一种毫米波雷达、距离探测方法及装置、控制器、存储介质与流程

1.本发明实施例涉及雷达探测技术领域，特别涉及一种毫米波雷达、距离探测方法及装置、控制器、存储介质。


背景技术：

2.毫米波雷达，是工作在毫米波波段(millimeter wave)探测的雷达。通常毫米波是指30～300ghz频域(波长为1～10mm)的。毫米波的波长介于微波和厘米波之间，因此毫米波雷达兼有微波雷达和光电雷达的一些优点。同厘米波导引头相比，毫米波导引头具有体积小、质量轻和空间分辨率高的特点。与红外、激光、电视等光学导引头相比，毫米波导引头穿透雾、烟、灰尘的能力强，具有全天候(大雨天除外)全天时的特点。另外，毫米波导引头的抗干扰、反隐身能力也优于其他微波导引头。
3.在实现本发明实施例过程中，发明人发现以上相关技术中至少存在如下问题：目前民用毫米波雷达多采用单一模式的多进多出式的雷达方案，近远距离的探测仅仅依赖信号后处理，雷达的可探测距离较近，抗干扰能力也比较弱。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供了一种一种毫米波雷达、距离探测方法及装置、控制器、存储介质。
5.本发明实施例的目的是通过如下技术方案实现的：
6.为解决上述技术问题，第一方面，本发明实施例中提供了一种毫米波雷达，包括：至少两个接收天线，相邻的两个所述接收天线的间距为半个自由空间波长的整数倍；至少两个发射天线，相邻的两个所述发射天线的间距为距离最远的两个接收天线的间距与半个自由空间波长之和；射频芯片，所述射频芯片的发射通道分别与所述发射天线相连接，所述射频芯片的接收通道分别与所述接收天线相连接。
7.在一些实施例中，所述毫米波雷达还包括：印刷电路板，所述接收天线、所述发射天线和所述射频芯片皆设置在所述印刷电路板上。
8.在一些实施例中，所述接收天线和所述发射天线分别通过馈线与所述射频芯片连接。
9.在一些实施例中，各所述接收天线的结构相同，各所述发射天线的结构相同。
10.为解决上述技术问题，第二方面，本发明实施例中提供了一种距离探测方法，应用于第一方面所述的毫米波雷达，所述方法包括：获取当前对探测距离的需求；当所述需求为需要进行远距离探测时，切换至多入单出模式；当所述需求为需要进行近距离探测时，切换至多入多出模式。
11.在一些实施例中，所述切换至多入单出模式，包括：控制所述发射天线同时工作，且控制所述接收天线分别接收，以使所述毫米波雷达工作在多入单出模式。
12.在一些实施例中，所述切换至多入多出模式，包括：控制所述发射天线分别工作，
且控制所述接收天线分别接收，以使所述毫米波雷达工作在多入多出模式。
13.为解决上述技术问题，第三方面，本发明实施例中提供了一种距离探测装置，应用于第一方面所述的毫米波雷达，所述装置包括：获取单元，用于获取当前对探测距离的需求；第一切换单元，用于当所述需求为需要进行远距离探测时，切换至多入单出模式；第二切换单元，用于当所述需求为需要进行近距离探测时，切换至多入多出模式。
14.为解决上述技术问题，第四方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如上第二方面所述的方法。
15.为解决上述技术问题，第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如上第二方面所述的方法。
16.为解决上述技术问题，第五方面，本发明实施例还提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，使所述计算机执行如上第二方面所述的方法。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明实施例中提供了一种毫米波雷达、距离探测方法及装置、控制器、存储介质，毫米波雷达包括至少两个接收天线、至少两个发射天线和射频芯片，相邻的两个所述接收天线的间距为半个自由空间波长的整数倍，相邻的两个所述发射天线的间距为距离最远的两个接收天线的间距与半个自由空间波长之和，射频芯片的发射通道分别与所述发射天线相连接，所述射频芯片的接收通道分别与所述接收天线相连接，本发明实施例提供的毫米波雷达能够在需要进行远距离探测时，切换至多入单出模式，在需要进行近距离探测时，切换至多入多出模式，且抗干扰能力强。
附图说明
18.一个或多个实施例中通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件/模块和步骤表示为类似的元件/模块和步骤，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
19.图1为本发明实施例提供的毫米波雷达及距离探测方法的其中一种应用环境的示意图；
20.图2是本发明实施例一提供的一种毫米波雷达的电气连接结构图；
21.图3是本发明实施例一提供的一种毫米波雷达的一种结构示例图；
22.图4是本发明实施例二提供的一种距离探测方法的流程示意图；
23.图5是本发明实施例二提供的两个工作模式下天线的发射方向图；
24.图6是本发明实施例二提供的两个工作模式下雷达的虚拟阵列图；
25.图7是本发明实施例三提供的一种距离探测装置的结构示意图；
26.图8是本发明实施例四提供的一种控制器的硬件结构示意图。
具体实施方式
27.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
28.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
29.需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例中的各个特征可以相互结合，均在本技术的保护范围之内。另外，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。需要说明的是，当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。
30.除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
31.此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
32.为了解决目前毫米波雷达从结构上来说只能进行近距离探测，需要远距离探测时需要对信号进行处理的问题，本发明实施例提供了一种新型的毫米波雷达，该毫米波雷达从结构上实现了能够在多入多出模式和多入单出模式之间切换，从而实现近距离探测和远距离探测，本发明实施例提供的毫米波雷达结构简单且抗干扰能力强。
33.图1为本发明实施例提供的毫米波雷达及距离探测方法的其中一种应用环境的示意图，在该应用环境中，本发明实施例提供的毫米波雷达10能够在需要进行近距离探测工作时，切换至多入多出模式，从而探测到近距离范围内的障碍物a，而在需要进行远距离探测工作时，切换至入单出模式，从而探测到远距离范围内的障碍物b。
34.本发明实施例的毫米波雷达为工作在毫米波波段的雷达，即利用频域30～300ghz，波长为1～10mm的电磁波实现探测的雷达，其兼有微波雷达和光电雷达的一些优点，如体积小、重量轻、空间分辨率高、成像能力好，机动性好、隐蔽性好等。
35.其中，所述的近距离范围和远距离范围可根据实际采用的雷达的具体类型、工作波段、其中传感器和天线的型号等进行设置，例如，可以将以所述毫米波雷达为中心半径小于200米内的范围确定为所述近距离范围，将以所述毫米波雷达为中心半径大于等于200米内的范围确定为所述远距离范围，具体地，可根据实际情况进行设置；所述障碍物a和所述障碍物b可以是墙体、物体等，具体为场景中所有能够反射毫米波的东西。
36.具体地，下面结合附图，对本发明实施例作进一步阐述。
37.实施例一
38.本发明实施例提供了一种毫米波雷达，请参见图2和图3，其中，图2示出了本发明实施例提供的一种毫米波雷达的电气连接结构图，图3为本发明实施例提供的一种毫米波
雷达的一种结构示例，所述毫米波雷达10包括：至少两个接收天线rx、至少两个发射天线tx、射频芯片ic。进一步地，所述毫米波雷达10还包括：印刷电路板pcb。
39.相邻的两个所述接收天线(rceiving antenna，rx)的间距为半个自由空间波长的整数倍；具体地，各所述接收天线rx的结构相同。在图3所示示例中设置有四个接收天线rx1、rx2、rx3、rx4，接收天线rx1和接收天线rx2之间的间距、接收天线rx2和接收天线rx3之间的间距、接收天线rx3和接收天线rx4之间的间距皆为半个自由空间波长的整数倍且各间距可以是相同的也可以是不同的。所述的自由空间波长指的是电磁波的自由空间波长，等于：光速/频率。通过如上设置接收天线rx的间距，接收阵列均匀阵排布，使得整个系统可以在保证较低副瓣电平的前提下能够实现多入单出模式和多入多出模式的切换。
40.相邻的两个所述发射天线(transmitting antenna，tx)的间距为距离最远的两个接收天线rx的间距与半个自由空间波长之和；具体地，各所述发射天线tx的结构相同。在图3所示示例中设置有三个发射天线tx1、tx2、tx3，发射天线tx1和发射天线tx2之间的间距、发射天线tx2和发射天线tx3之间的间距皆为接收天线rx1和接收天线rx4的间距加上半个自由空间波长。所述发射天线tx和所述接收天线rx可以是hi结构一样的天线，也可以是结构不一样的天线，所述发射天线tx为一用于发射无线电波的金属装置，所述接收电线rx为一用于接收无线电波的金属装置。通过如上设置发射天线tx的间距，本发明实施例提供的毫米波雷达可以在工作在多入单出模式时，整个天线阵列为均匀阵列，具有较低的副瓣电平。
41.所述射频芯片(integrated circuit，ic)为射频集成电路的组成部分部分，搭载有处理器和存储器等具备数据处理、数据存储、控制和/或通信等核心功能器件的小型化集成电路结构。所述射频芯片ic的发射通道分别与所述发射天线tx相连接，所述射频芯片ic的接收通道分别与所述接收天线rx相连接。具体地，所述接收天线rx和所述发射天线tx分别通过馈线与所述射频芯片ic连接。
42.所述印刷电路板(printed circuit boards，pcb)用于为所述接收天线rx、所述发射天线tx和所述射频芯片ic提供电气连接，可以理解是，图2所示附图中表示电气连接的黑色线条可以是印刷在所述印刷电路板上、用于提供电气连接的金属导线，所述接收天线rx、所述发射天线tx和所述射频芯片ic皆设置在所述印刷电路板pcb上。
43.本发明实施例提供的毫米波雷达10通过一种新型的天线阵列设计，结合对所述发射天线tx和所述接收天线rx的射频通道切换进行配置，实现了对雷达系统进行重构，该毫米波雷达10能够适应不同场景下的探测需求，提升了雷达系统的探测距离，且具有低成本、高性能的特点。需要说明的是，所述毫米波雷达10的阵列形式不限于图3所示排布，所述发射天线tx和所述接收天线rx的结构、位置、尺寸等也不局限于图3所示示例。
44.实施例二
45.本发明实施例提供了一种距离探测方法，该方法应用于实施例一所述的毫米波雷达，具体地，可以由所述射频芯片ic执行，请参见图4，其示出了本发明实施例提供的一种距离探测方法的流程，所述方法包括但不限于以下步骤：
46.步骤s11：获取当前对探测距离的需求；
47.在本发明实施例中，首先需要确定对当前探测距离的需求，才能够根据探测距离的需要让毫米波雷达切换至相应的模式进行探测，具体地，雷达系统可预设置为先进行近
距离探测再进行远距离探测，或者，可预设置为先进行远距离探测再进行近距离探测；或者，可以由工作人员输入探测需求，例如，在室内狭窄的环境中，可以选择执行近距离探测工作，在室外宽阔的环境中，可以选择先执行远距离探测工作再执行近距离探测工作，或者仅执行远距离探测工作，具体地，可根据实际配置的整个探测系统及环境进行相应的设置和选择。
48.步骤s12：当所述需求为需要进行远距离探测时，切换至多入单出模式；
49.在本发明实施例中，所述切换至多入单出(single input multiple output，simo)模式，包括：控制所述发射天线同时工作，且控制所述接收天线分别接收，以使所述毫米波雷达工作在多入单出模式。具体地，请一并参见图3，发射天线tx1、tx2、tx3同时工作，且接收天线rx1、rx2、rx3、rx4分别接收时，所述毫米波雷达10工作在多入单出(simo)模式，此时，天线增益提升4.7db，同时雷达通道增益提升4.7db，探测距离相对于多入多出(mimo)模式提升了1.7倍。
50.步骤s13：当所述需求为需要进行近距离探测时，切换至多入多出模式。
51.在本发明实施例中，所述切换至多入多出(multiple input multiple output，mimo)模式，包括：控制所述发射天线分别工作，且控制所述接收天线分别接收，以使所述毫米波雷达工作在多入多出模式。具体地，请一并参见图3，发射天线tx1、tx2、tx3分别工作，且接收天线rx1、rx2、rx3、rx4分别接收时，所述毫米波雷达10工作在多入多出(mimo)模式；且相较于多入单出(simo)模式，所述毫米波雷达10工作在多入多出(mimo)模式时虚拟阵列口径较大，具有较高的分辨率。
52.本发明实施例通过配置实施例一所述的毫米波雷达中的发射天线tx和接收天线rx的工作状态可以实现在两种工作模式下的切换，从而分别满足近距离探测和远距离范围探测对高角分辨率的需求，且在保证了近距离的探测性能的同时提升了雷达抗干扰能力。请一并参见图5和图6，图5示出了本发明实施例提供的两个工作模式下天线的发射方向图，其中，实线所示为多入单出(simo)模式下的天线发射方向，虚线所示为多入多出(mimo)模式下的天线发射方向，横坐标是方位角，单位是度，纵坐标为增益，单位是分贝(db)，不难看出，当毫米波雷达工作在多入单出(simo)模式时，发射波束较窄，能量更多的集中在前向，有效避免了侧边干扰；图6则示出了两个工作模式下雷达的虚拟阵列，其中，左侧(a)为多入单出(simo)模式的虚拟阵列，右侧(b)为多入多出(mimo)模式的虚拟阵列。
53.实施例三
54.本发明实施例一种距离探测装置20，该装置应用于实施例一所述的毫米波雷达中，具体地，可以应用于所述射频芯片ic中，请参见图7，其示出了本发明实施例提供的一种距离探测装置的结构，所述距离探测装置20包括：
55.获取单元21，用于获取当前对探测距离的需求；
56.第一切换单元22，用于当所述需求为需要进行远距离探测时，切换至多入单出模式；
57.第二切换单元23，用于当所述需求为需要进行近距离探测时，切换至多入多出模式。
58.在一些实施例中，所述第一切换单元22还用于控制所述发射天线同时工作，且控制所述接收天线分别接收，以使所述毫米波雷达工作在多入单出模式。
59.在一些实施例中，所述第二切换单元23还用于控制所述发射天线分别工作，且控制所述接收天线分别接收，以使所述毫米波雷达工作在多入多出模式。
60.实施例四
61.本发明实施例还提供了一种控制器，请参见图8，其示出了能够执行图4所述距离探测方法的控制器的硬件结构。在本发明实施例中，所述控制器11可以是实施例一及图2和/或图3所示的射频芯片ic。
62.所述控制器11包括：至少一个处理器11a；以及，与所述至少一个处理器11a通信连接的存储器11b，图8中以一个处理器11a为例。所述存储器11b存储有可被所述至少一个处理器11a执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器11a执行，以使所述至少一个处理器11a能够执行上述图4所述的距离探测方法。所述处理器11a和所述存储器11b可以通过总线或者其他方式连接，图8中以通过总线连接为例。
63.存储器11b作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块，如本技术实施例中的距离探测方法对应的程序指令/模块，例如，图7所示的各个模块。处理器11a通过运行存储在存储器11b中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行控制器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例距离探测方法。
64.存储器11b可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据距离探测装置的使用所创建的数据等。此外，存储器11b可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，存储器11b可选包括相对于处理器11a远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至距离探测装置。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
65.所述一个或者多个模块存储在所述存储器11b中，当被所述一个或者多个处理器11a执行时，执行上述任意方法实施例中的距离探测方法，例如，执行以上描述的图4的方法步骤，实现图7中的各模块和各单元的功能。
66.上述产品可执行本技术实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本技术实施例所提供的方法。
67.本技术实施例还提供了一种非易失性计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个或多个处理器执行，例如，执行以上描述的图4的方法步骤，实现图7中的各模块的功能。
68.本技术实施例还提供了一种计算机程序产品，包括存储在非易失性计算机可读存储介质上的计算程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时时，使所述计算机执行上述任意方法实施例中的距离探测方法，例如，执行以上描述的图4的方法步骤，实现图7中的各模块的功能。
69.本发明实施例中提供了一种毫米波雷达、距离探测方法及装置、控制器、存储介质，毫米波雷达包括至少两个接收天线、至少两个发射天线和射频芯片，相邻的两个所述接收天线的间距为半个自由空间波长的整数倍，相邻的两个所述发射天线的间距为距离最远的两个接收天线的间距与半个自由空间波长之和，射频芯片的发射通道分别与所述发射天
线相连接，所述射频芯片的接收通道分别与所述接收天线相连接，本发明实施例提供的毫米波雷达能够在需要进行远距离探测时，切换至多入单出模式，在需要进行近距离探测时，切换至多入多出模式，且抗干扰能力强。
70.需要说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
71.通过以上的实施方式的描述，本领域普通技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-only memory,rom)或随机存储记忆体(random access memory,ram)等。
72.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；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范围。