CN109507671B - 车辆的雷达设备和使用该雷达设备估计角度的方法 - Google Patents

车辆的雷达设备和使用该雷达设备估计角度的方法 Download PDF

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Abstract

车辆的雷达设备和使用该雷达设备估计角度的方法。本公开涉及车辆的雷达设备检测安装角度的方法和车辆的雷达设备，并且更具体地，涉及使用通过发送具有不同方向角的信号而获取的信号的功率比来检测车辆的雷达设备的安装角度的方法和车辆的雷达设备。

Description

车辆的雷达设备和使用该雷达设备估计角度的方法
技术领域
本公开涉及车辆的雷达设备和用于估计车辆的雷达设备的角度的方法。
背景技术
近来，随着对安全性和驾驶员便利性的关注度增加，已经开发了使用车辆的雷达设备的各种车辆安全和便利性技术。例如，已经开发了诸如智能巡航技术、自动驾驶技术、自动紧急停止技术等各种技术来检测前方车辆并且自动跟随检测到的前方车辆。
车辆的雷达设备是用于使用在发送信号之后被对象反射的信号检测周围环境的装置。为了确保车辆的雷达设备的性能，必须以适宜的角度安装车辆的雷达设备。
因此，在车辆生产过程步骤中，执行相对于垂直方向和水平方向安装在车辆上的雷达传感器的对准。即使在由于在车辆运输之后与外部对象接触或碰撞而发生雷达设备未对准时，也执行雷达设备的对准。
为了将雷达设备对准，必须可靠地测量雷达设备的安装角度，特别是雷达设备相对于车辆行驶方向的安装角度。
发明内容
在以上描述的背景下，提出了一种雷达设备和角度检测方法，该雷达设备和角度检测方法用于在没有特殊机械构造的情况下基于发送/接收信号的控制和处理来检测安装角度。
根据本公开的一方面，提供了一种估计车辆的雷达设备的角度的方法，该方法包括以下步骤：由安装在车辆上的所述雷达设备在以第一方向角发送信号之后接收被测试目标反射的第一测试信号；在以与所述第一方向角不同的第二方向角发送信号之后接收被所述测试目标反射的第二测试信号；计算所述第一测试信号与所述第二测试信号的功率比；以及检测与使用存储根据所述雷达设备的垂直角测得的功率比的垂直基准功率比信息计算出的功率比对应的安装角度。
根据本公开的另一方面，提供了一种车辆的雷达设备，该雷达设备包括：天线单元，该天线单元被配置为由安装在所述车辆上的所述雷达设备在以第一方向角发送信号之后接收被测试目标反射的第一测试信号，并且在以与所述第一方向角不同的第二方向角发送信号之后接收被所述测试目标反射的第二测试信号；存储单元，该存储单元被配置为存储通过针对所述雷达设备和地面之间的每个垂直角计算在测试环境中获取的信号之间的功率比而获得的垂直基准功率比信息；以及控制器，该控制器被配置为计算所述第一测试信号与所述第二测试信号的功率比，并且检测与使用所述垂直基准功率比信息计算出的功率比对应的安装角度。
如上所述，根据本实施方式，在没有特殊机械构造的情况下能够只通过发送/接收信号处理来检测安装角度。
另外，通过使发送信号的调制特性相同并且校正由于雷达设备的水平角而导致的误差，进一步提高了估计安装角度的可靠性。
附图说明
根据以下结合附图进行的详细描述，本公开的以上和其它方面、特征和优点将更清楚，在附图中：
图1是例示了根据实施方式的雷达设备的配置的图；
图2是例示了用于检测雷达设备的安装角度的测试环境的图；
图3是例示了根据实施方式的检测雷达设备的安装角度的原理的图；
图4是例示了根据实施方式的检测雷达设备的角度的方法的流程图；
图5是例示了根据实施方式的雷达设备所发送的、用于检测安装角度的信号的图；
图6是例示了根据实施方式的用于检测雷达设备的安装角度的基准功率比信息的图；
图7是例示了根据另一个实施方式的检测角度的方法的流程图；以及
图8是例示了二维基准功率比的概念的图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图来详细地描述本公开的实施方式。在描述本公开的元件时，可以使用术语“第一”、“第二”、“A”、“B”、“(a)”、“(b)”等。这些术语仅用于将一个结构元件与其它结构元件区分开，并且对应的结构元件的性质、次序、顺序等不受该术语限制。应该注意，如果在说明书中描述了一个组件“连接”、“联接”或“接合”到另一个组件，则第三组件可以“连接”、“联接”或“接合”在第一组件和第二组件之间，但是第一组件也可以被直接连接、联接或接合至第二组件。
图1是例示了根据实施方式的雷达设备的配置的图。
图2是例示了用于检测雷达设备的安装角度的测试环境的图。
图3是例示了根据实施方式的检测雷达设备的安装角度的原理的图。
参照图1，根据本公开的实施方式的车辆的雷达设备100是通过连续发送调制信号来检测目标的频率调制连续波(FMCW)雷达。雷达设备100包括被配置为发送和接收信号的天线单元110、被配置为存储驱动设备所必需的信息的存储单元120和被配置为控制每种配置的控制器130。
天线单元110包括多个天线。具体地，天线单元10可以包括用于发送信号的多个发送天线单元111和用于接收被对象反射的信号的多个接收天线单元112。
此时，发送天线单元111和接收天线单元112可以分别包括布置成一维阵列或二维阵列的多个天线A，并且每个天线A可以具有不同的方向角。
另外，发送天线单元111可以被划分为用于根据感测区域感测短距离的短距离天线和用于感测长距离的长距离天线。接收天线单元112可以在不划分感测区域的情况下接收信号。
存储单元120可以存储驱动装置所必需的固件以及在驱动设备时产生的各种信息。另外，存储单元120可以存储以下将描述的诸如基准功率比信息、主波束区域、阈值等这样的信息。
控制器130控制天线单元110的信号发送和接收。控制器130可以控制发送天线单元111所发送的信号，并且可以分析在接收天线单元112处接收的信号，以计算与对象的距离。
另外，控制器130可以控制发送天线单元111所发送的信号，或者可以通过选择发送信号的天线来调节对象检测区域。在进行信号的这种发送和接收时，可以应用波束成形技术。
另外，控制器130可以检测车辆的雷达设备100的车辆安装角度，并且可以使用检测到的安装角度来执行雷达设备的对准。
使用根据预定测试条件设置的测试目标Ob来检测安装角度。预定测试条件可以被定义为车辆的雷达设备100的位置和测试目标Ob的位置。预定测试条件还可以包括诸如测试目标Ob的反射率、测试室的温度或湿度等这样的测试环境因素。
此时，车辆的雷达设备100和测试目标Ob中的每个的位置可以被定义为绝对位置，或者使用车辆的雷达设备100和测试目标Ob之间的距离l、车辆的雷达设备100和测试目标Ob之间形成的角度θ等作为变量被定义为相对位置，如图2中所示。
根据测试条件入射到测试目标Ob上的信号根据雷达信号的发射角度而变化，如图3中所示，由此被测试目标Ob反射、要被天线单元110接收的信号也根据信号的发射角度而变化。
因此，控制器130使用在以第一方向角发送信号之后被测试目标Ob反射的信号与在以第二方向角发送信号之后被测试目标Ob反射的信号的功率比来检测设备的安装角度。
这里，第二方向角和第一方向角具有相同的水平角，并且具有与地面形成的不同的垂直角。控制器130可以控制天线单元110所发送的信号，以生成具有不同方向角的信号。另外，第一方向角和第二方向角之间的差异可以被设置为预定角度差，并且该预定角度差可以被设置为等于所发送的用于产生垂直基准功率比信息的第一方向角信号和第二方向角信号之间的角度差。
作为调节信号的方向角的示例，控制器130可以调节通过选择发送信号的天线而发送的信号的方向角。
例如，控制器130可以通过以第一方向角设置的第一发送天线来生成具有第一方向角的信号，并且通过以第二方向角设置的第二发送天线来生成具有第二方向角的信号。
作为调节信号的方向角的另一示例，控制器130可以调节通过利用天线单元110发送的信号的波束成形而发送的信号的方向角。
例如，控制器130对发送天线单元111所发送的信号执行波束成形，从而具有第一方向角，并且对发送天线单元111所发送的信号执行波束成形，从而具有第二方向角，由此生成具有不同方向角的信号。
下文中，将参照附图详细描述根据实施方式的车辆的雷达设备100的角度检测方法。
图4是例示了根据实施方式的检测雷达设备的角度的方法的流程图。
参照图4，根据实施方式的检测角度的方法，在操作S410中，车辆的雷达设备100产生基准功率比信息。
基准功率比信息是指通过针对地面和车辆的雷达设备100之间形成的每个角度存储与以不同方向角发送的信号对应的被测试目标Ob反射和接收的信号的功率比而获得的信息。
具体地，当车辆的雷达设备100和测试目标Ob处于测试条件下时，天线单元110根据控制器130的控制，针对地面和雷达设备100之间的垂直角中的每个执行以下处理：接收在发送具有第一方向角的发送信号之后被测试目标Ob反射的第一信号，并且接收在发送具有第二方向角的发送信号之后被测试目标Ob反射的第二信号。
此时，可以暂时分开发送第一信号和第二信号的发送，以便减少由于具有第一方向角的发送信号和具有第二执行角的发送信号之间的干扰而导致的误差。
也就是说，控制器130可以控制天线单元110，使得具有第一方向角的发送信号Tx1和具有第二方向角的发送信号Tx2以一定时间差异被发送，如图5中所示。
此时，天线单元110可以以相同的调制规范来发送具有第一方向角的发送信号Tx1和具有第二方向角的发送信号Tx2，并且能够使由于所发送信号导致的误差最小化。例如，根据以第一方向角发送的信号的时间的发送频率调制图案和根据以第二方向角发送的信号的时间的发送频率调制图案可以被设置为是相同的。另外，以第一方向角发送的信号和以第二方向角发送的信号可以在不同的时间点被发送，并且可以根据需要被连续发送。
当通过以上处理接收第一信号和第二信号时，控制器130可以如图6中所示针对车辆的雷达设备100和地面之间形成的每个角度来计算第一信号Rx与第二信号Rx2的功率比，由此可以生成基准功率比信息Rd。
在将车辆的雷达设备100安装在车辆上之前(例如，当完成车辆的雷达设备100的制造时)，可以在具备上述测试条件的测试室中执行产生上述基准功率比信息的操作。
另外，基准功率比信息可以以查找表的形式存储在存储单元120中。
当完成基准功率比信息的生成时，可以设置在主波束区域，在该主波束区域中可测量雷达设备100的安装角度。
由于根据角度的基准功率比信息Rx如图6中所示具有多个拐点，因此控制器130基于地面和车辆的雷达设备100彼此平行的基准角度，将主波束区域MR设置在没有交叠功率比的角度范围内。
另外，控制器130可以针对接收到的信号的大小设置阈值Th，以便检测主波束区域MR。
作为设置阈值的示例，控制器130可以选择在基准角度下具有大的大小的接收信号，可以提取主波束区域内的所选择信号的大小的最小值，并且可以将所提取的最小值设置为阈值Th。例如，可以选择在基准角度下具有最大值的第一信号作为阈值设置信号，并且可以将与主波束区域对应的范围内的第一信号的大小的最小值设置为阈值Th。
此时，可以根据所选择信号的图案来校正被设置为阈值Th的最小值。具体地，如图6中所示，通过测试目标Ob接收的信号的大小具有多个峰值，使得控制器130可以搜索所选择信号中的二阶峰值，并且可以将阈值Th校正成比搜索到的峰值大的值。
作为设置阈值Th的另一示例，控制器130可以分别提取主波束区域内的第一信号大小的最小值和第二信号大小的最小值，并且可以将所有所提取的最小值设置为阈值Th。
再次参照图2，在操作420中，车辆的雷达设备100在雷达设备100被安装在车辆上之后在测试条件下接收测试信号。此时，测试条件与用于产生上述基准功率比信息的测试条件相同，并且测试信号包括对应于具有第一方向角的信号的发送而接收的第一测试信号和对应于具有第二方向角的信号的发送而接收的第二测试信号。
具体地，当车辆的雷达设备100在被安装在车辆上之后被置于与基准测试条件相同的条件下时，天线单元110根据控制器130的控制，在发送具有第一方向角的发送信号之后接收被测试目标Ob反射的第一测试信号，并且在发送具有第二方向角的发送信号之后接收被测试目标Ob反射的第二测试信号。
此时，通过天线单元110发送的发送信号具有与在产生基准功率比信息时发送的信号相同的调制特性。
当测试信号的接收完成时，在操作S430中，车辆的雷达设备100确定安装角度是否在主波束区域内。可以使用上述阈值来确定主波束区域。
具体地，当基于设置了其阈值的测试信号的大小和阈值之间的比较，接收到的测试信号的大小大于阈值时，控制器130可以确定安装角度在主波束区域内。当接收到的测试信号的大小等于或小于阈值时，控制器130可以确定安装角度在主波束区域外。
例如，当针对第一信号设置阈值时，控制器130可以将第一测试信号的大小与阈值进行比较，以确定安装角度是否在主波束区域内。例如，当针对第一信号和第二信号中的每个设置阈值时，控制器130可以将第一测试信号和第二测试信号中的每个的大小与阈值进行比较，以确定安装角度是否在主波束区域内。另选地，当针对第二信号设置阈值时，控制器130可以将第一测试信号的大小与阈值进行比较，以确定安装角度是否在主波束区域内。因此，可以针对每个测试信号设置阈值，并且可以针对每个测试信号将阈值设置为相同的值或不同的值。另外，可以通过将第一测试信号和第二测试信号中的至少一个测试信号和与该至少一个信号相关的阈值进行比较来执行关于安装角度是否在主波束区域内的确定。
当在操作S430中确定安装角度在主波束区域外时，在操作S440中，控制器130在留下指示安装角度在主波束区域外的记录的同时完成对应的操作。
此外，当确定安装角度在主波束区域内时，在操作S450中，车辆的雷达设备100计算接收到的信号的功率比，并且在操作S460中，检测与使用基准功率比信息计算出的功率比信息对应的安装角度。
具体地，车辆的雷达设备100可以计算第一测试信号与第二测试信号的功率比，并且可以检测与根据基准功率比信息计算出的功率比信息对应的角度作为车辆的雷达设备100的安装角度。
在图4中，已经描述了用于检测相对于垂直方向的安装角度的方法。然而，在实际的车辆的雷达设备100的安装环境中，可以根据水平方向上的角度变化出现测试信号的功率比误差。下文中，将描述用于检测被应用了根据雷达设备的水平安装角度进行的误差校正的安装角度的方法。
图7是例示了根据另一个实施方式的检测角度的方法的流程图。
图8是例示了二维基准功率比的概念的图。
参照图7，在操作S710中，根据另一个实施方式的检测角度的方法在预定测试条件下产生二维基准功率比信息。
二维基准功率比信息是指通过计算和存储针对雷达设备和地面之间的每个垂直/水平角在测试环境下以不同方向角发送信号而获得的信号之间的功率比而获得的信息。
在根据另一实施方式的检测角度的方法中，可以根据下式1估计和生成二维基准功率比信息。
[式1]
这里，BP2D Est表示所估计的二维基准信息，BPAzi表示针对水平角的基准功率比信息，BPEls表示针对垂直角的基准功率比信息。
也就是说，可以估计二维基准功率比信息是如图8中所示的针对每个垂直角产生的垂直基准功率比信息Rd1和针对每个水平角产生的水平基准功率比信息Rd2的乘积。
因此，根据另一实施方式的检测角度的方法可以使用在如上所述固定雷达设备的水平角并且改变其垂直角的同时获取的功率比来产生水平基准功率比，并且可以使用在固定垂直角而改变水平角的同时获取的功率比来产生垂直基准功率比信息，由此产生二维基准功率比信息。
通过以这种方式估计二维基准功率比信息，能够减少产生基准功率比信息所需的时间和成本。
在操作S720中，车辆的雷达设备100在被安装在车辆上之后在测试条件下接收测试信号，并且在操作S730中，确定雷达设备的安装角度是否在主波束区域内。
当雷达设备的安装角度在主波束区域内时(操作S730的“是”)，在操作S750中，车辆的雷达设备100计算接收到的信号之间的功率比，并且在操作S760中，校正计算出的功率比中的由于垂直安装角度而导致的误差。
可以用水平功率比和垂直功率比的乘积来表示在测试条件下计算出的功率比，如下式2中示出的。
[式2]
这里，Ratio表示计算出的功率比，表示水平功率比，/>表示垂直功率比。
因此，控制器130可以获得水平角，并且可以计算与使用水平基准功率比信息而获得的水平角对应的误差，以校正所获得的功率比。
具体地，控制器130检测水平角。因为由于接收天线和测试目标Ob之间的路径差异而导致对于接收天线中的每个而言被测试目标Ob反射的信号是不同的，因此控制器130使用从彼此水平设置的天线接收的信号之间的相位差来计算水平角。
使用因信号的路径差异所产生的相位差来检测水平角的方法对应于现有技术，并且将省略对其的详细描述。
当计算水平角时，控制器130使用水平基准功率比信息来计算与水平角对应的功率比作为误差，并且使用计算出的误差来校正功率比。也就是说，控制器130可以通过将水平功率比除以测试功率比来校正测试功率比。
在操作S770中，控制器130使用垂直基准功率比信息来检测与经校正的功率比对应的安装角度。
如上所述，根据本公开，可以在不添加任何特殊机械或电子构造的情况下测量车辆的雷达设备的安装角度。
另外，通过分别产生用于水平方向的基准功率比和用于垂直方向的基准功率比并且估计二维功率比信息，能够减少产生基准功率比所需的时间和成本，并且通过校正由于垂直方向而导致的误差，进一步提高垂直角的测量精度。
根据如上所述的本实施方式，能够通过分析目标对象检测装置所获取的接收信号高效去除干扰信号来提高目标对象检测性能。另外，根据本实施方式，通过根据干扰信号的分类类型对干扰信号类型进行分类并且调节目标检测参数，即使在存在各种干扰信号的环境中，也能够提高目标对象检测性能。
即使以上描述了本公开的实施方式的所有组件被联接为单个单元或被联接成作为单个单元操作，但是本公开不一定限于此实施方式。也就是说，在不脱离本公开的范围的情况下，可以选择性地连接和操作所有结构元件中的至少两个元件。
仅出于例示目的描述了本公开的以上实施方式，并且本领域技术人员应该理解，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下，对其进行各种修改和变化。应当基于所附的权利要求按照包括在权利要求的等同范围内的所有技术构思都属于本公开这样的方式来理解本公开的范围。
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年9月14日提交的韩国专利申请No.10-2017-0117955的优先权，该申请出于所有目的以引用方式并入，如同在本文中完全阐明。

Claims (16)

1.一种估计车辆的雷达设备的角度的方法，该方法包括以下步骤：
由安装在车辆上的所述雷达设备在以第一方向角发送信号之后接收被测试目标反射的第一测试信号；
在以与所述第一方向角不同的第二方向角发送信号之后接收被所述测试目标反射的第二测试信号；
计算所述第一测试信号与所述第二测试信号的功率比；
检测与使用存储根据所述雷达设备的垂直角测得的功率比的垂直基准功率比信息计算出的功率比对应的安装角度；以及
以所述第一测试信号与所述第二测试信号的功率比，校正由于所述雷达设备的水平安装角度而导致的误差。
2.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括以下步骤：
在所述雷达设备被安装在所述车辆上之前，在针对所述雷达设备的每个垂直角以所述第一方向角和所述第二方向角发送信号之后，接收被所述测试目标反射的信号，并且针对每个角度计算接收到的信号的功率比，以产生所述垂直基准功率比信息。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，根据与用于接收所述测试信号的所述测试目标的测试条件相同的测试条件，提供用于产生所述基准功率比信息的所述测试目标。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，接收所述第二测试信号的步骤包括：以所述第二方向角发送具有与以所述第一方向角发送的信号的调制特性相同的调制特性的信号。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，根据以所述第一方向角发送的信号的时间的发送频率调制图案和根据以所述第二方向角发送的信号的时间的发送频率调制图案是相同的。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，
将所述第一方向角和所述第二方向角之间的差异设置为预定角度差，并且
所述预定角度差等于被发送的用于产生所述垂直基准功率比信息的第一方向角信号和第二方向角信号之间的角度差。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，校正所述误差的步骤包括以下步骤：
使用由于所述测试目标和接收天线之间的路径差异而产生的相位差来计算所述水平安装角度，并且
使用存储根据所述雷达设备的水平角测得的功率比的水平基准功率比信息来计算与所述水平角对应的误差。
8.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括以下步骤：
当所述第一测试信号或所述第二测试信号的大小小于预定阈值时，确定所述雷达设备的安装角度在预定主波束区域外。
9.根据权利要求8所述的方法，该方法还包括以下步骤：
根据所述基准功率比信息，基于所述雷达设备与地面平行的基准角度，将所述主波束区域设置在没有交叠功率比的角度范围内；以及
将在以与所述主波束区域对应的角度范围内的所述第一方向角和所述第二方向角发送信号之后被所述测试目标反射的信号的最小值设置为所述阈值。
10.一种车辆的雷达设备，该车辆的雷达设备包括：
天线单元，该天线单元被配置为由安装在车辆上的所述雷达设备在以第一方向角发送信号之后接收被测试目标反射的第一测试信号，并且在以与所述第一方向角不同的第二方向角发送信号之后接收被所述测试目标反射的第二测试信号；
存储单元，该存储单元被配置为存储通过针对所述雷达设备和地面之间的每个垂直角计算在测试环境中获取的信号之间的功率比而获得的垂直基准功率比信息；以及
控制器，该控制器被配置为计算所述第一测试信号与所述第二测试信号的功率比，并且检测与使用所述垂直基准功率比信息计算出的功率比对应的安装角度，
其中，所述控制器根据所述第一测试信号与所述第二测试信号的功率比，校正由于所述雷达设备的水平安装角度而导致的误差。
11.根据权利要求10所述的车辆的雷达设备，其中，所述控制器对所述天线单元进行控制，以在所述雷达设备被安装在所述车辆上之前，在针对所述雷达设备的每个垂直角以所述第一方向角和所述第二方向角发送信号之后，接收被所述测试目标反射的信号，并且针对每个角度计算通过所述天线单元接收到的信号的功率比，以产生所述基准功率比信息。
12.根据权利要求11所述的车辆的雷达设备，其中，根据与用于接收所述测试信号的测试目标的测试条件相同的测试条件，提供用于产生所述基准功率比信息的测试目标。
13.根据权利要求10所述的车辆的雷达设备，其中，
以所述第一方向角发送的信号和以所述第二方向角发送的信号具有相同的调制特性，并且
根据以所述第一方向角发送的信号的时间的发送频率调制图案和根据以所述第二方向角发送的信号的时间的发送频率调制图案是相同的。
14.根据权利要求10所述的车辆的雷达设备，其中，所述控制器使用由于所述测试目标和接收天线的路径差异而产生的相位差来计算所述水平安装角度，并且使用通过针对所述雷达设备和所述地面之间的每个水平角计算在所述测试环境中获取的信号之间的功率比而获取的水平基准功率比信息来校正与所述雷达设备的水平角对应的误差。
15.根据权利要求10所述的车辆的雷达设备，其中，所述控制器基于所述测试信号的大小来确定所述安装角度是否在主波束区域内，并且当所述测试信号小于预定阈值时，确定所述安装角度在所述主波束区域外。
16.根据权利要求15所述的车辆的雷达设备，其中，
根据所述垂直基准功率比信息，基于所述雷达设备与所述地面平行的基准角度，将所述主波束区域设置在没有交叠功率比的角度范围中；以及
所述阈值被设置为在与所述主波束区域对应的所述角度范围中获取的信号的最小值。
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