CN109407054B - 具有非模糊波束图案的宽间隔雷达节点 - Google Patents

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Abstract

车辆、用于车辆的雷达系统以及驱动车辆的方法。一种雷达阵列，其具有沿车辆布置的多个雷达节点。每个雷达节点包括在节点的第一端处的第一发射机、在节点的第二端处的第二发射机以及在第一发射机和第二发射机之间对齐的多个接收机。节点的孔径长度和节点之间的间距中的至少一个是可变参数。处理器激活雷达阵列的发射机以生成测试脉冲，在雷达阵列的接收机处接收来自目标的该测试脉冲的反射，以及由测试脉冲的该反射确定目标的角度位置。可以利用所确定的目标的角度位置来改变车辆的轨迹。

Description

具有非模糊波束图案的宽间隔雷达节点
引言
本公开大体上涉及用于车辆的自主操作的雷达系统，并且具体地，涉及提供用于在自主车辆中使用的高角度分辨率的雷达信号的雷达阵列布置。
自主车辆包括一个或多个检测系统，其能够检测车辆的路径中存在目标以便使车辆相对于该目标转向。自主车辆能够避开目标的能力取决于从检测系统获得的各种雷达参数的质量。一种此类检测系统为雷达系统，其向车辆周围的区域发射电磁信号并接收来自目标或障碍物的该电磁信号的反射。对利用合理数量的雷达节点获得高水平角度分辨率的需求导致天线的宽间距。然而，天线元件(比如接收机)之间的宽间距可能导致对目标的角度的测量值中的模糊，从而引起关于目标的实际角度位置的混淆。因此，希望能够提供一种减少反射雷达信号的到达角中模糊度的阵列。
发明内容
在一个示范性实施例中，公开了一种用于车辆的雷达系统。该雷达系统包括：雷达阵列，该雷达阵列具有沿车辆的表面布置的多个雷达节点，其中每个雷达节点包括在节点的第一端处的第一发射机和在节点的第二端处的第二发射机，同时多个接收机在第一发射机和第二发射机之间对齐，其中雷达节点的孔径长度和节点之间的间距中的至少一个是可变参数；以及处理器。处理器被配置为：激活雷达阵列的发射机以生成测试脉冲，在雷达阵列的接收机处接收来自目标的该测试脉冲的反射，以及由测试脉冲的该反射确定目标的角度位置。
在一个实施例中，雷达节点的孔径长度随着离阵列的中心点的距离而增大。该实施例的相邻雷达节点之间的间距是恒定的或者随着离阵列的中心点的距离而增大。在另一实施例中，每个雷达节点的孔径长度是相同的并且雷达节点之间的间距随着离阵列的中心点的距离而变化，比如随着离阵列的中心点的距离而增大。在其他实施例中，雷达节点的相邻接收机之间的间距是一致的和随机的中的一种。雷达阵列布置在车辆的表面上并且雷达节点的发射机和接收机的对齐方向与多个雷达节点的对齐方向对齐。处理器利用所确定的目标的角度位置来相对于该目标改变车辆的轨迹。
在另一示范性实施例中，公开了一种车辆。该车辆包括：雷达阵列，该雷达阵列包括沿车辆的表面布置的多个雷达节点，其中每个雷达节点包括在节点的第一端处的第一发射机和在节点的第二端处的第二发射机，同时多个接收机在第一发射机和第二发射机之间对齐，并且其中雷达节点的孔径长度和节点之间的间距中的至少一个是可变的；以及处理器。处理器被配置为：激活雷达阵列的发射机以生成测试脉冲，在雷达阵列的接收机处接收来自目标的该测试脉冲的反射，以及由测试脉冲的该反射确定目标的角度位置。
在一个实施例中，每个雷达节点的孔径长度随着离雷达阵列的中心点的距离而增大。在该实施例中相邻雷达节点之间的间距是恒定的或者随着离阵列的中心点的距离而增大。在另一实施例中，每个雷达节点的孔径长度是相同的并且雷达节点之间的间距随着离雷达阵列的中心点的距离而变化，比如随着离阵列的中心点的距离而增大。在其他实施例中，雷达节点的相邻接收机之间的间距是一致的和随机的中的一种。处理器利用所确定的目标的角度位置来相对于该目标改变车辆的轨迹。
在又另一示范性实施例中，公开了一种驱动车辆的方法。该方法包括：从在雷达阵列的节点的一端处的第一发射机和在该节点的另一端处的第二发射机中的至少一个发射测试脉冲，该节点包括在第一发射机和第二发射机之间对齐的多个接收机并限定了孔径长度，雷达阵列包括多个雷达节点，其中雷达节点的孔径长度和节点之间的间距中的至少一个是可变的；在多个节点中一个的接收机处接收来自目标的测试脉冲的反射；由来自目标的测试脉冲的反射确定目标的角度位置；以及利用所确定的目标的角度位置来相对于该目标改变车辆的轨迹。
在一个实施例中，雷达节点的孔径长度随着雷达节点离阵列的中心点的距离而增大。在该实施例中相邻雷达节点之间的间距是恒定的间距或者随着雷达节点离阵列的中心点的距离而增大的间距。在另一实施例中，雷达节点的相邻接收机之间的间距是一致的和随机的中的一种。雷达阵列布置在车辆的表面上，使得雷达节点的发射机和接收机的对齐方向与多个雷达节点的对齐方向对齐。
当结合附图时通过以下详细描述，本公开的以上特征和优点以及其他特征和优点是显而易见的。
附图说明
在以下详细描述中，其他特征、优点和细节仅通过示例的方式呈现，详细描述参考了附图，其中：
图1示出了配置为相对于环境内的目标导航环境的示范性车辆的平面视图；
图2A示出了一个实施例中的雷达阵列的示例性雷达节点；
图2B示出了另一个实施例中的雷达阵列的示例性雷达节点；
图3示出了在一个实例中的呈现出多个雷达节点的选定布置的示例性雷达阵列；
图4示出了和图3中所示相比呈现出多个雷达节点的不同布置的示例性雷达阵列；
图5示出了在具有本文所公开实施例中一个的雷达阵列处所接收的反射信号的波束成形模拟；以及
图6示出了图5的波束成形模拟的扩展区域。
具体实施方式
以下描述在本质上仅是示范性的且并不旨在限制本公开、其应用或使用。
根据示范性实施例，图1示出了配置为相对于环境内的目标120导航环境的示范性车辆100的平面视图。车辆100包括雷达系统，该雷达系统包括具有雷达节点108a、108b和108c的雷达阵列以用于获得关于环境中一个或多个目标120的信息。在一个实施例中，雷达节点108a、108b、108c各自包括向车辆100的环境中发射电磁测试脉冲(比如从雷达节点108a发射的示例性测试脉冲112)的发射机以及接收来自环境中一个或多个目标120的测试脉冲112的一个或多个反射(比如示例性反射114a、114b以及114c)的接收机。电磁测试脉冲可以在频率的无线电频率范围内。
车辆100包括用于执行本文所公开的数据获取、数据处理以及车辆导航的各种方法的中央处理器102。中央处理器102控制雷达节点的阵列(例如，雷达节点108a)的操作以在雷达节点(例如，雷达节点108a)处生成测试脉冲112并且处理在雷达节点108a处接收到的来自一个或多个目标120的测试脉冲的反射(例如，反射114a)。应当理解的是，测试脉冲112还引起在雷达节点108b和108c处检测到的反射信号114b和114c。处理器102处理其中在任何一个选定雷达节点处(例如，雷达节点108a)的反射信号对应于从选定的传感器发射的测试脉冲的信号。然而，处理器102也处理其中所发射的测试脉冲从一个雷达节点(例如，雷达节点108a)发射而其对应的反射脉冲在另一雷达节点(例如，雷达节点108b、108c)处接收的信号。处理器102执行各种方法以用于确定一个或多个目标120的雷达参数，比如其距离、相对速度、角度位置等。
处理器102进一步与车辆100的各个内部状态传感器110进行通信。内部状态传感器110测量车辆100的各种参数，包括但不限于，车辆100的速度、车辆的位置、指示车辆100的制动系统状态的制动参数、指示车辆100的推进状态的加速度参数、车辆100的转向参数等。处理器102进一步与车辆100的各个致动器装置111进行通信并且可以向致动器装置111中的一个或多个提供控制信号，以便响应于关于环境和/或目标120的各种计算控制车辆100的操作。各个致动器装置111包括但不限于，用于响应于来自处理器102的转向信号使车辆100转向的转向致动装置、用于响应于来自处理器102的加速度信号向车辆100提供加速度的加速器，以及用于响应于来自处理器102的制动信号使车辆100减速的制动装置。在另一实施例中，处理器102可以向显示器提供关于环境和/或目标120的信息以向车辆的驾驶员警告该目标120。
处理器102与存储器存储装置104进行通信，该存储器存储装置包括各种程序106，当由处理器102执行时使得处理器102能够执行本文所公开的各种方法。在一个方面，程序106使得处理器102能够由在雷达系统处接收到的反射信号确定目标120相对于车辆100的各种参数，比如距离、相对速度、角度位置等。处理器102可以由(比如内部状态传感器110所测量的)车辆100的内部状态和所确定的目标120的雷达参数来确定车辆100相对于目标120的预测轨迹以及沿该预测轨迹的预测结果，比如与该目标120撞击的概率。处理器可以基于预测结果重新引导车辆100来改变轨迹，从而获得不同的结果，比如避开预测的撞击。处理器102激活车辆100的各个致动器装置111以重新引导车辆100。
车辆100的雷达阵列包括多个雷达节点108a、108b、108c，每个节点包括至少两个发射机和多个接收机，如本文所讨论的。雷达节点安装在车辆100的表面上。
图2A示出了一个实施例中的雷达阵列的示例性雷达节点200。雷达节点200包括至少两个发射机(202a、202b)和多个接收机(204a、204b、204c、204d)。雷达节点200包括具有长度尺寸D的孔径206。至少两个发射机(202a、202b)和多个接收机(204a、204b、204c、204d)沿长度尺寸D在孔径206内对齐。第一发射机202a放置在或位于孔径206的第一端处而第二发射机202b放置在或位于孔径206的第二端处。多个接收机204a、204b、204c和204d放置在第一发射机202a和第二发射机202b之间。为了说明的目的，在图2A中仅示出了四个接收机。然而，应当理解的是，任何数量的接收机可以放置在或位于选定的节点内。
接收机204a、204b、204c和204d彼此间隔开了接收机间间距。间距S1是接收机204a和接收机204b之间的距离。间距S2是接收机204b和接收机204c之间的距离。间距S3是接收机204c和接收机204d之间的距离。在图2A的实施例中，接收机之间的间距是一致的，即S1＝S2＝S3。
图2B示出了另一个实施例中的雷达阵列的示例性雷达节点210。雷达节点210包括具有长度尺寸D的孔径216并且具有在孔径216内沿长度尺寸D对齐的至少两个发射机(212a、212b)和多个接收机(214a、214b、214c、214d)。第一发射机212a放置在或位于孔径216的第一端处而第二发射机212b放置在或位于孔径216的第二端处。多个接收机214a、214b、214c和214d放置在第一发射机212a和第二发射机212b之间。接收机214a、214b、214c和214d彼此间隔开间距S1、S2和S3，如以上关于图2A所讨论的。然而在图2B的实施例中，接收机之间的间距S1、S2和S3是随机确定、选择或分配的。因此，间距S1、S2和S3通常彼此并不相等。
图3示出了在一个实施例中的呈现出多个雷达节点(301、303、305、307、309、313、315、317、319)的选定布置的示例性雷达阵列300。雷达节点(301、303、305、307、309、313、315、317、319)布置在车辆表面上，其可以是弯曲表面，并且雷达阵列300的长度L从最外面的雷达节点(309和319)的外边缘测量。雷达节点的发射机和接收机的对齐方向大体上与雷达阵列的雷达节点的对齐方向对齐。换言之，图2A和图2B的长度尺寸D大体上与图3的长度L对齐。雷达阵列的中心点C位于沿长度L的一半的中点处。在示例性雷达阵列300中，节点之间的间距随着离中心点C的距离而改变。具体地，节点之间的间距随着离雷达阵列300的中心点的距离而增大。中心节点301在其左侧与节点303隔开了距离d1。节点303和节点305隔开了距离d2。节点305和节点307隔开了距离d3。节点307和节点309隔开了距离d4。在阵列300的另一侧，中心节点301在其右侧与节点313隔开了距离d1。节点313和节点315隔开了距离d2。节点315和节点317隔开了距离d3。节点317和节点319隔开了距离d4。内节点距离的关系是d1<d2<d3<d4。应当理解的是，阵列300中所示的雷达节点的数量仅是为了说明目的进行选择的，并且在替代实施例中雷达阵列300可以具有任意数量的雷达节点。
雷达阵列300中雷达节点(301、303、305、307、309、313、315、317、319)中的每一个具有相同的孔径长度D0。发射机和接收机在雷达节点的孔径内的布置可以如图2A和图2B任一中显示的那样。换言之，所有的雷达节点可以在接收机之间具有一致的间距或者所有的雷达节点可以在接收机之间具有随机的间距或者雷达节点中的一些可以具有一致的接收机间距而剩余的雷达节点可以具有随机的接收机间距。
图4示出了和图3中所示相比呈现出多个雷达节点(401、403、405、407、409、413、415、417、419)的不同布置的示例性雷达阵列400。雷达节点(401、403、405、407、409、413、415、417、419)设置在车辆表面上，其可以是弯曲表面，并且雷达阵列400的长度L从最外面的雷达节点(409和419)的外边缘测量。雷达节点的发射机和接收机的对齐方向大体上与雷达阵列的雷达节点的对齐方向对齐。换言之，图2A和图2B的长度尺寸D大体上与图4的长度L对齐。雷达阵列的中心点C位于沿长度L的一半处。在示例性雷达阵列400中，每个雷达节点的孔径的长度随着离雷达阵列400的中心点的距离而改变。具体地，雷达节点的孔径的长度随着离雷达阵列400的中心点的距离而增大。中心节点401具有孔径长度D0。在中心节点401的任一侧向外移动，节点403和413具有孔径长度D1，节点405和415具有孔径长度D2，节点407和417具有孔径长度D3，以及最外面的节点409和419具有孔径长度D4。孔径长度的关系时D0<D1<D2<D3<D4。应当理解的是，雷达阵列400中所示的雷达节点的数量仅是为了说明目的进行选择的，并且在替代实施例中雷达阵列400可以具有任意数量的雷达节点。节点之间的间距可以如图4中所示保持恒定或者可以改变。在一些实施例中，孔径之间的间距随着离中心点C的距离而增大。
发射机和接收机在雷达节点的孔径内的布置可以如图2A和图2B任一中显示的那样。换言之，所有的雷达节点可以在接收机之间具有一致的间距或者所有的雷达节点可以在接收机之间具有随机的间距或者雷达节点中的一些可以具有一致的接收机间距而剩余的雷达节点可以具有随机的接收机间距。
应当理解的是，图3中所描述的长度并不一定和图4中所描述的长度相关。例如，图3中雷达节点301的孔径的长度D0并不一定等于图4中雷达节点401的孔径的长度D0。
图5示出了在具有本文所公开实施例中一个的雷达阵列处所接收的反射信号的波束成形模拟500。角度沿横坐标以度的单位示出，而强度沿纵坐标以分贝的单位示出。反射信号的目标位于零度方位角。正如由图5可见，显示出了主瓣502在沿方位角的零度处具有可清晰检测到的最大峰值。旁瓣具有显著较低的强度，从而允许处理器在没有模糊度或者显著降低模糊度的情况下识别出主瓣502。
图6示出了图5的波束成形模拟500的扩展区域。该扩展区域从沿方位角的-1度到沿方位角的+1度。可以清楚区分出主瓣502。最接近的旁瓣602和604的强度比主瓣502的强度小约9分贝。另外，旁瓣602和604在主瓣502的+-0.2度内。由此，主瓣502可以在没有模糊度的情况下得到识别并且可以用于识别由具有高角度分辨率的雷达系统所检测到的目标的角度位置。目标的这种高分辨率的角度位置可以由此被用来相对于目标使车辆转向或导航车辆，如以上关于图1所进行讨论的。
尽管已经参考示范性实施例描述了以上公开内容，但是本领域技术人员应当理解，在不脱离其范围的情况下可以作出各种改变和用等价物替换其要素。此外，在不脱离其实质范围的情况下，可以做出许多修改以使特定情况或材料适应于本公开的教导。因此，并不旨在将本公开限制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)

1.一种用于车辆的雷达系统，包括：
雷达阵列，所述雷达阵列具有沿所述车辆的表面布置的多个雷达节点，其中每个雷达节点包括在所述节点的一端处的第一发射机和在所述节点的第二端处的第二发射机，同时多个接收机在所述第一发射机和所述第二发射机之间对齐，其中，所述第一发射机和第二发射机与所述多个接收机沿所述雷达节点的孔径的长度尺寸在所述孔径内对齐，所述雷达节点的孔径长度和所述节点之间的间距中的至少一个是可变参数；以及
处理器，所述处理器配置为：
激活所述雷达阵列的发射机以生成测试脉冲；
在所述雷达阵列的接收机处接收来自目标的所述测试脉冲的反射；以及
由所述测试脉冲的所述反射确定所述目标的角度位置。
2.根据权利要求1所述的雷达系统，其中雷达节点的所述孔径长度随着离所述阵列的中心点的距离而增大并且相邻雷达节点之间的所述间距是以下中的一个：(i)常数；以及(ii)随着离所述阵列的所述中心点的距离而增大。
3.根据权利要求1所述的雷达系统，其中每个雷达节点的所述孔径长度是相同的并且雷达节点之间的间距随着离所述阵列的中心点的距离而增大。
4.根据权利要求1所述的雷达系统，其中雷达节点的相邻接收机之间的间距是一致的和随机的中的一种。
5.根据权利要求1所述的雷达系统，其中所述雷达阵列布置在所述车辆的表面上，并且所述雷达节点的所述发射机和所述接收机的对齐方向与所述多个雷达节点的对齐方向对齐。
6.一种车辆，包括：
雷达阵列，所述雷达阵列包括沿所述车辆的表面布置的多个雷达节点，其中每个雷达节点包括在所述节点的一端处的第一发射机和在所述节点的第二端处的第二发射机，同时多个接收机在所述第一发射机和所述第二发射机之间对齐，并且其中，所述第一发射机和第二发射机与所述多个接收机沿所述雷达节点的孔径的长度尺寸在所述孔径内对齐，所述雷达节点的孔径长度和所述节点之间的间距中的至少一个是可变的；以及
处理器，所述处理器配置为：
激活所述雷达阵列的发射机以生成测试脉冲；
在所述雷达阵列的接收机处接收来自目标的所述测试脉冲的反射；以及
由所述测试脉冲的所述反射确定所述目标的角度位置。
7.根据权利要求6所述的车辆，其中每个雷达节点的所述孔径长度随着离所述雷达阵列的中心点的距离而增大并且相邻雷达节点之间的所述间距是以下中的一个：(i)常数；以及(ii)随着离所述阵列的所述中心点的距离而增大。
8.根据权利要求6所述的车辆，其中每个雷达节点的所述孔径长度是相同的并且雷达节点之间的间距随着离所述阵列的中心点的距离而增大。
9.根据权利要求6所述的车辆，其中雷达节点的相邻接收机之间的间距是一致的和随机的中的一种。
10.根据权利要求6所述的车辆，其中所述处理器进一步配置为利用所确定的所述目标的角度位置相对于所述目标改变所述车辆的轨迹。
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