CN110140059A - 针对固定应用中的对象分类及道路状况估计的极化雷达系统和方法 - Google Patents

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Abstract

用于固定道路应用中的对象分类和道路状况估计的极化雷达系统(10)包括用于发射至少两个不同极化的雷达波的雷达发射器单元(12)，用于接收至少两个不同极化的雷达波的雷达接收单元(22)，用于生成和提供由至少一个雷达发射器单元(12)发射的雷达波的雷达信号生成单元(32)，用于处理要被发射的生成的雷达波和接收的雷达波的信号处理电路(38)以及信号评估单元(56)。信号评估单元(56)被配置为从信号处理电路(38)接收处理的信号，基于接收的处理信号来估计针对一组预定对象参数的值，并在检测到该组对象参数的估计的值与多个预定组对象参数中的一个的匹配时，从多个选择对象类选择一对象类。此外，信号评估单元(56)被配置为提供指示至少一个分类对象(86‑94)的信息。

Description

针对固定应用中的对象分类及道路状况估计的极化雷达系统 和方法
技术领域
本发明涉及一种用于固定道路应用中的对象分类和道路状况估计的极化雷达系统，以及一种通过使用这种极化雷达系统对对象进行分类和估计道路状况的方法，以及一种用于控制该方法的自动执行的软件模块。
背景技术
在城市地区，已知人行横道区域是当今交通中的潜在危险场所。对于烟雾弥漫的日子或夜间尤其如此，即使安装了路灯，或者由于恶劣的道路条件，例如在遇到黑冰、雪或漏油的情况下。
因此，在本领域中已经提出了系统，以便提高人行横道区域的安全性。
例如，专利申请EP 2 141 676 A1描述了一种具有存在检测器和警告的人行横道。人行横道构成一个独立且可移动的结构元件，据称易于组装和拆卸、维护成本低，配备存在探测器、警告装置、电源系统、蓄电池和电子设备(电路等)。人行横道允许在交叉区域中检测行人、车辆或两者，并且警告驾驶员和行人他们各自在所述交叉路口或其附近的存在。人行横道还被公开为适应每个区域的特定条件，并且被提供有高度调节器、排水系统和针对残疾人的通道，以及用于车辆攻击的单元，其提供更大的道路安全性，降低由于恶劣天气导致的对行人的事故风险，减少声学污染，并为公共道路的使用提供更大的多功能性。它还以全部或部分引入构成本发明的不同元件的形式或以例如针对包含所述元件的固定交叉路口的全部或部分遮蔽物的形式用于固定人行横道处。
所采用的存在检测器可以形成为压力传感器、电容传感器、导电橡胶、光电传感器、光学传感器或激光传感器。
专利US 9,460,613 B1描述了一种基于视场内的对象移动来对交通路口控制进行行人检测和计数的方法。该方法分析交通检测区域的视野的特征以确定行人区域的位置和大小，并应用用于评估视野中的像素内容的协议以识别各个行人。可以基于检测到的行人事故触发警报。基于车辆和自行车检测区域的位置或者视野内的各种对象的移动来确定步行区域的位置和大小。利用用于行人检测的感兴趣区域的自动行人速度校准是使用视野中的车道和其他交叉点标记来完成的。检测和计数还包括识别交通检测区域的行人区域中的行人的存在、体积、速度和轨迹。
通过捕获视野中的数据的传感器来检测对象。所采用的传感器可以形成为摄像机、热像仪、雷达系统、磁力计和声学传感器。
专利US 6,441,748 B1描述了一种使用设置在道路下方的传感器的路面状况监测系统。在路面状态监测系统中，至少一个传感器单元可互换地被提供在设置在路面下方的密封容器中。提供电源以为传感器单元供电，并且提供通信设备以从至少一个传感器单元获得测量和/或监测数据并向至少一个传感器单元提供控制信号，由此要求保护提供了便宜且容易的可维护系统。传感器单元可包括激光雷达传感器、湿度载荷传感器、光学传感器、辐射计传感器、超声波雪深度传感器、温度计、雨量计等。这些传感器用于测量和监测如下的条件：诸如雨的存在或不存在、湿气、干燥、雪、雪深、冰、冰深等。
发明内容
发明目的
期望提供一种用于有效且可靠的对象分类和道路状况估计的系统和方法。因此，本发明的一个目的是提供一种系统和方法，该系统和方法能够在固定应用中进行有效和可靠的对象分类和道路状况估计，以生成改进的交通安全性。
发明概述
本文提出的发明基于以下认识：极化雷达设备和雷达极化测量的现有方法可以有利地用于对象分类和道路状况估计。
雷达极化测量涉及当电磁波在其撞击雷达对象或散射表面之后被重新极化并且被反射时测量雷达频率电磁波的极化状态。在雷达极化测量中，在散射条件下雷达波的极化态通常由包括复杂矩阵的形式描述。
形式上，入射雷达波可以由双分量矢量描述，其中矢量分量分别表示水平和垂直方向上的复电场。反射或散射的雷达波可以由另一个双分量矢量描述，其中矢量分量表示水平和垂直方向上的复电场。以这种方式，每个散射对象被认为是极化变换器，并且从发射波矢量到接收波矢量的变换可以被描述为将称为散射矩阵的矩阵应用于表示入射雷达波的矢量。
对角矩阵元素通常被称为共极化，非对角元素被称为交叉极化。该矩阵包含有关散射过程和散射体本身的所有信息。散射矩阵或等效矩阵的元素(例如，已知的协方差矩阵和相干矩阵)是可观察的幂项。存在不同的相关矩阵形式，并用于雷达极化测量，如琼斯矩阵、S矩阵、MüllerM矩阵和Kennaugh K矩阵。通过测量散射矩阵或等效物，可以计算针对入射波的任意极化的散射的雷达波的强度和极化。
例如，在Wolfgang-Martin Boerner，“Basic Concepts in Radar Polarimetry”，PolSARpro v3.0-Lecture Notes(http://earth.esa.int/landtraining07/polsar_basic_concepts.pdf处可用)可以找到处理散射矩阵和提取包含在观察到的功率项的测量散射矩阵中的信息的数学方法的概要。由此，本文件的全部内容通过引用并入本文，对于允许以引用方式并入的管辖区域具有效力。
如果应用于形成道路一部分的人行横道区域，则本发明特别有益。还可以想到其他固定道路应用，例如用于位于城市范围之外并且已知是鹿过境点的道路的一部分。
在本发明的一个方面，该目的通过极化雷达系统实现，该极化雷达系统被配置用于在固定道路应用中的对象分类和道路状况估计。
在本申请中使用的短语“被配置为”应特别理解为具体编程、布局、提供或布置。本申请中使用的术语“道路”应特别理解为包括在陆地上铺设的通道，其允许通过步行、骑自行车或任何机动车辆行驶，并且位于城市范围之外或城市环境中(通常也被称为“街道”)。
极化雷达系统包括至少一个雷达发射器单元、至少一个雷达接收单元、雷达信号生成单元、信号处理电路和信号评估单元。
所述至少一个雷达发射器单元被配置用于发射至少两个不同极化的雷达波。至少一个雷达接收单元被配置用于接收至少两个不同极化的雷达波。雷达信号生成单元被配置为生成并提供由至少一个雷达发射器单元发射的雷达波。信号处理电路被配置用于处理要被发射的所生成的雷达波和所接收的雷达波。
信号评估单元被配置为从信号处理电路接收经处理的信号，并基于所接收的经处理的信号来估计一组预定对象参数的值。信号评估单元还被配置为在检测到针对一组对象参数的估计的值与特定的预定一组对象参数的估计的值的匹配时，从多个预定对象类中选择与多个预定组对象参数中的特定预定组对象参数相对应的对象类。此外，信号评估单元被配置为提供指示至少一个分类对象的信息。
在本申请中使用的术语“接收的雷达波”应特别理解为根据通过被对象反射或散射而发射的雷达波生成的雷达波。例如，这可以通过至少一个雷达发射器单元和至少一个雷达接收单元的适当布置来确保。
在本申请中使用的术语“对象参数”应特别理解为是针对特定对象的特征的参数，并且由此该参数可用于将特定对象与其他对象区分开。对象参数的示例包括但不限于尺寸、沿视线的速度、范围、到达角度和诸如介电常数的电特性。
发射的雷达波被理解为在朝向围绕极化雷达系统的地面的一部分的方向上发射，其中可以预期可能反射或散射发射的雷达波的对象。
以这种方式，可以提供用于在固定应用中的对象分类和道路状况估计的雷达系统，其显示低数量的假阴性分类结果和低数量的假阳性分类结果。所提供的指示至少一个分类对象的信息可以有利地用于发出警告以提高安全性。
极化雷达系统在形成为形成道路的一部分的人行横道区域的固定应用中特别有利。在这种情况下，至少一个雷达发射器单元被配置为将雷达波发射到人行横道区域的至少大部分上。指示至少一个分类对象并且由信号评估单元提供的信息可以用于向诸如行人和/或车辆驾驶员的道路用户发送警告信号，以通知他们在人行横道区中的存在，以便避免交通参与者之间的事故。
分类可包括一组类，其包括但不限于“漏油”、“大型无生命障碍物”、“黑冰”、“雪”、“动物”(例如猫或狗)、“行人”和“车辆”。以这种方式，对对象进行分类包括估计道路的状况。在本申请中使用的术语“车辆”应特别理解为包括乘用车、卡车和公共汽车。
优选地，预定的一组对象参数包括针对该组对象参数的每个参数的预定范围。在本申请中使用的术语“匹配”应特别理解为使得对于该组预定对象的所有参数，针对该组预定对象参数的对象参数的每个估计的值应位于该参数的预定范围内。
还优选地，至少一个雷达发射器单元能够提供连续波(CW)雷达能量。
在优选实施例中，极化雷达系统还包括用于生成将由至少一个雷达发射器单元发射的频率调制(FM)雷达波(更优选地：频率调制连续波(FMCW))的调制单元，并且此外，还包括用于解调接收的雷达波的解调单元。由此，可以将绝对速度和距离作为特征和重要的对象参数添加到该组对象参数，从而有助于改善分类性能。
优选地，所生成的待发射的频率调制雷达波在时间上线性调制。例如，至少一个雷达发射器单元的雷达频率可以上升或下降为锯齿波或三角波。
在极化雷达系统的一些实施例中，信号评估单元包括微控制器，该微控制器具有至少一个处理器单元和至少一个数字数据存储器单元，处理器单元对所述数字数据存储器单元具有数据访问权。以这种方式，可以便于利用极化雷达系统对车辆前方的对象进行分类的自动测量过程。
如果微控制器还包括电连接到雷达接收单元的模数转换器，则可以实现快速且不受干扰的数字信号处理。这种配备的微控制器现在可以以许多变型和经济的价格在市场上买到。
在极化雷达系统的一些实施例中，至少一个雷达发射器单元包括可布置在道路上的至少一个固定发射天线，并且至少一个雷达接收单元包括可布置在道路上的至少一个固定接收天线，其中至少一个固定发射天线和至少一个固定接收天线都被配置用于指向道路(road)的车道(roadway)。以这种方式，可以容易地实现雷达波如下对象的传输，所述对象在道路的特定部分内停留或移动，以及接收根据由这些对象反射或散射的发射的雷达波所生成的雷达波。
所述至少一个固定发射天线和所述至少一个固定接收天线可以布置在道路的相对侧(双静态布置)，但是是单静态布置，其中所述至少一个固定发射天线并且至少一个固定接收天线位于道路的同一侧并且也可以预期彼此靠近。
优选地，信号评估单元被配置为实时地从多个预定对象类中选择对象类。本申请中使用的短语“实时”应特别理解为在特定和预定时间限制内的响应，其适合于特定应用，使得可以促进优化的反应，例如在车辆的驾驶员和行人中的任何一方或两者的意外的潜在的情况下。
在极化雷达系统的一些实施例中，至少一个雷达发射器单元包括形成天线的相控阵列的多个发射天线。这允许应用公知的数字波束形成技术中的一个，以便能够区分和分类道路上的多于一个对象。在极化雷达系统的合适实施例中，天线的相控阵列可以与适当的数字波束形成技术结合使用，以生成从对来自视场中的足迹的对象反射或散射的雷达波的测量而得到的雷达功率的共极化比率的实时图像(共极化：发射和接收的极化是相同的)。
在本发明的另一方面，提供了一种通过使用如本文所公开的极化雷达系统来分类对象和估计道路的状况的方法。该方法包括以下步骤：
在具有至少两个不同极化的雷达波的横向方向上照射至少道路的主要部分，
接收由待分类的对象反射的至少两种不同极化的雷达波，
基于所接收的雷达波来估计针对一组预定对象参数的值，
将针对一组预定对象参数的估计的值与多个预定组对象参数进行比较，
在检测到针对该组对象参数的估计的值与多个预定组对象参数组中的特定预定组匹配时，将与该特定预定组相对应的类分配给该对象，以及
提供指示分类的对象的信息。
在所公开的极化雷达系统的上下文中描述的益处完全适用于该方法。当用于形成道路的一部分的人行横道区域时，该方法特别有益。还可以想到其他固定道路应用，例如用于道路的位于城市范围之外并且已知是鹿过境点的一部分。
优选地，在横向方向上照射至少道路的主要部分的步骤包括利用调频连续雷达波(FMCW)在横向方向上照射至少道路的主要部分以允许将绝对值速度，特别是垂直于视线的速度，以及距离添加到该组对象参数，以便于改进分类性能。
因此，在该方法的一些实施例中，估计针对一组预定对象参数的值的步骤包括估计对象相对于道路的速度、方向和距离中的至少一个。例如，这可以通过利用所接收的雷达波的频率内容来实现。
在该方法的一些实施例中，估计针对一组预定对象参数的值的步骤包括从对由对象反射或散射的雷达波的测量而得到的雷达功率的共极化比率(共极化：发射和接收极化是相同的)的共极化比率来估计对象的介电常数。
对象的介电常数是复数。介电常数是针对发射的入射雷达波的特定频率而估计的。以这种方式，可以将介电常数添加到该组预定的对象参数，这允许对车道上的各种潜在沉积的层进行分类和区分，例如黑冰、水、溢油等。
如果估计针对一组预定对象参数的值的步骤包括根据从对由镜面方向上的对象反射的雷达波的测量得到的雷达功率的共极化比率来估计对象的介电常数，则可以实现特别有益的解决方案。在该方向上，入射角等于散射角，并且对于所有表面散射模型(平滑、中等粗糙和粗糙)，散射系数的共极化比率与对象粗糙度无关。这对于区分可能沉积在车道上的水的层和冰的层尤其有益。
在该方法的一些实施例中，估计针对一组预定对象参数的值的步骤包括执行通过利用所接收的雷达波形成的矩阵的极化分解，以及识别来自所述极化分解的至少一个对象的步骤。
极化分解是矩阵的呈现，其将入射雷达波的反射或散射描述为基础矩阵与相对应的系数相乘的线性和以将矩阵表示为散射机制的线性和。
执行对散射矩阵的极化分解的许多方案在本领域中是已知的，并且在相关教科书中以及在如下引用文献中描述：Wolfgang-Martin Boerner的“Basic Concepts in RadarPolarimetry”中描述。一些极化分解是基于模型的，并且需要关于散射对象的性质的先验知识作为输入，并且一些极化分解方案不是基于模型的。预期两种类型的极化分解方案都可用于本文公开的方法中。
值得注意的是，通过执行散射矩阵的极化分解来识别对象，可以同时提供对所考虑的特定道路部分的交通状况的估计。
在本发明的又一个方面，提供了一种用于控制本文公开的方法的实施例的步骤的自动执行的软件模块。
将要进行的方法步骤转换为软件模块的程序代码，其中程序代码可在极化雷达系统的数字数据存储器单元中实现，并且可由极化雷达系统的处理器单元执行。优选地，数字数据存储器单元和/或处理器单元可以是极化雷达系统的数字数据存储器单元和/或信号评估单元的处理单元。作为替代或补充，数字数据存储器单元和/或处理单元可以是另一个数字数据存储器单元和/或特别指定用于执行方法步骤中的至少一些的另一个处理器单元。
软件模块能够以自动方式实现方法的鲁棒且可靠的执行，并且可以允许快速修改方法步骤。
参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将变得显而易见并得以阐明。
附图说明
通过以下参考附图对非限制性实施例的详细描述，本发明的进一步细节和优点将变得显而易见，其中：
图1是根据本发明的极化雷达系统的示意电路图。
图2示意性地示出了根据图1的极化雷达系统的俯视图，其安装在并形成人行横道区域的一部分，所述人行横道区域形成城市道路的一部分；
图3示意性地示出了在安装状态下的根据图2的极化雷达系统的侧视图；
图4是根据本发明的方法的实施例的流程图；以及
图5示意性地示出了评估由根据图1的极化雷达系统的雷达接收单元接收的雷达波的图。
具体实施方式
图1是根据本发明的极化雷达系统10的示意性电路图，所述极化雷达系统用于固定道路应用中的对象分类和道路状况估计。极化雷达系统10包括
雷达发射器单元12，
雷达接收单元22，
雷达信号生成单元32，
信号处理电路38，以及
信号评估单元56。
极化雷达系统10安装在人行横道区域68中并形成其一部分，所述人行横道区域形成道路66的一部分，如图2(俯视图)和图3(侧视图)所示。道路(road)66位于城市环境中并且包括车道(roadway)72，其具有用于自行车92和诸如汽车88和摩托车90的机动车辆的每个方向的一个通道(lane)，以及第一人行道76和第二人行道78，一个人行道76、78，与车道72的两个通道中的每一个相邻，供行人86行走。人行横道区域68包括设计为斑马线70的标记的人行横道。
雷达发射器单元12包括相同设计的第一功率放大器14和第二功率放大器16(图1)，以及设计为贴片天线的两个发射天线18、20。两个发射天线18、20中的第一个18被配置为发射具有水平极化的雷达波。两个发射天线18、20中的第二个20被配置为发射具有垂直极化的雷达波。功率放大器14、16中的每一个与输出端口电连接到发射天线18、20中的一个。
如图2和3所示，两个发射天线18、20被布置在第一杆82的顶部，第一杆82高于道路66并且位于在人行横道70处的第一人行道76处。两个发射天线18、20被指向车道72和两个人行道76、78。因此，雷达发射器单元12被配置用于在横向方向80上在人行横道70处将水平和垂直极化的雷达波发射到道路66的完整宽度。这样，如图2和3所示，雷达波被发射，使得具有潜在沉积的表面层94(例如漏油、黑冰或雪)的车道表面74被发射天线18、20以及可能在发射天线18、20的视场内发生的对象(例如，行人86、汽车88、摩托车90、自行车92等)照射(如图2中的实线和图3中的虚线所示)。
在此应注意，术语“第一”、“第二”等在本申请中仅用于区分目的，并不意味着以任何方式指示或预期序列或优先级。
尽管在该特定实施例中，雷达发射器单元12包括两个发射天线18、20，但是对于其他实施例也可以预期，雷达发射器单元可以包括多个多于两个发射天线，所述发射天线形成天线的相控阵列。在这种情况下需要提供额外的硬件，例如用于调整各种天线之间的相位关系，如本领域所公知的。
再次参考图1，雷达接收单元22包括第一低噪声放大器24和第二低噪声放大器26以及设计为贴片天线的两个接收天线28、30。接收天线28、30中的第一个28被配置为接收具有水平极化的雷达波。两个接收天线28、30中的第二个30被配置为接收具有垂直极化的雷达波。接收天线28、30中的每一个电连接到低噪声放大器24、26中的一个的输入端口。
两个接收天线28、30布置在第二杆84的顶部，第二杆84在道路66上方高耸并且在人行横道70处位于第二人行道78上。因此，两个接收天线28、30被指向车道72和两个人行道76、78。这样，如图2和3所示，因此，雷达接收单元22被配置用于接收水平和垂直极化的雷达波，这些雷达波是根据由雷达发射天线18、20发射的雷达波生成的，并且被在发射天线18、20的视野(在图2中用实线表示，并且图3中用虚线表示)内的物体86-94反射或散射，物体86-94横向方向80上在人行横道70处的道路66的完整宽度内存在。
注意以下事实：接收天线28、30布置在发射天线18、20的视场之外，以防止直接接收由发射天线18、20发射的雷达波。
应注意，在本发明的意义上，任何潜在的沉积表面层94被视为待分类的对象，其方式与在接收天线28、30的视野中可能发生的所提及的对象86-92相同，例如，行人86、汽车88、摩托车90和自行车92。本领域技术人员将认识到，通过对由任何沉积的表面层94形成的对象进行分类，可以估计道路状况。
参考图1，雷达信号生成单元32包括雷达本地振荡器34和扫描发生器36。雷达本地振荡器34被配置为以例如大约24.0GHz的雷达频率生成雷达波，并且能够以连续波模式工作。扫描发生器36被配置为生成具有线性变化频率的恒定幅度的正弦信号，其带宽例如为200MHz，雷达频率为24GHz。
信号处理电路38被配置用于处理要发射的所生成的雷达波。为此，信号处理电路38包括用作调制单元的第一电子倍频混频器42和第二电子倍频混频器42。来自扫描发生器36的信号和来自雷达本地振荡器34的信号电连接到第一混频器40和第二混频器42。第一混频器40的输出信号被馈送到两个功率放大器14、16中的第一功率放大器14，功率放大器14、16用于向第一发射天线18供应雷达功率。第二混频器42的输出信号被传送到第二功率放大器16，第二功率放大器16用于向第二发射天线20供应雷达功率。
第一混频器40和第二混频器42的输出信号包括雷达本地振荡器34的频率与扫描发生器36的频率之和和差。通过适当的滤波器(未示出)消除差频信号。
以这种方式，可以生成频率调制的连续雷达波，其将经由雷达发射器单元12的第一发射天线18和第二发射天线20发射。
信号处理电路38还被配置用于处理接收的雷达波。为此，信号处理电路38包括用作解调单元的第三电子倍频混频器44和第四电子倍频混频器46。第一低噪声放大器24(其承载具有水平极化的接收雷达波的信号)的输出端口以及雷达本地振荡器34电连接到信号处理电路38的第三混频器44。第二低噪声放大器26(承载具有垂直极化的接收雷达波的信号)的输出端口以及雷达本地振荡器34电连接到信号处理电路38的第四混频器46。
第三混频器46和第四混频器46的输出信号包括由发射天线18、20发射的雷达波的频率与雷达本地振荡器34的频率之和和差。通过信号处理电路38的后续低通滤波器48从第三混频器44的输出信号中消除和频率信号，并且仅通过模数转换器(ADC)50对差信号进行数字转换。第四混频器46的输出信号由另一个低通滤波器52处理，并由另一个ADC 54以相同的方式进行数字转换。
经滤波和数字转换的输出信号被馈送到信号评估单元56的输入端口，该信号评估单元56被配置为从信号处理电路38接收经处理的信号。信号评估单元56包括具有处理器单元60和数字数据存储器单元62的微控制器58，处理器单元60对数字数据存储器单元62具有数据访问权。在图1中，信号评估单元56和ADC 50、54被示为单独的单元。实际上，ADC 50、54可以是微控制器58的组成部分。
如下文将更详细描述的，信号评估单元56被配置为基于所接收的处理信号来估计针对一组预定对象参数的值。信号评估单元56还被配置为在检测到针对一组对象参数的估计的值与针对多个预定组对象参数中的特定预定对象组参数的估计的值检测到的估计的值的匹配时，从多个预定对象类中选择与多个预定组对象参数中的特定预定组对象参数相对应的对象类。具有多个预定对象参数组中的特定预定对象参数组的对象参数组。微控制器58被配置为实时选择对象类。
在该具体实施例中，多个预定对象类包括“漏油”、“黑冰”、“雪”、“行人”、“汽车”、“摩托车”和“自行车”。在其他实施例中，多个预定对象类可以包括不同的类和/或不同数量的分类。
在下文中，将参照图4和图5描述通过使用根据图1的极化雷达系统10对固定道路应用中的对象进行分类和估计道路66的状况的方法的实施例。图4提供了作为整体的方法的流程图，而作为该方法的一部分的信号评估和对象分类的详细图示在图5中给出。在准备操作极化雷达系统10时，应当理解，所有涉及的单元和设备都处于操作状态并且如图1至图3所示配置。
为了能够以受控方式并且自动执行该方法，微控制器58包括软件模块64(图1)。要进行的方法步骤被转换成软件模块64的程序代码。程序代码在微控制器58的数字数据存储器单元62中实现，并且可由微控制器58的处理器单元60执行。软件模块图64还包括用于执行散射矩阵的极化分解的子程序。
现在参照图4，作为该方法的第一步骤96，通过同时向两个发射天线18、20提供连续波雷达功率来利用具有水平极化的调频雷达波以及具有垂直极化的调频雷达波在人行横道区68处在横向方向上照射道路66的整个宽度。
由被分类的对象86-94反射的具有水平极化的雷达波和具有垂直极化的雷达波由雷达接收单元22在另一步骤98中接收，并且在下面的步骤100中，所生成的信号被放大并由信号处理电路38处理，如上所述的。
在该方法的下一步骤102中，基于所接收的雷达波来估计针对一组预定对象参数的值。该组预定对象参数包括对象86-94与人行横道区域68的预定参考点之间的距离(范围)，对象86-94相对于人行横道区域68的速度和由要被分类的对象86-94反射的雷达波的到达角度。
在该方法的另一个步骤104中，基于所接收的雷达波计算散射矩阵的元素。矩阵包含关于反射过程和对象86-94的所有信息，并且包括从对象86-94反射的雷达波的测量得到的共极化雷达功率(共极化：发射和接收极化相同)的元素。
在估计针对一组预定对象参数的值的另一步骤106中，将用于执行极化分解的子例程应用于计算的矩阵，并且从极化分解中识别对象86-94。
在估计的值的另一步骤108中，根据由对象86-94中的任何一个反射的共极化雷达功率的元素的比率，特定对象86-94的介电常数被估计为针对另一参数的值，所述另一参数形成该组预定对象参数的部分。
在该方法的下一步骤110中，将针对该组预定对象参数的估计的值与多个预定组对象参数进行比较。对于该组对象参数的每个对象参数，预定范围驻留在数字数据存储器单元62中。针对对象参数集的所有参数的比较的步骤102包括检查针对对象参数的估计的值是否位于针对对象参数的预定范围内。如果对于特定的预定组对象参数满足该条件，则估计的估计的值被称为与特定的预定组对象参数匹配。
在另一个步骤112中，在检测到针对该组对象参数的估计的值与多个预定组对象参数中的特定预定组的匹配时，将与该特定预定组相对应的类分配给所识别的对象86-94。
然后，在该方法的另一步骤114中，由信号评估单元56将例如指示分类对象86-94的信息提供给例如控制单元CU，控制单元CU被配置为控制人行横道区域68的功能，以进一步用于决定通过人行横道区域68的附加的、特别提供的设备发出光学和/或声学警告，以便提高交通安全性。
尽管已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应被认为是说明性或示例性的而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。
通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现要公开的实施例的其他变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一(a)”或“一个(an)”不排除多个，其意味着表示至少两个的量。在相互不同的从属权利要求中陈述某些措施的仅有事实并不表示这些措施的组合不能用于获益。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。
附图标记列表
10 极化雷达系统
12 雷达发射器单元
14 第一功率放大器
16 第二功率放大器
18 第一发射天线
20 第二发射天线
22 雷达接收单元
24 第一低噪声放大器
26 第二低噪声放大器
28 第一接收天线
30 第二接收天线
32 雷达信号发生器
34 雷达本地振荡器
36 扫频发生器
38 信号处理电路
40 第一混频器
42 第二混频器
44 第三混频器
46 第四混频器
48 低通滤波器
50 ADC
52 低通滤波器
54 ADC
56 信号评估单元
58 微控制器
60 处理器单元
62 数字数据存储器单元
64 软件模块
66 路
68 人行横道区
70 斑马线(人行横道)
72 车道
74 车道表面
76 第一人行道
78 第二人行道
80 横向
82 第一极
84 第二极
86 行人
88 车
90 摩托车
92 自行车
94 沉积表面层
方法步骤：
96 以CW模式将FM雷达波发射到道路的主要部分
98 接收由对象反射的雷达波
100 放大/处理来自雷达接收单元的信号
102 估计针对一组预定对象参数的值
104 计算散射矩阵元素
106 通过执行极化分解来识别对象
108 估计对象介电常数
110 将估计的值与预定组的对象参数进行比较
112 将类分配给已识别的对象
114 提供分类信息

Claims (14)

1.一种用于固定道路应用中的对象分类和道路状况估计的极化雷达系统(10)，所述雷达系统(10)包括
-至少一个雷达发射器单元(12)，其被配置用于发射至少两个不同极化的雷达波，
-至少一个雷达接收单元(22)，其被配置用于接收至少两个不同极化的雷达波，
-雷达信号生成单元(32)，其被配置为生成并且提供要由所述至少一个雷达发射器单元(12)发射的雷达波，
-信号处理电路(38)，其被配置用于处理要被发射的生成的雷达波和接收的雷达波，以及
-信号评估单元(56)，其被配置为-从所述信号处理电路(38)接收处理的信号，
-基于接收的处理的信号来估计针对对象的介电常数的值，
-在检测到介电常数的估计的值与特定的介电常数的匹配时，从多个预定对象类中选择与多个介电常数中的所述特定介电常数相对应的对象类，以及
-提供指示至少一个分类的对象(86-94)的信息。
2.如权利要求1所述的极化雷达系统(10)，其中，所述信号评估单元被配置为基于所述接收的处理信号来估计针对包括所述对象的介电常数的一组预定对象参数的值，并且在检测到针对所述一组对象参数的估计的值与多个预定组对象参数中的与包括所述对象的介电常数的特定的预定组对象参数的匹配时，从多个预定对象类中选择所述特定的预定组对象参数相对应的对象类。
3.如权利要求1或2所述的极化雷达系统(10)，还包括调制单元(40、42)，其用于生成要由所述至少一个雷达发射器单元(12)发射的调频雷达波，并且包括解调单元(44、46)，其用于对接收的雷达波进行解调。
4.如权利要求1或2或3所述的极化雷达系统(10)，其中，所述信号评估单元(56)包括微控制器(58)，所述微控制器具有至少一个处理器单元(60)和至少一个数字数据存储器单元(62)，所述处理器单元(60)具有对所述数字数据存储器单元的数据访问权。
5.如前述权利要求中任一项所述的极化雷达系统(10)，其中，所述至少一个雷达发射器单元(12)包括至少一个可布置在道路(66)处的固定发射天线(18、20)，并且其中，所述至少一个雷达接收单元(22)包括至少一个可布置在所述道路(66)处的固定接收天线(28、30)，其中，所述至少一个固定发射天线(18、20)以及所述至少一个固定接收天线(28、30)被配置用于指向所述道路(66)的车道(72)。
6.如前述权利要求中任一项所述的极化雷达系统(10)，其中，所述信号评估单元(56)被配置为实时地从多个预定对象类中选择对象类。
7.如前述权利要求中任一项所述的极化雷达系统(10)，其中，所述至少一个雷达发射器单元(12)包括形成天线的相控阵列的多个发射天线。
8.一种人行横道区域(68)，其包括如权利要求1至7中任一项所述的极化雷达系统(10)。
9.一种通过使用如权利要求1至7中任一项所述的极化雷达系统(10)来对对象(86-94)进行分类并且估计道路(66)的状况的方法，所述方法包括以下步骤：
-在横向方向(80)上，利用具有至少两个不同极化的雷达波来照射(96)道路(66)的至少主要部分，
-接收(98)由要被分类的对象(86-94)反射的至少两种不同极化的雷达波，
-基于接收的雷达波来估计(102)针对一组预定对象参数的值，
-将针对一组预定对象参数的估计的值与多个预定组对象参数进行比较(110)，
-在检测到针对包括所述对象的介电常数的一组对象参数的估计的值与所述多个预定组对象参数中的特定预定组的匹配时，将与所述特定预定组对象相对应的类分配(112)给所述对象(86-94)，以及
-提供(114)指示分类的对象(86-94)的信息。
10.如权利要求8所述的方法，其中，在横向(80)方向上照射(96)至少道路(66)的主要部分的步骤包括在横向方向(80)上利用调频连续的雷达波来照射至少所述道路(66)的主要部分。
11.如权利要求8或9所述的方法，其中，估计(102)针对一组预定对象参数的值的步骤包括估计所述对象(86-94)相对于所述道路(66)的速度、方向和距离中的至少一个。
12.如权利要求8至10中任一项所述的方法，其中，估计(102)针对一组预定对象参数的值的步骤包括根据雷达功率的共极化比率来估计(108)所述对象(86-94)的介电常数，所述雷达功率的共极化比率是根据对由所述对象(86-94)反射或散射的雷达波的测量而得到的。
13.如权利要求8至11中任一项所述的方法，其中，估计(102)针对一组预定对象参数的值的步骤包括执行对通过利用接收的雷达波形成的矩阵的极化分解，并且根据所述极化分解来识别至少一个对象(86-94)的步骤(106)。
14.一种用于控制如权利要求8至12中任一项所述的方法的自动执行的软件模块(64)，其中，要进行的方法步骤(102至114)被转换为所述软件模块(64)的程序代码，其中，所述程序代码能够在所述极化雷达系统(10)的数字数据存储器单元(62)或单独的控制单元中实现，并且能够由所述极化雷达系统(10)的处理器单元(60)执行或由单独的控制单元执行。
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