CN110494714B - 确定表面特征 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于确定表面特征的方法。所述方法可以包括从SPR系统向表面发射表面穿透雷达(SPR)信号。所述方法还可以包括在SPR系统处接收响应信号。响应信号可以至少部分地包括与表面相关联的表面区域对SPR信号的反射。所述方法还可以包括测量响应信号的强度和相位中的至少一个。所述方法可以附加地包括至少部分地基于响应信号的强度和相位中的至少一个来确定表面的表面特征。

Description

确定表面特征
相关申请
本申请要求2017年1月27日提交的并且题为“LGPR Capability”的美国临时专利申请号62/451,313以及2017年7月7日提交的并且题为“Localizing Ground-PenetratingRadar”的美国临时专利申请号62/529,740的在先申请日的权益，所述申请通过引用整体并入本文。
本发明中的政府权利
本发明是在美国空军授予的合同号FA8721-05-C-0002的政府支持下完成的。政府拥有本发明的某些权利。
技术领域
本发明总体上涉及用于确定表面特征的方法和系统。该方法和系统可用于控制车辆。
背景技术
车辆的自主导航可能需要感测真实世界的环境或环境(例如，道路)的广泛先验知识。真实世界的环境是可变的，并且详细的先验地图可能无法考虑导航条件的变化，例如道路表面的状况。因此，可能需要有助于确定表面特征的方法和系统，这可以有助于车辆的自主导航。
发明内容
本技术的示例实施例包括确定表面特性的方法。
在一个实施例中，一种用于确定表面特征的方法可以包括从SPR系统朝向表面发射表面穿透雷达(SPR)信号。所述方法还可以包括在所述SPR系统处接收响应信号。所述响应信号可以至少部分地包括与所述表面相关联的表面区域对SPR信号的反射。所述方法还可以包括测量所述响应信号的强度和相位中的至少一个。所述方法可以附加地包括至少部分地基于所述响应信号的强度和相位中的至少一个来确定所述表面的表面特性。
在各种实施方式中，所述方法可以包括将所述响应信号、所述响应信号的测量的强度、所述响应信号的测量的相位和确定的表面特性中的至少一个发射到车辆的一个或多个控制系统。所述方法还可以包括基于所述响应信号、所述响应信号的测量的强度、所述响应信号的测量的相位和确定的表面特征中的至少一个来控制车辆。确定所述表面特征可以基于传递函数和频率响应中的至少一个。所述表面特征可以是雪、冰、水、泥、泥浆、沙子和盐中的至少一个。
在各种实施方式中，确定所述表面特征可以包括使响应信号的测量的强度或相位与信号响应的已知的强度或相位相关，其中信号响应的已知的强度或相位与多个预定义的表面特征相关联。确定所述表面特征还可以包括计算晴朗的表面特征的已知的强度或相位与响应信号的测量的强度或相位之间的差异和计算降水状况下表面特征的已知的强度或相位与响应信号的测量的强度或相位之间的差异中的至少一个。确定所述表面特性可以附加地包括使响应信号的测量的强度或相位与信号响应的已知的强度或相位相关，其中信号响应的已知的强度或相位与多个预定义的表面特征相关联，以及计算晴朗的表面特征的已知的强度或相位与响应信号的测量的强度或相位之间的差异和计算降水状况下表面特征的已知的强度或相位与响应信号的测量的强度或相位之间的差异中的至少一个。
在各种实施方式中，响应信号的测量的强度可以是电压和功率中的至少一个。所述SPR系统可以包括多个SPR天线和位于车辆下方的通道。每个通道可以包括至少一个发射元件和至少一个接收元件。所述SPR系统还可以用于车辆的定位应用。确定所述表面特性可以包括使用所述响应信号和响应信号的测量的强度或相位以及另一传感器的输出中的至少一个。传感器可以与光学传感器、惯性导航系统(INS)、GPS、声音导航和测距(SONAR)系统、LIDAR系统、相机、惯性测量单元(IMU)、车轮滑动传感器/编码器和辅助雷达系统中的一个或多个相关联。
在一个实施例中，一种用于确定表面特征的系统可以包括至少一个SPR通道，SPR通道包括至少一个SPR发射元件和至少一个SPR接收元件。所述系统还可以包括与至少一个SPR接收元件进行通信的SPR处理器。响应于从所述SPR接收元件接收响应信号，所述SPR处理器可以测量在所述SPR接收元件处接收的响应信号的强度和相位中的至少一个。所述响应信号可以至少部分地包括与表面相关联的表面区域对所发射SPR信号的反射。所述SPR处理器可以至少部分地基于响应信号的强度或相位来确定所述表面的表面特性。
在各种实施方式中，所述SPR处理器可以被配置为将所述响应信号、所述响应信号的测量的强度、所述响应信号的测量的相位和确定的表面特征中的至少一个发射到车辆的一个或多个控制系统。
在一个实施例中，一种用于确定表面特征的SPR系统可以包括可定位在车辆下方的SPR天线阵列。所述SPR天线阵列可以形成多个SPR通道。每个SPR通道可以包括SPR天线对，其中所述SPR天线对中的一个SPR天线是SPR发射天线，并且所述SPR天线对中的另一个SPR天线是SPR接收天线。所述系统还可以包括与所述SPR接收天线进行通信的SPR处理器。所述SPR处理器可以被配置为测量在所述SPR接收天线处接收的响应信号的强度或相位。所述响应信号可以至少部分地包括与所述表面相关联的表面区域对所发射的SPR信号的反射。所述SPR处理器还可以被配置为至少部分地基于响应信号的强度或相位来确定所述表面的一个或多个表面特征。
在各种实施方式中，第一SPR通道可以包括可定位在车辆的前驾驶员侧轮胎后面的第一SPR发射天线和可定位成朝向车辆的前乘客侧轮胎的基本上平行于所述第一SPR发射天线的第一SPR接收天线。SPR天线阵列的所述SPR天线对基本上可彼此平行地定位，并且SPR天线阵列可以定位成从车辆的前驾驶员侧轮胎的后面朝向车辆的前乘客侧轮胎进行延伸。所述SPR天线可以沿着车辆的长度从车辆的前驾驶员侧轮胎的后面朝向车辆的后驾驶员侧轮胎进行纵向定位。
附图说明
通过结合附图参考以下描述，可以更好地理解本发明的上述和其它优点，其中在各个图中相似的数字表示相似结构元件和特征。为清楚起见，可能未在每个图中标记每个元件。附图不一定是按比例绘制的，而是将重点放在示出本发明的原理上。
图1是根据本公开的用于确定表面特征的方法的实施例的流程图表示。
图2示出了根据本公开的配备有SPR系统的车辆的侧视图。
图3示出了根据本公开的配备有SPR系统的车辆的前视图。
图4示出了根据本公开的配备有SPR系统的车辆的仰视图。
图5示出了根据本公开的示例SPR系统。
图6示出了根据本公开的描绘道路表面特征的示例图。
图7还示出了根据本公开的描绘道路表面特征的示例图。
图8还示出了根据本公开的描绘道路表面特征的示例图。
图9还示出了根据本公开的描述道路表面特征的示例图。
具体实施方式
在下面描述的各种实施例中对地面和地面表面进行参考。可以理解的是，地面包括土壤、道路表面或铺面，例如沥青和混凝土层、砾石、沙子等，并且地面表面是地面与空气、阵列、流体、雪、雨、泥浆、泥或自由空间的界面。在一些情况下，表面还可以包括围绕隧道、矿井、桥、升高平台和/或车辆可行进通过的其它通道的表面。本文使用的术语表面区域包括表面上的条件或物质的层的深度。例如，表面区域还可以包括道路上的雪层或地面上的泥层内部的内容和/或地面本身的一部分。
更一般地，本文对表面穿透雷达(SPR)和探地雷达(GPR)进行参考。如本文所使用的，SPR意味着被配置为从表面下区域获取数据的任何雷达系统。SPR可以被配置和定向为获得针对沿着隧道或通道的墙壁表面、天花板、地板或一个或多个表面的后面的表面下区域的数据。在某些情况下，SPR还可以获得表面的数据。将会认识到的是，GPR系统是这样一种类型的SPR系统，其被配置为从地面表面下方的区域获取数据，并且还可以获取地面表面的数据。如本文所使用的，表面下区域是指表面后面的区域，例如地面表面后面的地下区域。可替选地，表面下区域可以是结构表面后面的区域，例如墙壁或天花板结构内部和/或后面的区域。
简而言之，本公开涉及用于确定表面特征的方法和系统。所述方法可以包括从SPR系统朝向车辆下方的表面发射表面穿透雷达(SPR)信号。所述方法还可以包括在SPR系统处接收响应信号。响应信号可以至少部分地包括与表面相关联的表面区域对SPR信号的反射。所述方法还可以包括测量响应信号的强度或相位。所述方法可以附加地包括至少部分地基于响应信号的强度或相位确定表面的表面特征。在一个实施方式中，SPR系统还可以用于车辆的定位应用中。
例如，在题为“Method and System for Localization of a Vehicle UsingSurface Penetrating Radar”的序列号为15/830,398的美国专利申请中以及在题为“Vehicle Localization Using Surface Penetrating Radar”的美国专利号8,949,024中描述了用于使用SPR或GPR对车辆进行定位的方法和系统，其公开内容通过引用整体并入本文。此外，例如，在题为“Mobile Coherent Change Detection Ground PenetratingRadar”的美国专利号8,786,485中描述用于检测和定位地下区域中的变化的方法和系统，其公开内容通过引用整体并入本文。虽然在促进自主地面车辆导航的上下文中讨论本文描述的方法和系统，但方法和系统可以用于其它类型的导航。对自主车辆导航的促进不限于汽车和在陆地上行进的其它形式的表面车辆。替代地，本公开中描述的用于促进自主车辆导航的技术和特征可以被应用于在水上、水下、地下、室内或通过飞行(以及，例如，外行星探索)进行的导航。
参见图1，示出了根据本公开的用于确定表面特征的方法100的流程图。还参见图2，示出了根据本公开的配备有SPR系统202的车辆200的侧视图。应当注意的是，虽然本公开中描述的SPR系统202和其它SPR系统可以被设计用于执行地面穿透雷达操作和所收集的用于表面下成像的数据，但还可以由SPR系统收集表面信息或数据，即，表面下区域与空气或本地环境的界面的数据。由SPR系统接收的最强返回信号通常可以基于由表面所引起的反射。
尽管被描绘为汽车，但车辆200可以是任何移动平台或结构，通过非限制性的示例，包括，用于运输乘客或有效载荷(例如设备、传感器和其它物体)的平台。车辆200可以具有改变方向(即，转向)、加速和减速的能力。尽管图示中的车辆200因其可控制的自由度小于总自由度而通常被理解为非完整的，但也预期完整的车辆，例如具有全向车轮的车辆。在其它实施例中，车辆200可能够改变其高度(或与地面表面的距离)、倾角、偏航和滚转中的一个或多个。车辆200可以包括基于SPR的导航系统并且可以按照自主模式进行操作。换句话说，车辆200的乘客操作可能受限或不存在，并且车辆200没有接收到用于导航的远程命令。通过示例的方式，受限的操作可以包括乘客对速度的控制，而其它操作保持在自主控制下。
在一个实施例中，方法100可以包括从SPR系统202朝向车辆200下方的表面(例如，表面206)发射102地面穿透雷达(SPR)信号(例如，信号204)。SPR系统202可以包括被固定到车辆202的下侧的天线阵列。SPR天线阵列可以包括用于发射和接收雷达信号的空间不变的发射天线元件和接收天线元件的线性配置。可以由SPR天线阵列的发射天线元件中的一个发射信号204。在其它实施例中，SPR天线阵列可以位于车辆202上的其它位置(例如，被固定到车辆的前部)，并且发射天线元件和接收天线元件可以不是线性布置的。SPR天线阵列可以名义上或基本上平行于地面206，并且可以平行于或垂直于行进方向进行延伸。SPR信号(例如，信号204)可以从发射天线元件向下传播到车辆202下方的路面206和/或通过车辆202下方的路面206进行传播。SPR信号可以从表面206向上反向散射，并且可以由接收天线元件检测。
在各种实施方式中，SPR信号可以包括可基于对水或其它表面特征的灵敏度来选择的频率或频率范围。可以分析频率响应以确定SPR信号的合适频率。例如，频率选择可以基于每个频率的响应，这是因为响应涉及各种表面特征(例如，雪、冰、水、泥、泥浆、沙子和/或盐)的反射。可以选择频率，使得在数据中强调或不强调特定深度范围或特征类型、稳定性、杂波等级和特征尺寸。因此，频率选择可以允许强调表面特征(例如雪、冰、水、泥、雪泥、沙子和/或盐)。例如，频率越高，水或雪的衰减和/或反射越多，并且可能发生对表面更少的渗透。更高的频率也可能导致略微不同的相移。
现在参见图5，示出了根据本公开的示例SPR系统。SPR系统500可以是移动SPR系统，并且可以包括SPR天线阵列502。例如，SPR天线阵列502可以被固定到车辆的下侧。SPR天线阵列502可以包括一个或多个用于发射和接收雷达信号的发射天线元件和接收天线元件。此外，SPR天线阵列502可以与SPR处理器504进行通信，其中SPR处理器504可以控制SPR天线阵列502。雷达收发器可以发射和接收信号。处理器可以是通用处理器、GPU或类似的处理器。例如，SPR处理器504可以控制SPR天线阵列502或其中的一个或多个发射天线元件和接收天线元件的发射操作。SPR处理器504可以从SPR天线阵列502或其中的一个或多个天线元件接收返回的雷达信号。图2的SPR系统202可以与SPR系统500的实施方式相同或相似。
在这个实施方式中，SPR系统500还可以包括用于执行车辆的定位操作的一个或多个组件。例如，SPR系统500可以包括配准模块、转换模块、用户界面和/或参考图像源，如在上面提到的序列号为15/830,398的美国专利申请中更为详细地讨论的。按照这种方式，SPR系统还可以用于车辆(例如，车辆200)的定位应用中。除了其它应用或操作之外，SPR系统还可以用于牵引力控制、自动驾驶仪和人类操作员警告。
返回参见图1，方法100还可以包括在SPR系统202处接收响应信号104。响应信号可以至少部分地包括与车辆200下方的表面206相关联的表面区域对SPR信号(例如，信号204)的反射。响应信号可以由SPR系统202的SPR天线阵列的接收天线元件中的一个接收。发射天线和接收天线可以是相同类型的元件、不同类型的元件、或者位于不同位置。不同类型的天线和位置可能会影响结果数据，并且应当考虑与地图的兼容性。
参见图3和图4，示出了车辆200的前视图和仰视图。SPR系统202可以包括SPR天线阵列208。SPR天线阵列208可以包括天线元件a-l。虽然SPR天线阵列208可以包括十二个天线元件a至l，但是仅为了说明目的来示出这种配置，并且SPR天线阵列208可以包括其它数量的天线元件或其它配置。天线元件a到l可以形成十一个通道(例如，通道1-11)。每个通道可以包括发射元件和接收元件，或发射和接收对。例如，可以有十二个元件跨SPR天线阵列208，该SPR天线阵列208被定位为跨车辆从驾驶员侧到乘客侧。在一个实施方式中，发射和接收元件或天线可以是并置的或者可以是相同元件。
在一个实施方式中，通道1可以与车辆200的驾驶员侧的前轮胎210对齐或在其附近。通道11可以与车辆200的乘客侧的前轮胎212对齐或在其附近。一组天线(例如，天线a和b)可以是大约2英尺长。每个天线可以定向在车辆200的前轮胎和后轮胎之间。通道的一个天线(例如，天线a)可以发射并且一个天线(例如，天线b)可以接收。天线可以是条形的并且可以按照五英寸彼此间隔开。例如，天线a可以接近前驾驶员侧轮胎210并且天线b可以更靠近前乘客侧轮胎212五英寸。附加的天线c-l可以朝向乘客侧以五英寸的间隔进行定位，直到最后的天线(l)靠近乘客侧前轮胎212为止。按照这种方式，本文描述的SPR系统可以包括多个SPR天线和位于车辆下方的通道，并且每个通道可以包括至少一个发射元件和至少一个接收元件。
参见图1，方法100还可以包括测量响应信号的强度或相位106。可以由SPR处理器(例如，SPR处理器504)和/或SPR系统中包括的一个或多个其他仪器(例如，电压表或安培表)来测量响应信号的强度或相位。SPR处理器可以从一个或多个SPR天线元件接收响应信号。响应信号的测量的强度或相位可以是电压和功率或电流中的至少一个。当在天线处接收到信号时，可以对信号进行调整、滤波和/或采样，以便保留强度和相位信息。
方法100可以附加地包括至少部分地基于响应信号的强度或相位确定车辆(例如，车辆200)下方的表面(例如，表面206)的表面特征108。表面特征可以是雪、冰、水、泥、泥浆、沙子、砾石、泥土、岩石、碎片和盐等中的一个或多个。
在一个实施方式中，确定表面特性可以基于传递函数或频率响应(114)。可以通过记录多于一个频率的响应的幅度(强度)和相位来创建传递函数。该响应可以与表面区域响应相隔离，并与已知的先验通过(干净的或相反)或特定材料类型的响应进行比较。已经示出土壤中水含量的增加会改变表面下响应的峰值频率。
确定表面特性可以包括使响应信号的测量的强度或相位与信号响应的已知的强度或相位相关116，其中信号响应与多个预定义的表面特征(例如，雪、冰、水、泥、泥浆、沙子和盐)相关联。例如，与雪相关联的信号响应的一系列已知强度可以与同信号204相关联的响应信号的测量的强度或相位相关，以确定在给定时间处雪是表面206的表面特征。在一个实施方式中，当已经知道例如雪或冰的响应信号特征或范围并且当前响应信号与先验信息相关以确定表面特征时，可以使用相关操作116。按照这种方式，可以实时地或接近实时地确定表面特征，这可以有益于车辆的主动驾驶控制或实时控制。
确定表面特征可以替代地或附加地包括计算晴朗的表面特征(例如，道路上没有降水或流体)的已知的强度或相位和响应信号的测量的强度或相位之间的差异118。晴朗的表面特征的已知的强度可以是基线数或范围。通过隔离对道路表面处和道路表面周围区域的响应，可以设置给定的已知的(或测量的)道路表面反射的阈值以指示反射高于预期并且可以转化为表面状况变化(例如，例如雪)。应当注意的是，也可以执行相反的操作，其中可以使用潮湿天的数据集(例如与干燥、潮湿、雪等)进行比较。例如，来自降水状况的表面特征(例如，潮湿、结冰或雪天)的数据可用作基线以进行计算和相关，从而确定干燥或潮湿的表面特征或状况。因此，确定表面特征可以替代地或附加地包括计算118降水状况下表面特征的已知的强度或相位与响应信号的测量的强度或相位之间的差异。在各种实施方式中，确定表面特征可以包括上面描述的相关116和计算118操作，这可以允许更准确地确定状况的表面特征。
在一个实施方式中，可以使用一系列扫描来获得用于确定表面特征的更准确的数据。扫描可以是SPR天线阵列上的一组响应。由于各种环境因素，SPR系统可能有时更敏感或更不敏感，并且可能需要多次扫描以准确地确定那些情况下的表面特征或状况。在一个实施方式中，可以以1/126秒执行一次扫描。扫描8到10秒可以提供足够大的响应以确定表面特征或状况。
在各种实施方式中，确定表面特征可以包括使用(120)响应信号自身、响应信号的测量的强度或相位和/或另一传感器的输出中的一个或多个。另一传感器可以提供可被用于确定表面特征的信息或数据，并且另一传感器可以包括与惯性导航系统(INS)、GPS、声音导航和测距(SONAR)系统、LIDAR系统、相机、惯性测量单元(IMU)、车轮滑动传感器/编码器和辅助雷达系统相关联的光学传感器或一个或多个其它传感器。由于来自这些其它传感器的数据是互补的，当结果与SPR系统的结果进行融合时，数据可以用于更为精确和鲁棒地识别特定的表面状况。
现在参见图6，示出了描绘使用本文描述的技术和特征确定的道路表面特征和状况的示例图。顶部图和底部图示出了两种不同情况下的道路表面状况。图602示出了没有雪的干燥表面或路面。在图602中从上到下，示出了来自SPR天线阵列中的通道1-11(即，在左侧以2、4、6、8、10的间隔所标记的)的响应。跨车辆从左到右获得并显示信号强度的测量结果。下轴(即，被标记为2000-16000点)表示时间，其被转换为车辆行进的距离。图602描绘了来自道路(即表面)顶层的响应的强度。信号强度测量结果可以转换为实际测量的电压。图602的亮度和暗度描绘了来自道路表面的顶部的反射强度有多高。所示出的测量结果表示从道路顶部出来的信号响应的强度(例如，电压或功率)。图示出了配备有SPR天线阵列的车辆沿着一定距离的道路行进一段时间时，所反射的信号强度看起来如何。
可以每秒记录126次表面信号反射数据。每个点可以表示所有11个通道上的一次扫描或一组测量结果。因此，示出了所示的大约16000个点。如果除以126，则可以计算出每个图的粗略的时间段。在一些情况下，来自SPR天线阵列的数据收集可能是有限的。例如，如果没有来自车辆的足够运动，则可能不会记录数据，并且样本可能是比l/126th秒更长的时间段。例如，如果车辆静止不动，则可能不会记录数据。
在图602和604的右侧，示出了0、2、4和6×105的刻度。这是与功率成比例的强度的度量。通过将刻度中的颜色与例如图602中的颜色相匹配，可以看出响应信号的强度，如果低，则为1×105的量级。这是因为图602表示来自晴朗的道路表面状况的数据。对于表示来自被雪覆盖的道路表面状况的数据的图604，可以看出响应信号的强度相对较高，接近6×105，其中一些测量结果在图的部分中接近2×105和4×105。可以看出的是，在图602中，在12000时间点范围内，在道路表面上检测到反射异常。这可能是一个具有水或金属道路结构的区域。
按照这种方式，可以测量表面特征数据并将表面特征数据传递给车辆控制系统以用于自动的车辆控制。用于识别雨、雪等的各种阈值可用于作用于所提供的表面状况数据。在一些情况下，车辆控制系统可以接收原始的SPR天线数据。用于确定表面特征的这种基础数据可以与用于定位应用的数据相同或相似。
图7示出了数据穿透地面时数据的侧横截面。深度轴的顶部可以是道路的表面。潮湿表面被示出在顶部图上，而干燥表面被示出在底部图上。通过颜色或暗度的变化来示出响应强度的增加。
图8示出了11个通道上的阵列的深度与宽度和数据的前横截面。在顶部图的顶部示出雪和潮湿表面反射。底部图上示出了晴朗的状况。
图9示出了具有(顶部)和没有(底部)雪和降水的道路表面。
在一个实施方式中，方法100还可以包括将响应信号、响应信号的测量的强度或相位以及确定的表面特征(例如，雪、冰、水、泥、泥浆、沙子和盐)中的一个或多个发射110到车辆(例如，车辆200)的一个或多个控制系统(例如，车辆控制系统506)。可以通过有线连接或无线地将响应信号、响应信号的测量的强度或相位和/或确定的表面特征发射到车辆控制系统，这是因为车辆控制系统可以与SPR处理器(例如，SPR处理器504)进行通信。方法100还可以包括基于响应信号、响应信号的测量的强度或相位以及确定的表面特征中的一个或多个来控制车辆(例如，车辆200)112。可以通过诸如车辆控制系统506或与车辆200集成的一个或多个其它控制系统或算法来执行对车辆的控制。
应当注意的是，除了其它系统或变型之外，车辆控制系统可以是自主车辆控制器或正在被警告状况的人或牵引力控制系统。自主车辆控制器或人可以更仔细地驾驶(例如，采取更宽或更慢的转弯等)，以便在诸如接收到状况警告时不会在湿滑的状况下失去牵引力。
控制车辆可以包括控制车辆的速度、加速度、方向、角速度和/或角加速度，并且可以通过一个或多个车辆导航命令连续地控制车辆以将车辆保持在沿行程路径中的期望位置，或者部分地基于使用本公开中描述的技术和特征所确定的表面特征或表面状况，保持车辆或车辆中的任何乘客的安全。控制车辆还可以包括向牵引力控制系统提供信息或辅助牵引力控制系统。控制车辆还可以包括单独的车轮扭矩或牵引力控制，并且可以警告人类驾驶员并且作为结果(例如，改变转弯率等)。在一些实施方式中，车辆的位置数据可以与由SPR系统和/或一个或多个其它传感器或导航系统所提供的表面特征数据一起使用，以引导或控制车辆。通过示例的方式，这种传感器和导航系统可以包括惯性导航系统(INS)、GPS、声音导航和测距(SONAR)系统、LIDAR系统、相机、惯性测量单元(IMU)和辅助雷达系统。
在一个实施方式中，由自主车辆导航系统生成的命令可以使用本文描述的表面特征或状况数据来影响车辆路径改变，以减小或最小化车辆轨道和行程路径之间的差异。例如，可以沿着行程路径的分段来修改车辆的速度以保持安全操作，从而适应速度限制(例如，其可能受到表面状况的影响)并且对于通过行程路径，实现期望的完成时间。
在一个实施方式中，可以基于本文描述的表面特征或状况数据，按照保持车辆或车辆乘客的安全的方式来控制转向、定向、速度、姿势和加速/减速。例如，车辆控制系统可以包括车辆中的电气、机械和气动设备，或与车辆中的电气、机械和气动设备进行协作，以实现转向和速度控制。在具有各种类型的推进和控制机构的其它实施例中，车辆控制系统还可以包括一个或多个液压、涡轮、螺旋桨、控制表面、形状变化和化学系统或装置，或与一个或多个液压、涡轮、螺旋桨、控制表面、形状变化和化学系统或装置进行协作。
按照这种方式，使用本公开中描述的技术和特征，可以实现针对各种表面状况(例如，雪、冰、水、泥、泥浆、沙子和盐)所调整的实时或接近实时的控制。可以针对(例如通过使用本文描述的用于确定表面特征的方法和系统来辅助的)自主车辆导航或控制系统或手动驾驶系统实现实时或接近实时的控制以使车辆和/或在不利的电路表面状况下车辆的乘客的安全性最大化。
在一个实施方式中，用于确定本文描述的表面特征的方法和系统还可以用于从多个车辆收集表面信息，并使用这个先验信息来控制朝向相同表面移动的后续车辆。可以通过车辆到车辆通信、车辆到结构通信或者潜在地将表面状况信息发送到中心表面状况或自主车辆控制网络并且返回到期望进行控制的车辆来实现这个特征。
在一个实施方式中，对于定位应用，可以使用基于表面的雷达信号响应来确定已经发生重建的地图版本之间的差异。例如，当道路被重新铺设或重铺路面时，可以移除先前的表面并且可以施加新的沥青。旧沥青和新沥青可能存在差异，例如密度和雷达信号反射可能不同。基于表面的雷达信号响应还可以与(例如来自光学传感器的)其它传感器数据进行组合以获得更鲁棒的数据集。由于其它传感器可以测量表面状况的不同特征，因此组合来自各种传感器的数据可以允许确定表面特征的更准确和更鲁棒的方法。
虽然已经参考具体实施例示出和描述了本发明，但是所属领域的技术人员应该理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。

Claims (13)

1.一种用于控制车辆的导航的方法，所述方法包括：
从车辆上的SPR系统朝向表面发射表面穿透雷达(SPR)信号；
在所述SPR系统处接收响应信号，所述响应信号包括与所述表面相关联的表面区域对SPR信号的反射以及表面下区域对SPR信号的反射；
测量所述响应信号的强度和相位中的至少一个；
至少部分地基于所述响应信号的强度和相位中的至少一个，确定所述表面的表面特征和所述车辆的定位数据；以及
基于确定的表面特征和确定的定位数据控制所述车辆的导航，
其中所述表面特征是雪、冰、水、泥、泥浆、沙子、砾石、泥土、岩石、碎片和盐中的至少一个。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
将所述响应信号、所述响应信号的测量的强度、所述响应信号的测量的相位，确定的表面特征和确定的定位数据中的至少一个发射到车辆的一个或多个控制系统。
3.根据权利要求1所述的方法，其中基于传递函数和频率响应中的至少一个，确定所述表面特征。
4.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述表面特征包括：
使所述响应信号的测量的强度或相位与信号响应的已知的强度或相位相关，所述信号响应的已知的强度或相位与多个预定义的表面特征相关联。
5.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述表面特征包括：
计算以下中的至少一个：
晴朗的表面特征的已知的强度或相位与所述响应信号的测量的强度或相位之间的差异；以及
降水状况下表面特征的已知的强度或相位与所述响应信号的测量的强度之间的差异。
6.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述表面特征包括：
使所述响应信号的测量的强度或相位与信号响应的已知的强度或相位相关，其中信号响应的已知的强度或相位与多个预定义的表面特征相关联；以及
计算以下内容中的至少一个：
晴朗的表面特征的已知的强度或相位与所述响应信号的测量的强度之间的差异；以及
降水状况下表面特征的已知的强度或相位与所述响应信号的测量的强度之间的差异。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述响应信号的测量的强度是电压和功率中的至少一个。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述SPR系统包括多个SPR天线和位于车辆下方的通道，每个通道包括至少一个发射元件和至少一个接收元件。
9.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述表面特征包括：使用所述响应信号、所述响应信号的测量的强度或相位以及另一传感器的输出中的至少一个；并且，其中所述传感器与光学传感器、惯性导航系统(INS)、GPS、声音导航和测距(SONAR)系统、LIDAR系统、相机、惯性测量单元(EVIU)、车轮滑动传感器/编码器和辅助雷达系统中的一个或多个相关联。
10.一种用于控制车辆的导航的系统，所述系统包括：
至少一个SPR通道，其包括至少一个SPR发射元件和至少一个SPR接收元件；
与所述至少一个SPR接收元件进行通信的SPR处理器，其中响应于从所述SPR接收元件接收响应信号，所述SPR处理器：
测量在所述SPR接收元件处接收的响应信号的强度和相位中的至少一个，所述响应信号包括与表面相关联的表面区域对所发射的SPR信号的反射以及表面下区域对发送的SPR信号的反射；以及
至少部分地基于所述响应信号的强度或相位确定所述表面的表面特征和所述车辆的定位数据；以及
车辆控制系统，其与所述SPR处理器通信，其中所述车辆控制系统基于确定的表面特征和确定的定位数据控制所述车辆的导航，
其中所述表面特征是雪、冰、水、泥、泥浆、沙子、砾石、泥土、岩石、碎片和盐中的至少一个。
11.根据权利要求10所述的系统，其中所述SPR处理器被配置为：
将所述响应信号、所述响应信号的测量的强度、所述响应信号的测量的相位，确定的表面特征和确定的定位数据中的至少一个发射到车辆的一个或多个控制系统。
12.根据权利要求10所述的系统，其中，所述至少一个SPR通道是从能够定位在车辆下方的SPR天线阵列形成的多个SPR通道，每个SPR通道包括SPR天线对，其中所述SPR天线对中的一个SPR天线是SPR发射天线，并且所述SPR天线对中的另一个SPR天线是SPR接收天线。
13.根据权利要求12所述的系统，其中任何一种：
第一SPR通道包括能够定位在车辆的前驾驶员侧轮胎后面的第一SPR发射天线和能够定位成朝向车辆的前排乘客侧轮胎的基本上平行于所述第一SPR发射天线的第一SPR接收天线；
所述SPR天线阵列的SPR天线对能够定位成基本上彼此平行，并且所述SPR天线阵列能够定位成从车辆的前驾驶员侧轮胎的后面朝向车辆的前乘客侧轮胎进行延伸；
所述SPR天线能够定位成纵向地沿着车辆的长度从车辆的前驾驶员侧轮胎的后面朝向车辆的后驾驶员侧轮胎。
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