一種具有環(huán)境感知能力的全自動(dòng)輪式巡邏設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及巡邏領(lǐng)域，具體涉及一種具有環(huán)境感知能力的全自動(dòng)輪式巡邏設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，各種恐怖襲擊威脅著人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，巡邏車是一種為治安，維和人 員專門設(shè)計(jì)開發(fā)的車。該車是特別適用于公安巡邏、步行街、高爾夫球場(chǎng)、旅游景點(diǎn)、房地產(chǎn) (園林小區(qū)）、各大型企業(yè)、機(jī)關(guān)單位、公園、娛樂場(chǎng)所、體育場(chǎng)館、大專院校、醫(yī)院、療養(yǎng)院、車 站、機(jī)場(chǎng)、碼頭等領(lǐng)域的交通工具。
[0003] 智能車輛環(huán)境感知系統(tǒng)的主要功能是通過傳感器獲取車輛以及環(huán)境信息，具體為 車輛的位姿及狀態(tài)信息獲取、結(jié)構(gòu)化公路中車道線及車道邊沿的識(shí)別與跟蹤、交通標(biāo)志及 交通信號(hào)的識(shí)別與跟蹤、車輛周圍障礙物的識(shí)別與跟蹤(其中包括動(dòng)態(tài)及靜態(tài)障礙物，如行 人、障礙車輛等）以及車輛行駛路面的交通狀況分析等。
[0004] 巡邏設(shè)備，主要指巡邏車作為一種公共的移動(dòng)性服務(wù)設(shè)備，在其上設(shè)置智能車輛 環(huán)境感知系統(tǒng)以提高其安全、多功能化等綜合性能是目前必然的發(fā)展趨勢(shì)。但是，現(xiàn)在的環(huán) 境感知系統(tǒng)往往存在感知維度不足、計(jì)算精度不高、實(shí)時(shí)性不強(qiáng)等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)上述問題，本發(fā)明提供一種具有環(huán)境感知能力的全自動(dòng)輪式巡邏設(shè)備。
[0006] 本發(fā)明的目的采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
[0007] -種具有環(huán)境感知能力的全自動(dòng)輪式巡邏設(shè)備，包括巡邏車和安裝在巡邏車上的 毫米波雷達(dá)三維環(huán)境感知系統(tǒng);毫米波雷達(dá)三維環(huán)境感知系統(tǒng)包括毫米波雷達(dá)、旋轉(zhuǎn)機(jī)械 裝置、控制單元和數(shù)據(jù)處理單元;旋轉(zhuǎn)機(jī)械裝置包括第一旋轉(zhuǎn)軸、旋轉(zhuǎn)盤和第二旋轉(zhuǎn)軸，第 一旋轉(zhuǎn)軸豎直布置且與旋轉(zhuǎn)盤的中心固接，所述第一旋轉(zhuǎn)軸通過第一步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)； 由第二步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)的第二旋轉(zhuǎn)軸水平套裝在軸承座內(nèi)，所述軸承座通過2個(gè)豎直布 置的支撐軸固接在旋轉(zhuǎn)盤上;所述第二旋轉(zhuǎn)軸的中點(diǎn)處設(shè)置有連接部，所述連接部垂直于 第二旋轉(zhuǎn)軸且與第二旋轉(zhuǎn)軸一體成型，毫米波雷達(dá)與連接部垂直固接;所述毫米波雷達(dá)的 自身固有掃描平面垂直于旋轉(zhuǎn)盤所在平面，且掃描范圍角為± 30° ;所述旋轉(zhuǎn)盤在布置支撐 軸的一側(cè)有切口，切口所在的直線平行于第二旋轉(zhuǎn)軸所在的直線，且任一支撐軸與切口所 在直線的距離小于50mm;所述第一步進(jìn)電機(jī)和第二步進(jìn)電機(jī)均通過單片機(jī)來控制，單片機(jī) 用于接收控制命令，并將控制命令轉(zhuǎn)化為控制信號(hào)發(fā)送給電機(jī)，同時(shí)根據(jù)裝置的初始位置 和兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過的角度計(jì)算出旋轉(zhuǎn)機(jī)械裝置的當(dāng)前位置，并將旋轉(zhuǎn)機(jī)械裝置的當(dāng)前位 置狀態(tài)反饋給數(shù)據(jù)處理單元;所述旋轉(zhuǎn)機(jī)械裝置整體在第一步進(jìn)電機(jī)的帶動(dòng)下面向車輛前 進(jìn)方向做水平180°的周期往返運(yùn)動(dòng)，同時(shí)毫米波雷達(dá)在第二步進(jìn)電機(jī)的帶動(dòng)下面向車輛前 進(jìn)方向做豎直180°的周期往返運(yùn)動(dòng)；
[0008] 數(shù)據(jù)處理單元包括數(shù)據(jù)采集子單元、延時(shí)修正子單元和坐標(biāo)輸出子單元;數(shù)據(jù)采 集子單元接收毫米波雷達(dá)測(cè)量得到的其與目標(biāo)的距離值P，同時(shí)接收單片機(jī)發(fā)送的垂直旋 轉(zhuǎn)角α和水平旋轉(zhuǎn)角β，以及毫米波雷達(dá)的自身掃描角θ ;設(shè)激光雷達(dá)對(duì)某一目標(biāo)的讀數(shù)為 &，〇4，0)，并定義：當(dāng)雷達(dá)處于水平位置時(shí)<1 = 〇°，當(dāng)雷達(dá)處于水平位置上方時(shí)(1值為正，雷 達(dá)處于水平位置下方時(shí)α值為負(fù)，當(dāng)?shù)诙D(zhuǎn)軸與巡邏車正前方方向垂直時(shí)β = 〇°，當(dāng)雷達(dá) 位于β = 〇°的右側(cè)時(shí)β為正值，當(dāng)雷達(dá)位于β = 〇°的左側(cè)時(shí)β為負(fù)值；當(dāng)毫米波雷達(dá)的自身掃 描方向與毫米波雷達(dá)所在平面垂直時(shí)θ=ο°，當(dāng)自身掃描方向位于θ=ο°的上方時(shí)Θ為正值， 當(dāng)自身掃描方向位于Θ = 0°的下方時(shí)θ為負(fù)值；
[0009]優(yōu)選地，延時(shí)修正子單元包括距離測(cè)量修正模塊、水平掃描修正模塊和垂直掃描 修正模塊:距離測(cè)量修正模塊，用于對(duì)距離值Ρ的測(cè)量值進(jìn)行針對(duì)雷達(dá)檢測(cè)波往返過程中延 時(shí)效應(yīng)的修正，其輸出的修正因子為：
[0011 ] 當(dāng)| Μ+θ: | > | α2+θ21且I β: I > I β21時(shí)，上式取正號(hào)，否則取負(fù)號(hào)；
[0012] 垂直旋轉(zhuǎn)修正模塊，用于對(duì)垂直旋轉(zhuǎn)角α進(jìn)行針對(duì)雷達(dá)檢測(cè)波往返過程中延時(shí)效 應(yīng)的修正，其輸出的修正因子：;當(dāng)|<^| > |α2|時(shí)，上式取正號(hào)，否則 取負(fù)號(hào)；
[0013] 水平旋轉(zhuǎn)修正模塊，用于對(duì)水平旋轉(zhuǎn)角β進(jìn)行針對(duì)雷達(dá)檢測(cè)波往返過程中延時(shí)效 應(yīng)的修正，其輸出的修正因
當(dāng)I & I > I β21時(shí)，上式取正號(hào)，否則 取負(fù)號(hào)；
[0014] 其中m為毫米波雷達(dá)的最大可探測(cè)距離，
用于反應(yīng)檢測(cè)目標(biāo)和毫米波雷 達(dá)之間距離對(duì)延時(shí)效應(yīng)的影響，目標(biāo)越靠近雷達(dá)則延時(shí)越小，反之延時(shí)越大;t為對(duì)該目標(biāo) 雷達(dá)檢測(cè)波發(fā)出的時(shí)間，t2為雷達(dá)檢測(cè)波返回的時(shí)間；| ti-ts |代表了雷達(dá)檢測(cè)波往返于目 標(biāo)和雷達(dá)之間所需的時(shí)間;Ti為毫米波雷達(dá)的水平旋轉(zhuǎn)周期，T2為毫米波雷達(dá)的豎直旋轉(zhuǎn)周 期抑為以時(shí)的α值，α 2為t2時(shí)的α值辦為以時(shí)的β值，β2為t2時(shí)的β值々為七時(shí)的Θ值，θ 2為t2時(shí) 的Θ值;1^ = 28^ = 2.4s，毫米波雷達(dá)的采樣間隔為2°/s;
[0015] 坐標(biāo)輸出子單元:經(jīng)延時(shí)修正子單元修正后輸出的目標(biāo)空間坐標(biāo)為：
[0018] 數(shù)據(jù)處理單元還包括目標(biāo)RCS起伏特性測(cè)量子單元，用于對(duì)目標(biāo)的RCS序列變異系 數(shù)進(jìn)行測(cè)量：
[0019] 對(duì)于處在光學(xué)區(qū)域的復(fù)雜目標(biāo)，假設(shè)由N個(gè)散射中心構(gòu)成，則多散射中心目標(biāo)的 RCS表示為目標(biāo)方位角的函數(shù)：
[0021] 其中，〇1表示第i個(gè)散射中心RCS，a+0表示目標(biāo)相對(duì)毫米波雷達(dá)的方位角表示第 i個(gè)散射中心相對(duì)雷達(dá)中心距離;λ為人為設(shè)定的參數(shù)；
[0022] 則RCS序列變異系數(shù)表示為：
其中0(k)表示第k次探測(cè)
[0023]本巡邏設(shè)備的有益效果為:設(shè)計(jì)了新的毫米波雷達(dá)三維環(huán)境感知系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn) 前方水平180°和豎直方向180°的無死角掃描覆蓋，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)耐用，抗干擾能力強(qiáng);利 用步進(jìn)式電動(dòng)機(jī)配合其它部件實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制功能，控制方便精確;針對(duì)新式旋轉(zhuǎn)雷達(dá)系 統(tǒng)的特點(diǎn)以及延時(shí)效應(yīng)設(shè)計(jì)了距離測(cè)量修正模塊、水平掃描修正模塊、垂直掃描修正模塊 等修正模塊，使得雷達(dá)的坐標(biāo)定位功能更精確，且實(shí)時(shí)性更強(qiáng)；給出了精確的坐標(biāo)計(jì)算方 法，為自動(dòng)控制和誤差控制提供了基礎(chǔ);針對(duì)該新型旋轉(zhuǎn)機(jī)械裝置，采用了新的RCS起伏特 性測(cè)量裝置，使得R CS變異系數(shù)的測(cè)量更加精準(zhǔn)，對(duì)目標(biāo)識(shí)別更有利;旋轉(zhuǎn)盤、旋轉(zhuǎn)軸等部件 的尺寸可根據(jù)具體情況靈活選取，為各種不同大小的巡邏設(shè)備的適用性提供了條件；用毫 米波雷達(dá)取代傳統(tǒng)的光波雷達(dá)，利用大氣窗口傳播時(shí)的衰減小，受自然光和熱輻射源影響 小，能夠在惡劣的天氣狀況下對(duì)路面進(jìn)行有效識(shí)別并躲避障礙物，為安全行駛提供可靠保 障，具有高分辨力、高精度、小天線口徑等優(yōu)越性。
【附圖說明】
[0024]利用附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但附圖中的實(shí)施例不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何限 制，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)以下附圖獲得 其它的附圖。
[0025]圖1是一種具有環(huán)境感知能力的全自動(dòng)輪式巡邏設(shè)備的結(jié)構(gòu)框圖；
[0026]圖2是旋轉(zhuǎn)機(jī)械裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖3是毫米波雷達(dá)自身掃描示意圖；
[0028]圖4是雷達(dá)檢測(cè)目標(biāo)時(shí)的不意圖；
[0029]圖5是數(shù)據(jù)處理單元的結(jié)構(gòu)框圖。
[0030] 附圖標(biāo)記:毫米波雷達(dá)-1;旋轉(zhuǎn)盤-2;第一旋轉(zhuǎn)軸-3;第二旋轉(zhuǎn)軸-4;軸承座-5;支 撐軸-6;連接部-7;第一步進(jìn)電機(jī)-8;第二步進(jìn)電機(jī)-9;旋轉(zhuǎn)機(jī)械裝置-10;控制單元-11;數(shù) 據(jù)處理單元-12;數(shù)據(jù)采集子單元13;延時(shí)修正子單元-14;坐標(biāo)輸出子單元-15;切口-16;目 標(biāo)-17;車輛前進(jìn)方向-18。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 結(jié)合以下實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0032] 實(shí)施例1:
[0033] 如圖1-4所示的一種具有環(huán)境感知能力的全自動(dòng)輪式巡邏設(shè)備，包括巡邏車和安 裝在巡邏車上的毫米波雷達(dá)三維環(huán)境感知系統(tǒng);毫米波雷達(dá)三維環(huán)境感知系統(tǒng)包括毫米波 雷達(dá)1、旋轉(zhuǎn)機(jī)械裝置10、控制單元11和數(shù)據(jù)處理單元12;旋轉(zhuǎn)機(jī)械裝置包10括第一旋轉(zhuǎn)軸 3、旋轉(zhuǎn)盤2和第二旋轉(zhuǎn)軸4，第一旋轉(zhuǎn)軸3豎直布置且與旋轉(zhuǎn)盤2的中心固接，所述第一旋轉(zhuǎn) 軸3通過第一步進(jìn)電機(jī)8驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)；由第二步進(jìn)電機(jī)9驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)的第二旋轉(zhuǎn)軸4水平套裝在軸 承座5內(nèi)，所述軸承座5通過2個(gè)豎直布置的支撐軸6固接在旋轉(zhuǎn)盤2上;所述第二旋轉(zhuǎn)軸4的 中點(diǎn)處設(shè)置有連接部7,所述連接部7垂直于第二旋轉(zhuǎn)軸4且與第二旋轉(zhuǎn)軸4一體成型，毫米 波雷達(dá)1與連接部7垂直固接;所述毫米波雷達(dá)1的自身固有掃描平面垂直于旋轉(zhuǎn)盤2所在平 面，且掃描范圍角為±30° ;所述旋轉(zhuǎn)盤2在布置支撐軸6的一側(cè)有切口 16，切口 16所在的直 線平行于第二旋轉(zhuǎn)軸4所在的直線，且任一支撐軸6與切口 16所在直線的距離小于50mm;所 述第一步進(jìn)電機(jī)8和第二步進(jìn)電機(jī)9均通過單片機(jī)來控制，單片機(jī)用于接收控制命令，并將 控制命令轉(zhuǎn)化為控制信號(hào)發(fā)送給電機(jī)，同時(shí)根據(jù)裝置的初始位置和兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過的角 度計(jì)算出旋轉(zhuǎn)機(jī)械裝置的當(dāng)前位置，并將旋轉(zhuǎn)機(jī)械裝置10的當(dāng)前位置狀態(tài)反饋給數(shù)據(jù)處理 單元12;所述旋轉(zhuǎn)機(jī)械裝置10整體在第一步進(jìn)電機(jī)8的帶動(dòng)下面向車輛前進(jìn)方向18做水平 180°的周期往返運(yùn)動(dòng)，同時(shí)毫米波雷達(dá)1在第二步進(jìn)電機(jī)9的帶動(dòng)下面向車輛前進(jìn)方向20做 豎直180°的周期往返運(yùn)動(dòng)；
[0034]如圖5所示，數(shù)據(jù)處理單元12包括數(shù)據(jù)采集子單元13、延時(shí)修正子單元14和坐標(biāo)輸 出子單元15,數(shù)據(jù)采集子單元13接收毫米波雷達(dá)1測(cè)量得到的其與目標(biāo)的距離值P，同時(shí)接 收單片機(jī)發(fā)送的垂直旋轉(zhuǎn)角α和水平旋轉(zhuǎn)角β，以及毫米波雷達(dá)1自身的掃描角Θ，從而獲得 完整的毫米波雷達(dá)數(shù)據(jù)和掃描平面的位置;如圖5所示，設(shè)毫米波雷達(dá)1測(cè)得的某一目標(biāo)17 的讀數(shù)為&，^0)，并定義：當(dāng)毫米波雷達(dá)1處于水