CN109375181A - 用于具有成对交错阵列的检测器的角度探测 - Google Patents

用于具有成对交错阵列的检测器的角度探测 Download PDF

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Abstract

公开了可以用于自动化车辆(20)上的检测器装置(22)的说明性示例性实施例，其包括布置在一个维度中的检测器的阵列(22)。阵列包括多个第一检测器(26)和多个第二检测器(28)所述第一检测器(26)分别在所述第一检测器(26)和所述第一检测器(26)中的相邻的一个之间具有所述第二检测器(28)中的一个。所述第一检测器(26)分别与所述第二检测器(28)中的所述一个间隔开第一距离。所述第二检测器(28)中的所述一个分别与所述第一检测器(26)中的所述相邻的一个间隔开第二距离，所述第二距离大于所述第一距离。所述第一检测器(26)彼此间隔开第三距离，所述第三距离是所述第一距离和所述第二距离之和。所述第二检测器(28)也彼此间隔开所述第三距离。

Description

用于具有成对交错阵列的检测器的角度探测
相关申请的交叉引用
本申请要求享有提交于2017年3月14日的美国临时申请No.62/470,959的优先权，通过引用的方式将该申请的公开的全文并入。
背景技术
电子设备和技术的创新使得在汽车上结合各种先进特征成为可能。已经开发了各种感测技术以用于在车辆附近或路途中检测物体或监测周围环境。例如，这种系统对于停车辅助、车道偏离检测和巡航控制调节特征是有用的。
最近，自动化车辆特征已变得可能，从而允许自主或半自主车辆控制。用于这种系统的传感器可以结合LIDAR(光检测和测距)或雷达，以用于检测车辆路途中或在其它情况下接近车辆的物体或另一车辆。例如，取决于接近速度，可以基于检测到车辆路途中的另一车辆而自动调节巡航控制设置以降低车辆的速度。
这种感测技术的一个方面包括确定与用于正确识别车辆外部的物体的位置的检测相关联的角度。利用已知的雷达系统，角度分辨率取决于检测器元件和整个天线或接收机孔径之间的间距。汽车感测装置典型地具有少量的发射和接收信道。这些考虑因素使得雷达或LIDAR检测器元件的放置对于达到期望性能水平而言非常关键。
存在与在汽车上设计和利用这种装置相关联的挑战。虽然更大的孔径尺寸可以产生更好的角度辨别力，但它并非没有成本。如Nyquist-Shannon采样定理所证明的，增大孔径尺寸往往会在频谱中引入栅瓣，特别是在阵列间距大于半波长时。典型的雷达检测器设计包括将检测器元件放置在阵列中并且其间具有半波长间距，以避免栅瓣。
本领域的技术人员正在努力改进在车辆上有用的检测器的各个方面。
发明内容
可用于自动化车辆的检测器装置的说明性示例性实施例包括在一个维度中布置的检测器的阵列。阵列包括多个第一检测器和多个第二检测器。第一检测器分别在第一检测器和第一检测器中的相邻的一个之间具有第二检测器中的一个。第一检测器分别与第二检测器中的一个间隔开第一距离。第二检测器分别与第一检测器中的相邻的一个间隔开第二距离，该第二距离大于第一距离。第一检测器彼此间隔开第三距离，该第三距离是第一和第二距离之和。第二检测器彼此也间隔开第三距离。
具有前一段落的检测器装置的一个或多个特征的实施例包括确定装置的检测角度的处理器。处理器被配置为从多个第一检测器的检测角度确定第一估计值。处理器被配置为从多个第二检测器的检测角度确定第二估计值。处理器从第一估计值或第二估计值中的至少一个确定检测角度。
在具有前述段落中的任一个的检测器装置的一个或多个特征的示例性实施例中，处理器被配置为确定多个第一估计值，确定多个第二估计值，识别第一估计值中的哪一个的值最接近第二估计值中的一个，以及从第一估计值中的所识别的一个和第二估计值中的所识别的一个中的至少一个确定检测角度。
具有前述段落中的任一个的检测器装置的一个或多个特征的示例性实施例包括确定装置的检测角度的处理器。处理器被配置为将检测器的阵列当作多维阵列来处理，其中第一检测器处于第一维度并且第一检测器之间具有第三距离，第二检测器处于第二维度并且第二检测器之间具有第三距离，并且第一维度与第二维度间隔开第一距离。处理器被配置为确定第一和第二维度中的每一个中的相应的检测角度估计值，以及基于相应的检测角度估计值确定装置的检测角度。
在具有前述段落中的任一个的检测器装置的一个或多个特征的示例性实施例中，处理器被配置为确定第一维度中的多个第一检测角度估计值，确定第二维度中的多个第二检测角度估计值，以及从与第二检测角度估计值中的至少一个相对应的第一检测角度估计值中的至少一个确定检测角度。
在具有前述段落中的任一个的检测器装置的一个或多个特征的示例性实施例中，处理器被配置为针对对应的第一多个区间确定多个第一检测角度估计值，其中第一多个区间中的区间的数量基于第三间距。处理器还被配置为针对对应的第二多个区间确定多个第二检测角度估计值，其中第二多个区间中的区间的数量基于第一距离。
在具有前述段落中的任一个的检测器装置的一个或多个特征的示例性实施例中，处理器被配置为识别第一检测角度估计值中的哪一个的值最接近第二检测角度估计值中的一个，并且基于第一检测角度估计值中的所识别的一个和第二检测角度估计值中的所识别的一个中的至少一个来确定检测角度。
在具有前述段落中的任一个的检测器装置的一个或多个特征的示例性实施例中，第一检测角度估计值中的所识别的一个与第二检测角度估计值中的所识别的一个近似相等。
在具有前述段落中的任一个的检测器装置的一个或多个特征的示例性实施例中，检测角度是一个维度中的角度。
在具有前述段落中的任一个的检测器装置的一个或多个特征的示例性实施例中，检测器分别包括天线。
一种操作具有前述段落中的任一个的检测器装置的一个或多个特征的检测器装置的说明性示例性方法包括：从多个第一检测器确定检测角度的第一估计值，从多个第二检测器确定检测角度的第二估计值，以及从第一估计值或第二估计值中的至少一个确定检测角度。
具有前一段落的方法的一个或多个特征的示例性实施例包括确定多个第一估计值，确定多个第二估计值，识别第一估计值中的哪一个的值最接近第二估计值中的一个，以及从第一估计值中的所识别的一个和第二估计值中的所识别的一个中的至少一个确定检测角度。
具有前述段落中的任一个的方法的一个或多个特征的示例性实施例包括使用处理器将检测器的阵列当作多维阵列来处理，其中第一检测器处于第一维度并且第一检测器之间具有第三距离，第二检测器处于第二维度并且第二检测器之间具有第三距离，并且第一维度与第二维度间隔开第一距离。处理器还用于确定第一和第二维度中的每一个中的相应的检测角度估计值，以及基于相应的检测角度估计值确定装置的检测角度。
具有前述段落中的任一个的方法的一个或多个特征的示例性实施例包括确定第一维度中的多个第一检测角度估计值，确定第二维度中的多个第二检测角度估计值，以及从与第二检测角度估计值中的至少一个相对应的第一检测角度估计值中的至少一个确定检测角度。
具有前述段落中的任一个的方法的一个或多个特征的示例性实施例包括针对对应的第一多个区间确定多个第一检测角度估计值，其中第一多个区间中的区间的数量基于第三间距，以及针对对应的第二多个区间确定多个第二检测角度估计值，其中第二多个区间中的区间的数量基于第一距离。
具有前述段落中的任一个的方法的一个或多个特征的示例性实施例包括识别第一检测角度估计值中的哪一个的值最接近第二检测角度估计值中的一个，以及基于第一检测角度估计值中的所识别的一个和第二检测角度估计值中的所识别的一个中的至少一个来确定检测角度。
在具有前述段落中的任一个的方法的一个或多个特征的示例性实施例中，第一检测角度估计值中的所识别的一个与第二检测角度估计值中的所识别的一个近似相等。
在具有前述段落中的任一个的方法的一个或多个特征的示例性实施例中，检测角度是一个维度中的角度。
在具有前述段落中的任一个的方法的一个或多个特征的示例性实施例中，检测器分别包括天线。
根据以下具体实施方式，至少一个所公开的示例性实施例的各种特征和优点对于本领域技术人员将变得显而易见。可以将伴随具体实施方式的附图简洁地描述如下。
附图说明
图1示意性地示出了车辆上支持的根据本发明的实施例所设计的多个检测器装置。
图2示意性地示出了根据本发明的实施例所设计的检测器装置的选定部分。
图3示意性地示出了在根据本发明的实施例所设计的角度确定过程期间，图2的所示出的示例性装置的处理器处理检测器的方式。
图4示意性地示出了对于根据本发明的实施例所设计的角度确定过程如何将位于一个维度中的检测器当作它们处于多个维度中来处理。
图5是总结了根据本发明的实施例所设计的示例性角度检测过程的流程图。
图6示意性地示出了示例性角度确定的一部分。
具体实施方式
图1示意性示出了车辆20的选定部分。多个检测器装置22位于车辆上以提供关于车辆附近或周围的信息。在一些实施例中，检测器22利用雷达，而在其它实施例中，检测器利用LIDAR。检测器装置22中的每个都具有相关联的视场24，其界定由该装置提供的检测的区域或范围。可以使用车辆上的这种检测器装置的各种布置，包括或不同于图1中示意性示出的布置。检测器装置22可以用于辅助车辆20的驾驶员以提供半自主车辆控制或便于将车辆20作为自动化车辆操作。
图2示意性示出了检测器装置22的示例性配置。在该示例中，检测器的阵列布置在一个维度中。检测器的阵列包括多个第一检测器26和多个第二检测器28。在该示例中，检测器26中的每个和检测器28中的每个都包括天线。
检测器26和28在一个维度中的布置包括检测器之间的间距，其便于以提高的准确度进行角度检测或确定。从图2可以认识到，第一检测器26和第二检测器28布置成交错图案，其中每隔一个检测器是第一检测器26之一或第二检测器28之一。换言之，第一检测器26分别在该第一检测器和第一检测器26中的相邻的一个之间具有第二检测器28之一。类似地，第二检测器28分别在它和第二检测器28中的相邻的一个之间具有第一检测器26之一。
如图2所示，第一检测器26分别与第二检测器28中的相邻的一个间隔开第一距离d1。第二检测器28与第一检测器26中的接下来的一个间隔开第二距离d2。在每个第一检测器26和相邻的第一检测器26之间的总距离或间距是第一距离和第二距离之和、或第三距离d1+d2。类似地，每个第二检测器28与第二检测器28中的相邻的一个间隔开第三距离d1+d2。
可以考虑检测器之间的间距或间隔以建立两个线性阵列，其中每个阵列的个体检测器与其它检测器交错地或交替地间隔开。在需要间距d以避免期望的视场内出现栅瓣时，距离d1被设定为Nxd的值，并且距离d2被设定为值(N+1)xd，其中N是整数。在d是半波长的示例中，d1和d2可以分别是半波长和一个波长，或者分别是一个波长和1.5个波长。更大的N值允许实现更大的孔径。
在图2的示例中的检测器的间隔布置允许检测器装置22的处理器30将一维阵列中的检测器当作它们布置在多维阵列中来处理。如图3和图4中示意性示出的，处理器30将第二检测器28当作它们与第一检测器26间隔开第一距离d1，但位于第二维度中而不是第一维度中来处理。从图4可以认识到，第二维度中的第二检测器28中的每个间隔开第三距离d1+d2并且与第一检测器26中的对应的一个间隔开第一距离d1。
图3和4中所示的位置不是检测器装置22中的检测器的物理布置。相反，图3和4示意性地示出了处理器30被编程或配置为在检测角度确定过程期间处理这些检测器的方式。通过以图3和4中示意性示出的方式处理第一和第二检测器，处理器30能够应用已知的多维角度确定技术，以用于在如图2中示意性示出的检测器的实际物理阵列的一个维度中探测检测的角度的目的。
图5包括总结了示例性检测角度确定方法的流程图40。在42处，处理器30将一维阵列中的多个第一检测器当作多维阵列的第一维度中的检测器来处理。在44处，处理器30将一维阵列中的多个第二检测器28当作多维阵列的第二维度中的检测器来处理。在46处，处理器30使用已知的角度确定技术从多个第一检测器26来确定装置22的检测角度的第一估计值。例如，在46处确定的检测角度的第一估计值可以被认为是二维阵列的估计的方位角。
在48处，处理器30使用同一多维阵列角度确定技术从多个第二检测器28确定检测角度的第二估计值。检测角度的第二估计值可以被认为是其在多维阵列配置中的仰角确定。当然，检测器装置22的真实配置是一维阵列，因此角度估计值实际上都在一个维度中，而不是在两个不同的维度或方向上。
在一个示例中，处理器30针对单个目标应用使用已知的快速傅里叶变换(FFT)角度探测算法。在另一个示例中，处理器30被编程或配置为针对多个目标使用二维一元Esprit角度探测算法。给出该描述，本领域的技术人员将能够选择适合其特定需求的适当的多维角度确定算法。
在50处，处理器30基于分别在46和48处确定的检测角度的第一和第二估计值来确定在一个维度中的检测器装置22的检测角度。图6示意性示出了使用两个估计值来确定装置22的检测角度的一种示例性方法。在52、54、56、58和60处示出了第一维度中的多个角度估计值。这些均是检测角度的第一估计值。第一维度中的角度估计值中的每个都与由虚线62示意性分开的区间相关联。具有检测角度的对应的第一估计值的区间的大小或数量基于第一检测器26之间的间距d1+d2。
图6示出了在64、66和68处的检测角度的多个第二估计值。这些估计值中的每一个都与由线70示意性地划分的对应区间相关联。在该示例中，具有检测角度的对应第二估计值的多个区间中的区间的数量基于间距d1。
处理器30被编程或配置为确定从多个第一检测器26获得的第一估计值中的哪一个与来自第二检测器28的第二估计值之一最紧密对应。在图6的示例中，第一估计值52和54近似对应于第二估计值64，并且第一估计值58和60近似对应于第二估计值68。在该示例中，第一估计值56实质上与第二估计值66相同。给定这两个估计值之间的对应，处理器30选择第一估计值56或第二估计值66的值或角度作为装置22的检测角度。在一些示例中，处理器30要求第一估计值中的至少一个与第二估计值中的至少一个之间精确匹配，以将该角度确定为检测角度。在其它实施例中，在第一估计值在对应的第二估计值的所选择的范围内时，这种对应被认为足以将这些估计值之一识别为检测角度。
如上所述，通过将检测器26和28中的不同检测器当作不同维度中的多个检测器来处理，示例性装置22基于第一间距d1和第三间距d1+d2提供检测角度的两个估计值。两个估计值被混叠，就好像它们是从大于避免栅瓣的最大值的间距获得的。实际上，来自距离d1和d1+d2的角度估计值首先被分别展开为由d1和d1+d2定义的两组角度，然后找到两组估计值之间的最佳匹配并且将其识别为来自d1+d2间距的检测角度。
成对的交错阵列配置和处理器30确定检测角度的方式允许通过有效地扩大检测器阵列孔径而实现更好的角度辨别力，而不会引入与栅瓣相关联的问题。此外，所公开的示例性实施例允许维持线性阵列配置，这样便于进行MIMO设置，使得可以在不增加复杂度的情况下提高精确度。
所公开的示例性实施例的示例性检测器装置配置提供了增大的角度检测精确度并引入了更多种类的检测器配置的可能性。
前述描述本质上是示例性的而不是限制性的。对所公开的示例的变化和修改对于本领域技术人员而言可能变得显而易见，所述变化和修改未必脱离本发明的本质。给予本发明的法律保护的范围只能通过研究以下权利要求来确定。

Claims (19)

1.一种检测器装置(22)，包括：
布置在一个维度中的检测器的阵列，所述阵列包括多个第一检测器(26)和多个第二检测器(28)，所述第一检测器(26)分别在所述第一检测器(26)和所述第一检测器(26)中的相邻的一个之间具有所述第二检测器(28)中的一个，所述第一检测器(26)分别与所述第二检测器(28)中的所述一个间隔开第一距离d1，所述第二检测器(28)中的所述一个分别与所述第一检测器(26)中的所述相邻的一个间隔开第二距离d2，所述第二距离d2大于所述第一距离，所述第一检测器(26)彼此间隔开第三距离d1+d2，所述第三距离d1+d2是所述第一距离和所述第二距离之和，所述第二检测器(28)彼此间隔开所述第三距离。
2.根据权利要求1所述的检测器装置(22)，包括确定所述装置的检测角度的处理器(30)，所述处理器(30)被配置为：
从所述多个第一检测器(26)确定所述检测角度的第一估计值；
从所述多个第二检测器(28)确定所述检测角度的第二估计值；以及
从所述第一估计值或所述第二估计值中的至少一个确定所述检测角度。
3.根据权利要求2所述的检测器装置(22)，其中，所述处理器(30)被配置为
确定多个第一估计值；
确定多个第二估计值；
识别所述第一估计值中的哪一个的值最接近所述第二估计值中的一个；以及
从以下中的至少一个确定所述检测角度：所述第一估计值中的所识别的一个和所述第二估计值中的所识别的一个。
4.根据权利要求1所述的检测器装置(22)，包括确定所述装置的检测角度的处理器(30)，所述处理器(30)被配置为：
将所述检测器的阵列当作多维阵列来处理，其中
所述第一检测器(26)处于第一维度中，并且所述第一检测器(26)之间具有所述第三距离，
所述第二检测器(28)处于第二维度中，并且所述第二检测器(28)之间具有所述第三距离，
并且所述第一维度与所述第二维度间隔开所述第一距离；
确定所述第一维度和所述第二维度中的每个中的相应的检测角度估计值；以及
基于所述相应的检测角度估计值，确定所述装置的所述检测角度。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述处理器(30)被配置为
在所述第一维度中确定多个第一检测角度估计值；
在所述第二维度中确定多个第二检测角度估计值；以及
从与所述第二检测角度估计值中的至少一个对应的所述第一检测角度估计值中的至少一个确定所述检测角度。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述处理器(30)被配置为
针对对应的第一多个区间，确定所述多个第一检测角度估计值，其中，所述第一多个区间中的区间的数量基于所述第三间距；以及
针对对应的第二多个区间，确定所述多个第二检测角度估计值，其中所述第二多个区间中的区间的数量基于所述第一距离。
7.根据权利要求5所述的装置，其中，所述处理器(30)被配置为
识别所述第一检测角度估计值中的哪一个的值最接近所述第二检测角度估计值中的一个；以及
基于以下中的至少一个来确定所述检测角度：所述第一检测角度估计值中的所识别的一个和所述第二检测角度估计值中的所识别的一个。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述第一检测角度估计值中的所识别的一个与所述第二检测角度估计值中的所识别的一个近似相等。
9.根据权利要求2所述的装置，其中，所述检测角度是在所述一个维度中的角度。
10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述检测器分别包括天线。
11.一种操作检测器装置(22)的方法，所述装置包括处理器(30)和布置在一个维度中的检测器的阵列，所述阵列包括多个第一检测器(26)和多个第二检测器(28)，所述第一检测器(26)分别在所述第一检测器(26)和所述第一检测器(26)中的相邻的一个之间具有所述第二检测器(28)中的一个，所述第一检测器(26)分别与所述第二检测器(28)中的所述一个间隔开第一距离d1，所述第二检测器(28)中的所述一个分别与所述第一检测器(26)中的所述相邻的一个间隔开第二距离d2，所述第二距离d2大于所述第一距离，所述第一检测器(26)彼此间隔开第三距离d1+d2，所述第三距离d1+d2是所述第一距离和所述第二距离之和，所述第二检测器(28)彼此间隔开所述第三距离，所述方法包括：
从所述多个第一检测器(26)确定检测角度的第一估计值；
从所述多个第二检测器(28)确定所述检测角度的第二估计值；以及
从所述第一估计值或所述第二估计值中的至少一个确定所述检测角度。
12.根据权利要求11所述的方法，包括
确定多个第一估计值；
确定多个第二估计值；
识别所述第一估计值中的哪一个的值最接近所述第二估计值中的一个；以及
从以下中的至少一个确定所述检测角度：所述第一估计值中的所识别的一个和所述第二估计值中的所识别的一个。
13.根据权利要求11所述的方法，包括使用所述处理器(30)以：
将所述检测器的阵列当作多维阵列来处理，其中
所述第一检测器(26)处于第一维度中，并且所述第一检测器之间具有所述第三距离，
所述第二检测器(28)处于第二维度中，并且所述第二检测器之间具有所述第三距离，
并且所述第一维度与所述第二维度间隔开所述第一距离；
确定所述第一维度和所述第二维度中的每个中的相应的检测角度估计值；以及
基于所述相应的检测角度估计值，确定所述装置的所述检测角度。
14.根据权利要求13所述的方法，包括：
在所述第一维度中确定多个第一检测角度估计值；
在所述第二维度中确定多个第二检测角度估计值；以及
从与所述第二检测角度估计值中的至少一个对应的所述第一检测角度估计值中的至少一个确定所述检测角度。
15.根据权利要求14所述的方法，包括
针对对应的第一多个区间，确定所述多个第一检测角度估计值，其中，所述第一多个区间中的区间的数量基于所述第三间距；以及
针对对应的第二多个区间，确定所述多个第二检测角度估计值，其中所述第二多个区间中的区间的数量基于所述第一距离。
16.根据权利要求14所述的方法，包括
识别所述第一检测角度估计值中的哪一个的值最接近所述第二检测角度估计值中的一个；以及
基于以下中的至少一个来确定所述检测角度：所述第一检测角度估计值中的所识别的一个和所述第二检测角度估计值中的所识别的一个。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述第一检测角度估计值中的所识别的一个与所述第二检测角度估计值中的所识别的一个近似相等。
18.根据权利要求11所述的方法，其中，所述检测角度是在所述一个维度中的角度。
19.根据权利要求11所述的方法，其中，所述检测器分别包括天线。
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