CN102680952B - 车辆雷达的对准方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种车辆雷达的垂直对准方法，包括步骤：通过安装在车辆上的雷达向前方地面辐射无线电波；接收从地面反射的反射波；以及基于所述反射波，判断所述雷达是否发生垂直未对准。

Description

车辆雷达的对准方法和系统

相关申请的交叉引用

本申请基于35U.S.C 119(a)要求2011年3月17日向韩国专利局提交的韩国申请Nos.10-2011-0024043和10-2011-0024044的优先权，上述韩国专利申请的内容通过引述全文结合于此。

技术领域

本发明的示例性实施例涉及一种车辆雷达的对准方法和系统，更具体地，涉及一种车辆雷达的对准方法和系统，它能够自动检测安装到车辆上的雷达的垂直或水平未对准。

背景技术

一般地，车辆的自适应巡航控制(ACC，adaptive cruise control)系统适于基于从安装在车前部的雷达检测的前面车辆的位置和与前面车辆的距离来自动控制车辆的节流阀、制动器、变速器等，由此适当地执行加速、减速和与前面车辆保持适当的距离。

在该自适应巡航控制系统中，因为雷达被安装在车辆的前端模块，并且检测前面车辆的位置和与前面车辆的距离，所以在自适应巡航控制中雷达方向的对准和对坐标值的分析被认为非常重要。

然而，在现有技术中，造成的问题在于，当安装到车辆上的雷达发生方向问题，特别是雷达在相对于地面的水平或垂直方向上发生未对准时，难以自动和有效地检测到所述未对准和提醒驾驶员。因此，在现有技术中，即使由于雷达在水平或垂直方向未对准而提供关于前面车辆的错误行驶信息，驾驶员也无法核实该信息是否正确，因而在行驶期间发生事故的可能性必然增加。

发明内容

本发明的实施例涉及车辆雷达的对准方法和系统，它能够自动检测安装到车辆上的雷达的垂直或水平的未对准，并且能够提醒驾驶员或自动修正所述未对准。

根据本发明的一个方面，提供了一种车辆雷达的垂直对准方法，包括步骤：通过安装在车辆上的雷达向前方地面辐射无线电波；接收从地面反射的反射波；以及基于所述反射波，判断所述雷达是否发生垂直未对准。

基于所述反射波的频谱可以执行判断所述雷达是否发生垂直未对准的步骤。

判断所述雷达是否发生垂直未对准的步骤可以包括步骤：基于所述反射波的频谱计算所述雷达的垂直偏离角；以及检查所述垂直偏离角是否大于预定阈值。通过所述雷达和所述前方地面之间的距离可以确定所述垂直偏离角，通过所述反射波的频谱得到所述距离。

所述方法还可以包括在确定发生了垂直未对准的情形下提醒驾驶员的步骤。

所述方法还可以包括在确定发生了垂直未对准的情形下提醒驾驶员和使雷达停止工作的步骤。

所述方法还可以包括在确定发生了垂直未对准的情形下，补偿所述雷达的垂直偏离角的步骤。补偿所述雷达的垂直偏离角的步骤可以以如下方式执行，利用软件，对所述雷达的发射天线的阵列因数进行补偿，由此补偿所述垂直偏离角，或通过驱动电动机来物理地补偿所述雷达的垂直偏离角。

根据本发明的一个方面，提供了一种车辆雷达的垂直对准系统，包括：雷达，所述雷达安装到车辆上，并且配置为向前方地面辐射无线电波和接收反射波；以及未对准判断单元，所述未对准单元配置为基于所述反射波判断所述雷达是否发生垂直未对准。

所述未对准判断单元基于所述反射波的频谱可以判断所述雷达是否发生垂直未对准。

所述未对准判断单元基于所述反射波的频谱可以计算垂直偏离角，并且通过将所述垂直偏离角和预定阈值进行比较来判断所述雷达是否发生垂直未对准。

通过所述雷达和所述前方地面之间的距离可以确定所述垂直偏离角，由所述反射波的所述频谱得到所述距离。

所述系统还可以包括：提醒单元，所述提醒单元配置为响应从所述未对准判断单元得到的未对准判断结果提醒驾驶员。

所述系统还可以包括：补偿单元，所述补偿单元配置为响应从所述未对准判断单元得到的未对准判断结果补偿所述垂直偏离角。利用软件，所述补偿单元可以补偿所述雷达的发射天线的阵列因数，由此补偿所述垂直偏离角，或通过驱动电动机来物理地补偿所述雷达的所述垂直偏离角。

根据本发明的另一个方面，提供了一种车辆雷达的水平对准方法，包括步骤：从安装在车辆雷达中的第一水平斜率传感器接收第一水平斜率，以及从安装在车辆传感器组中的第二水平斜率传感器接收第二水平斜率；以及基于所述第一水平斜率和所述第二水平斜率判断所述雷达是否发生水平未对准。

所述判断所述雷达是否发生水平未对准的步骤可以包括步骤：计算所述第一水平斜率和所述第二水平斜率之间的差；以及检查所述第一水平斜率和所述第二水平斜率之间的差是否大于预定的水平斜率阈值。

所述方法还可以包括在确定发生了水平未对准的情形下提醒驾驶员的步骤。

所述方法还可以包括在确定发生了水平未对准的情形下补偿所述雷达的水平偏离角的步骤。

补偿所述雷达的水平偏离角的步骤可以以如下方式执行，利用软件，对所述雷达的发射天线的阵列因数进行补偿，由此补偿所述水平偏离角，或通过驱动电动机来物理地补偿所述雷达的水平偏离角。

根据本发明的另一个方面，提供了一种车辆雷达的垂直对准方法，包括步骤：从安装在车辆雷达中的第一垂直斜率传感器接收第一垂直斜率，以及从安装在车辆传感器组中的第二垂直斜率传感器接收第二垂直斜率；以及基于所述第一垂直斜率和所述第二垂直斜率判断所述雷达是否发生垂直未对准。

判断所述雷达是否发生垂直未对准的步骤可以包括步骤：计算所述第一垂直斜率和所述第二垂直斜率之间的差；以及检查所述第一垂直斜率和所述第二垂直斜率之间的差是否大于预定的垂直斜率阈值。

所述方法还可以包括在确定发生了垂直未对准的情形下提醒驾驶员的步骤。

所述方法还可以包括在确定发生了垂直未对准的情形下，补偿所述雷达的垂直偏离角的步骤。

补偿所述雷达的垂直偏离角的步骤可以以如下方式执行，利用软件，对所述雷达的发射天线的阵列因数进行补偿，由此补偿所述垂直偏离角，或通过驱动电动机来物理地补偿所述雷达的垂直偏离角。

附图说明

从以下结合附图的详细描述，将会更清楚地理解以上和其它方面、特征和其它优点，在附图中：

图1是说明根据本发明的第一实施例的车辆雷达的垂直对准方法和系统的概念图；

图2是示出取决于车辆雷达的无线电波辐射角的反射波频谱的视图；

图3是示出根据本发明第一实施例的车辆雷达的垂直对准系统的配置的示意性框图；

图4是示出根据本发明第一实施例的车辆雷达的垂直对准方法的流程图；

图5是说明根据本发明的第二实施例的车辆雷达的水平对准方法的概念图；

图6是说明根据本发明的第三实施例的车辆雷达的垂直对准方法的概念图；

图7是示出根据本发明第二和第三实施例的车辆雷达的水平或垂直对准系统的配置的示意性框图；

图8是示出根据本发明第二实施例的车辆雷达的水平对准方法的流程图；以及

图9是示出根据本发明第三实施例的车辆雷达的垂直对准方法的流程图。

具体实施方式

以下，将参考附图说明本发明的实施例。然而，该实施例仅仅是说明性的，而不意图限制本发明的范围。

图1是说明根据本发明的第一实施例的车辆雷达的垂直对准方法和系统的概念图，图2是示出取决于车辆雷达的电磁波辐射角的反射波频谱的视图，图3是示出根据本发明第一实施例的车辆雷达的垂直对准系统的配置的示意性框图，以及图4是示出根据本发明第一实施例的车辆雷达的垂直对准方法的流程图。以下将参考图1到图4描述本发明的第一实施例。

参考图3，根据本发明第一实施例的车辆雷达的垂直对准系统包括：雷达150，该雷达150被安装到车辆100上，并且配置为向前方地面200辐射无线电波和接收反射波；行驶控制系统310，配置为基于该反射波判断雷达150的垂直未对准是否发生；提醒单元320，配置为响应来自行驶控制系统310的未对准判断结果来提醒驾驶员；以及补偿单元330，配置为响应来自行驶控制系统310的未对准判断结果来补偿雷达150的垂直偏离角。

以下，将参考图1到4描述根据本发明第一实施例的车辆雷达的垂直对准系统的操作。

首先，安装在车辆100上的雷达150向前方地面200辐射无线电波(S401)。此时，以如图1所示的在正前方向和地面200之间限定预定角度的方式辐射无线电波。如果雷达150在垂直方向上正常地对准，则以在行驶控制系统310等中预先存储的图1所示的θ_ref角辐射无线电波。根据雷达150的发射天线的类型，可以采用各种类型的无线电波作为所辐射的无线电波。例如，在采用具有一个天线元件的发射天线的情形中，通过将单个元件配置为可以在垂直方向上加宽视场(FOV，field of view)，可以使无线电波辐射到地面，无线电波在该视场范围内辐射。另外，在采用具有至少两个天线元件的阵列天线的情形中，通过形成与直接射向目标的主波束(主瓣)分开的射向地面的副波束(旁瓣)，可以使无线电波辐射到地面。这可以通过适当地设计阵列天线的阵列因数来实现。

然后，在无线电波辐射时，雷达150接收从地面200反射的反射波(S402)。在本实施例中，如图2所示，可以使用所接收的反射波的频谱，例如，杂波频谱。

接着，基于反射波，特别是反射波的频谱，行驶控制系统310判断雷达150是否发生垂直未对准。为此，行驶控制系统310首先基于反射波的频谱计算雷达150的垂直偏离角(S403)。具体地，如上所述，如果雷达150在垂直方向上正常地对准，则以图1所示的θ_ref角辐射无线电波。然而，如果雷达150在垂直方向上向上或向下未对准，则无线电波偏离了如图1所示的特定偏离角θ_{v_off}地被辐射。根据雷达150和地面200之间的距离d_clt可以计算偏离角θ_{v_off}，这将在下面详细描述。

首先，从图2所示的反射波的频谱可以得到雷达150和前方地面200之间的距离d_clt。也就是说，当观测图2所示的反射波的频谱，具体地，杂波频谱时，在雷达150在正常范围内对准的情形中，在图2所示的“正常范围”中也检测到雷达150的频谱。然而，如果雷达150超出正常范围并且在垂直方向上向下偏离以致d_clt减小，则反射波的频谱分布在比图2所示的正常范围低的频率范围中。此外，如果雷达150超出正常范围并且在垂直方向上向上偏离以致d_clt增大，则反射波的频谱分布在比图2所示的正常范围高的频率范围中。因此，通过测量某些波超出反射波的频谱上频率的正常范围的程度，可以测量雷达150和前方地面200之间的距离d_clt。

根据以下数学公式1和2计算偏离角θ_{v_off}。

[数学公式1]

$\sin ({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ref}}+{\mathrm{\θ}}_{v-\mathrm{off}})=\frac{h}{d_{\mathrm{clt}}}$

[数学公式2]

${\mathrm{\θ}}_{v-\mathrm{off}}={\sin }^{-1}\left(\frac{h}{d_{\mathrm{clt}}}\right)-{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ref}}$

在以上数学公式中，如果θ_{v_off}为正(+)，则它表示雷达150向下偏离参考位置，如果θ_{v_off}为负(-)，则它表示雷达150向上偏离参考位置。

行驶控制系统310检查偏离角θ_{v_off}(准确说，θ_{v_off}的绝对值)是否大于预定阈值θ_{v_th}(S404)。如果偏离角θ_{v_off}大于预定阈值θ_{v_th}，则行驶控制系统310确定雷达150在垂直方向上未对准，并且程序进行到步骤S405。如果偏离角θ_{v_off}不大于预定阈值θ_{v_th}，则程序返回到步骤S401，从而重复上述步骤。

在步骤S404确定雷达150在垂直方向上未对准的情形中，提醒驾驶员雷达150在垂直方向上未对准，进行提醒并且使雷达150停止工作，或补偿雷达150的垂直偏离角θ_{v_off}(S405)。换句话说，当确定雷达150在垂直方向上未对准时，行驶控制系统310会通过声音或视觉显示使得提醒单元320向驾驶员发出提醒，并且，另外，会使雷达150停止工作。

此外，当确定雷达150在垂直方向上未对准时，行驶控制系统310会使得补偿单元330补偿雷达150的垂直偏离角θ_{v_off}。在此情形中，补偿垂直偏离角θ_{v_off}以如下方式实现，利用软件，对雷达150的发射天线的阵列因数进行补偿，由此补偿垂直偏离角θ_{v_off}，或通过驱动电动机(未示出)来物理地补偿雷达150的垂直偏离角θ_{v_off}。即，利用软件，通过补偿或校正发射天线的阵列因数，可以校正从雷达150辐射的无线电波或主波束和副波束的辐射方向。或者，可以使用安装在雷达150上的诸如步进电动机的驱动单元来物理地校正雷达150的辐射方向。

因此，根据本发明第一实施例的车辆雷达的对准方法和系统可以自动检测安装在车辆前部的雷达的垂直或水平未对准，并且可以提醒驾驶员或自动校正所述未对准。

图5是说明根据本发明的第二实施例的车辆雷达的水平对准方法的概念图，图6是说明根据本发明的第三实施例的车辆雷达的垂直对准方法的概念图，图7是示出根据本发明第二和第三实施例的车辆雷达的水平或垂直对准系统的配置的示意性框图，图8是示出根据本发明第二实施例的车辆雷达的水平对准方法的流程图，以及图9是示出根据本发明第三实施例的车辆雷达的垂直对准方法的流程图。

参考图7，根据本发明第二和第三实施例的车辆雷达的水平或垂直对准系统包括：安装在车辆1100的雷达1150中的水平或垂直斜率传感器1151；安装在车辆1100的传感器组1110中的水平或垂直斜率传感器1111；行驶控制系统1310，配置为基于来自水平或垂直斜率传感器1151的第一水平或垂直斜率以及来自水平或垂直斜率传感器1111的第二水平或垂直斜率判断雷达1150的垂直未对准是否发生；提醒单元1320，配置为响应从行驶控制系统1310得到的未对准判断提醒驾驶员；补偿单元1330，配置为响应从行驶控制系统1310得到的未对准判断补偿雷达1150的水平或垂直偏离角。

首先，以下参考图5、7和8描述根据本发明的第二实施例的车辆雷达的水平对准方法。

从安装在车辆1100的雷达1150中的斜率传感器，具体地，水平斜率传感器1151，接收第一水平斜率，从安装在车辆1100的传感器组1110中的斜率传感器，具体地，水平斜率传感器1111，接收第二水平斜率(S1401)。水平斜率传感器1151安装在雷达1150中，雷达1150安装在车辆1100的适当位置处，水平斜率传感器1151感测当在水平方向(也就是，车辆1100的正前方向)观看时的向左和向右的斜率。因此，水平斜率传感器1151感测雷达1150偏离水平方向的程度。

另外，水平斜率传感器1111安装在车辆1100的传感器组1110中，并且感测当在水平方向(也就是，车辆1100的正前方向)观看时的向左和向右的斜率。因此，水平斜率传感器1111感测车辆1100的主体偏离水平方向的程度。传感器组1110主要安装在操纵箱(console box)的下面，操纵箱位于车辆1100的重心附近，并且各种传感器安装在其中。

接着，行驶控制系统1310基于第一水平斜率和第二水平斜率判断雷达1150是否发生水平未对准。逐步对此进行描述，行驶控制系统1310计算第一水平斜率和第二水平斜率之间的差(S1402)。然后，行驶控制系统1310检查第一水平斜率和第二水平斜率之间的差是否大于预定阈值θ_{h_th}，并且由此判断是否发生未对准(S1403)。也就是说，如果第一水平斜率和第二水平斜率之间的差大于预定阈值θ_{h_th}，则表示雷达1150相对于车辆1100的正前水平方向偏离不小于预定程度。通过这样，行驶控制系统1310可以判断雷达1150是否发生水平未对准。如果步骤S1403的判断结果是发生未对准，则程序进行到步骤S1404。否则，程序返回到步骤1401，从而重复上述步骤。

在步骤S1403确定雷达1150发生水平未对准的情形下，提醒驾驶员雷达1150在水平方向上未对准，并且补偿雷达1150的水平偏离角θ_{h_off}(S1404)。换句话说，当确定雷达1150在水平方向上未对准时，行驶控制系统1310会使得提醒单元1320通过声音或视觉显示向驾驶员发出提醒。此外，当确定雷达1150在水平方向上未对准时，行驶控制系统1310会使得补偿单元1330补偿雷达1150的水平偏离角θ_{h_off}。在此情形中，补偿水平偏离角θ_{h_off}以如下方式实现，利用软件，对雷达1150的发射天线的阵列因数进行补偿，由此补偿水平偏离角θ_{h_off}，或通过驱动电动机(未示出)来物理地补偿雷达1150的水平偏离角θ_{h_off}。即，利用软件，通过补偿或校正发射天线的阵列因数，可以校正从雷达1150辐射的无线电波或主波束和副波束的辐射方向。或者，可以使用安装在雷达1150上的诸如步进电动机的驱动单元来物理地校正雷达1150的辐射方向。

因此，根据本发明第二实施例的车辆雷达的对准方法和系统可以自动检测安装在车辆上的雷达的水平未对准，并且可以提醒驾驶员或自动校正所述未对准。

下面，将参考图6、7和9描述根据本发明第三实施例的车辆雷达的垂直对准方法。这里将省略对与第二实施例相同的部件的描述。

从安装在车辆1100的雷达1150中的斜率传感器，具体地，垂直斜率传感器1151，接收第一垂直斜率，从安装在车辆1100的传感器组1110中的斜率传感器，具体地，垂直斜率传感器1111，接收第二垂直斜率(S1501)。垂直斜率传感器1151安装在雷达1150中，并且感测当在垂直方向(也就是，车辆1100的向上和向下方向)观看时的向上和向下的斜率。因此，垂直斜率传感器1151感测雷达1150偏离垂直方向的程度。

另外，垂直斜率传感器1111安装在车辆1100的传感器组1110中，并且感测当在垂直方向(也就是，车辆1100的向上和向下方向)观看时的向上和向下的斜率。因此，垂直斜率传感器1111感测车辆1100的主体偏离垂直方向的程度。

接着，行驶控制系统1310基于第一垂直斜率和第二垂直斜率判断雷达1150是否发生垂直未对准。逐步对此进行描述，行驶控制系统1310计算第一垂直斜率和第二垂直斜率之间的差(S1502)。然后，行驶控制系统1310检查第一垂直斜率和第二垂直斜率之间的差是否大于预定阈值θ_{v_th}，并且由此判断是否发生未对准(S1503)。也就是说，如果第一垂直斜率和第二垂直斜率之间的差大于预定阈值θ_{v_th}，则表示雷达1150相对于车辆1100的垂直方向偏离不小于预定程度。通过这样，行驶控制系统1310可以判断雷达1150是否发生垂直未对准。如果步骤S1503的判断结果是发生未对准，则程序进行到步骤S1504。否则，程序返回到步骤1501，从而重复上述步骤。

在步骤S1503确定雷达1150发生垂直未对准的情形下，提醒驾驶员雷达1150在垂直方向上未对准，并且补偿雷达1150的垂直偏离角θ_{v_off}(S1504)。换句话说，当确定雷达1150在垂直方向上未对准时，行驶控制系统1310会使得提醒单元1320通过声音或视觉显示向驾驶员发出提醒。此外，当确定雷达1150在垂直方向上未对准时，行驶控制系统1310会使得补偿单元1330补偿雷达1150的垂直偏离角θ_{v_off}。在此情形中，补偿垂直偏离角θ_{v_off}以如下方式实现，利用软件，对雷达1150的发射天线的阵列因数进行补偿，由此补偿垂直偏离角θ_{v_off}，或通过驱动电动机(未示出)来物理地补偿雷达1150的垂直偏离角θ_{v_off}。即，利用软件，通过补偿或校正发射天线的阵列因数，可以校正从雷达1150辐射的无线电波或主波束和副波束的辐射方向。或者，可以使用安装在雷达1150上的诸如步进电动机的驱动单元来物理地校正雷达1150的辐射方向。

因此，根据本发明第三实施例的车辆雷达的对准方法和系统可以自动检测安装在车辆上的雷达的垂直未对准，并且可以提醒驾驶员或自动校正所述未对准。

从以上描述显然的是，根据本发明的车辆雷达的对准方法和系统提供的优点在于，能够自动检测安装在车辆上的雷达的垂直或水平未对准并且提醒驾驶员，或自动校正所述未对准。

以上公开的本发明的实施例仅仅用于说明目的。本领域技术人员会理解，在不脱离所附权利要求公开的本发明的范围和精神情况下，可以进行各种改进、添加和替换。

Claims (9)

1.一种车辆雷达的垂直对准方法，包括步骤：

通过安装在车辆上的雷达向前方地面辐射无线电波，所述雷达包括具有至少两个天线元件的阵列天线，并且向所述前方地面辐射的所述无线电波包括副波束；

接收从所述地面反射的反射波；以及

基于所述反射波，判断所述雷达是否发生垂直未对准；

基于所述反射波的频谱执行判断所述雷达是否发生垂直未对准的步骤；判断所述雷达是否发生垂直未对准的步骤包括步骤：

基于所述反射波的频谱计算所述雷达的垂直偏离角；以及

通过所述雷达和所述前方地面之间的距离确定所述垂直偏离角，通过所述反射波的频谱得到所述距离，

检查所述垂直偏离角是否大于预定阈值。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括步骤：

在确定发生了垂直未对准的情形下，提醒驾驶员。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括步骤：

在确定发生了垂直未对准的情形下，提醒驾驶员和使所述雷达停止工作。

4.根据权利要求1所述的方法，还包括步骤：

在确定发生了垂直未对准的情形下，补偿所述雷达的垂直偏离角。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，补偿所述雷达的垂直偏离角的步骤以如下方式执行，利用软件，对所述雷达的发射天线的阵列因数进行补偿，由此补偿所述垂直偏离角，或通过驱动电动机来物理地补偿所述雷达的所述垂直偏离角。

6.一种车辆雷达的垂直对准系统，包括：

雷达，所述雷达安装到车辆上，并且配置为向前方地面辐射无线电波和接收反射波；所述雷达包括具有至少两个天线元件的阵列天线，并且向所述前方地面辐射的所述无线电波包括副波束；以及

未对准判断单元，所述未对准判断单元配置为基于所述反射波的频谱判断所述雷达是否发生垂直未对准；所述未对准判断单元基于所述反射波的频谱计算垂直偏离角，通过所述雷达和所述前方地面之间的距离确定所述垂直偏离角，由所述反射波的所述频谱得到所述距离，并且通过将所述垂直偏离角和预定阈值进行比较来判断所述雷达是否发生垂直未对准。

7.根据权利要求6所述的系统，还包括：

提醒单元，所述提醒单元配置为响应从所述未对准判断单元得到的未对准判断结果提醒驾驶员。

8.根据权利要求6所述的系统，还包括：

补偿单元，所述补偿单元配置为响应从所述未对准判断单元得到的未对准判断结果补偿所述垂直偏离角。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，利用软件，所述补偿单元补偿所述雷达的发射天线的阵列因数，由此补偿所述垂直偏离角，或通过驱动电动机来物理地补偿所述雷达的所述垂直偏离角。