷达信号，发出的雷达信号经目标反射回来后被雷达传感器的两根天线接收；
信号滤波放大电路，所述信号滤波放大电路接收雷达传感器接收的目标信号后对该信号进行滤波及放大处理并最终输送到处理器中进行信号处理，并计算出目标的距离和方位角信息；
通讯接口，所述通讯接口与处理器连接并用于与外部进行数据交换；
电源，所述电源用于为所述处理器、调制信号放大电路、信号滤波放大电路、雷达传感器及通讯接口提供电源。
作为上述技术方案的进一步改进，所述处理器为dsp处理器，dsp处理器发出fmcw调制信号，该fmcw调制信号经过调制信号放大电路处理后输送到雷达传感器中并控制雷达传感器向外发出用于探测目标距离和方位角信息的调频连续电磁波信号。
作为上述技术方案的进一步改进，所述从雷达传感器发出的调频连续电磁波信号碰到目标后反射回来并被雷达传感器接收，回波信号经过雷达传感器处理转为包含目标距离和方位角信号的中频模拟信号，该信号经过信号滤波放大电路处理后被输送给所述dsp处理器进行数字信号处理，计算出目标的距离和方位角信息。
作为上述技术方案的进一步改进，所述雷达传感器固定安装于车位侧后方，雷达传感器的安装高度高于车位的水平面。。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种车位检测方法及装置，所述车位检测方法通过雷达传感器来测量目标位置的距离和方位角的信息，依靠二维信息确定目标的位置，从而准确得出目标的位置信息，进一步可极大提升位置判断的准确性，避免出现现有技术中存在的位置误差等问题；另外，该种车位检测方法采用雷达传感器进行测量，其具有受环境影响小的优点，应用在户外可进一步提升检测的准确性；再有，所述雷达传感器在应用时安装于车位侧后方，避免埋地安装，不会损坏道路，免受道路雨水影响，不仅有利于检测的准确性，同时亦能延长使用寿命。
总之，该种车位检测方法及装置解决了现有车位检测技术在应用时存在的受环境影响大、对路面破坏大、容易造成位置误判等技术缺陷。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明中车位检测方法的流程示意图；
图2是本发明中车位检测装置的模块图；
图3是本发明中经调制的fmcw雷达传感器发射和接收信号的时间相关曲线图；
图4是本发明中目标位置方位角的计算示意图；
图5是本发明中目标位置坐标与停车位坐标范围的判断示意图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，专利中涉及到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合，参照图1-5。
具体参照图1，本发明提供一种车位检测方法，其包括以下的处理步骤：
一种车位检测方法，其特征在于：包括以下的处理步骤：
步骤一：通过处理器控制雷达传感器发出调频连续波，同时雷达传感器接收目标回波信号，并转为包含目标距离和目标方位角信息的中频模拟信号，所述雷达传感器至少具有两根接收天线；
步骤二：处理器采集雷达传感器输出的中频模拟信号并进行处理，计算出目标的距离信息及方位角信息；
步骤三：以所述雷达传感器的地点为坐标原点，以被检测车位的短边方向为x轴方向，以被检测车位的长边方向为y轴方向，建立一个坐标系；
步骤四：通过步骤二中计算出来的目标的距离信息和方位角信息，将其换算成为步骤三中所述的坐标系的坐标信息；
步骤五：将停车位的位置信息转化为步骤三中所述的坐标系的坐标信息，并在坐标系里划出停车位的坐标范围；
步骤六：将目标的坐标信息与停车位的坐标范围进行比较判断，确定目标是否停在停车位上，并输出结论。
在本发明提供的车位检测方法中，处理过程为：通过处理器建立坐标系并划出停车位的坐标范围，同时利用雷达传感器获取被测目标的位置信息，所述位置信息包含有目标的距离和方位角信息；进一步通过处理器将目标的位置信息转换成为坐标系的坐标数据，将目标的坐标数据与停车位的坐标范围进行对比即可判断目标是否位于停车位上。本发明技术方案中，由于雷达传感器可获取目标的距离和方位角这两个信息，结合处理器建立的坐标系即可实现目标位置的精确定位，进而可避免现有测试技术中仅通过距离信息判断目标是否位置停车位而造成判断误差，精确度和准确度大为提升。
在本发明技术方案中，所述雷达传感器的实质为至少具有两根接收线的雷达传感器，包括一发双收雷达传感器或一发多收雷达传感器。该类型雷达传感器由于具有至少两条接收天线，在应用时可通过其接收天线接收包含有目标距离和方位角信息的反射波。
具体参照图2，优选地，所述处理器为dsp处理器，dsp处理器发出fmcw调制信号，该fmcw调制信号经过调制信号放大电路处理后输送到雷达传感器中并控制雷达传感器向外发出用于探测目标距离和方位角信息的调频连续电磁波信号；所述从雷达传感器发出的调频连续电磁波信号碰到目标后反射回来并被雷达传感器接收，回波信号经过雷达传感器处理转为包含目标距离和方位角信号的中频模拟信号，该信号经过信号滤波放大电路处理后被输送给所述dsp处理器进行数字信号处理，计算出目标的距离和方位角信息；所述dsp处理器、调制信号放大电路、信号滤波放大电路及雷达传感器均连接有电源；所述dsp处理器连接有可互通数据的通讯接口，所述通讯接口连接到所述电源；所述通讯接口可与外部的控制中心进行无线或有线连接并进行数据交换。
在实际应用中，所述电源为dsp处理器、调制信号放大电路、信号滤波放大电路、雷达传感器及通讯接口提供电源。
在工作时，所述dsp处理器通过内部d/a转换器向调制信号放大电路发出一个fmcw调制信号，所述fmcw调制信号经过调制信号放大电路调制放大后输入到雷达传感器，所述雷达传感器发出的信号从目标被反射回来后，被雷达传感器的接收天线接收，其接收的信息输送给信号滤波放大电路进行处理，信号经过信号滤波放大电路处理后通过内部d/a转换器输送到dsp处理器中进行数据处理，从dsp处理器中处理的数据可通过通讯接口传输给外部的控制中心，而外部控制中心的各种信息也可通过通讯接口输送给dsp处理器。
具体参照图3，采用fmcw模式进行目标距离的测量。fmcw测距原理是雷达传感器通过天线向外发射随时间按调制电压的规律变化的调频毫米波，并接收目标的反射信号。反射信号经过目标的反射再被雷达传感器的接收天线接收，所以相比发射频率会有一定延迟，在混频器中混合发射信号和接收信号，就会生成一个恒定的差频信号，其中包含所需的距离信息。而且，此频率越高，目标的距离越远。
所述目标的距离信息通过雷达传感器接收目标回波并转换为包含目标距离信息的中频模拟信号进行计算，其算法公式为：
其中，所述fd为差频，即为反射信号和接收信号之间的差频信号；所述δf为振荡器发射频率的变化范围，即fmcw信号的调频宽度；所述t为调制重复周期；所述l为目标的距离；所述c0为光速；f为调频速度，
具体参照图4，本实施例中，雷达传感器采用双接收天线的结构。雷达传感器通过发射天线向目标发射波束，由于探测目标反射的回波信号到达两根接收天线的时间不同，该时间差反映到信号上就是相位差，通过检测相位差可以得到目标角度。
目标方位角为θ，两根接收天线间距为d，回波信号到不同天线的波程差为：
δr＝dsinθ；
由此产生的相位差为
其中λ为发射频率的波长。
所以只要确定相位差
得到目标相对雷达传感器的距离l和角度θ需要换算成以被检测车位的短边方向为x轴方向，以被检测车位的长边方向为y轴方向，以雷达传感器安装处为原点的坐标系里面的二维坐标，雷达传感器固定安装于车位侧后方，雷达传感器平面与x轴之间夹角为β，则目标坐标计算公式为：
其中，r＝l，x为目标位置在坐标系中的x轴坐标，y为目标位置在坐标系中的y轴坐标。
优选地，所述雷达传感器固定安装于车位侧后方，雷达传感器的安装高度高于车位的水平面，雷达传感器的安装模式比起现有的地埋安装模式具有更久的使用寿命，抗干扰能力也更强。
具体参照图5，将目标的位置转换成坐标信息后，然后再与停车位的坐标信息进行对比，就可以得出目标是否位于停车位内。
该种车位检测方法采用的雷达传感器可同时接收距离和方位角两个信息，通过处理器转换成坐标系内的坐标信息即可实现精确定位，进一步与停车位的坐标范围进行判断，进而可准确地确定目标位置是否位于停车位内，极大提高检测精度，避免测量误差。
具体参照图2，配合于上述的车位检测方法，本发明还提供了：
一种车位检测装置，包括：
处理器，所述处理器用于发出初始信号、接收返回信号、对返回信号进行数据处理、建立对比坐标系、将返回信号处理得到的目标位置信息及车位位置分别换算成对比坐标系内的坐标值及坐标范围并判断目标位置的坐标值是否位于车位位置的坐标范围内；
调制信号放大电路，所述调制信号放大电路用于接收处理器发出的初始信号并对初始信号作调制及放大处理；
雷达传感器，所述雷达传感器具有至少两根接收天线，其用于接收调制信号放大电路发出的信号并对外发射雷达信号，发出的雷达信号经目标反射回来后被雷达传感器的两根天线接收；
信号滤波放大电路，所述信号滤波放大电路接收雷达传感器接收的目标信号后对该信号进行滤波及放大处理并最终输送到处理器中进行信号处理，并计算出目标的距离和方位角信息；
通讯接口，所述通讯接口与处理器连接并用于与外部进行数据交换；
电源，所述电源用于为所述处理器、调制信号放大电路、信号滤波放大电路、雷达传感器及通讯接口提供电源。
具体地，首先，处理器建立以雷达传感器的地点为坐标原点、以被检测车位的短边方向为x轴方向、以被检测车位的长边方向为y轴方向的坐标系；其次，将被检测的停车位的位置范围转换成为坐标系的坐标范围；然后，所述处理器发出一个初始信号，所述初始信号经过调制信号放大电路处理后输送给雷达传感器，所述雷达传感器向外发射包含有距离和方位角信息的调频连续电磁波信号，所述调频连续电磁波信号碰到目标后反射回来并被雷达传感器的接收天线接收，雷达传感器接收的反射信号经过信号滤波放大电路处理后输送给处理器，所述处理器对包含有目标距离和目标方位角信息的反射信号进行处理并转换成为坐标系内的坐标信息；最后，将目标的坐标信息与停车位的坐标范围进行比较，就可以判断目标是否位于停车位内并输出结论。
优选地，所述处理器为dsp处理器，dsp处理器发出fmcw调制信号，该fmcw调制信号经过调制信号放大电路处理后输送到雷达传感器中并控制雷达传感器向外发出用于探测目标距离和方位角信息的调频连续电磁波信号。
优选地，所述从雷达传感器发出的调频连续电磁波信号碰到目标后反射回来并被雷达传感器接收，回波信号经过雷达传感器处理转为包含目标距离和方位角信号的中频模拟信号，该信号经过信号滤波放大电路处理后被输送给所述dsp处理器进行数字信号处理，计算出目标的距离和方位角信息。
优选地，所述雷达传感器固定安装于车位侧后方，雷达传感器的安装高度高于车位的水平面。
需要说明的是，本发明提供的车位检测方法和装置并不仅仅局限在道路边上的收费车位，亦可应用在室内或室外等环境中的停车场，用以实现自动化和信息化的车位管理。例如，在收费停车场中，可通过本发明提供的车位检测方法及装置来实现停车费用的精确计算；可利用本发明提供的技术方案来检测停车是否到位，达到提醒用户并辅助用户停车，达到综合应用的目的。总之，只要基于本发明思想实施的技术方案均在本发明的保护范围内。
在本发明的车位检测方法和装置中应用的雷达传感器可测量目标的距离和方位角两个信息，通过距离和方位角信息可准确确定目标的位置；而现有普通雷达传感器只能够检测目标的距离信息，在应用中由于存在角度偏差等问题而导致判断误差。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
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