CN108120985A - 使用汽车雷达的安全区域的软检测 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于相对于对象导航车辆的系统和方法。该系统包括用于发送源信号的发射器，用于接收来自对象的源信号的反射的回波信号的接收器，以及处理器。对象的参数在雷达系统处获得，并且选择对象的避让标准。处理器确定对象的参数和选择的避让标准的对象边界，并且导航车辆以便基于确定的边界来避让对象。

Description

使用汽车雷达的安全区域的软检测

技术领域

本发明涉及车辆中的导航系统，具体涉及基于雷达信号确定对象边界的方法，以便确保相对于对象的导航。

背景技术

近来的汽车和车辆已经用车载安全系统构建，该车载安全系统包括用于检测对象相对于车辆的位置的雷达技术，使得车辆的驾驶员或碰撞避让装置可相应地作出反应。雷达系统包括用于发出源信号的发射机和用于接收来自对象的源信号的回波或反射的接收器。接收到的信号以选择的采样频率被采样，并且接收到的信号的采样数据点被输入到快速傅里叶变换(FFT)中以便确定返回信号的频率。可以从该频率确定对象的参数，诸如范围、对象相对于车辆的相对速度或其它参数。

对象的参数通常在雷达系统处被表示为数据空间中的单个位置处的点。然而，众所周知，对象通常延伸到空间中，并不局限于空间上的单个点。知道对象的空间范围允许人们成功地在被检测对象周围驾驶车辆，而不会发生事故。因此，期望提供一种雷达系统和方法，其在合理的概率内识别检测到的对象的尺寸和形状，以便成功地在检测到的对象周围导航。

发明内容

在本发明的一个示例性实施例中，公开了一种相对于对象导航车辆的方法。对象的参数在雷达系统处获得。选择对象的避让标准，并且为对象的参数和选择的避让标准确定对象的边界。导航车辆以便基于确定的边界避让对象。

在本发明的另一示例性实施例中，公开了一种用于相对于对象导航车辆的系统。该系统包括用于发送源信号的发射器，用于接收来自对象的源信号反射的回波信号的接收器，以及运行程序的处理器。在处理器处运行的程序在雷达系统处确定对象的参数，选择对象的避让标准，确定对象的参数和选择的避让标准的对象边界，并且导航车辆以便基于确定的边界避让对象。

结合附图，根据以下对本发明的详细描述，本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点将变得显而易见。

附图说明

在下面的实施例的详细描述中，仅作为示例，其它特征、优点和细节出现，详细描述参考附图，其中：

图1示出了包括适合于确定对象相对于车辆的范围和/或相对速度的雷达系统的车辆；

图2示出了可以使用图1的雷达系统检测的各种对象的表示；以及

图3示出了说明使用本文公开的方法使车辆相对于对象导航的方法的流程图。

具体实施方式

以下描述本质上仅仅是示例性的，并不意图限制本公开，其应用或使用。应该理解的是，在整个附图中，对应的附图标记表示相同或相应的部分和特征。

根据本发明的示例性实施例，图1示出了车辆100，诸如汽车，其包括适合于确定对象104相对于车辆100的距离和/或相对速度的雷达系统102。在图1的实施例中，雷达系统102包括发射器106和接收器108。在替代实施例中，雷达系统102可以是包括发射器阵列和接收器阵列的MIMO(多输入多输出)雷达系统。车辆100的车载控制单元110控制和操作发射器106以生成射频波(“源信号”120)。在实施例中，源信号120包括经常被称为啁啾信号的线性频率调制连续波(LFM-CW)。可替代地，源信号120可以是脉冲信号或脉冲信号和啁啾信号的组合。来自对象104的源信号120的反射在这里被称为回波信号122。回波信号122在接收器108处被接收，该接收器108通常包括用于对回波信号122进行采样的电路。控制单元110包括处理器，该处理器对回波信号122执行计算以根据本文公开的方法确定对象104相对于车辆100的距离和/或相对速度以及对象104的总体形状。然后可以使用对象104相对于车辆100的距离、形状和/或相对速度的知识来通过例如加速或减速车辆100或转向车辆来操纵车辆100，以便避让对象104。在实施例中，控制单元110的处理器确定对象104的距离、速度、形状等，并且可以与碰撞避让装置112协作以控制转向和加速/减速分量以在车辆100处执行必要的操纵以避让对象104。在另一个实施例中，控制单元110提供信号以警告车辆100的驾驶员，使得驾驶员可以采取任何必要的行动来避让对象104。

虽然雷达系统102在本文中被讨论为载在车辆100上，但是在替代实施例中，雷达系统102也可以是不动或静止对象的一部分。类似地，对象104可以是车辆或移动对象，或者可以是不动的或静止的对象。

图2示出了可以使用图1的雷达系统102检测到的各种对象(即，人201、树203和车辆对象205)的表示。通常，雷达系统110的处理器接收从对象反射的回波信号122，并且经由从回波信号122计算出的参数来表示对象。参数可以是例如对象的范围、对象的高程、对象的方位角，或者对象的速度。这些参数通常由单个值或数字向量表示，其表示对象是空间中的单个点。众所周知，驾驶员所关心的对象通常不是单点，而是具有显著的空间范围。

在实施例中，处理器执行确定这些对象(即，人201、树203和车辆对象205)的一个或多个边界的方法。所确定的边界是概率边界，或换句话说，是由在空间中的选择位置处存在的对象的概率所限定的边界，其中该对象可以被认为具有空间概率分布。边界的大小取决于为边界选择的标准。从图2中可以看出，为了说明的目的，人201具有内边界210、中间边界212和外边界214。这些边界中的每一个以概率为特征。内边界210以概率70％为特征；中间边界212以概率80％为特征，并且外边界214以概率99％为特征。这些概率表示人201完全被包含在选择的边界内的概率。因此，人201完全被包含在内边界210内的可能性为70％，人201完全被包含在中间边界212内的可能性为80％，人201完全被包含在外边界214内的可能性为99％。树203和车辆对象205同样具有这些边界。

如果车辆100停留在选择的边界之外，则概率边界可以可替代地用于指示车辆100避免与对象接触的概率。因此，如果驾驶员将车辆100保持在外边界214之外，则不与人201发生碰撞的概率为99％。该概率在中间边界212处下降。如果驾驶员仅能够保持车辆100在中间边界212之外(但不在外边界214之外)，则不与人201发生碰撞的概率为80％。最后，如果驾驶员只能将车辆100保持在内边界210之外(但是不在中间边界212之外)，则不与人201发生碰撞的概率仅为70％。

一旦确定了用于选择的避让标准的限定避免碰撞概率的边界，车辆100可以基于确定的边界来导航周围环境。

本文讨论确定对象的概率分布的方法。在实施例中，处理器从对象获得信号Y。通常，Y可以是四维数据空间中的四维向量。参数p由雷达系统检测(即，距离、高程、方位角、相对速度)并确定对象的平均参数选择避让标准δ以用于相对于对象导航车辆100。避让标准δ与避让对象的概率有关。当避让标准δ低时，避免与对象104接触的概率高。在实施例中，避让标准可以是δ＝10^-5。

对象参数错误由表示，而p是表示对象参数的变量。对象位于与平均位置偏移或距离的概率如方程(1)所示：

其中f(p|Y)是具有用于接收的四维信号Y的参数p的对象的似然函数或条件概率。积分在由6定义的参数空间的区域上执行。似然函数可以使用贝叶斯规则重写，如方程(2)所示：

f(p|Y)＝f(Y|p)f(p)/f(Y) 方程(2)

其中f(p)是对象的分布，并且f(Y)是信号的分布。条件概率f(Y|p)是接收具有参数p的对象的信号Y的可能性。对象的分布f(p)可以是均匀的空间分布，但在替代实施例中也可以是不均匀的空间分布。条件概率f(Y|p)可以表示为：

f(Y|p)≈αexp(B(p)*vec{Y}) 方程(3)

其中B(p)是四维匹配滤波器(用于距离、高程、方位角和速度)，并且vec{Y}是信号Y(信号Y的列的级联)的向量表示。信号的概率分布f(Y)可以由方程(4)重述：

方程(1)-(4)可以合并得到如下的方程(5)：

因此，可以对于给定信号Y和选择的标准δ来计算对象处于空间中的选择位置的概率。

图3示出了示出使用本文公开的方法相对于对象导航车辆的方法的流程图300。在框301中，在雷达系统处接收回波信号，其中回波信号是雷达系统的源信号从对象的反射。在框303中，根据源信号和回波信号确定对象的平均参数。在框305中，选择避让标准。在框307中，给定平均参数(来自框303)和选择的避让标准(来自框305)为对象确定参数边界。本文公开的方程(5)可用于确定框307中的边界。在框309中，将边界提供给导航车辆的导航系统或碰撞避让系统，以便避免基于确定的对象边界与对象接触。

在各种实施例中，车辆100通过将包括对象104的环境划分成由确定的对象104的边界所限定的一个或多个安全区域来围绕对象104进行导航。然后，处理器规划通过环境的一个或多个安全区域的路径。

本文公开的方法通过在选择的标准内定义对象104的边界来改善雷达系统区分对象的能力。该边界可以提供给驾驶员或避让碰撞系统(112，图1)，以便驾驶员或避让碰撞系统112在环境中导航以避让对象104，从而增加驾驶员和车辆的安全性。

虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以做出各种改变并且可以用等同物替换其元件。另外，在不脱离本发明的实质范围的情况下，可以进行许多修改以使特定的情况或材料适应于本发明的教导。因此，意图是本发明不限于所公开的特定实施例，而是本发明将包括落入本申请范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种相对于对象驾驶车辆的方法，包括：

在雷达系统处获得所述对象的参数；

选择所述对象的避让标准；

确定所述对象的所述参数以及所述选择的避让标准的对象边界；以及

导航所述车辆以便基于所述确定的边界避让所述对象。

2.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述边界进一步包括确定相对于所述对象存在的概率等于所述避让标准的所述获得的参数的参数误差。

3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括确定具有均匀空间分布的所述对象的所述边界。

4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括将环境划分成由所述对象的所述边界限定的安全区域并且规划通过所述安全区域的路径。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述参数是以下各项中的至少一者：(i)范围；(ii)高程；(iii)方位角；以及(iv)速度。

6.一种用于相对于对象驾驶车辆的系统，包括：

发射器，用于发射源信号；

接收器，用于接收作为来自所述对象的所述源信号的反射的回波信号；

在处理器处运行程序，以：

确定雷达系统处的所述对象的参数；

选择所述对象的避让标准；

确定所述对象的所述参数和所述选择的避让标准的所述对象的边界；以及

基于所述确定的边界，导航所述车辆以便避让所述对象。

7.根据权利要求6所述的系统，其中所述处理器进一步被配置为通过确定相对于所述对象存在的概率等于所述避让标准的所述确定的参数的参数误差来确定所述边界。

8.根据权利要求6所述的系统，其中所述处理器进一步被配置为确定所述对象具有均匀空间分布的所述概率。

9.根据权利要求6所述的系统，其中所述处理器进一步被配置为将环境划分成由所述对象的所述边界限定的安全区域，并且规划通过所述安全区域的路径。

10.根据权利要求6所述的系统，其中所述参数是以下中的至少一个：(i)范围；(ii)高程；(iii)方位角；以及(iv)速度。