技术领域
本发明涉及文物展示领域，具体涉及一种具有识别功能的文物展示柜。
背景技术
文物作为人类文明的成果，其保护受到各国政府的重视，而文物展示柜无疑对文物保护起到至关重要的作用。
智能环境感知系统的主要功能是通过传感器获取周边环境信息，对周围物体进行识别与跟踪(其中包括动态及静态障碍物)等。
文物展示柜，在其上设置智能环境感知系统以提高其安全、多功能化等综合性能是目前必然的发展趋势。但是，现在的环境感知系统往往存在感知维度不足、计算精度不高、实时性不强等问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种具有识别功能的文物展示柜。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
一种具有识别功能的文物展示柜，包括文物展示柜和安装在文物展示柜上的毫米波雷达三维环境感知系统；毫米波雷达三维环境感知系统包括毫米波雷达、旋转机械装置、控制单元和数据处理单元；旋转机械装置包括第一旋转轴、旋转盘和第二旋转轴，第一旋转轴竖直布置且与旋转盘的中心固接，所述第一旋转轴通过第一步进电机驱动旋转；由第二步进电机驱动旋转的第二旋转轴水平套装在轴承座内，所述轴承座通过2个竖直布置的支撑轴固接在旋转盘上；所述第二旋转轴的中点处设置有连接部，所述连接部垂直于第二旋转轴且与第二旋转轴一体成型，毫米波雷达与连接部垂直固接；所述毫米波雷达的自身固有扫描平面垂直于旋转盘所在平面，且扫描范围角为±30°；所述旋转盘在布置支撑轴的一侧有切口，切口所在的直线平行于第二旋转轴所在的直线，且任一支撑轴与切口所在直线的距离小于50mm；所述第一步进电机和第二步进电机均通过单片机来控制，单片机用于接收控制命令，并将控制命令转化为控制信号发送给电机，同时根据装置的初始位置和两个步进电机转过的角度计算出旋转机械装置的当前位置，并将旋转机械装置的当前位置状态反馈给数据处理单元；所述旋转机械装置整体在第一步进电机的带动下面向展示柜前方做水平180°的周期往返运动，同时毫米波雷达在第二步进电机的带动下面向展示柜前方做竖直180°的周期往返运动；
数据处理单元包括数据采集子单元、延时修正子单元和坐标输出子单元；数据采集子单元接收毫米波雷达测量得到的其与目标的距离值ρ，同时接收单片机发送的垂直旋转角α和水平旋转角β，以及毫米波雷达的自身扫描角θ；设毫米波雷达对某一目标的读数为(ρ，α，β，θ)，并定义：当雷达处于水平位置时α＝0°，当雷达处于水平位置上方时α值为正，雷达处于水平位置下方时α值为负，当第二旋转轴与文物展示柜正前方方向垂直时β＝0°，当雷达位于β＝0°的右侧时β为正值，当雷达位于β＝0°的左侧时β为负值；当毫米波雷达的自身扫描方向与毫米波雷达所在平面垂直时θ＝0°，当自身扫描方向位于θ＝0°的上方时θ为正值，当自身扫描方向位于θ＝0°的下方时θ为负值；
优选地，延时修正子单元包括距离测量修正模块、水平扫描修正模块和垂直扫描修正模块：距离测量修正模块，用于对距离值ρ的测量值进行针对雷达检测波往返过程中延时效应的修正，其输出的修正因子为：
当|α1+θ1|＞|α2+θ2|且|β1|＞|β2|时，上式取正号，否则取负号；
垂直扫描修正模块，用于对垂直旋转角α进行针对雷达检测波往返过程中延时效应的修正，其输出的修正因子当|α1|＞|α2|时，上式取正号，否则取负号；
水平扫描修正模块，用于对水平旋转角β进行针对雷达检测波往返过程中延时效应的修正，其输出的修正因子当|β1|＞|β2|时，上式取正号，否则取负号；
其中m为毫米波雷达的最大可探测距离，且ρ≤m；用于反应检测目标和毫米波雷达之间距离对延时效应的影响，目标越靠近雷达则延时越小，反之延时越大；t1为对该目标雷达检测波发出的时间，t2为雷达检测波返回的时间；|t1-t2|代表了雷达检测波往返于目标和雷达之间所需的时间；T1为毫米波雷达的水平旋转周期，T2为毫米波雷达的竖直旋转周期；α1为t1时的α值，α2为t2时的α值；β1为t1时的β值，β2为t2时的β值；θ1为t1时的θ值，θ2为t2时的θ值；T1＝2s，T2＝2.4s，毫米波雷达的采样间隔为2°/s；
坐标输出子单元：经延时修正子单元修正后输出的目标空间坐标为：
其中，
数据处理单元还包括目标RCS起伏特性测量子单元，用于对目标的RCS序列变异系数进行测量：
对于处在光学区域的复杂目标，假设由N个散射中心构成，则多散射中心目标的RCS表示为目标方位角的函数：
其中，σi表示第i个散射中心RCS，α+θ表示目标相对毫米波雷达的方位角，Ri表示第i个散射中心相对雷达中心距离；λ为人为设定的参数；
则RCS序列变异系数表示为：其中σ(k)表示第k次探测目标的RCS值，RCS序列均值
本文物展示柜的有益效果为：设计了新的毫米波雷达三维环境感知系统，从而实现展示柜前方水平180°和竖直方向180°的无死角扫描覆盖，且结构简单经济耐用，抗干扰能力强；利用步进式电动机配合其它部件实现全自动控制功能，控制方便精确；针对新式旋转雷达系统的特点以及延时效应设计了距离测量修正模块、水平扫描修正模块、垂直扫描修正模块等修正模块，使得雷达的坐标定位功能更精确，且实时性更强；给出了精确的坐标计算方法，为自动控制和误差控制提供了基础；针对该新型旋转机械装置，采用了新的RCS起伏特性测量装置，使得RCS变异系数的测量更加精准，对目标识别更有利；旋转盘、旋转轴等部件的尺寸可根据具体情况灵活选取，为各种不同大小的文物展示柜的适用性提供了条件。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是一种具有识别功能的文物展示柜的结构框图；
图2是旋转机械装置的结构示意图；
图3是毫米波雷达自身扫描示意图；
图4是雷达检测目标时的示意图；
图5是数据处理单元的结构框图。
附图标记：毫米波雷达-1；旋转盘-2；第一旋转轴-3；第二旋转轴-4；轴承座-5；支撑轴-6；连接部-7；第一步进电机-8；第二步进电机-9；旋转机械装置-10；控制单元-11；数据处理单元-12；数据采集子单元13；延时修正子单元-14；坐标输出子单元-15；切口-16；目标-17；展示柜前方-18。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
实施例1：
如图1-4所示的一种具有识别功能的文物展示柜，包括文物展示柜和安装在文物展示柜上的毫米波雷达三维环境感知系统；毫米波雷达三维环境感知系统包括毫米波雷达1、旋转机械装置10、控制单元11和数据处理单元12；旋转机械装置包10括第一旋转轴3、旋转盘2和第二旋转轴4，第一旋转轴3竖直布置且与旋转盘2的中心固接，所述第一旋转轴3通过第一步进电机8驱动旋转；由第二步进电机9驱动旋转的第二旋转轴4水平套装在轴承座5内，所述轴承座5通过2个竖直布置的支撑轴6固接在旋转盘2上；所述第二旋转轴4的中点处设置有连接部7，所述连接部7垂直于第二旋转轴4且与第二旋转轴4一体成型，毫米波雷达1与连接部7垂直固接；所述毫米波雷达1的自身固有扫描平面垂直于旋转盘2所在平面，且扫描范围角为±30°；所述旋转盘2在布置支撑轴6的一侧有切口16，切口16所在的直线平行于第二旋转轴4所在的直线，且任一支撑轴6与切口16所在直线的距离小于50mm；所述第一步进电机8和第二步进电机9均通过单片机来控制，单片机用于接收控制命令，并将控制命令转化为控制信号发送给电机，同时根据装置的初始位置和两个步进电机转过的角度计算出旋转机械装置的当前位置，并将旋转机械装置10的当前位置状态反馈给数据处理单元12；所述旋转机械装置10整体在第一步进电机8的带动下面向展示柜前方18做水平180°的周期往返运动，同时毫米波雷达1在第二步进电机9的带动下面向展示柜前方20做竖直180°的周期往返运动；
如图5所示，数据处理单元12包括数据采集子单元13、延时修正子单元14和坐标输出子单元15，数据采集子单元13接收毫米波雷达1测量得到的其与目标的距离值ρ，同时接收单片机发送的垂直旋转角α和水平旋转角β，以及毫米波雷达1自身的扫描角θ，从而获得完整的毫米波雷达数据和扫描平面的位置；如图5所示，设毫米波雷达1测得的某一目标17的读数为(ρ，α，β，θ)，并定义：当毫米波雷达1处于水平位置时α＝0°，当毫米波雷达1处于水平位置上方时α值为正，毫米波雷达1处于水平位置下方时α值为负；当第二旋转轴4与文物展示柜正前方方向垂直时β＝0°，当毫米波雷达1位于β＝0°的右侧时β为正值，当毫米波雷达1位于β＝0°的左侧时β为负值；当毫米波雷达1的自身扫描方向与毫米波雷达1所在平面垂直时θ＝0°，当自身扫描方向位于θ＝0°的上方时θ为正值，当自身扫描方向位于θ＝0°的下方时θ为负值。由图3可知第一旋转轴3的旋转角度β即为毫米波雷达1在水平方向的旋转角度。
优选地，延时效应是指，由于本装置采用的是三维度双旋转的技术方案，因此在雷达检测波从发出到返回的过程中，雷达的位置已经发生了一定的偏移，虽然这段时间很短，但是当旋转速度较高时，这部分的误差仍然不可忽视，这是本装置与其他固定雷达检测装置不一样的地方，因此必须引入专用的延时修正系数。延时修正子单元14包括距离测量修正模块、水平扫描修正模块和垂直扫描修正模块：距离测量修正模块，用于对距离值ρ的测量值进行针对雷达检测波往返过程中延时效应的修正，其输出的修正因子为：
当|α1+θ1|＞|α2+θ2|且|β1|＞|β2|时，说明装置的旋转是朝着目标点的方向运动的，此时测得的实际值偏小，故上式采用正号，此时λρ＞1，反之采用负号，此时λρ＜1；同时，由于t1-t2是一个很小的值，因此此修正模块的具体修正值完全取决于电机的旋转周期T，旋转越快T越小，则修正系数与1的差的绝对值越大，反之则越小。
垂直扫描修正模块，用于对垂直旋转角α进行针对雷达检测波往返过程中延时效应的修正，其输出的修正因子当|α1|＞|α2|时，上式取正号，否则取负号；
水平扫描修正模块，用于对水平旋转角β进行针对雷达检测波往返过程中延时效应的修正，其输出的修正因子当|β1|＞|β2|时，上式取正号，否则取负号；
其中m为毫米波雷达1的最大可探测距离，且ρ≤m；用于反应检测目标17和毫米波雷达1之间距离对延时效应的影响，目标17越靠近毫米波雷达1则延时越小，反之延时越大；t1为对该目标17雷达检测波发出的时间，t2为雷达检测波返回的时间，则|t1-t2|代表了雷达检测波往返于目标17和毫米波雷达1之间所需的时间；t1为毫米波雷达1的水平旋转周期，t2为毫米波雷达1的竖直旋转周期；α1为t1时的α值，α2为t2时的α值；β1为t1时的β值，β2为t2时的β值；θ1为t1时的θ值，θ2为t2时的θ值；T1＝2s，T2＝2.4s，毫米波雷达的采样间隔为2°/s。
坐标输出子单元15：经延时修正子单元修正后输出的目标空间坐标为：
其中，
数据处理单元还包括目标RCS起伏特性测量子单元，用于对目标的RCS序列变异系数进行测量，雷达截面积(RCS)值表征接收天线方向目标反射信号的能力，通过测量目标RCS起伏特性即可对比判别出不同的目标类型。
对于处在光学区域的复杂目标，假设由N个散射中心构成，根据雷达散射理论可知，雷达回波可以看做是多散射中心的回波矢量合成，由于各个散射中心相对雷达的视线角度不同，使得在矢量合成时，各自相对相位随机变化导致回波信号幅度的起伏变化，RCS值跟随也出现起伏变化。因此雷达目标RCS对目标的姿态角变化非常敏感，目标RCS时间序列本质上是RCS随目标方位角的变化量，是一个起伏量，则多散射中心目标的RCS表示为目标方位角的函数：
其中，σi表示第i个散射中心RCS，α+θ表示目标相对毫米波雷达的方位角，Ri表示第i个散射中心相对雷达中心距离；λ为人为设定的参数；
则RCS序列变异系数表示为：其中σ(k)表示第k次探测目标的RCS值，RCS序列均值将序列变异系数和方位角作为特征参数输入目标识别系统即完成对目标的识别。
在此实施例中，为文物展示柜设计了新的毫米波雷达三维环境感知系统，从而实现展示柜前方水平180°和竖直方向180°的无死角扫描覆盖，且结构简单经济耐用，抗干扰能力强；利用步进式电动机配合其它部件实现全自动控制功能，控制方便精确；针对新式旋转雷达系统的特点以及延时效应设计了距离测量修正模块、水平扫描修正模块、垂直扫描修正模块等修正模块，使得雷达的坐标定位功能更精确，设置T1＝2s，T2＝2.4s，毫米波雷达的采样间隔为2°/s，在实现无死角检测的同时，测量误差小于1％，测量延时率小于0.5％，且实时性更强；给出了精确的坐标计算方法，为自动控制和误差控制提供了基础；针对该新型旋转机械装置，采用了新的RCS起伏特性测量装置，使得RCS变异系数的测量更加精准，对目标识别更有利；旋转盘、旋转轴等部件的尺寸可根据具体情况灵活选取，为各种不同大小的文物展示柜的适用性提供了条件。
实施例2：
如图1-4所示的一种具有识别功能的文物展示柜，包括文物展示柜和安装在文物展示柜上的毫米波雷达三维环境感知系统；毫米波雷达三维环境感知系统包括毫米波雷达1、旋转机械装置10、控制单元11和数据处理单元12；旋转机械装置包10括第一旋转轴3、旋转盘2和第二旋转轴4，第一旋转轴3竖直布置且与旋转盘2的中心固接，所述第一旋转轴3通过第一步进电机8驱动旋转；由第二步进电机9驱动旋转的第二旋转轴4水平套装在轴承座5内，所述轴承座5通过2个竖直布置的支撑轴6固接在旋转盘2上；所述第二旋转轴4的中点处设置有连接部7，所述连接部7垂直于第二旋转轴4且与第二旋转轴4一体成型，毫米波雷达1与连接部7垂直固接；所述毫米波雷达1的自身固有扫描平面垂直于旋转盘2所在平面，且扫描范围角为±30°；所述旋转盘2在布置支撑轴6的一侧有切口16，切口16所在的直线平行于第二旋转轴4所在的直线，且任一支撑轴6与切口16所在直线的距离小于50mm；所述第一步进电机8和第二步进电机9均通过单片机来控制，单片机用于接收控制命令，并将控制命令转化为控制信号发送给电机，同时根据装置的初始位置和两个步进电机转过的角度计算出旋转机械装置的当前位置，并将旋转机械装置10的当前位置状态反馈给数据处理单元12；所述旋转机械装置10整体在第一步进电机8的带动下面向展示柜前方18做水平180°的周期往返运动，同时毫米波雷达1在第二步进电机9的带动下面向展示柜前方20做竖直180°的周期往返运动；
如图5所示，数据处理单元12包括数据采集子单元13、延时修正子单元14和坐标输出子单元15，数据采集子单元13接收毫米波雷达1测量得到的其与目标的距离值ρ，同时接收单片机发送的垂直旋转角α和水平旋转角β，以及毫米波雷达1自身的扫描角θ，从而获得完整的毫米波雷达数据和扫描平面的位置；如图5所示，设毫米波雷达1测得的某一目标17的读数为(ρ，α，β，θ)，并定义：当毫米波雷达1处于水平位置时α＝0°，当毫米波雷达1处于水平位置上方时α值为正，毫米波雷达1处于水平位置下方时α值为负；当第二旋转轴4与文物展示柜正前方方向垂直时β＝0°，当毫米波雷达1位于β＝0°的右侧时β为正值，当毫米波雷达1位于β＝0°的左侧时β为负值；当毫米波雷达1的自身扫描方向与毫米波雷达1所在平面垂直时θ＝0°，当自身扫描方向位于θ＝0°的上方时θ为正值，当自身扫描方向位于θ＝0°的下方时θ为负值。由图3可知第一旋转轴3的旋转角度β即为毫米波雷达1在水平方向的旋转角度。
优选地，延时效应是指，由于本装置采用的是三维度双旋转的技术方案，因此在雷达检测波从发出到返回的过程中，雷达的位置已经发生了一定的偏移，虽然这段时间很短，但是当旋转速度较高时，这部分的误差仍然不可忽视，这是本装置与其他固定雷达检测装置不一样的地方，因此必须引入专用的延时修正系数。延时修正子单元14包括距离测量修正模块、水平扫描修正模块和垂直扫描修正模块：距离测量修正模块，用于对距离值ρ的测量值进行针对雷达检测波往返过程中延时效应的修正，其输出的修正因子为：
当|α1+θ1|＞|α2+θ2|且|β1|＞|β2|时，说明装置的旋转是朝着目标点的方向运动的，此时测得的实际值偏小，故上式采用正号，此时λρ＞1，反之采用负号，此时λρ＜1；同时，由于t1-t2是一个很小的值，因此此修正模块的具体修正值完全取决于电机的旋转周期T，旋转越快T越小，则修正系数与1的差的绝对值越大，反之则越小。
垂直扫描修正模块，用于对垂直旋转角α进行针对雷达检测波往返过程中延时效应的修正，其输出的修正因子当|α1|＞|α2|时，上式取正号，否则取负号；
水平扫描修正模块，用于对水平旋转角β进行针对雷达检测波往返过程中延时效应的修正，其输出的修正因子当|β1|＞|β2|时，上式取正号，否则取负号；
其中m为毫米波雷达1的最大可探测距离，且ρ≤m；用于反应检测目标17和毫米波雷达1之间距离对延时效应的影响，目标17越靠近毫米波雷达1则延时越小，反之延时越大；t1为对该目标17雷达检测波发出的时间，t2为雷达检测波返回的时间，则|t1-t2|代表了雷达检测波往返于目标17和毫米波雷达1之间所需的时间；t1为毫米波雷达1的水平旋转周期，t2为毫米波雷达1的竖直旋转周期；α1为t1时的α值，α2为t2时的α值；β1为t1时的β值，β2为t2时的β值；θ1为t1时的θ值，θ2为t2时的θ值；T1＝2s，T2＝2.4s，毫米波雷达的采样间隔为2°/s。
坐标输出子单元15：经延时修正子单元修正后输出的目标空间坐标为：
其中，
数据处理单元还包括目标RCS起伏特性测量子单元，用于对目标的RCS序列变异系数进行测量，雷达截面积(RCS)值表征接收天线方向目标反射信号的能力，通过测量目标RCS起伏特性即可对比判别出不同的目标类型。
对于处在光学区域的复杂目标，假设由N个散射中心构成，根据雷达散射理论可知，雷达回波可以看做是多散射中心的回波矢量合成，由于各个散射中心相对雷达的视线角度不同，使得在矢量合成时，各自相对相位随机变化导致回波信号幅度的起伏变化，RCS值跟随也出现起伏变化。因此雷达目标RCS对目标的姿态角变化非常敏感，目标RCS时间序列本质上是RCS随目标方位角的变化量，是一个起伏量，则多散射中心目标的RCS表示为目标方位角的函数：
其中，σi表示第i个散射中心RCS，α+θ表示目标相对毫米波雷达的方位角，Ri表示第i个散射中心相对雷达中心距离；λ为人为设定的参数；
则RCS序列变异系数表示为：其中σ(k)表示第k次探测目标的RCS值，RCS序列均值将序列变异系数和方位角作为特征参数输入目标识别系统即完成对目标的识别。
在此实施例中，为文物展示柜设计了新的毫米波雷达三维环境感知系统，从而实现展示柜前方水平180°和竖直方向180°的无死角扫描覆盖，且结构简单经济耐用，抗干扰能力强；利用步进式电动机配合其它部件实现全自动控制功能，控制方便精确；针对新式旋转雷达系统的特点以及延时效应设计了距离测量修正模块、水平扫描修正模块、垂直扫描修正模块等修正模块，使得雷达的坐标定位功能更精确，设置T1＝2.2s，T2＝2.6s，毫米波雷达的采样间隔为1.5°/s，在实现无死角检测的同时，测量误差小于0.8％，测量延时率小于0.4％，且实时性更强；给出了精确的坐标计算方法，为自动控制和误差控制提供了基础；针对该新型旋转机械装置，采用了新的RCS起伏特性测量装置，使得RCS变异系数的测量更加精准，对目标识别更有利；旋转盘、旋转轴等部件的尺寸可根据具体情况灵活选取，为各种不同大小的文物展示柜的适用性提供了条件。
实施例3：
如图1-4所示的一种具有识别功能的文物展示柜，包括文物展示柜和安装在文物展示柜上的毫米波雷达三维环境感知系统；毫米波雷达三维环境感知系统包括毫米波雷达1、旋转机械装置10、控制单元11和数据处理单元12；旋转机械装置包10括第一旋转轴3、旋转盘2和第二旋转轴4，第一旋转轴3竖直布置且与旋转盘2的中心固接，所述第一旋转轴3通过第一步进电机8驱动旋转；由第二步进电机9驱动旋转的第二旋转轴4水平套装在轴承座5内，所述轴承座5通过2个竖直布置的支撑轴6固接在旋转盘2上；所述第二旋转轴4的中点处设置有连接部7，所述连接部7垂直于第二旋转轴4且与第二旋转轴4一体成型，毫米波雷达1与连接部7垂直固接；所述毫米波雷达1的自身固有扫描平面垂直于旋转盘2所在平面，且扫描范围角为±30°；所述旋转盘2在布置支撑轴6的一侧有切口16，切口16所在的直线平行于第二旋转轴4所在的直线，且任一支撑轴6与切口16所在直线的距离小于50mm；所述第一步进电机8和第二步进电机9均通过单片机来控制，单片机用于接收控制命令，并将控制命令转化为控制信号发送给电机，同时根据装置的初始位置和两个步进电机转过的角度计算出旋转机械装置的当前位置，并将旋转机械装置10的当前位置状态反馈给数据处理单元12；所述旋转机械装置10整体在第一步进电机8的带动下面向展示柜前方18做水平180°的周期往返运动，同时毫米波雷达1在第二步进电机9的带动下面向展示柜前方20做竖直180°的周期往返运动；
如图5所示，数据处理单元12包括数据采集子单元13、延时修正子单元14和坐标输出子单元15，数据采集子单元13接收毫米波雷达1测量得到的其与目标的距离值ρ，同时接收单片机发送的垂直旋转角α和水平旋转角β，以及毫米波雷达1自身的扫描角θ，从而获得完整的毫米波雷达数据和扫描平面的位置；如图5所示，设毫米波雷达1测得的某一目标17的读数为(ρ，α，β，θ)，并定义：当毫米波雷达1处于水平位置时α＝0°，当毫米波雷达1处于水平位置上方时α值为正，毫米波雷达1处于水平位置下方时α值为负；当第二旋转轴4与文物展示柜正前方方向垂直时β＝0°，当毫米波雷达1位于β＝0°的右侧时β为正值，当毫米波雷达1位于β＝0°的左侧时β为负值；当毫米波雷达1的自身扫描方向与毫米波雷达1所在平面垂直时θ＝0°，当自身扫描方向位于θ＝0°的上方时θ为正值，当自身扫描方向位于θ＝0°的下方时θ为负值。由图3可知第一旋转轴3的旋转角度β即为毫米波雷达1在水平方向的旋转角度。
优选地，延时效应是指，由于本装置采用的是三维度双旋转的技术方案，因此在雷达检测波从发出到返回的过程中，雷达的位置已经发生了一定的偏移，虽然这段时间很短，但是当旋转速度较高时，这部分的误差仍然不可忽视，这是本装置与其他固定雷达检测装置不一样的地方，因此必须引入专用的延时修正系数。延时修正子单元14包括距离测量修正模块、水平扫描修正模块和垂直扫描修正模块：距离测量修正模块，用于对距离值ρ的测量值进行针对雷达检测波往返过程中延时效应的修正，其输出的修正因子为：
当|α1+θ1|＞|α2+θ2|且|β1|＞|β2|时，说明装置的旋转是朝着目标点的方向运动的，此时测得的实际值偏小，故上式采用正号，此时λρ＞1，反之采用负号，此时λρ＜1；同时，由于t1-t2是一个很小的值，因此此修正模块的具体修正值完全取决于电机的旋转周期T，旋转越快T越小，则修正系数与1的差的绝对值越大，反之则越小。
垂直扫描修正模块，用于对垂直旋转角α进行针对雷达检测波往返过程中延时效应的修正，其输出的修正因子当|α1|＞|α2|时，上式取正号，否则取负号；
水平扫描修正模块，用于对水平旋转角β进行针对雷达检测波往返过程中延时效应的修正，其输出的修正因子当|β1|＞|β2|时，上式取正号，否则取负号；
其中m为毫米波雷达1的最大可探测距离，且ρ≤m；用于反应检测目标17和毫米波雷达1之间距离对延时效应的影响，目标17越靠近毫米波雷达1则延时越小，反之延时越大；t1为对该目标17雷达检测波发出的时间，t2为雷达检测波返回的时间，则|t1-t2|代表了雷达检测波往返于目标17和毫米波雷达1之间所需的时间；t1为毫米波雷达1的水平旋转周期，t2为毫米波雷达1的竖直旋转周期；α1为t1时的α值，α2为t2时的α值；β1为t1时的β值，β2为t2时的β值；θ1为t1时的θ值，θ2为t2时的θ值；T1＝2s，T2＝2.4s，毫米波雷达的采样间隔为2°/s。
坐标输出子单元15：经延时修正子单元修正后输出的目标空间坐标为：
其中，
数据处理单元还包括目标RCS起伏特性测量子单元，用于对目标的RCS序列变异系数进行测量，雷达截面积(RCS)值表征接收天线方向目标反射信号的能力，通过测量目标RCS起伏特性即可对比判别出不同的目标类型。
对于处在光学区域的复杂目标，假设由N个散射中心构成，根据雷达散射理论可知，雷达回波可以看做是多散射中心的回波矢量合成，由于各个散射中心相对雷达的视线角度不同，使得在矢量合成时，各自相对相位随机变化导致回波信号幅度的起伏变化，RCS值跟随也出现起伏变化。因此雷达目标RCS对目标的姿态角变化非常敏感，目标RCS时间序列本质上是RCS随目标方位角的变化量，是一个起伏量，则多散射中心目标的RCS表示为目标方位角的函数：
其中，σi表示第i个散射中心RCS，α+θ表示目标相对毫米波雷达的方位角，Ri表示第i个散射中心相对雷达中心距离；λ为人为设定的参数；
则RCS序列变异系数表示为：其中σ(k)表示第k次探测目标的RCS值，RCS序列均值将序列变异系数和方位角作为特征参数输入目标识别系统即完成对目标的识别。
在此实施例中，为文物展示柜设计了新的毫米波雷达三维环境感知系统，从而实现展示柜前方水平180°和竖直方向180°的无死角扫描覆盖，且结构简单经济耐用，抗干扰能力强；利用步进式电动机配合其它部件实现全自动控制功能，控制方便精确；针对新式旋转雷达系统的特点以及延时效应设计了距离测量修正模块、水平扫描修正模块、垂直扫描修正模块等修正模块，使得雷达的坐标定位功能更精确，设置T1＝2.4s，T2＝2.7s，毫米波雷达的采样间隔为1.8°/s，在实现无死角检测的同时，测量误差小于0.7％，测量延时率小于0.4％，且实时性更强；给出了精确的坐标计算方法，为自动控制和误差控制提供了基础；针对该新型旋转机械装置，采用了新的RCS起伏特性测量装置，使得RCS变异系数的测量更加精准，对目标识别更有利；旋转盘、旋转轴等部件的尺寸可根据具体情况灵活选取，为各种不同大小的文物展示柜的适用性提供了条件。
实施例4：
如图1-4所示的一种具有识别功能的文物展示柜，包括文物展示柜和安装在文物展示柜上的毫米波雷达三维环境感知系统；毫米波雷达三维环境感知系统包括毫米波雷达1、旋转机械装置10、控制单元11和数据处理单元12；旋转机械装置包10括第一旋转轴3、旋转盘2和第二旋转轴4，第一旋转轴3竖直布置且与旋转盘2的中心固接，所述第一旋转轴3通过第一步进电机8驱动旋转；由第二步进电机9驱动旋转的第二旋转轴4水平套装在轴承座5内，所述轴承座5通过2个竖直布置的支撑轴6固接在旋转盘2上；所述第二旋转轴4的中点处设置有连接部7，所述连接部7垂直于第二旋转轴4且与第二旋转轴4一体成型，毫米波雷达1与连接部7垂直固接；所述毫米波雷达1的自身固有扫描平面垂直于旋转盘2所在平面，且扫描范围角为±30°；所述旋转盘2在布置支撑轴6的一侧有切口16，切口16所在的直线平行于第二旋转轴4所在的直线，且任一支撑轴6与切口16所在直线的距离小于50mm；所述第一步进电机8和第二步进电机9均通过单片机来控制，单片机用于接收控制命令，并将控制命令转化为控制信号发送给电机，同时根据装置的初始位置和两个步进电机转过的角度计算出旋转机械装置的当前位置，并将旋转机械装置10的当前位置状态反馈给数据处理单元12；所述旋转机械装置10整体在第一步进电机8的带动下面向展示柜前方18做水平180°的周期往返运动，同时毫米波雷达1在第二步进电机9的带动下面向展示柜前方20做竖直180°的周期往返运动；
如图5所示，数据处理单元12包括数据采集子单元13、延时修正子单元14和坐标输出子单元15，数据采集子单元13接收毫米波雷达1测量得到的其与目标的距离值ρ，同时接收单片机发送的垂直旋转角α和水平旋转角β，以及毫米波雷达1自身的扫描角θ，从而获得完整的毫米波雷达数据和扫描平面的位置；如图5所示，设毫米波雷达1测得的某一目标17的读数为(ρ，α，β，θ)，并定义：当毫米波雷达1处于水平位置时α＝0°，当毫米波雷达1处于水平位置上方时α值为正，毫米波雷达1处于水平位置下方时α值为负；当第二旋转轴4与文物展示柜正前方方向垂直时β＝0°，当毫米波雷达1位于β＝0°的右侧时β为正值，当毫米波雷达1位于β＝0°的左侧时β为负值；当毫米波雷达1的自身扫描方向与毫米波雷达1所在平面垂直时θ＝0°，当自身扫描方向位于θ＝0°的上方时θ为正值，当自身扫描方向位于θ＝0°的下方时θ为负值。由图3可知第一旋转轴3的旋转角度β即为毫米波雷达1在水平方向的旋转角度。
优选地，延时效应是指，由于本装置采用的是三维度双旋转的技术方案，因此在雷达检测波从发出到返回的过程中，雷达的位置已经发生了一定的偏移，虽然这段时间很短，但是当旋转速度较高时，这部分的误差仍然不可忽视，这是本装置与其他固定雷达检测装置不一样的地方，因此必须引入专用的延时修正系数。延时修正子单元14包括距离测量修正模块、水平扫描修正模块和垂直扫描修正模块：距离测量修正模块，用于对距离值ρ的测量值进行针对雷达检测波往返过程中延时效应的修正，其输出的修正因子为：
当|α1+θ1|＞|α2+θ2|且|β1|＞|β2|时，说明装置的旋转是朝着目标点的方向运动的，此时测得的实际值偏小，故上式采用正号，此时λρ＞1，反之采用负号，此时λρ＜1；同时，由于t1-t2是一个很小的值，因此此修正模块的具体修正值完全取决于电机的旋转周期T，旋转越快T越小，则修正系数与1的差的绝对值越大，反之则越小。
垂直扫描修正模块，用于对垂直旋转角α进行针对雷达检测波往返过程中延时效应的修正，其输出的修正因子当|α1|＞|α2|时，上式取正号，否则取负号；
水平扫描修正模块，用于对水平旋转角β进行针对雷达检测波往返过程中延时效应的修正，其输出的修正因子当|β1|＞|β2|时，上式取正号，否则取负号；
其中m为毫米波雷达1的最大可探测距离，且ρ≤m；用于反应检测目标17和毫米波雷达1之间距离对延时效应的影响，目标17越靠近毫米波雷达1则延时越小，反之延时越大；t1为对该目标17雷达检测波发出的时间，t2为雷达检测波返回的时间，则|t1-t2|代表了雷达检测波往返于目标17和毫米波雷达1之间所需的时间；t1为毫米波雷达1的水平旋转周期，t2为毫米波雷达1的竖直旋转周期；α1为t1时的α值，α2为t2时的α值；β1为t1时的β值，β2为t2时的β值；θ1为t1时的θ值，θ2为t2时的θ值；T1＝2s，T2＝2.4s，毫米波雷达的采样间隔为2°/s。
坐标输出子单元15：经延时修正子单元修正后输出的目标空间坐标为：
其中，
数据处理单元还包括目标RCS起伏特性测量子单元，用于对目标的RCS序列变异系数进行测量，雷达截面积(RCS)值表征接收天线方向目标反射信号的能力，通过测量目标RCS起伏特性即可对比判别出不同的目标类型。
对于处在光学区域的复杂目标，假设由N个散射中心构成，根据雷达散射理论可知，雷达回波可以看做是多散射中心的回波矢量合成，由于各个散射中心相对雷达的视线角度不同，使得在矢量合成时，各自相对相位随机变化导致回波信号幅度的起伏变化，RCS值跟随也出现起伏变化。因此雷达目标RCS对目标的姿态角变化非常敏感，目标RCS时间序列本质上是RCS随目标方位角的变化量，是一个起伏量，则多散射中心目标的RCS表示为目标方位角的函数：
其中，σi表示第i个散射中心RCS，α+θ表示目标相对毫米波雷达的方位角，Ri表示第i个散射中心相对雷达中心距离；λ为人为设定的参数；
则RCS序列变异系数表示为：其中σ(k)表示第k次探测目标的RCS值，RCS序列均值将序列变异系数和方位角作为特征参数输入目标识别系统即完成对目标的识别。
在此实施例中，为文物展示柜设计了新的毫米波雷达三维环境感知系统，从而实现展示柜前方水平180°和竖直方向180°的无死角扫描覆盖，且结构简单经济耐用，抗干扰能力强；利用步进式电动机配合其它部件实现全自动控制功能，控制方便精确；针对新式旋转雷达系统的特点以及延时效应设计了距离测量修正模块、水平扫描修正模块、垂直扫描修正模块等修正模块，使得雷达的坐标定位功能更精确，设置T1＝2.5s，T2＝2.8s，毫米波雷达的采样间隔为1.3°/s。在实现无死角检测的同时，测量误差小于0.6％，测量延时率小于0.3％，且实时性更强；给出了精确的坐标计算方法，为自动控制和误差控制提供了基础；针对该新型旋转机械装置，采用了新的RCS起伏特性测量装置，使得RCS变异系数的测量更加精准，对目标识别更有利；旋转盘、旋转轴等部件的尺寸可根据具体情况灵活选取，为各种不同大小的文物展示柜的适用性提供了条件。
实施例5：
如图1-4所示的一种具有识别功能的文物展示柜，包括文物展示柜和安装在文物展示柜上的毫米波雷达三维环境感知系统；毫米波雷达三维环境感知系统包括毫米波雷达1、旋转机械装置10、控制单元11和数据处理单元12；旋转机械装置包10括第一旋转轴3、旋转盘2和第二旋转轴4，第一旋转轴3竖直布置且与旋转盘2的中心固接，所述第一旋转轴3通过第一步进电机8驱动旋转；由第二步进电机9驱动旋转的第二旋转轴4水平套装在轴承座5内，所述轴承座5通过2个竖直布置的支撑轴6固接在旋转盘2上；所述第二旋转轴4的中点处设置有连接部7，所述连接部7垂直于第二旋转轴4且与第二旋转轴4一体成型，毫米波雷达1与连接部7垂直固接；所述毫米波雷达1的自身固有扫描平面垂直于旋转盘2所在平面，且扫描范围角为±30°；所述旋转盘2在布置支撑轴6的一侧有切口16，切口16所在的直线平行于第二旋转轴4所在的直线，且任一支撑轴6与切口16所在直线的距离小于50mm；所述第一步进电机8和第二步进电机9均通过单片机来控制，单片机用于接收控制命令，并将控制命令转化为控制信号发送给电机，同时根据装置的初始位置和两个步进电机转过的角度计算出旋转机械装置的当前位置，并将旋转机械装置10的当前位置状态反馈给数据处理单元12；所述旋转机械装置10整体在第一步进电机8的带动下面向展示柜前方18做水平180°的周期往返运动，同时毫米波雷达1在第二步进电机9的带动下面向展示柜前方20做竖直180°的周期往返运动；
如图5所示，数据处理单元12包括数据采集子单元13、延时修正子单元14和坐标输出子单元15，数据采集子单元13接收毫米波雷达1测量得到的其与目标的距离值ρ，同时接收单片机发送的垂直旋转角α和水平旋转角β，以及毫米波雷达1自身的扫描角θ，从而获得完整的毫米波雷达数据和扫描平面的位置；如图5所示，设毫米波雷达1测得的某一目标17的读数为(ρ，α，β，θ)，并定义：当毫米波雷达1处于水平位置时α＝0°，当毫米波雷达1处于水平位置上方时α值为正，毫米波雷达1处于水平位置下方时α值为负；当第二旋转轴4与文物展示柜正前方方向垂直时β＝0°，当毫米波雷达1位于β＝0°的右侧时β为正值，当毫米波雷达1位于β＝0°的左侧时β为负值；当毫米波雷达1的自身扫描方向与毫米波雷达1所在平面垂直时θ＝0°，当自身扫描方向位于θ＝0°的上方时θ为正值，当自身扫描方向位于θ＝0°的下方时θ为负值。由图3可知第一旋转轴3的旋转角度β即为毫米波雷达1在水平方向的旋转角度。
优选地，延时效应是指，由于本装置采用的是三维度双旋转的技术方案，因此在雷达检测波从发出到返回的过程中，雷达的位置已经发生了一定的偏移，虽然这段时间很短，但是当旋转速度较高时，这部分的误差仍然不可忽视，这是本装置与其他固定雷达检测装置不一样的地方，因此必须引入专用的延时修正系数。延时修正子单元14包括距离测量修正模块、水平扫描修正模块和垂直扫描修正模块：距离测量修正模块，用于对距离值ρ的测量值进行针对雷达检测波往返过程中延时效应的修正，其输出的修正因子为：
当|α1+θ1|＞|α2+θ2|且|β1|＞|β2|时，说明装置的旋转是朝着目标点的方向运动的，此时测得的实际值偏小，故上式采用正号，此时λρ＞1，反之采用负号，此时λρ＜1；同时，由于t1-t2是一个很小的值，因此此修正模块的具体修正值完全取决于电机的旋转周期T，旋转越快T越小，则修正系数与1的差的绝对值越大，反之则越小。
垂直扫描修正模块，用于对垂直旋转角α进行针对雷达检测波往返过程中延时效应的修正，其输出的修正因子当|α1|＞|α2|时，上式取正号，否则取负号；
水平扫描修正模块，用于对水平旋转角β进行针对雷达检测波往返过程中延时效应的修正，其输出的修正因子当|β1|＞|β2|时，上式取正号，否则取负号；
其中m为毫米波雷达1的最大可探测距离，且ρ≤m；用于反应检测目标17和毫米波雷达1之间距离对延时效应的影响，目标17越靠近毫米波雷达1则延时越小，反之延时越大；t1为对该目标17雷达检测波发出的时间，t2为雷达检测波返回的时间，则|t1-t2|代表了雷达检测波往返于目标17和毫米波雷达1之间所需的时间；t1为毫米波雷达1的水平旋转周期，t2为毫米波雷达1的竖直旋转周期；α1为t1时的α值，α2为t2时的α值；β1为t1时的β值，β2为t2时的β值；θ1为t1时的θ值，θ2为t2时的θ值；T1＝2s，T2＝2.4s，毫米波雷达的采样间隔为2°/s。
坐标输出子单元15：经延时修正子单元修正后输出的目标空间坐标为：
其中，
数据处理单元还包括目标RCS起伏特性测量子单元，用于对目标的RCS序列变异系数进行测量，雷达截面积(RCS)值表征接收天线方向目标反射信号的能力，通过测量目标RCS起伏特性即可对比判别出不同的目标类型。
对于处在光学区域的复杂目标，假设由N个散射中心构成，根据雷达散射理论可知，雷达回波可以看做是多散射中心的回波矢量合成，由于各个散射中心相对雷达的视线角度不同，使得在矢量合成时，各自相对相位随机变化导致回波信号幅度的起伏变化，RCS值跟随也出现起伏变化。因此雷达目标RCS对目标的姿态角变化非常敏感，目标RCS时间序列本质上是RCS随目标方位角的变化量，是一个起伏量，则多散射中心目标的RCS表示为目标方位角的函数：
其中，σi表示第i个散射中心RCS，α+θ表示目标相对毫米波雷达的方位角，Ri表示第i个散射中心相对雷达中心距离；λ为人为设定的参数；
则RCS序列变异系数表示为：其中σ(k)表示第k次探测目标的RCS值，RCS序列均值将序列变异系数和方位角作为特征参数输入目标识别系统即完成对目标的识别。
在此实施例中，为文物展示柜设计了新的毫米波雷达三维环境感知系统，从而实现展示柜前方水平180°和竖直方向180°的无死角扫描覆盖，且结构简单经济耐用，抗干扰能力强；利用步进式电动机配合其它部件实现全自动控制功能，控制方便精确；针对新式旋转雷达系统的特点以及延时效应设计了距离测量修正模块、水平扫描修正模块、垂直扫描修正模块等修正模块，使得雷达的坐标定位功能更精确，T1＝2.6s，T2＝2.9s，毫米波雷达的采样间隔为1.2°/s，在实现无死角检测的同时，测量误差小于0.5％，测量延时率小于0.2％，且实时性更强；给出了精确的坐标计算方法，为自动控制和误差控制提供了基础；针对该新型旋转机械装置，采用了新的RCS起伏特性测量装置，使得RCS变异系数的测量更加精准，对目标识别更有利；旋转盘、旋转轴等部件的尺寸可根据具体情况灵活选取，为各种不同大小的文物展示柜的适用性提供了条件。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。