CN112505677A - 一种基于雷达传感器的测距方法、装置及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于雷达传感器的测距方法、装置及存储介质,所述基于雷达传感器的测距方法包括:按照预设的周期发射检测信号以获取目标物体反射的感应信号;检测到连续的感应信号并获取所述感应信号;对所述感应信号进行预处理,以得到连续的多普勒信号;对多个多普勒信号判断是否匹配及次数;对多个连续匹配的多普勒信号进行处理,以获得所述目标物体的移动方位;经判断确认后输出连续多个所述目标物体的移动方位。同时提供了基于雷达传感器的测距装置及存储介质。本发明提供的技术方案,提升了感应的抗干扰能力、感应准确性以及可靠性,并且应用范围广,能够适应各种应用环境,实现的方案简单、成本低。
Description
技术领域
本发明涉及雷达传感器的测距技术领域,尤其涉及一种基于雷达传感器的测距方法、装置及存储介质。
背景技术
现有感应技术用于非接触式感应、障碍物检测和安全传感器,例如被动红外、超声波、激光、激光雷达和相机等,通常这些传感器需要有镜头,这使其不适合在需要保护隐私的应用中使用,例如自动马桶、洗手间的自动化和酒店房间内。由于传感器的性能很大程度上取决于镜头的完整性,因此它们也不适合在室外和潮湿的环境中部署,在这些环境中,镜头会由于霉菌和灰尘的积聚而变得模糊,并且成本较高,感应受环境影响大,致使可靠性低、易出错。
发明内容
本发明提供一种基于雷达传感器的测距方法、装置及存储介质,旨在解决上述的感应技术中的不足。
为实现上述目的,本发明提供一种基于雷达传感器的测距方法,所述基于雷达传感器的测距方法包括:
步骤S10:按照预设的周期发射检测信号以获取目标物体反射的感应信号;
步骤S20:检测到连续的感应信号并获取所述感应信号;
步骤S30:对所述感应信号进行预处理,以得到连续的多普勒信号;
步骤S40:判断任意两个连续的多普勒信号是否匹配;如果匹配则执行步骤S50,否则返回步骤S20;
步骤S50:判断所述匹配的多普勒信号是否为连续多个,如果是则执行步骤S60,否则返回步骤S20;
步骤S60:对多个连续匹配的多普勒信号进行处理,以获得所述目标物体的移动方位;
步骤S70:判断所述移动方位是否达到预设的方位阈值,当超过所述方位阈值时,执行步骤S90,否则执行步骤S80;
步骤S80:将所述移动方位存入辅助数组并判断连续存入辅助数组的移动方位超过预设的计数阈值;如果是则执行步骤S90;否则返回步骤S10;
步骤S90:输出连续多个所述目标物体的移动方位。
进一步地,所述步骤S30包括:
步骤S310:对所述感应信号进行降噪放大处理;
步骤S320:将所述发射检测信号与所述感应信号混合变频为多普勒频率以提取多普勒信号。
进一步地,所述连续的感应信号是基于所述预设的周期连续获得的感应信号。
进一步地,所述步骤S60包括:
步骤S610:将多个连续匹配的多普勒信号中的任意连续的两个多普勒信号的相位延迟;
步骤S620:通过所述相位延迟计算得到目标物体的距离;
步骤S630:计算多个连续的多普勒信号,以得到所述多普勒信号的平均相位差和时间周期;
步骤S640:根据所述平均相位差和时间周期计算目标物体大小及其移动速度,以获得所述目标物体的移动方位。
进一步地,所述相位延迟表示为:
其中,θ1表示第一相位延迟;θ2表示第二相位延迟;l表示目标物体的距离;λ1表示第一发射频率的波长;λ2表示第二发射频率的波长。
进一步地,通过所述相位延迟计算得到目标物体的距离的计算公式表示为:
其中,Δθ表示相位差;f表示第一发射频率;f2表示第二发射频率;c表示光速度。
进一步地,所述检测信号为频移键控信号。
此外,本发明提供一种基于雷达传感器的测距装置,所述基于雷达传感器的测距装置包括存储器和处理器,所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的基于雷达传感器的测距程序,所述基于雷达传感器的测距程序被所述处理器执行时实现如上述的基于雷达传感器的测距方法的步骤;所述基于雷达传感器的测距装置还包括雷达传感器模块、信息处理模块、检测模块、组合电压输入/频率调节模块和多普勒信号输出模块,所述存储器和处理器设于所述信息处理模块上;所述雷达传感器模块、组合电压输入/频率调节模块和多普勒信号输出模块与所述信息处理模块连接,所述检测模块与所述雷达传感器模块连接,所述检测模块包括发射器、与所述发射器连接的发射天线、接收天线、功率分配器和混频器,所述接收天线与所述混频器连接,所述发射天线与所述功率分配器连接并通过所述功率分配器与所述混频器连接,所述发射天线发射检测信号,所述接收天线接收目标物体的感应信号。
进一步地,所述发射器为基于压控振荡器的发射器,所述发射天线发射频移键控信号。
同时,本发明还提供一种存储介质,所述存储介质为计算机可读存储介质,所述存储介质上存储有基于雷达传感器的测距程序,所述基于雷达传感器的测距程序可被一个或者多个处理器执行,以实现上述的基于雷达传感器的测距方法的步骤。
本发明提供的基于雷达传感器的测距方法、装置及存储介质,通过基于雷达的发射检测信号和接收连续的感应信号的处理,实现对移动的目标物体的检测并确定其移动方位;提升了感应的抗干扰能力、感应准确性以及可靠性,并且应用范围广,能够适应各种应用环境,实现的方案简单、成本低。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的基于雷达传感器的测距方法的流程示意图;
图2为图1中步骤S30的流程示意图;
图3为本发明一实施例提供的两个连续的多普勒信号进行比较的波形示意图;
图4为图1中步骤S60的流程示意图;
图5为本发明一实施例提供的基于雷达传感器的测距装置的结构示意图;
图6为图5中检测模块的结构示意图;
图7为本发明一实施例提供的基于VCO的微波传感器的电路示意图;
图8为本发明一实施例提供的基于固定频率微波传感器的电路示意图;
图9为本发明一实施例提供的另一种基于固定频率微波传感器的电路示意图;
图10为本发明基于雷达传感器的测距装置一实施例中的基于雷达传感器的测距程序的程序模块示意图。
附图标记中,1、存储器;2、处理器;3、雷达传感器模块;4、信息处理模块;5、检测模块;6、组合电压输入/频率调节模块;7、多普勒信号输出模块;11、MCU;12、雷达传感器;13、模拟信号开关;14、采样处理单元;141、采集处理芯片;142、信号放大器;143、信号比较器;51、发射器;52、发射天线;53、接收天线;54、功率分配器;55、混频器;56、降噪放大器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明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发明,并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
请结合参阅图1,图1所示为本发明一实施例提供一种基于雷达传感器的测距方法的流程示意图,所述基于雷达传感器的测距方法包括:
步骤S10:按照预设的周期发射检测信号以获取目标物体反射的感应信号;
步骤S20:检测到连续的感应信号并获取所述感应信号;
步骤S30:对所述感应信号进行预处理,以得到连续的多普勒信号;
步骤S40:判断任意两个连续的多普勒信号是否匹配;如果匹配则执行步骤S50,否则返回步骤S20;
步骤S50:判断所述匹配的多普勒信号是否为连续多个,如果是则执行步骤S60,否则返回步骤S20;
步骤S60:对多个连续匹配的多普勒信号进行处理,以获得所述目标物体的移动方位;
步骤S70:判断所述移动方位是否达到预设的方位阈值,当超过所述方位阈值时,执行步骤S90,否则执行步骤S80;
步骤S80:将所述移动方位存入辅助数组并判断连续存入辅助数组的移动方位超过预设的计数阈值;如果是则执行步骤S90;否则返回步骤S10;
步骤S90:输出连续多个所述目标物体的移动方位。
具体地,按照预设的周期发射检测信号,预设的周期具体在一实施例中例如发射1ms,间隔4ms;预设的周期可以根据应用场景具体设置;所述连续的感应信号是基于所述预设的周期连续获得的感应信号,即上述周期中,每间隔4ms接收到一次感应信号即为连续的感应信号。发射的所述检测信号包括脉冲信号、调频连续波信号和频移键控信号中的任意一种。脉冲信号通常用于很短的脉冲长度(即纳秒至微秒的脉冲长度)的远程雷达(即10到100公里),以实现150m左右的分辨率,由于需要很长的距离,因此也需要大功率的微波发射机(即千瓦)来达到公里的范围。调频连续波信号涉及连续调制发射频率并同时从所需视场(Field-of-View,FOV)中的障碍物接收雷达回波,并观察回波频率,由于雷达返回的时间延迟,发射频率和接收频率之间存在频率差,进行变频时,将产生成拍频率并需要将其转换为范围。频移键控信号部分回复了微波感应的多普勒效应,通过收发器架构,可以在接收感应信号时从移动物体生成多普勒信号,该信号的频率与移动物体的速度有直接关系,通过在两个紧密间隔的频率之间返回的多普勒信号的相位差,可以获得目标物体距离和运动方向。
因此,三种检测信号对比可知,脉冲信号应用在较大距离较远的应用场景,频移键控信号相比调频连续波信号更容易对移动的物体进行感应。在本发明的一实施例中,以频移键控信号为例说明。
当检测到连续的感应信号时,获取所述感应信号,并对所述感应信号进行预处理。
请参阅图2,具体地,步骤S30包括:
步骤S310:对所述感应信号进行降噪放大处理;
步骤S320:将所述发射检测信号与所述感应信号混合变频为多普勒频率以提取多普勒信号。
由于将所述发射检测信号与所述感应信号可以通过混频器直接完成,因此可以在硬件上直接实现,大大降低了实现的复杂性,同时也降低了成本。
同时,多普勒信号与目标物体的运动速度有直接的关系,其关系使用下面的公式体现:
其中,Fd表示为多普勒频率;V表示为目标物体的移动速度;Ft表示为发射频率;c表示为光速度;λ表示为发射频率的波长;θ表示为目标物体的移动轨迹与感应视轴之间的角度。
请参阅图3,对任意两个连续的多普勒信号进行比较,如图3所示,Fd1曲线表示第一个多普勒信号的波形曲线,Fd2表示第二个多普勒信号的波形曲线,可以看出,Fd1和Fd2两条曲线的振幅大小、间隔时间均相同,因此,Fd1和Fd2两条曲线是匹配的,Fd1和Fd2两条曲线的时间差Δθ表示他们之间的相位延迟。如果两个连续的多普勒信号不匹配,则表示为干扰信号,或等待接收下一个连续的多普勒信号重新进行判断,此时返回获取下一个感应信号。图3中,振幅使用比例表示,1表示振幅最大。
经比较任意两个连续的多普勒信号匹配时再检测匹配的多普勒信号的次数是否为连续的多个,如果次数太少,例如只有2个或少于5个,则认为是干扰信号,重新返回获取下一个感应信号;如果为连续的多个,则对多个连续匹配的多普勒信号进行处理。
请参阅图4,具体地,步骤S60包括:
步骤S610:将多个连续匹配的多普勒信号中的任意连续的两个多普勒信号的相位延迟;所述相位延迟表示为:
其中,θ1表示第一相位延迟;θ2表示第二相位延迟;l表示目标物体的距离;λ1表示第一发射频率的波长;λ2表示第二发射频率的波长。
步骤S620:通过所述相位延迟计算得到目标物体的距离:
其中,Δθ表示相位差;f表示第一发射频率;f2表示第二发射频率;c表示光速度。
步骤S630:计算多个连续的多普勒信号,以得到所述多普勒信号的平均相位差和时间周期。
步骤S640:根据所述平均相位差和时间周期计算目标物体大小及其移动速度,以获得所述目标物体的移动方位。
请一并参阅图5和图6,本发明还提供一种基于雷达传感器的测距装置,所述基于雷达传感器的测距装置包括存储器1和处理器2,所述存储器1上存储有可在所述处理器2上运行的基于雷达传感器的测距程序,所述基于雷达传感器的测距程序被所述处理器2执行时实现上述的基于雷达传感器的测距方法的步骤;所述基于雷达传感器的测距装置还包括雷达传感器模块3、信息处理模块4、检测模块5、组合电压输入/频率调节模块6和多普勒信号输出模块7,所述存储器1和处理器2设于所述信息处理模块4上;所述雷达传感器模块3、组合电压输入/频率调节模块6和多普勒信号输出模块7与所述信息处理模块4连接,所述检测模块5与所述雷达传感器模块3连接,所述检测模块5包括发射器51、与所述发射器51连接的发射天线52、接收天线53、功率分配器54和混频器55,所述接收天线53与所述混频器55连接,所述发射天线52与所述功率分配器54连接并通过所述功率分配器54与所述混频器55连接,所述发射天线52发射检测信号,所述接收天线53接收目标物体的感应信号。所述基于雷达传感器的测距装置还包括降噪放大器56,所述接收天线53通过降噪放大器56与混频器55连接以实现对原始感应信号进行降噪放大。
其中,存储器1至少包括一种类型的可读存储介质,所述可读存储介质包括闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如,SD或DX存储器等)、磁性存储器、磁盘、光盘等。存储器1在一些实施例中可以是基于雷达传感器的测距装置的内部存储单元,例如该基于雷达传感器的测距装置的硬盘。存储器1在另一些实施例中也可以是基于雷达传感器的测距装置的外部存储设备,例如基于雷达传感器的测距装置上配备的插接式硬盘,智能存储卡(SmartMedia Card,SMC),安全数字(Secure Digital,SD)卡,闪存卡(Flash Card)等。进一步地,存储器1还可以既包括基于雷达传感器的测距装置的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器1不仅可以用于存储安装于基于雷达传感器的测距装置的应用软件及各类数据,例如基于雷达传感器的测距程序的代码等,还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
处理器2在一些实施例中可以是一中央处理器(Central Processing Unit,CPU)、控制器、微控制器、微处理器或其他数据处理芯片,用于运行存储器1中存储的程序代码或处理数据,例如执行基于雷达传感器的测距程序等。
图5仅示出了具有基于雷达传感器的测距程序的基于雷达传感器的测距装置,本领域技术人员可以理解的是,图5示出的结构并不构成对基于雷达传感器的测距装置的限定,可以包括比图示更少或者更多的部件,或者组合某些部件,或者不同的部件布置。
在图5所示的基于雷达传感器的测距装置实施例中,存储器1中存储有基于雷达传感器的测距程序;处理器2执行存储器1中存储的基于雷达传感器的测距程序时实现如下步骤:
步骤S10:按照预设的周期发射检测信号以获取目标物体反射的感应信号;
步骤S20:检测到连续的感应信号并获取所述感应信号;
步骤S30:对所述感应信号进行预处理,以得到连续的多普勒信号;
步骤S40:判断任意两个连续的多普勒信号是否匹配;如果匹配则执行步骤S50,否则返回步骤S20;
步骤S50:判断所述匹配的多普勒信号是否为连续多个,如果是则执行步骤S60,否则返回步骤S20;
步骤S60:对多个连续匹配的多普勒信号进行处理,以获得所述目标物体的移动方位;
步骤S70:判断所述移动方位是否达到预设的方位阈值,当超过所述方位阈值时,执行步骤S90,否则执行步骤S80;
步骤S80:将所述移动方位存入辅助数组并判断连续存入辅助数组的移动方位超过预设的计数阈值;如果是则执行步骤S90;否则返回步骤S10;
步骤S90:输出连续多个所述目标物体的移动方位。
请一并参阅图7、图8和图9,图7为本发明一实施例提供的基于VCO的微波传感器的电路示意图,具体包括微控制单元MCU11、雷达传感器12、模拟信号开关13和采样处理单元14,其中雷达传感器12包括连接基于VCO的发射器的接口Vcc,用以调节发射频率的Vtune,用于连接接收天线的接口IF和接地连接。
图8为本发明一实施例提供的基于固定频率微波传感器的电路示意图,与基于VCO的微波传感器的电路的不同之处于在,所连接的雷达传感器12不同,其雷达传感器只包含了连接发射天线的V+接口、连接接收天线的IF接口和接地连接。
图9为本发明一实施例提供的另一种基于固定频率微波传感器的电路示意图,与基于固定频率微波传感器的电路的不同之处在于采样处理单元14扩展支持更多的功能,具体地,采样处理单元14包括采集处理芯片(Sample&Hold Circuit)141、信号放大器(Amplifier)142和信号比较器(Comparator)143。
此外,本发明提供一种存储介质,所述存储介质为计算机可读存储介质,所述存储介质上存储有基于雷达传感器的测距程序,所述基于雷达传感器的测距程序可被一个或者多个处理器执行,以实现上述的基于雷达传感器的测距方法的步骤。
参照图10所示,为本发明基于雷达传感器的测距装置一实施例中的基于雷达传感器的测距程序的程序模块示意图,该实施例中,基于雷达传感器的测距程序可以被分割为发射处理模块101、接收处理模块102、分析模块103和输出模块104,示例性地:
发射处理模块101,用于执行按照预设的时间周期发射检测信号;
接收处理模块102,用于接收感应信号并进行预处理;
分析模块103,用于对多普勒信号进行分析处理得到目标物体的移动方位;
输出模块104,用于输出所述目标物体的移动方位。
上述发射处理模块101、接收处理模块102、分析模块103和输出模块104等程序模块被执行时所实现的功能或操作步骤与上述实施例大体相同,在此不再赘述。
此外,本发明实施例还提出一种存储介质,所述存储介质为计算机可读存储介质,所述存储介质上存储有基于雷达传感器的测距程序,所述基于雷达传感器的测距程序可被一个或多个处理器执行,以实现如下操作:
步骤S10:按照预设的周期发射检测信号以获取目标物体反射的感应信号;
步骤S20:检测到连续的感应信号并获取所述感应信号;
步骤S30:对所述感应信号进行预处理,以得到连续的多普勒信号;
步骤S40:判断任意两个连续的多普勒信号是否匹配;如果匹配则执行步骤S50,否则返回步骤S20;
步骤S50:判断所述匹配的多普勒信号是否为连续多个,如果是则执行步骤S60,否则返回步骤S20;
步骤S60:对多个连续匹配的多普勒信号进行处理,以获得所述目标物体的移动方位;
步骤S70:判断所述移动方位是否达到预设的方位阈值,当超过所述方位阈值时,执行步骤S90,否则执行步骤S80;
步骤S80:将所述移动方位存入辅助数组并判断连续存入辅助数组的移动方位超过预设的计数阈值;如果是则执行步骤S90;否则返回步骤S10;
步骤S90:输出连续多个所述目标物体的移动方位。
本发明的存储介质具体实施方式与上述基于雷达传感器的测距方法和装置各实施例基本相同,在此不作累述。
与现有技术相比,本发明提供的基于雷达传感器的测距方法、装置及存储介质,通过基于雷达的发射检测信号和接收连续的感应信号的处理,实现对移动的目标物体的检测并确定其移动方位;提升了感应的抗干扰能力、感应准确性以及可靠性,并且应用范围广,能够适应各种应用环境,实现的方案简单、成本低。
需要说明的是,上述本发明实施例序号仅仅为了描述,不代表实施例的优劣。并且本文中的术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、装置、物品或者方法不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、装置、物品或者方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一……”限定的要素,并不排除在包括该要素的过程、装置、物品或者方法中还存在另外的相同要素。
通过以上的实施方式的描述,本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现,当然也可以通过硬件,但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解,本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在如上所述的一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中,包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是无人机、手机,计算机,服务器,或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
注意,上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解,本发明不限于这里所述的特定实施例,对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此,虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明,但是本发明不仅仅限于以上实施例,在不脱离本发明构思的情况下,还可以包括更多其他等效实施例,而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种基于雷达传感器的测距方法,其特征在于,所述基于雷达传感器的测距方法包括:
步骤S10:按照预设的周期发射检测信号以获取目标物体反射的感应信号;
步骤S20:检测到连续的感应信号并获取所述感应信号;
步骤S30:对所述感应信号进行预处理,以得到连续的多普勒信号;
步骤S40:判断任意两个连续的多普勒信号是否匹配;如果匹配则执行步骤S50,否则返回步骤S20;
步骤S50:判断所述匹配的多普勒信号是否为连续多个,如果是则执行步骤S60,否则返回步骤S20;
步骤S60:对多个连续匹配的多普勒信号进行处理,以获得所述目标物体的移动方位;
步骤S70:判断所述移动方位是否达到预设的方位阈值,当超过所述方位阈值时,执行步骤S90,否则执行步骤S80;
步骤S80:将所述移动方位存入辅助数组并判断连续存入辅助数组的移动方位超过预设的计数阈值;如果是则执行步骤S90;否则返回步骤S10;
步骤S90:输出连续多个所述目标物体的移动方位。
2.根据权利要求1所述的基于雷达传感器的测距方法,其特征在于,所述步骤S30包括:
步骤S310:对所述感应信号进行降噪放大处理;
步骤S320:将所述发射检测信号与所述感应信号混合变频为多普勒频率以提取多普勒信号。
3.根据权利要求1所述的基于雷达传感器的测距方法,其特征在于,所述连续的感应信号是基于所述预设的周期连续获得的感应信号。
4.根据权利要求1所述的基于雷达传感器的测距方法,其特征在于,所述步骤S60包括:
步骤S610:将多个连续匹配的多普勒信号中的任意连续的两个多普勒信号的相位延迟;
步骤S620:通过所述相位延迟计算得到目标物体的距离;
步骤S630:计算多个连续的多普勒信号,以得到所述多普勒信号的平均相位差和时间周期;
步骤S640:根据所述平均相位差和时间周期计算目标物体大小及其移动速度,以获得所述目标物体的移动方位。
7.根据权利要求1所述的基于雷达传感器的测距方法,其特征在于,所述检测信号为频移键控信号。
8.一种基于雷达传感器的测距装置,其特征在于,所述基于雷达传感器的测距装置包括存储器和处理器,所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的基于雷达传感器的测距程序,所述基于雷达传感器的测距程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的基于雷达传感器的测距方法的步骤;所述基于雷达传感器的测距装置还包括雷达传感器模块、信息处理模块、检测模块、组合电压输入/频率调节模块和多普勒信号输出模块,所述存储器和处理器设于所述信息处理模块上;所述雷达传感器模块、组合电压输入/频率调节模块和多普勒信号输出模块与所述信息处理模块连接,所述检测模块与所述雷达传感器模块连接,所述检测模块包括发射器、与所述发射器连接的发射天线、接收天线、功率分配器和混频器,所述接收天线与所述混频器连接,所述发射天线与所述功率分配器连接并通过所述功率分配器与所述混频器连接,所述发射天线发射检测信号,所述接收天线接收目标物体的感应信号。
9.根据权利要求8所述的基于雷达传感器的测距装置,其特征在于,所述发射器为基于压控振荡器的发射器,所述发射天线发射频移键控信号。
10.一种存储介质,其特征在于,所述存储介质为计算机可读存储介质,所述存储介质上存储有基于雷达传感器的测距程序,所述基于雷达传感器的测距程序可被一个或者多个处理器执行,以实现如权利要求1至7中任一项所述的基于雷达传感器的测距方法的步骤。
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