CN108369271B - 配置用于确定空闲域的车辆雷达系统 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及配置用于确定空闲域的车辆雷达系统。本公开涉及车辆雷达系统，其包括至少一个收发器装置，该至少一个收发器装置配置成生成和发射雷达信号并且接收反射雷达信号。雷达信号形成多个感测区段、感测区间，该多个感测区段、感测区间一起形成收发器覆盖范围。对于每个感测区间，雷达系统配置成获得到可能的目标对象的目标角
Figure DDA0003531318000000011
和目标距离r。该雷达系统还配置成确定雷达收发器覆盖范围的空闲域边界和相应的空闲域。本公开还涉及相应的方法。

Description

配置用于确定空闲域的车辆雷达系统
技术领域
本公开涉及一种车辆雷达系统，该车辆雷达系统包括至少一个收发器装置，该收发器装置配置成生成、发射并接收反射雷达信号。该雷达信号形成多个感测区段、感测区间，该多个感测区段、感测区间一起形成收发器覆盖区域。
背景技术
许多车辆雷达系统包括配置用于生成雷达信号的雷达收发器，该雷达信号通过包含在雷达系统内的合适的天线来发射、反射和接收。该雷达信号例如可以为FMCW(调频连续波)信号的形式。
对于车辆中的防碰撞系统，期望获得车辆周围环境的至少一部分的充分可靠的表示，并且可以形成为自由空间表示。这样的表示应当包括静止和移动的对象两者。
US 7227474描述了一种对象检测系统，其中，多个传感器场形成收发器覆盖区域并且重叠在期望的检测区域上。距离选通(range gate)是感测场和期望检测区域重叠处距传感器的距离，并且如果对象具有小于距离选通的距离，则该对象将会被确定为在期望的检测区域内。
然而，期望获得用于确定车辆周围环境的至少一部分的自由空间表示的更灵活的车辆雷达系统。
发明内容
因此，本公开的目的在于提供一种比现有技术的系统更灵活的车辆雷达系统，该车辆雷达系统用于确定车辆周围环境的至少一部分的自由空间表示。
该目的通过一种包括至少一个收发器装置的车辆雷达系统来实现。该收发器装置配置成生成和发射雷达信号并且接收反射雷达信号，其中，所发射的雷达信号已经被一个或多个对象反射。该雷达信号形成多个感测区段、感测区间，该多个感测区段、感测区间一起形成收发器覆盖范围。对于每个感测区间，雷达系统配置为获得到可能的目标对象的目标角和目标距离。该雷达系统还配置成确定雷达收发器覆盖范围的空闲域边界和相应的空闲域。
该目的还通过一种用于车辆雷达系统的方法来实现，其中，该方法包括：
-生成和发射雷达信号。
-接收反射雷达信号，其中，所发射的雷达信号已经被一个或多个对象反射，其中，雷达信号形成多个感测段、感测区间，该多个感测段、感测区间一起形成收发器覆盖范围。
-对于每个感测区间获得到可能的目标对象的目标角和目标距离。
-确定雷达收发器覆盖范围的空闲域边界和相应的空闲区域。
根据示例，感测区间具有非统一的角大小。
根据另一示例，该车辆雷达系统配置成独立地将检测结果预分类为移动或静止检测结果。
根据另一示例，该雷达系统配置成安装在车辆中，并且配置成通过对每个被检测目标对象相对于所述车辆的运动和偏航角速度的多普勒速度和角执行分析来执行所述预分类。
根据另一示例，该车辆雷达系统包括检测结果存储器，该检测结果存储器配置成储存在某一数量的雷达周期中观测的检测结果。
根据另一示例，该雷达系统配置成通过在检测结果存储器中储存的所有检测结果的集合内选择每个感测区间中最接近的静止目标对象来计算每个感测区间中的空闲域边界。
其他示例在从属权利要求中公开。
通过本公开获得许多优点。主要提供了一种车辆雷达系统，该车辆雷达系统用于以比现有技术的系统更灵活的方式来确定车辆周围环境的至少一部分的自由空间表示。
附图说明
现在将参考附图更详细地描述本公开，其中：
图1示出车辆的示意性俯视图；
图2示出车辆以及感测区间的的示意性俯视图；
图3示出根据示例的车辆以及感测区间的的示意性俯视图；
图4示出根据另一示例的车辆以及感测区间的的示意性俯视图；
图5示出根据另一示例的车辆以及感测区间的的示意性俯视图；
图6示出根据另一示例的车辆以及感测区间的的示意性俯视图；并且
图7示出根据本公开的方法的流程图。
具体实施方式
图1示意性地示出了配置成沿方向D在道路2上行驶的车辆1的俯视图，其中，车辆1包括车辆雷达系统3，该车辆雷达系统3配置成通过发射信号4和接收反射信号5并且以先前公知的方式利用多普勒效应，来将单个目标从周围环境中区分和/或解析出来。因此，车辆雷达系统3包括雷达收发器装置7并且配置成通过对接收到的信号5的相位和振幅同时进行采样和分析，来提供可能的目标对象6的方位角。该雷达信号例如可以为在77GHz下运行的FMCW(调频连续波)信号的形式。车辆雷达系统3还包括雷达控制单元(RCU)18。
如图2所示，雷达信号形成多个感测区段或感测区间8a、8b、8c、8d、8e、8f、8g，该多个感测区段或感测区间8a、8b、8c、8d、8e、8f、8g一起形成收发器覆盖区域9，其中，角法线19沿车辆向前行驶的方向延伸。
根据本公开，如参照图3的示例中所示，对于每个感测区间8a、8b、8c、8d、8e、8f、8g，获得到可能的目标对象10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g、10e、10f、10g、10h、10i、10j的目标角
Figure GDA0003294491870000031
和目标距离r，使得RCU 18能够通过极坐标来确定雷达收发器覆盖区域9的空闲区域边界11和相应的空闲区域12。在说明书的其余部分中，将会仅讨论空闲区域12，但是相应的空闲空间是可设想的。为了清晰的原因，在图3中仅标出了一个目标对象10c的目标角
Figure GDA0003294491870000041
和目标距离r，其中，目标角
Figure GDA0003294491870000042
相对于角法线19来确定。
空闲区域12在标出空闲区域边界11的实线之内。在该示例中，对于每个感测区间8a、8b、8c、8d、8e、8f、8g，存在最接近的被检测目标对象10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g、10e、10f、10g，这些最接近的被检测目标对象限定了空闲区域边界11在每个感测区间8a、8b、8c、8d、8e、8f、8g处的位置。所确定的空闲区域边界11以外的目标对象在该示例中不予考虑，但可以如将会讨论的在另外的示例中予以考虑。
更详细而言，自由空间被表示为多个距离值，角量化网格中的每个感测区间8a、8b、8c、8d、8e、8f、8g各有一个距离值。因此，距离值的数量与感测区间的数量相同，其中，感测区间的数量取决于雷达收发器的视野的视角和每个量化角区间的大小。
这意味着对于每个感测区间8a、8b、8c、8d、8e、8f、8g，都会获得一个描述该特定感测区间的自由空间的浮点值—空闲空间的距离。应当注意，浮点值不是必要的；根据一些方面，描述自由空间的值为固定点或折合整数值。
为了获得该值，对于每个雷达监测周期，使用包含雷达信号数据的检测结果列表来获得距离、方位角和多普勒速度。
根据示例，参照图4，使用感测区间8a'、8b'、8c'、8d'、8e'、8f'、8g'的非统一角大小，这例如在某些驾驶场景中是有利的，例如对于乡村道路和高速公路驾驶场景，其中，自由空间主要在收发器装置7的前方延伸。在这些情况下，可以使用沿驾驶方向D的较高分辨率和向侧方的较低分辨率。感测区间的任何合适类型的非统一角大小都是当然可设想的；根据一些方面，感测区间可以具有在车辆前方较小的角大小和向着收发器覆盖区域9的侧方增大的角大小。
根据示例，车辆雷达系统3包括检测结果存储器14，检测结果存储器14用来通过储存在某一数量N个先前雷达周期中观测的检测结果来增加鲁棒性。当确定感测区间的当前空闲区域边界时考虑这样的先前雷达周期检测结果。
根据示例，检测结果被独立地预分类为移动或静止的检测结果。通过分析每个检测结果相对于主运动和偏航角速度的多普勒速度和角，可以将每个检测结果预分类为移动的或者静止的。考虑偏航角速度有益于弯道驾驶，比如迂回路线。
根据一些方面，检测结果还被完全分类为静止对象类别或者对于每个移动对象完全分类为各个运动类别。这通过并入来自合适的一般对象追踪算法的输出来实现。因此，可以将预分类的检测结果鲁棒性地分类为移动的或静止的。
储存在检测结果存储器14中的来自先前周期的检测结果通过其复合运动或群体运动而被校正。对于相关组的静止检测结果，这意味着借助通过处理车辆速度和偏航角速度而获得的车辆位置和转动的改变来修正位置—x和y坐标。其他的检测结果(例如属于在可观测区域—收发器覆盖区域9中移动的物体)通过相同的机制来校正，并且另外通过其群体运动矢量来延续。
根据一些方面，为了计算每个感测区间8a、8b、8c、8d、8e、8f、8g中的自由空间边界11，RCU 18配置成在检测结果存储器14中储存的所有检测结果的集合内，选择每个感测区间8a、8b、8c、8d、8e、8f、8g中最接近的静止目标对象10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g、10e、10f、10g。然后，自由空间边界11的距离由这些最接近的目标对象10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g、10h、10i、10j的距离给出。
为了增加对抗自由空间内的异常值和伪检测结果的鲁棒性，可以考虑给定区间中的最接近的目标对象的集合。首先，对于给定感测区间，可以不选择最接近的静止目标对象n，而是选择第二、第三、……第n接近的目标对象。
尤其是对于粗糙的角网格(即小数量的区间)，由于每个区间中的信息减少为一个距离值，因此自由空间边界的表示可以呈现为不均匀且不连续的。参照图5，示出另一示例，除了每个感测区间8a"、8b"、8c"、8d"、8e"、8f"、8g"的距离值之外，对于每个感测区间8a"、8b"、8c"、8d"、8e"、8f"、8g"可以储存角度值，角度值表示每个感测区间8a"、8b"、8c"、8d"、8e"、8f"、8g"中的最接近检测结果10a"、10b"、10c"、10d"、10e"、10f"、10g"、10e"、10f"、10g"的精确位置，精确位置由距离和角度给出。
在具有相对于角法线19的目标角
Figure GDA0003294491870000061
和距离r"的第六检测结果的图5中，标出了该示例中每个区间都具有各自的角的事实。这增加了存储要求，但其给出了更多详细的自由空间表示并且允许更加精确和自然的道路边界可视化。由于空闲区域边界11"在检测结果10a"、10b"、10c"、10d"、10e"、10f"、10g"、10e"、10f"、10g"之间延伸，这提供了稍有不同的空闲区域表示12"。
这给出了更平滑的空闲区域边界表示，并且提供了对每个感测区间8a"、8b"、8c"、8d"、8e"、8f"、8g"中的被检测对象10a"、10b"、10c"、10d"、10e"、10f"、10g"、10e"、10f"、10g"的更精确定位。
如果在某一感测区间内没有检测结果可用，则将相应的自由空间边界设为缺省的最大距离值。如果邻近的区间具有可良好观测的距离边界，这可能是不可取的。可以添加角平滑化来克服这一问题。这通过添加滤波器来完成，比如距离边界值对于邻近感测区间的滑动窗口最小滤波器。
除了角平滑化之外，参照图6，另外的平滑化程序显著改善了性能。为此，考虑由区间中心的角和该感测区间的距离值所限定的每个感测区间8a"'、8b"'、8c"'、8d"'、8e"'、8f"'、8g"'的笛卡尔坐标。如果任意两个感测区间i、j的笛卡尔坐标之间的欧几里得距离小于期望的最小值，则任意中间的感测区间k的距离值被平滑化。
这种平滑化通过在区间i和j的笛卡尔坐标之间进行插值并确保中间区间k的距离不超出插值距离值形式的平滑化阈值来完成。如果超出了插值距离值，中间区间从其原貌进行平滑化。这意味着，在该示例中，第三感测区间8c"'和第四感测区间8d"'从虚线所标出的其原貌平滑化为，由在邻近的第二感测区间8b"'和第五感测区间8e"'的笛卡尔坐标16、17(通过圆圈象征性标出)之间延伸的插值线边界线15所限制的减小形式。
构成极坐标表示的角感测区间中的表示是自然、高效、鲁棒且通用的。
极坐标表示是自然的，这是因为输入数据以极坐标生成，这与使用均匀间隔的笛卡尔网格的自由空间建模的现有技术水平相反。表示是高效的，这是因为整个视野可以表示为相对小数量的距离值，并且允许向其他处理单元高效传输所确定的自由空间。表示是鲁棒的，这是因为能够对噪声进行鲁棒性过滤。表示是通用的，这是因为其允许对所有的驾驶场景中的自由空间进行表示。不必进行关于环境的预先假设，在高速公路、乡村道路上、在城市驾驶或在狭窄的停车场处都一样起效。
如图1所示的车辆1包括安全控制单元和安全设备，例如紧急制动系统和/或警报信号器件。安全控制单元配置成根据来自雷达系统3的输入控制安全设备。
参照图7，本公开涉及一种用于车辆雷达系统的方法，其中，该方法包括：
20：生成和发射雷达信号4；
21：接收反射雷达信号5，其中，所发射的雷达信号4已经被一个或多个对象6反射，其中，雷达信号形成多个感测区段、感测区间8a、8b、8c、8d、8e、8f、8g，该多个感测区段、感测区间8a、8b、8c、8d、8e、8f、8g一起形成收发器覆盖范围9，
22：对于每个感测区间8a、8b、8c、8d、8e、8f、8g，获得到可能的目标对象10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g、10e、10f、10g、10h、10i、10j的目标角
Figure GDA0003294491870000071
和目标距离r；和
23：确定雷达收发器覆盖范围9的空闲域边界11和相应的空闲区域12。
本公开不限于以上示例，而是可以在所附权利要求的范围内自由地变化。例如，该雷达系统可以在任何类型的车辆(比如，轿车、卡车和公共汽车)以及船只和飞机中实施。
雷达收发器7适于任意合适类型的多普勒雷达。在车辆雷达系统3中可以存在任意数量的雷达收发器7，并且其可以配置为在任意合适的方向上发射信号。因此，多个感测区段或感测区间可以指向其他期望方向，比如向后或车辆1的侧部处。
在该语境下，雷达周期为雷达获取数据、在若干信号处理水平上处理数据并且发送出可用结果的一个观测阶段。这可以为固定的时间间隔(即40至60毫秒)，或者其可以为根据环境条件和处理负载的动态时间间隔。
由于空闲空间对于本公开是可设想的，因此空闲区域12通常由空闲域12构成，并且空闲区域边界11通常由空闲域边界12构成。相应地，收发器覆盖区域9通常由收发器覆盖范围构成。
所有的检测结果都对应于被检测的目标对象。
根据一方面，使用除了极坐标之外的其他坐标，例如笛卡尔坐标。
一般而言，本公开涉及车辆雷达系统3，车辆雷达系统3包括至少一个收发器装置7，收发器装置7配置成生成和发射雷达信号4并且接收反射雷达信号5，其中，所发射的雷达信号4已经被一个或多个对象6反射，其中，雷达信号形成多个感测区段、感测区间8a、8b、8c、8d、8e、8f、8g，该多个感测区段、感测区间8a、8b、8c、8d、8e、8f、8g一起形成收发器覆盖范围9。对于每个感测区间8a、8b、8c、8d、8e、8f、8g，雷达系统3配置成获得到可能的目标对象10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g、10e、10f、10g、10h、10i、10j的目标角
Figure GDA0003294491870000081
和目标距离r，其中，雷达系统3还配置成确定雷达收发器覆盖范围9的空闲域边界11和相应的空闲域12。
根据示例，感测区间8a'、8b'、8c'、8d'、8e'、8f'、8g'具有非统一的角大小。
根据示例，车辆雷达系统3配置成独立地将检测结果预分类为移动或静止的检测结果。
根据示例，雷达系统3配置成安装在车辆1中，并且其中，雷达系统3还配置成通过对每个被检测目标对象10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g、10e、10f、10g、10h、10i、10j相对于所述车辆1的运动和偏航角速度的多普勒速度和角进行分析来执行所述预分类。
根据示例，车辆雷达系统3包括检测结果存储器14，检测结果存储器14配置成储存在某一数量N个雷达周期中观测的检测结果。
根据示例，雷达系统3配置成通过在检测结果存储器14中储存的所有检测结果的集合内，选择每个感测区间8a、8b、8c、8d、8e、8f、8g中最接近的静止目标对象10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g、10e、10f、10g，来计算每个感测区间8a、8b、8c、8d、8e、8f、8g中的空闲域边界11。
根据示例，空闲区域边界11"在检测结果10a"、10b"、10c"、10d"、10e"、10f"、10g"、10e"、10f"、10g"之间延伸。
根据示例，车辆雷达系统3配置成执行平滑化程序，该平滑化程序配置成：
在两个感测区间8b"'、8e"'的笛卡尔坐标之间进行插值；
检查中间区间8c"'、8d"'的距离是否超出平滑化阈值；并且
如果超出了平滑化阈值，从其原始值对中间区间8c"'、8d"'进行平滑化。
一般而言，本公开还涉及一种用于车辆雷达系统的方法，其中，该方法包括：
20：生成和发射雷达信号4；
21：接收反射雷达信号5，其中，所发射的雷达信号4已经被一个或多个对象6反射，其中，雷达信号形成多个感测区段、感测区间8a、8b、8c、8d、8e、8f、8g，该多个感测区段、感测区间8a、8b、8c、8d、8e、8f、8g一起形成收发器覆盖范围9，
22：对于每个感测区间8a、8b、8c、8d、8e、8f、8g，获得到可能的目标对象10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g、10e、10f、10g、10h、10i、10j的目标角
Figure GDA0003294491870000091
和目标距离r；和
23：确定雷达收发器覆盖范围9的空闲域边界11和相应的空闲区域12。
根据示例，感测区间8a'、8b'、8c'、8d'、8e'、8f'、8g'具有非统一的角大小。
根据示例，该方法包括将检测结果独立地预分类为移动或静止的检测结果。
根据示例，通过对每个被检测目标对象10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g、10e、10f、10g、10h、10i、10j相对于车辆1的运动和偏航角速度的多普勒速度和角
Figure GDA0003294491870000101
进行分析来执行所述预分类。
根据示例，该方法包括储存在某一数量N个雷达周期中观测的检测结果。
根据示例，该方法包括通过在所有储存的检测结果的集合内选择每个感测区间8a、8b、8c、8d、8e、8f、8g中最接近的静止目标对象10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g、10e、10f、10g，来计算每个感测区间8a、8b、8c、8d、8e、8f、8g中的空闲域边界11。
根据示例，空闲区域边界11"在检测结果10a"、10b"、10c"、10d"、10e"、10f"、10g"、10e"、10f"、10g"之间延伸。
根据示例，该方法包括平滑化程序，该平滑化程序进而包括：
在两个感测区间8b"'、8e"'的笛卡尔坐标之间进行插值；
检查中间区间8c"'、8d"'的距离是否超出平滑化阈值；和
如果超出了平滑化阈值，从其原始值对中间区间8c"'、8d"'进行平滑化。

Claims (16)

1.一种车辆雷达系统(3)，其包括至少一个收发器装置(7)，所述至少一个收发器装置(7)配置成生成和发射雷达信号(4)并且接收反射雷达信号(5)，其中，所发射的所述雷达信号(4)已经被一个或多个对象(6)反射，其中，所述雷达信号形成多个感测区段、感测区间，所述多个感测区段、感测区间一起形成收发器覆盖范围(9)，其特征在于，对于每个感测区间，所述车辆雷达系统(3)配置成获得可能的目标对象的目标角
Figure FDA0003750766130000011
和目标距离r，其中，所述车辆雷达系统(3)还配置成确定所述收发器覆盖范围(9)的空闲域边界和相应的空闲域(12)，其中，针对每个感测区间存在定义空闲域边界的一个最接近的被检测目标对象，使得空闲域边界通过每个感测区间中的最接近的被检测目标对象延伸。
2.根据权利要求1所述的车辆雷达系统(3)，其特征在于，所述感测区间具有非统一的角大小。
3.根据前述权利要求中任一项所述的车辆雷达系统(3)，其特征在于，所述车辆雷达系统(3)配置为独立地将检测结果预分类为移动或静止的检测结果。
4.根据权利要求3所述的车辆雷达系统(3)，其特征在于，所述车辆雷达系统(3)配置成安装在车辆(1)中，并且其中，所述车辆雷达系统(3)还配置成通过对每个被检测目标对象相对于所述车辆(1)的运动和偏航角速度的多普勒速度和角
Figure FDA0003750766130000012
执行分析，来执行所述预分类。
5.根据权利要求1所述的车辆雷达系统(3)，其特征在于，所述车辆雷达系统(3)包括检测结果存储器(14)，所述检测结果存储器(14)配置成储存在某一数量N的雷达周期中观测的检测结果。
6.根据权利要求5所述的车辆雷达系统(3)，其特征在于，所述车辆雷达系统(3)配置成通过在所述检测结果存储器(14)中储存的所有检测结果的集合内选择每个感测区间中最接近的静止目标对象，来计算每个感测区间中的空闲域边界。
7.根据权利要求6所述的车辆雷达系统(3)，其特征在于，所述空闲域边界在所述最接近的静止目标对象之间延伸。
8.根据权利要求1所述的车辆雷达系统(3)，其特征在于，所述车辆雷达系统(3)配置为执行平滑化程序，所述平滑化程序配置成：
在两个感测区间的笛卡尔坐标之间进行插值；
检查中间区间的距离是否超出平滑化阈值；并且
如果超出所述平滑化阈值，从其原始值对所述中间区间进行平滑化。
9.一种用于车辆雷达系统的方法，其中，所述方法包括：
(20)生成和发射雷达信号(4)；和
(21)接收反射雷达信号(5)，其中，所发射的所述雷达信号(4)已经被一个或多个对象(6)反射，其中，所述雷达信号形成多个感测区段、感测区间，所述多个感测区段、感测区间一起形成收发器覆盖范围(9)，
其特征在于，所述方法还包括：
(22)对于每个感测区间，获得到可能的目标对象的目标角
Figure FDA0003750766130000021
和目标距离r；和
(23)确定所述收发器覆盖范围(9)的空闲域边界和相应的空闲区域(12)，其中，针对每个感测区间存在定义空闲域边界的一个最接近的被检测目标对象，使得空闲域边界通过每个感测区间中的最接近的被检测目标对象延伸。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述感测区间具有非统一的角大小。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述方法包括独立地将检测结果预分类为移动或静止的检测结果。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，通过对每个被检测目标对象相对于车辆(1)的运动和偏航角速度的多普勒速度和角
Figure FDA0003750766130000022
进行分析来执行所述预分类。
13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法包括储存在某一数量N的雷达周期中观测的检测结果。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法包括通过在所有储存的检测结果的集合内选择每个感测区间中最接近的静止目标对象，来计算每个感测区间中的空闲域边界。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述空闲区域边界在所述最接近的静止目标对象之间延伸。
16.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法包括平滑化程序，所述平滑化程序进而包括：
在两个感测区间的笛卡尔坐标之间进行插值；
检查中间区间的距离是否超出平滑化阈值；和
如果超出所述平滑化阈值，从其原始值对所述中间区间进行平滑化。
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