CN108535709B - 道路杂波抑除 - Google Patents

Abstract

公开了一种追踪对象的方法和雷达系统以及车辆。源信号被传输到包括对象的体积中。响应于源信号，接收来自体积的反射信号。反射信号包括源信号从对象的反射。根据反射信号确定对象的范围。在确定的范围内估计地面信号，并估计反射信号中的地面信号的量。基于来自对象的反射中的地面信号的量的估计来选择用于追踪的对象。

Description

道路杂波抑除

背景技术

本发明涉及雷达系统，并且特别涉及减轻雷达信号中的地面反射的影响的系统和方法。

用于车辆的追踪系统包括能够确定如下参数的一个或多个雷达系统：例如各种对象相对于车辆的范围和对象相对于车辆的速度。追踪系统可以使用这些参数来关于对象警告驾驶员，或者操作车辆的自主驾驶系统以执行避免干扰对象的操纵。雷达系统包括将源信号(通常为射频信号)传输到包括对象的空间体积中的发射器，以及接收来自对象的反射信号(源信号的反射)的接收器。由于雷达系统在车辆上的位置，源信号的大部分经由地面反射，并且可能掩盖来自对象的反射，从而影响追踪系统的可靠性。因此，期望提供一种用于确定在雷达系统处接收到的反射信号中的地面信号的影响的方法。

发明内容

在一个示例性实施例中，公开了一种追踪对象的方法。该方法包括将源信号传输到包括对象的体积中，并且响应于源信号接收来自体积的反射信号，其中反射信号包括源信号从对象的反射。根据反射信号确定对象的范围，并在确定的范围内估计地面信号。因此，估计反射信号中的地面信号的量。基于来自对象的反射中的地面信号的量的估计，选择用于追踪的对象。

估计反射信号中的地面信号的量可以包括形成将在确定的范围内的地面信号与在确定的范围内的总反射信号进行比较的比率。形成比率可以包括：将在对象的确定的范围内的地面信号与在确定的范围内的反射信号相关联以获得相关值，确定所确定的范围内的总功率，并且形成在确定的范围内的相关值与在确定的范围内的总功率的比率。在实施例中，当比率大于选定的噪声阈值时，来自对象的反射被忽略。当比率小于选定的噪声阈值时，可以追踪该对象。基于追踪对象的参数可以相对于对象操纵车辆。

在其中地面信号是通过将源信号传输到仅提供地面反射的校准体积而获得的校准地面信号的实施例中，处理器通过针对对象的范围选择校准地面信号来估计地面信号。

在另一示例性实施例中，公开了一种用于追踪对象的机动车辆雷达系统。雷达系统包括：用于将源信号传输到包括对象的体积中的发射器；用于响应于源信号接收来自体积的反射信号的接收器，其中反射信号包括源信号从对象的反射；以及处理器。处理器被配置成根据反射信号确定对象的范围，估计对象的确定的范围的地面信号，估计来自对象的反射中的地面信号的量，并且基于来自对象的反射中的地面信号的估计量选择用于追踪对象的对象。

处理器还被配置成形成在确定的范围内的地面信号与在确定的范围内的总反射信号的比率。在形成比率时，处理器将在对象的确定的范围内的地面信号与在确定的范围内的反射信号相关联以获得相关值，确定在确定的范围内的总功率，并且形成在确定的范围内的相关值与在确定的范围内的总功率的比率。当比率大于选定的噪声阈值时，处理器可以进一步将信号忽略为噪声。当比率小于选定的噪声阈值时，处理器可以追踪对象。处理器可以基于追踪对象的参数来相对于对象操纵车辆。

在实施例中，地面信号是通过将源信号传输到仅包括地面反射的校准体积而获得的校准地面信号，并且处理器通过在对象的范围内选择校准地面信号来估计地面信号。

在又一示例性实施例中，公开了一种车辆。车辆包括：用于将源信号传输到包括对象的体积中的发射器；用于响应于源信号接收来自体积的反射信号的接收器，其中反射信号包括源信号从对象的反射；以及处理器。处理器根据反射信号确定对象的范围，估计对象的确定的范围的地面信号，估计来自对象的反射中的地面信号的量，并且基于来自对象的反射中的地面信号的估计量来选择用于追踪的对象。

在实施例中，处理器形成在确定的范围内的地面信号与在确定的范围内的总反射信号的比率。形成比率包括：将在对象的确定的范围内的地面信号与在确定的范围内的反射信号相关联以获得相关值，确定在确定的范围内的总功率，并且形成在确定的范围内的相关值与在确定的范围内的总功率的比率。在实施例中，当比率大于选定的噪声阈值时，处理器将来自对象的反射忽略为噪声。当比率小于选定的噪声阈值时，处理器可以进一步追踪对象。

在实施例中，车辆包括自主驾驶系统，其接收来自操作者的对象的追踪并基于从反射信号确定的对象的参数来相对于追踪对象操纵车辆。

在结合附图时，根据以下详细描述，本发明的以上特征和优点以及其他特征和优点将变得明显。

附图说明

在下面的详细描述中，仅作为示例，参照附图的详细描述，呈现其他特征、优点和细节，在附图中：

图1示出了具有适合于增强车辆的安全驾驶的自主驾驶系统的车辆；

图2示出了车辆和位于车辆的前保险杠上的雷达传感器的侧视图；

图3示出了说明用于确定反射信号中的地面信号的量的方法的示意图；

图4示出了实施例中的反射信号和校准地面信号的频谱；以及

图5示出了说明在本文中公开的用于追踪包括地面信号的环境中的对象的方法的流程图。

具体实施方式

以下描述本质上仅仅是示例性的，并不旨在限制本发明、其应用或用途。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示出了具有适合于增强车辆100的安全驾驶的自主驾驶系统102的车辆100。在实施例中，自主驾驶系统102可以用于向车辆100的驾驶员提供信号，以便向驾驶员警告车辆100的环境中的一个或多个对象。在另一实施例中，自主驾驶系统102可以在没有等待来自驾驶员的响应或者没有警告驾驶员的情况下使车辆100响应于所述一个或多个对象。

自主驾驶系统102包括雷达系统108、控制单元116和防撞系统112。雷达系统108在车辆100上的各个位置处操作一个或多个雷达传感器；例如位于车辆100前部(例如位于前保险杠上)的传感器110。其他示例性传感器位置可以包括车辆100的后部(例如后保险杠上)或者车辆的侧面(例如其后视镜)。传感器110包括发射器和接收器。传感器110的发射器将源信号122传输到对象104驻留在其中的车辆100的前方的体积中。对象104可以包括车辆100的驾驶员所关注的示例性对象(例如树、车辆、行人、灯柱等)。对象104可以是静止的或运动的。源信号122在选定的角度范围内行进到体积中。源信号122从体积中元件的反射在接收器处作为反射信号124被接收。反射信号124可以包括各种反射信号。对象104以反射124o的形式反射源信号122。一些反射信号214是由于源信号122从地面的反射导致的，在本文中也被称为地面信号124g。因此，在对象104的任何范围内，一些反射信号124是由于来自对象104的反射124o而导致的，并且一些反射信号124是地面信号124g。

雷达系统108控制传感器110的操作并获得对象104的雷达测量数据。雷达测量数据可以包括源信号122的强度、频率等以及反射信号124的强度、频率等。雷达系统108将雷达测量数据提供给控制单元116。

控制单元116可以包括一个或多个处理器114，用于根据雷达测量数据确定对象104的位置和/或速度(即，多普勒频率)。另外，控制单元116可以执行本文公开的用于减轻反射信号124中的地面信号124g的影响的方法。根据反射信号124中的地面信号的相对强度，处理器114可以确定反射信号124或者与地面信号124g不可区分，或者反射信号124表示控制单元116将要追踪的对象104。当反射信号124被确定为表示用于追踪的对象104时，控制单元116可以将对象104的位置和/或速度提供给防撞系统112。

防撞系统112从车辆100的内部部件和其他传感器获得车辆110的输入(例如，速度、制动率、加速度)，并将该信息与对象104的确定的位置和/或速度一起使用以确定避免与对象104接触的路径。当对象104提供车辆100的危险情况时，防撞系统112可以向驾驶员提供警告。可替选地，防撞系统112可以通过执行车辆100的速度改变、车辆的行驶方向改变等中的一个或多个来沿着确定的路径操纵车辆100。以这种方式，防撞系统112提供车辆100在不与对象104相互作用的情况下安全地驾驶通过其环境的能力。

图2示出了车辆100和位于车辆的前保险杠上的雷达传感器110的侧视图。传感器110处于地面以上的选定高度h处，并且在距传感器110的范围r处检测对象104。给定传感器110的高度h和距对象104的范围r，可以确定对象104的仰角α。在距仰角α以下高度或海拔的距离r处接收到的反射信号是来自地面的反射。在距仰角α以上高度或海拔的距离r处接收到的反射信号可以被认为是来自对象104的反射。

本文公开的方法将来自在对象的选定范围内的对象的信号反射与在选定的范围内的地面信号进行比较，以确定接收到的反射信号是否表示用于追踪的对象。在校准阶段期间通过将校准地面信号存储在控制单元116的存储器中并且在适当的时间访问校准地面信号来提供地面信号。为了获得校准地面信号，将传感器110放置在没有对象的开放环境中。传感器110被放置在与传感器110布置在车辆100上的高度对应的高度h处。在这种开放的环境中，在传感器110处接收到的信号仅由于来自地面的反射导致，即校准地面信号。校准地面信号存储在存储器中。在实施例中，通过例如对所接收的校准地面信号执行快速傅里叶变换(FFT)，将校准地面信号存储作为k空间中的频谱。存储器可以存储针对多个传感器频率、传感器高度等的附加的地面信号。

图3示出了说明用于确定反射信号中的地面信号的量的方法的示意图300。该方法可以由诸如控制单元116的处理器114的处理器来执行。示意图300包括获得雷达反射信号的检测器302，以及存储器装置304。检测器302通过将源信号传输到体积中并在响应中接收反射信号来接收来自接近车辆100的体积的反射信号。出于说明的目的，体积包括单个对象。因此，多个反射来自对象以及来自地面。反射信号用于确定对象的范围。在各种方法中，对反射信号执行快速傅立叶变换(FFT)以获得k空间中的频谱。

图4示出了实施例中的反射信号和校准地面信号的频谱。K空间402显示反射信号的频谱406。频谱406包括频率峰408。频谱406中的一些可以是地面信号的结果。频率峰408的位置对应于对象104的范围。K空间404显示在校准阶段期间获得的校准地面信号的频谱410。每个k空间402和404包括多个频率范围窗口。对于k空间402和k空间404中的每一个，频率范围蔓的大小是相等的，因为在校准期间使用相同的频率用于追踪。识别包括频率峰408的k空间402的范围窗口并将其提供给存储k空间404的存储器装置304。在k空间404处，选择所识别的范围窗口内的频谱410的部分412用于进一步的计算。在所识别的范围窗口内的频谱410的部分412提供在对象104的选定的范围内的地面信号的强度。

返回图3，使用相关函数306将在选定范围内的地面信号与来自选定范围内的对象的反射信号相关联。特别地，计算相关函数306，其包括在所识别的频率窗口内的频谱410的部分412和频谱406的部分。该相关函数306在对象104的范围内提供相关值“a”。在对象的范围内的反射信号然后用于为对象的范围创建总的功率“b”。该范围的总功率可以包括k空间402中识别的频率窗口的功率。由在该范围内的相关值和在该范围内的总功率形成比率a/b。比率a/b提供对在对象的范围内的反射中的地面信号的量的测量。比率a/b与选定的噪声阈值ε进行比较，以便选择关于反射信号的动作过程。如果比率a/b大于选定的噪声阈值，则认为接收到的信号很大程度上是由于地面信号导致的。这样的信号对追踪没什么兴趣。因此，如果a/b>＝ε，则处理器114可以选择忽略信号。然而，如果a/b<ε，则处理器114可以确定信号对应于对象104。处理器114然后可以选择在对象104上执行或启动追踪操作。

一旦对象104被追踪，对象的参数(例如范围、多普勒频率、相对速度等)可以被提供给防撞系统112，以便车辆110相对于其安全地操纵。在各种实施例中，决策过程(即，比率a/b与噪声阈值ε的比较)允许处理器114以及防撞系统112忽略地面信号，从而释放如下资源：所述资源否则将会花费在追踪相对不太感兴趣的地面信号上。

图5示出了说明在本文公开的用于追踪包括地面信号的环境中的对象的方法的流程图500。在框502中，从包括对象的体积空间获得反射信号。在框504中，根据反射信号确定对象的范围。在框506中，获得对应于对象范围的校准地面信号。在框508中，将在对象的范围内的校准地面信号与从对象获得的反射相关联，以获得在对象的范围内的相关值。在框510中，确定在对象的范围内的总功率。在框512中，形成在范围内的相关值与在范围内的总功率的比率。在框514中，比率与选定的噪声阈值进行比较。在框516中，如果比率大于或等于噪声阈值，则信号被忽略为仅为地面信号。在框518中，如果比率小于噪声阈值，则认为信号表示对象并且追踪对象。

虽然已经参照示例性实施例描述了以上公开内容，但是本领域技术人员将会理解，在不脱离公开内容范围的情况下，可以做出各种改变并且可以针对公开内容的要素用等同内容来替换。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本发明的教导。因此，本发明旨在不限于所公开的特定实施例，而是将包括落入本申请范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种追踪对象的方法，包括：

将源信号传输到包括所述对象的体积中；

响应于所述源信号，接收来自所述体积的反射信号，其中所述反射信号包括所述源信号从所述对象的反射；

确定在所述反射信号的频谱中出现峰的选定频率；

从存储在存储器中的地面信号频谱中确定所述选定频率处的地面信号强度；

从地面信号强度和频谱中的峰估计在对应于所述选定频率的范围内所述反射信号中的所述地面信号的量；以及

当所述量小于选定的噪声阈值时，识别用于追踪的所述范围内的所述对象。

2.根据权利要求1所述的方法，其中估计所述反射信号中的所述地面信号的所述量还包括形成将所述确定的范围内的所述地面信号与所述确定的范围内的总反射信号进行比较的比率。

3.根据权利要求2所述的方法，其中形成所述比率还包括：

将所述选定频率处的所述地面信号与所述对象的所述选定频率处的所述反射信号的峰相关联以获得相关值；

确定在所述选定频率处的总功率；以及

通过将在所述选定频率处的所述相关值与在所述选定频率处的所述总功率比较来形成比率。

4.根据权利要求3所述的方法，还包括以下中至少一个：（i）当所述比率大于选定的噪声阈值时，不考虑来自所述对象的所述反射；和（ii）当所述比率小于选定的噪声阈值时追踪所述对象。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述地面信号是通过将所述源信号传输到仅提供地面反射的校准体积而获得的校准地面信号，其中处理器通过选择用于所述对象的所述范围的所述校准地面信号来估计所述地面信号。

6.一种用于追踪对象的机动车辆雷达系统，包括：

发射器，其用于将源信号传输到包含所述对象的体积中；

接收器，其用于响应于所述源信号接收来自所述体积的反射信号，其中所述反射信号包括所述源信号从所述对象的反射；以及

处理器，其被配置成：

确定在所述反射信号的频谱中出现峰的选定频率；

从存储在存储器中的地面信号频谱中确定所述选定频率处的地面信号强度；

从地面信号强度和频谱中的峰估计在对应于所述选定频率的范围内来自所述对象的所述反射中的所述地面信号的量，以及

当所述量小于选定的噪声阈值时，识别用于追踪所述对象的所述范围内的所述对象。

7.根据权利要求6所述的雷达系统，其中所述处理器还被配置成形成在所述确定的范围内的所述地面信号与在所述确定的范围内的总反射信号的比率。

8.根据权利要求7所述的雷达系统，其中形成所述比率还包括：

将在所述选定频率处的所述地面信号与在所述对象的所述选定频率处的所述反射信号的峰相关联以获得相关值；

确定在所述选定频率处的总功率；以及

通过将在所述选定频率处的所述相关值与在所述选定频率处的所述总功率比较来形成比率。

9.根据权利要求8所述的雷达系统，其中所述处理器还被配置成执行以下中的至少一个：（i）当所述比率大于选定的噪声阈值时，将所述信号忽略为噪声；和（ii）当所述比率小于选定的噪声阈值时，追踪所述对象。

10.根据权利要求6所述的雷达系统，其中所述地面信号是通过将所述源信号传输到仅包括地面的校准体积而获得的校准地面信号，其中所述处理器通过选择在所述对象的所述范围内的所述校准地面信号来估计所述地面信号。

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