[发明专利]一种基于视觉感知的V2V毫米波波束对准方法

权利要求书

1.一种基于视觉感知的V2V毫米波波束对准方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：设计固定的DFT码本矩阵，模拟波束成形；

步骤S2：使用车载单目相机拍摄场景图像，并使用FCOS3D目标检测算法检测场景中的目标车辆，获得目标在相机坐标系下的三维位置；

步骤S3：进行坐标变换，将目标在相机坐标系下的坐标位置变换到天线坐标系下，再变换到平面极坐标系下，计算出目标距离车体的距离和方位角；

步骤S4：根据目标方位角，利用DFT码本矩阵生成波束成形矢量，完成波束对准。

2.根据权利要求1所述的一种基于视觉感知的V2V毫米波波束对准方法，其特征在于，步骤S1中，具体包括：

将信道中的出发角格点化，表示为{θ_j},j＝1,...,G_T，且满足G_T≥N_T，G_T为出发角格点数，N_T为发射端天线数，出发角和到达角的角度范围为[0,π)，在格点上的出发角分别表示为:

G_T＝N_T，将不同角度对应的阵列导向矢量合写在一个矩阵中，得到发射机的DFT码本矩阵如下：

其中，DFT码本矩阵的每一列代表了一个出发角或到达角的对应天线响应。

3.根据权利要求1所述的一种基于视觉感知的V2V毫米波波束对准方法，其特征在于，步骤S3中使用的坐标系具体包括：

(1)相机坐标系

相机坐标系以车载相机光轴为z轴，x轴和y轴平行于图像坐标系的x轴与y轴，其中，y轴平行于重力轴，z轴坐标值代表了目标的深度信息；

(2)天线坐标系

天线坐标系以车体ULA天线中点为坐标原点，x轴平行于相机坐标系x轴，y轴平行于相机坐标系z轴，z轴向上平行于相机坐标系y轴；

(3)平面极坐标系

平面极坐标系在天线坐标系内xoy平面上，以原点为极坐标极点，以x轴为极轴。

4.根据权利要求1所述的一种基于视觉感知的V2V毫米波波束对准方法，其特征在于，在步骤S3中，坐标变换过程如下：

(1)从相机坐标系变换到天线坐标系

将相机坐标系绕x轴旋转90°，然后沿y轴正方向平移T_ym，沿z轴正方向平移T_zm得到天线坐标系，设目标在相机坐标系中的坐标为(x,y,z)，令A＝[x,y,z,1]^T，经过旋转和平移，从相机坐标系变换到天线坐标系的变换公式如下：

从相机坐标系变换到天线坐标系后，目标的位置坐标为(x,z-T_y,-y-T_z)。

(2)从车载ULA天线坐标系变换到平面极坐标系

在V2V通信场景中，考虑波束在二维极坐标系中的情况，根据极坐标计算公式：

将目标在天线坐标系下的坐标(x,z-T_y,-y-T_z)代入，得到目标到本车体的距离和波束出发角为：

5.根据权利要求1所述的一种基于视觉感知的V2V毫米波波束对准方法，其特征在于：步骤S4中，利用步骤S3所得目标方位角θ，选择DFT码本矩阵中对应角度的天线阵列响应，得到了对目标的波束成形矢量，完成了波束对准。