CN105005033A - 用于校准雷达传感器的方法和雷达系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于校准雷达传感器的方法，具有以下步骤：将至少一个参考对象布置在所述雷达传感器的视域中的预给定位置上；通过所述雷达传感器检测所述至少一个参考对象的估计位置；基于所述至少一个参考对象的预给定位置和所述至少一个参考对象的由所述雷达传感器检测的估计位置计算用于所述至少一个参考对象的位置的修正值；将所计算的修正值应用到所述雷达传感器的视域中的另外的对象的由所述雷达传感器检测的估计位置上。此外，本发明公开了一种相应的雷达系统。

Description

用于校准雷达传感器的方法和雷达系统

技术领域

本发明涉及一种用于校准雷达传感器的方法和一种相应的雷达系统。

背景技术

目前，雷达传感器用于多种应用中。例如雷达传感器可以用在移动的或者固定的用于环境监视的应用中。例如在车辆中使用雷达传感器用于探测在前方行驶的或者从后方接近的车辆并且必要时对车辆进行制动或者警告驾驶员。

反之，可以使用固定的雷达传感器用于监视例如预给定空间。例如可以通过雷达传感器监视铁路交叉口。借助于雷达传感器在这样的铁路交叉口上应识别例如对象是否在轨道上或者在轨道附近。如果识别这样的对象，则可以向正在接近的火车的列车长发出警告或者例如自动地对该火车进行制动。

为了能够借助固定的雷达传感器有效地监视这样的预给定空间，要求能够确定由雷达传感器检测的对象的大小。

US 2011 007 157 A1示出例如用于监视预给定空间的雷达系统。

已知的雷达传感器具有用于位于相应雷达传感器前方的对象的高度估计。然而，对于高度估计，要求垂直的传感器轴线与对象位于其上的平面的平行定向。在该平面和垂直的传感器轴线之间的少数个十分之一度的小偏差可能已经导致在对象大小估计中的大误差。例如在对象与雷达传感器的20m的距离的情况下小的1°的偏差已经导致在高度估计中0.5m的不准确性。在图6中直观地示出这一实际情形。

在图6中，雷达传感器布置在高度h上。表示待监视的平面的道路水平地延伸。垂直的传感器轴线以角度α向上旋转。因此，通过雷达传感器估计对象高度(画阴影的区域)比真实的对象高度(未画阴影的区域)本来的更低。

发明内容

本发明公开一种具有权利要求1的特征的方法和一种具有权利要求10的特征的雷达系统。

据此设置：

一种用于校准雷达传感器的方法，其具有以下步骤：将至少一个参考对象布置在所述雷达传感器的视域中的预给定位置上；通过所述雷达传感器检测所述至少一个参考对象的估计位置；基于所述至少一个参考对象的预给定位置和所述至少一个参考对象的由所述雷达传感器检测的估计位置计算用于所述至少一个参考对象的位置的修正值；将所计算的修正值应用到所述雷达传感器的视域中的另外的对象的由所述雷达传感器检测的估计位置上。

此外设置：

一种具有雷达传感器和控制装置的雷达系统，所述控制装置构造用于实施根据本发明的方法。

本发明的优点

本发明所基于的认识在于，雷达传感器的手动校准非常昂贵并且容易出错。

现在，本发明所基于的思想在于，考虑这一认识并且设置一种方法，在本方法中雷达传感器自身自动校准，而不需要技术人员的协助。

为此，在预给定位置上放置参考对象，所述参考对象随后由雷达传感器检测。对于雷达传感器而言，这些预给定位置已知。

由此，雷达传感器可以在参考对象的由雷达信号估计的位置和参考对象的对于雷达传感器而言已知的真实位置之间实施调准。

根据本发明，所述调准包括，计算用于修正所检测的对象的估计位置的修正值。尤其可以基于参考对象的已知的预给定位置和由雷达信号估计的位置来计算该修正值。

最后，所计算的修正值可以应用到另外的测量或者对象的由雷达信号估计的位置上。

本发明提供确定和简单的可能性：在垂直上调准固定的雷达传感器。

由从属权利要求以及由说明书参照附图得出有利的实施方式和扩展方案。

在一种实施方式中，所述至少一个参考对象的估计位置的检测具有在多个由所述雷达传感器检测的对象中所述至少一个参考对象的辨识。由此，当除了所述参考对象以外，另外的对象也位于雷达传感器前方或者位于所述雷达传感器的视域中时，也可以实施校准。

在一种实施方式中，尤其根据所述相应对象的反向散射功率来实施所述辨识。这能够实现参考对象的非常简单的辨识。

在一种实施方式中，预给定待由所述雷达传感器监视的面，并且在所述待监视的面中布置至少两个参考对象。所述布置能够借助少量的参考对象实现雷达传感器的简单校准。

在一种实施方式中，在计算修正值时计算在每个参考对象的实际高度和所述相应参考对象的由所述传感器检测的估计高度之间的差。由所计算的差形成偏差平面(Abweichungsebene)。通过参考对象的使用能够实现偏差平面的非常简单的计算。

在一种实施方式中，所计算的修正值的应用具有关于所述对象中的每一个对象的估计位置在所述偏差平面内的高度值的计算。此外，所计算的修正值的应用对于每个对象而言具有所计算的在所述偏差平面内的高度值与所述相应对象的估计位置的高度值的相加。以此方式可以实施相应对象的高度的非常简单的修正。

在一种实施方式中，在所述偏差平面内的高度值的计算具有直线方程式的产生，所述直线方程式具有所述相应对象的水平位置和距离作为固定参考量并且具有所述相应对象的高度作为可变参考量。此外，将所产生的直线方程式用到所述偏差平面的平面方程式中，并且根据所述可变参考量解出所得到的方程式。这借助于简单的向量几何能够实现修正高度值所需的步骤的非常简单的实现。例如，这些计算可以在控制装置中构造为为了数据处理而通过计算单元优化的程序指令。

在一种实施方式中，将用于所述可变参考量的值用到所产生的直线方程式中。此外，使用在所述直线方程式中得到的用于所述相应对象的高度的值作为在所述修正面内的所述相应对象的高度值。

在一种实施方式中，在雷达传感器起动时一次实施步骤S1-S3。这显著地简化起动，因为不需要手动校准雷达传感器。

在一种实施方式中，在雷达传感器运行期间周期性地实施步骤S1-S3。这使得可能的是，对雷达传感器的在雷达传感器运行期间发生变化的位置或者定向作出反应。

在一种实施方式中，所述至少一个参考对象为三棱镜。由此可以实施参考对象的非常简单和准确的定位。

在另一种实施方式中，所述至少一个参考对象为位于雷达传感器的视域中的另外的对象之一。由此例如可以利用固定安装的对象例如在铁路交叉口处的限界箱用于校准。这尤其实现在雷达传感器运行中的周期性的重新校准。

在一种实施方式中，雷达传感器构造为FMCW雷达传感器。由此，可以借助于雷达传感器确保与天气条件无关的对象检测。

以上的构型和扩展方案只要合理可以任意地相互组合。本发明的另外的可能的构型、扩展方案和实现也包括本发明的在之前或者以下在实施例方面描述的特征的未详尽提到的组合。在此，本领域技术人员尤其也添加单个方面作为对本发明的相应的基本形式的改进或补充。

附图说明

以下参照在示意性的附图中说明的实施例详细地阐述本发明。在此，附图示出：

图1示出根据本发明的方法的实施方式的流程图；

图2示出根据本发明的雷达系统的实施方式的方框图；

图3示出用于直观地说明根据本发明的方法的实施方式的图；

图4示出用于直观地说明根据本发明的方法的实施方式的另外的图；

图5示出用于直观地说明根据本发明的方法的实施方式的另外的图；

图6示出用于直观地说明未经校准的雷达传感器的图。

在所有图中，只要没有另外说明，相同的或者功能相同的元件和装置设有相同的参考标记。

具体实施方式

图1示出根据本发明的用于校准雷达传感器1的方法的实施方式的流程图。

本方法设置，在第一步骤S1中，将至少一个参考对象2-1至2-4布置在雷达传感器1的视域3中的预给定位置上。

随后，通过雷达传感器1检测至少一个参考对象2-1至2-4的估计位置。

在第三步骤S3中，基于所述至少一个参考对象2-1至2-4的预给定位置和所述至少一个参考对象2-1至2-4的由所述雷达传感器1检测的估计位置计算用于所述至少一个参考对象2-1至2-4的位置的修正值。

最后，将所计算的修正值应用到在雷达传感器1的视域3中的另外的对象4-1至4-8的由所述雷达传感器1检测的估计位置上。

此外，本方法在一种实施方式中设置，在多个由所述雷达传感器检测的对象2-1至2-4、4-1至4-8中辨识所述至少一个参考对象2-1至2-4。这例如可以根据特别的特征如相应对象2-1至2-4、4-1至4-8的反向散射功率来进行。

接着，可以如下计算对象2-1至2-8中的一个的正确高度：

首先，对于参考对象2-1至2-4计算在其由预给定位置确定的真实的安装高度和由传感器估计的高度之间的差：

diff_i＝h_Ref,i-h_{传感器对象,i}

在此，h_Ref,i表示通过第i个参考对象2-1至2-4的预给定位置确定的安装高度，h_{传感器对象,i}表示第i个参考对象2-1至2-4的由传感器估计的高度。

由该信息可以形成偏差平面E，该偏差平面如下定义：

$E:\stackrel{\→}{n}\·(\stackrel{\→}{x}-\stackrel{\→}{p}),$ 其中， $\stackrel{\→}{n}=\stackrel{\→}{u}\×\stackrel{\→}{v}$ 且 $\stackrel{\→}{p}=0$

根据该偏差平面可以确定在相应对象4-1至4-8的由传感器确定的高度中的误差。

替代地，也可以计算两个旋转角度。技术人员能够以这两个旋转角度旋转雷达传感器1。两个角度是必需的，因为雷达传感器1可以相对于x轴线和y轴线倾斜。

接着，在雷达传感器1的每个测量循环中修正对象4-1至4-8的估计高度。这通过以下方式进行：对于每个对象4-1至4-8，根据其(x，y)位置——即其在从雷达传感器1看的平面中的位置——确定在该偏差平面E内的相应的z值或者高度值。

为此，相应对象4-1至4-8的由雷达传感器1检测的位置作为直线示出：

$\stackrel{\→}{x}=\left(\begin{array}{c}x\\ y\\ 0\end{array}\right)+\mathrm{\λ}\·\left(\begin{array}{c}0\\ 0\\ 1\end{array}\right)$

接着，将该直线用到偏差平面E的平面方程式中并且根据λ解出。

$E:\stackrel{\→}{n}\·(\left(\begin{array}{c}x\\ y\\ 0\end{array}\right)+\mathrm{\λ}\·\left(\begin{array}{c}0\\ 0\\ 1\end{array}\right)-\stackrel{\→}{u})$

然后，将用于λ的结果用到用于相应对象4-1至4-8的所检测的位置的直线方程式中。作为结果，得到：

现在，传感器对象的高度可以如下地修正：

z_korr＝z_传感器+z_偏差

在此，z_korr为相应对象4-1至4-8的经修正的高度。Z_传感器为相应对象4-1至4-8的由雷达传感器1估计的高度并且Z_偏差为修正值。

与图1相关联地示出的方法可以设置，在相应的雷达传感器1起动时仅仅一次地实施偏差平面E。替代地，可以周期性地或者在雷达传感器1的位置的确定变化之后计算偏差平面E。这样的变化能够例如通过位置传感器或者通过振动传感器来探测或者通过检测在待监视的面5中的固定的参考对象来探测。

可以以各种任意的方式将所示出的根据本发明的方法转化为计算步骤，所述计算步骤可以由程序控制的装置实施。在此，可以包括向量计算。但是，替代地，也可以选择其他的计算方式例如逐分量地。

图2示出根据本发明的雷达系统1的实施方式的方框图。

雷达系统10具有控制装置11，该控制装置与雷达传感器1耦合，以便控制该雷达传感器并且实施根据本发明的方法。

控制装置11可以例如实施为集成到所述雷达传感器1中的控制器11。替代地，控制装置11也可以构造为布置在雷达传感器1外部的程序控制的装置11。在这样的情况下，控制装置11可以例如布置在雷达传感器1上。但替代地，控制装置11也可以例如布置在控制中心或者计算中心中并且与雷达传感器1通过数据连接——例如网络连接耦合。

雷达传感器1在图2中构造为FMCW雷达传感器1。另外类型的雷达传感器1也是可能的。

从雷达传感器1出发示出大致直角地展开的面，该面为雷达传感器1的视域3。在该视域3内示出待监视的面5，该面例如大致梯形地构造。在待监视的面5中，在梯形的远离雷达传感器1的角上分别(由粗的点)示出各一个参考对象2-1至2-2。在雷达传感器1和待监视的面5之间(由细的点)示出对象4-1。另外的(由细的点示出的)对象4-2至4-8绕梯形的待监视的面5分布地示出。

图3示出用于直观地说明根据本发明的实施方式的图。

图3的布置在很大程度上相当于图2的布置。然而，雷达传感器1布置在待监视的面5之内。

该布置实现修正值的或者偏差平面E的非常简单的确定，因为待监视的面5或者平面5可以由雷达传感器1的位置和两个另外的布置在平面5中的点(参考对象2-1至2-2的位置)来确定。

图4示出用于直观地说明根据本发明的方法的实施方式的另外的图，在该另外的图中，与图3的布置相反地，雷达传感器1位于待监视的面5或者平面5前方，类似于图2的布置。

因为图4的雷达传感器位于待监视的面5之外，所以使用四个参考对象2-1至2-4，以便能够明确唯一地辨识面5。这些参考对象2-1至2-4分别布置在梯形的待监视的面5的一个角上。借助所述参考对象2-1至2-4中的仅仅三个已经可以实施相应的计算。

因此，与图1相关联地阐述的计算如下地改变：

$E:\stackrel{\→}{n}\·(\stackrel{\→}{x}-\stackrel{\→}{p}),$ 其中， $\stackrel{\→}{n}=\stackrel{\→}{u}\×\stackrel{\→}{v}$ 且

$E:\stackrel{\→}{n}\·(\left(\begin{array}{c}x\\ y\\ 0\end{array}\right)+\mathrm{\λ}\·\left(\begin{array}{c}0\\ 0\\ 1\end{array}\right)-\stackrel{\→}{p})$

图5示出用于直观地说明根据本发明的方法的实施方式的另外的图。在图5中示出雷达传感器1的和(道路的)待监视的面5的侧视图。在此，该道路具有带有角度α的坡度。雷达传感器1布置在道路5之上的高度h上。在此，雷达传感器1的垂直的传感器轴线以角度β相对于正确的传感器轴线向上旋转。由白色的棱形示出对象4-1，该对象4-1位于传感器前方距离x1处并且位于道路表面之上的高度h1上。

但是，由于雷达传感器1的传感器轴线以角度β相对于正确的传感器轴线向上旋转，对象4-1对于雷达传感器1而言看起来比其实际所在更低。在无根据本发明的校准的情况下，雷达传感器会将对象4-1对应于高度h2，高度h2与高度h1相差差diff_i。

尽管以上参照优选的实施例描述了本发明，但本发明并不限于此，而是可以以多种多样的方式修改。尤其可以以各种各样的方式改动或修改本发明，而不偏离本发明的核心。

Claims (10)

1.一种用于校准雷达传感器(1)的方法，其具有以下步骤：

将至少一个参考对象(2-1至2-4)布置(S1)在所述雷达传感器(1)的视域(3)中的预给定位置上；

通过所述雷达传感器(1)检测(S2)所述至少一个参考对象(2-1至2-4)的估计位置；

基于所述至少一个参考对象(2-1至2-4)的预给定位置和所述至少一个参考对象(2-1至2-4)的由所述雷达传感器(1)检测的估计位置计算(S3)用于所述至少一个参考对象(2-1至2-4)的位置的修正值；

将所计算的修正值应用(S4)到所述雷达传感器(1)的视域(3)中的另外的对象(4-1至4-8)的由所述雷达传感器(1)检测的估计位置上。

2.根据权利要求1所述的方法，

其中，所述至少一个参考对象(2-1至2-4)的估计位置的检测(S2)具有在多个由所述雷达传感器(1)检测的对象(2-1至2-4、4-1至4-8)中所述至少一个参考对象(2-1至2-4)的辨识(S2-1)。

其中，尤其根据所述相应对象(2-1至2-4、4-1至4-8)的反向散射功率来实施所述辨识(S2-1)。

3.根据以上权利要求中任一项所述的方法，

其中，预给定待由所述雷达传感器(1)监视的面(5)，并且在所述待监视的面(5)中布置至少两个参考对象(2-1至2-4)。

4.根据权利要求3所述的方法，

其中，在计算(S3)修正值时计算在每个参考对象(2-1至2-4)的实际高度和所述相应参考对象(2-1至2-4)的由所述传感器检测的估计高度之间的差；

其中，由所计算的差形成偏差平面。

5.根据权利要求4所述的方法，

其中，所计算的修正值的应用(S4)具有关于所述对象(4-1至4-8)中的每一个对象的估计位置在所述偏差平面内的高度值的计算；

其中，所计算的修正值的应用(S4)对于每个对象(4-1至4-8)而言具有所计算的在所述偏差平面内的高度值与所述相应对象(4-1至4-8)的估计位置的高度值的相加。

6.根据权利要求5所述的方法，

其中，在所述偏差平面内的高度值的计算具有直线方程式的产生，所述直线方程式具有所述相应对象(4-1至4-8)的水平位置和距离作为固定参考量并且具有所述相应对象(4-1至4-8)的高度作为可变参考量；

其中，将所产生的直线方程式用到所述偏差平面的平面方程式中，并且根据所述可变参考量解出所得到的方程式。

7.根据权利要求6所述的方法，

其中，将用于所述可变参考量的值用到所产生的直线方程式中，并且，使用在所述直线方程式中得到的用于所述相应对象(4-1至4-8)的高度的值作为在所述修正面内的所述相应对象(4-1至4-8)的高度值。

8.根据以上权利要求中任一项所述的方法，

其中，在所述雷达传感器(1)起动时一次实施所述步骤S1-S3；或者

其中，在所述雷达传感器(1)运行期间周期性地实施所述步骤S1-S3。

9.根据以上权利要求中任一项所述的方法，

其中，所述至少一个参考对象(2-1至2-4)为三棱镜；和/或，

其中，所述至少一个参考对象(2-1至2-4)为位于所述雷达传感器(1)的视域(3)中的所述另外的对象(4-1至4-8)之一。

10.一种雷达系统(10)，其

具有雷达传感器(1)和构造用于实施根据以上权利要求中任一项所述的方法的控制装置(11)。