CN110857985A - 用于成像雷达的序列目标参数估计 - Google Patents

Abstract

本发明公开了车辆、用于该车辆的雷达系统、以及用于探测物体的方法。雷达系统包括用于发送源信号的发射器以及用于接收源自物体的源信号反射的接收器。处理器获得已经接收到反射的物体的雷达参数，基于雷达参数调整雷达运行参数以提供已经改变的源信号，以及基于已经改变的源信号反射探测物体。

Description

用于成像雷达的序列目标参数估计

技术领域

本发明涉及车载雷达系统，尤其涉及一种能够提升目标探测、分辨率以及探测范围方面性能的操作雷达系统的方法。

自动或半自动驾驶车辆使用该雷达系统导航以及引导与目标或物体有关的车辆。所述雷达系统利用其资源以提供距离、多普勒以及波达方向参数的均匀探测。然而，其资源的均匀利用不允许所述雷达系统在特定范围之上或具有特定分辨率的情况下测量这些参数中的任何参数。因此，提供一种用于提升在已知的目标上的探测范围以及分辨率的方法是可行的。

发明内容

在一个示例性实施例中，公开了一种用于检测物体的方法。所述方法包括获得所述物体的雷达参数，基于所述雷达参数调整所述雷达的运行参数，以及使用已经调整好的运行参数的雷达探测所述物体。

除了一个或多个本发明中所述特征之外，调整所述运行参数进一步包括调整所述雷达的波形设置参数以及所述雷达的处理器的处理参数中的至少一个。调整所述波形设置参数进一步包括调整所述雷达的发射器的波束控制设置、所述雷达的发射器的距离分辨率设置，以及所述雷达的发射器的多普勒分辨率设置中的至少一个。调整所述波形设置参数进一步包括调整所述雷达的接收器的目标设置附近的距离以及所述雷达的接收器的距离聚焦设置中的至少一个。调整所述处理参数进一步包括调整在距离快速傅里叶变换阶段的距离滤波器、在多普勒快速傅里叶变换阶段的多普勒滤波器，以及在聚束阶段的聚束滤波器中的至少一个。调整所述雷达的运行参数进一步包括调整所述运行参数以选择或聚焦在所述物体的位置。所述方法进一步包括基于探测所述物体使用已经调整好的运行参数导航与所述物体有关的车辆。

在另一个示例性实施例中，公开了车辆用雷达系统。所述雷达系统包括配置用于发送源信号的发射器，以及配置用于接收源自物体以及处理器的源信号反射的接收器。所述处理器配置用于获得已经接收到反射的物体的雷达参数，基于所述雷达参数调整雷达运行参数以提供已经改变的源信号，以及基于已经改变的源信号反射探测物体。

除了一个或多个本发明中所述特征之外，所述处理器进一步配置用于通过调整所述雷达的波形设置参数以及所述雷达的处理器的处理参数中的至少一个调整所述运行参数。所述波形设置参数包括所述发射器的波束控制设置，所述发射器的距离分辨率设置，以及所述发射器的多普勒分辨率设置中的至少一个。所述波形设置参数包括所述雷达的接收器的目标设置附近的距离以及所述雷达的接收器的距离聚焦设置中的至少一个。所述处理器进一步配置用于通过调整在距离快速傅里叶变换阶段的距离滤波器，在多普勒快速傅里叶变换阶段的多普勒滤波器，以及在聚束阶段的聚束滤波器中的至少一个调整所述处理参数。所述处理器进一步配置用于调整所述运行参数以选择或聚焦在所述物体的位置。所述处理器进一步配置用于基于探测所述物体使用已经调整好的运行参数导航与所述物体有关的车辆。

此外，另一个示例性实施例中，公开了车辆。所述车辆包括配置用于发送源信号的发射器，以及配置用于接收源自物体以及处理器的源信号反射的接收器。所述处理器配置用于获得已经接收到反射的物体的雷达参数，基于所述雷达参数调整雷达运行参数以提供已经改变的源信号，以及基于已经改变的源信号反射探测物体。

除了一个或多个本发明中所述特征之外，所述处理器进一步配置用于通过调整所述雷达的波形设置参数以及所述雷达的处理器的处理参数中的至少一个调整所述运行参数。所述波形设置参数包括所述发射器的波束控制设置，所述发射器的距离分辨率设置，以及所述发射器的多普勒分辨率设置中的至少一个。所述波形设置参数包括所述雷达的接收器的目标设置附近的距离以及所述雷达的接收器的距离聚焦设置中的至少一个。所述处理器进一步配置用于通过调整在距离快速傅里叶变换阶段的距离滤波器，在多普勒快速傅里叶变换阶段的多普勒滤波器，以及在聚束阶段的聚束滤波器中的至少一个调整所述处理参数。所述处理器进一步配置用于调整所述运行参数以选择或聚焦在所述物体的位置。

本发明的上述特征及优点，以及其它特征及优点从下面的具体实施方式并且结合所述附图将变得显而易见。

附图说明

仅通过示例的方式，其它特征、优点以及细节在下面的具体实施方式以及参照所述附图的具体实施方式中变得显而易见，其中：

图1根据各种实施例示出了具有联合轨迹规划系统的车辆；

图2示意性地描述了用于操作雷达系统的部件；

图3示意性地描述了雷达系统，包括根据本发明的实施例操作雷达系统的部件；以及

图4是根据本发明的一种用于目标参数估计方法的流程图。

具体实施方式

下面的描述本质上仅是示例性的，并不旨在限制本发明、及其应用或用途。必须要知道，在整个所述附图中，相应的参考数字表示相似的或相应的部件以及特征。

根据示例性实施例，图1示出了具有根据各种实施例在轨迹规划系统100中描述的联合轨迹规划系统的车辆10。在通常情况下，所述轨迹规划系统100确定用于所述车辆10的自动驾驶的轨迹计划。所述车辆10通常包括底盘12、车体14、前轮16以及后轮18。所述车体14设置在所述底盘12上，并且基本上封装了所述车辆10的部件。所述车体14以及所述底盘12可以共同构成车架。所述车轮16和18均可旋转地连接至靠近所述车体14的各自拐角的所述底盘12。

在各种实施例中，所述车辆10是自动驾驶车辆，并且所述轨迹规划系统100被装入所述自动驾驶车辆10(以下称所述自动驾驶车辆10)。例如，所述自动驾驶车辆10通过自动控制将乘客从一个位置运送到另一个位置的车辆。所述自动驾驶车辆10在图示说明的实施例中被描述为一种乘用车，但是应当理解为任何其它的车辆包括摩托车、卡车、运动型多用途车、休闲车、船舶、飞机等等也能够适用。在一个示例性实施例中，所述自动驾驶车辆10就是一种所谓的四级或五级自动化系统。四级系统表示“高度自动化”，指的是自动驾驶系统在动态驾驶任务的所有方面所展示的特定驾驶模式性能，即使人类驾驶员没有对干预请求做出适当响应。五级系统表示“完全自动化”，指的是自动驾驶系统在由人类驾驶员管控的所有道路以及环境条件下在动态驾驶任务的所有方面所展示的全时性能。

如图所示，所述自动驾驶车辆10通常包括推进系统20、传动系统22、转向系统24、刹车系统26、传感器系统28、致动器系统30、至少一种数据存储装置32以及至少一个控制器34。在各种实施例中，所述推进系统20可以包括内燃机、诸如牵引电动机的电机、和/或燃料电池推进系统。所述传动系统22配置用于根据可选择的速比从所述推进系统20向所述车辆车轮16和18传送动力。根据各种实施例，所述传动系统22可以包括级比自动变速箱、无级变速箱，或其它适用的变速箱。所述刹车系统26配置用于向所述车辆车轮16和18提供制动扭矩。在各种实施例中，所述刹车系统26可以包括摩擦刹车、线控刹车、诸如电机的再生刹车系统、和/或其它适用的刹车系统。所述转向系统24影响所述车辆车轮16和18的方位。虽然为了说明的目的而描述为包括方向盘，但是考虑在本发明的所述范围内的一些实施例中，所述转向系统24可以不包括方向盘。

所述传感器系统28包括一个或多个传感装置40a-40n，其能够感测所述自动驾驶车辆10的外部环境和/或内部环境的可观测条件。所述传感装置40a-40n能够包括但不限于雷达、激光雷达、全球定位系统、光学摄影机、热成像摄影机、超声传感器、和/或其它传感器。在各种实施例中，所述车辆10包括雷达系统，其包括雷达传感器阵列以及位于沿着车辆10的各个位置处的雷达阵列的雷达传感器。在操作中，雷达传感器发出电磁源脉冲48，其通过在传感器视野中的一个或多个物体50在所述车辆10处被反射回来。所述电磁源脉冲48是线性调频脉冲或“啁啾”脉冲，适用于确定一个或多个物体50的距离、多普勒和波达方向测量。所述雷达系统进一步包括用于所述雷达系统的运行参数的电路系统，能够增加所述雷达覆盖范围的选定范围或区域的分辨率或增加探测的概率以及降低在所述区域内的误报概率(Pd/Pfa)。

所述致动器系统30包括一个或多个致动器装置42a-42n，其控制一个或多个车辆特征，诸如但不限于所述推进系统20、所述传动系统22、所述转向系统24以及所述刹车系统26。在各种实施例中，所述车辆特征能够进一步包括内部和/或外部车辆特征，诸如但不限于车门、后备箱、以及驾驶室特征诸如通风、音乐、照明等(未计数)。

所述控制器34包括至少一个处理器44，以及计算机可读存储装置或介质46。所述处理器44能够是任何定制的或市场上可买到的处理器、中央处理单元、图形处理单元、与所述控制器34有关的若干种处理器中的辅助处理器、基于半导体的微处理器(以微芯片或芯片组的形式)、微处理器、其任意组合，或通常用于执行指令的任何装置。所述计算机可读存储装置或介质46可以包括例如在只读存储器、随机存取存储器以及保活存储器中的易失性以及非易失性存储器。保活存储器是一种持久性或非易失性存储器，其可以用于当所述处理器44断电时存储各种运行变量。所述计算机可读存储装置或介质46可以使用许多已知存储器装置中任何一种实现，诸如可编程序只读存储器、电可编程序只读存储器，电可擦可编程只读存储器、闪速存储器、或能够存储数据的任何其它电、磁、光或组合存储器装置，其中一些表示可执行指令，由所述控制器34用于控制所述自动驾驶车辆10。

所述指令可以包括一个或多个单独的程序，每个程序包括用于实现逻辑功能的可执行指令的有序列表。当由所述处理器44执行时，所述指令接收并且处理来自传感器系统28的信号，执行用于自动控制所述自动驾驶车辆10的部件的逻辑、计算、方法和/或算法，并且向所述致动器系统30产生控制信号，基于所述逻辑、计算、方法和/或算法自动控制所述自动驾驶车辆10的部件。尽管图1中仅示出了一个控制器34，但是所述自动驾驶车辆10的实施例能够包括任何数量的控制器34，其通过任何合适的通信介质或通信介质的组合进行通信，并且配合处理所述传感器信号，执行逻辑、计算、方法和/或算法，并且产生控制信号自动控制所述自动驾驶车辆10的特征。

所述轨迹规划系统100基于物体和/或其在所述车辆的环境内的位置的确定导航所述自动驾驶车辆10。在各种实施例中，所述控制器34操作在所述车辆10不同位置上的多个雷达，以使用多个啁啾信号确定所述物体50的一项参数(例如，范围、仰角以及方位角、多普勒频率)，并且控制所述参数以及分辨率的探测区域的大小。当确定所述物体的各项参数时，所述控制器34能够操作所述一个或多个致动器装置42a-n、推进系统20、传动系统22、转向系统24和/或刹车26，以便导航与所述物体50有关的车辆10。

图2采用示意图的方式描述用于雷达系统200操作的部件。波形发生器202产生基本波形，并且向发射器204提供所述基本波形。所述发射器204包括用于所述基本波形产生电磁源信号的电路系统，并且向发射器天线提供所述源信号，该发射器天线能够将所述源信号传播到所述环境中。在接收器天线处接收所述源信号反射52，并且在接收器206处产生电信号。在模拟数字转换器208处，对已接收的信号进行采样并且将其转换为数字信号。然后将已采样的信号提供给数字处理器209，其能够探测目标同时提取它们的距离、多普勒以及波达方向。所述目标探测在所述距离-多普勒-波束映射图上完成，该图由三个处理块生成。首先，沿着每个啁啾轴执行距离快速傅里叶变换210，以提取所述范围信息以及获得距离-啁啾-接收器天线通道映射图。沿着所述啁啾轴执行所述多普勒快速傅里叶变换212，以提取所述多普勒信息以及获得距离-多普勒-接收器天线通道映射图，并且最后沿着所述接收器天线通道轴执行数字聚束214，以提取所述波达方向信息以及获得所述距离-多普勒-波束映射图。数字波束成形214之后的结果能够提供给探测器216，该探测器能够探测目标并且估算每个目标的距离、多普勒、方位角、仰角(波达方向)以及幅度值。

图2中所述雷达系统200在所述参数范围内均匀分配其资源。关于图4所讨论的各种方法能够适用于所述雷达系统200，以便选择用于更精细观察的参数。这可能意味着选定的范围周围的观察区域、径向速度或波达方向。在各种实施例中，选定的范围、径向速度或波达方向能够基于先前由所述雷达系统获得的参数值确定或选定。

线性调频信号的距离分辨率由所述信号带宽确定。尤其，距离分辨率ΔR由下面公式给出：

ΔR＝c/2BW 公式(1)

其中，c是光速，信号带宽(BW)是啁啾信号的斜率(k)和啁啾信号传输持续时间的乘积，如下面公式(2)所示：

BW＝kτ 公式(2)

所述距离分辨率能够通过提高所述信号斜率(k)提升。通过提高所述信号斜率能够降低所述最大探测范围。然而，所述探测范围能够被固定在目标区域周围。

多普勒分辨率与目标暂留时间成反比，如公式(3)所示：

Δf_c＝1/T_TOT 公式(3)

因此，通过提高所述目标暂留时间能够提高多普勒分辨率。所述目标暂留时间与所述雷达扫描速率有关，如下面公式表示：

FPS＝1/T_TOT 公式(4)

图3示意性的描述了雷达系统300，包括根据实施例用于运行的部件。部件312、314、316、318以及320适用于调整波形设置的部件。部件322、324、326以及328适用于处理器内的数据操作的处理阶段。

外部用户302根据关于图2讨论的处理方式或用于波束生成的匹配发射处理方式选择所述雷达系统300的运行方式操作所述雷达系统300。判定框304基于外部用户302的输入选择所述流程图的路径。如果匹配波形选择304没有选定，那么所述雷达系统300的运行沿着分支306前进，其中所述波形发生器202产生基本波形并且向发射器204提供波形，发射器204产生源于波形的源信号以传播到环境中。如果匹配波形选择304已经选定，那么所述雷达系统300的运行沿着分支308前进，其能够调整波形设置。在各种实施例中，通过响应反射信号能够调整所述波形设置。所述分支308包括用于改变所述波形的各种部件。在框202中提供所述基本波形。所述波束控制器312通过诸如改变所述雷达阵列的天线之间的相位控制源信号的定向方向。所述距离分辨率控制器314通过诸如调整所述啁啾信号的斜率控制所述源信号的距离分辨率。所述多普勒分辨率控制器316通过调整所述源信号的目标暂留时间控制多普勒分辨率。通过所述波束控制器312、距离分辨率控制器314以及多普勒分辨率控制器316进行的调整能够使得探测到的目标具有最佳性能。

由所述波束控制器312、距离分辨率控制器314以及多普勒分辨率控制器316中至少一个进行调整所产生的波形，被提供给发射器204，该发射器204通过发射器天线传播所述源信号至环境中。对于所述距离分辨率进行的改变也被提供给在所述接收器电路系统中的部件318。

在接收器206处经由接收器天线接收反射信号。所述目标部件附近的距离318以选定范围为中心改变所述接收器的探测范围。在各种实施例中，这样能够由于在距离分辨率部件314中斜率变化引起的最大仪器范围减小而被执行。所述模拟数字转换器208进行采样并且将转换反射信号成数字信号。

所述距离聚焦部件320调整已接收的信号的范围导致在源信号的帧期间内目标移动。具有高径向速度的目标在帧期间内在距离筐间移动，从而降低所述目标的信噪比。所述距离聚焦部件320通过使用已知的目标的径向速度校正范围减轻高径向速度运动的影响。

所述处理器随后执行匹配距离变换322、匹配多普勒变换324以及匹配数字聚束326。所述匹配距离离散傅里叶变换322包括附加滤波器，该滤波器能够应用于已探测目标的已测得的范围的附加滤波器。同样，所述匹配多普勒变换324包括附加滤波器，该滤波器以已探测目标的已测得的多普勒频率为中心。所述匹配数字聚束326也包括附加滤波器，该滤波器以已探测目标的已测得的波达方向为中心。然后，所述探测器部件328确定所述物体的距离、多普勒、方位角、仰角以及幅度值。这些附加滤波器降低在快速傅里叶变换过程以及聚束过程中固有的扇贝损失，从而提高所述雷达的探测范围。

图4示出了使用本发明所述方法进行目标参数估计的方法400的流程图。在框402中，产生用于源信号的波形。在框404中调整所述波形的参数。在各种实施例中，调整参数以便聚焦在先前已测得的目标位置。该先前已测得的位置能够由先前通过所述雷达系统获得的距离/多普勒/波达方向的测量值来确定。

在框406中，接收所述源信号反射，具有调整至所述源信号的范围设置的所述接收器的范围区。在框408中，在已接收的反射上执行距离聚焦。在框410中，对反射信号执行匹配处理，以获得在选定的区域上具有已增加的分辨率以及已改善的信噪比的参数。

虽然上述发明已经参照示例性实施例进行说明，但是必须能够让所属领域的技术人员理解，在不脱离其范围的情况下，可以进行各种改变并且可以使用等同物替换其元件。此外，在不脱离本发明的实质范围的情况下，可以进行许多修改以使特定情况或材料适应本发明的教导。因此，本发明不限于所公开的特定实施例，而且将包括在其范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种用于探测物体的方法，包括：

获得所述物体的雷达参数；

基于所述雷达参数调整所述雷达的运行参数；以及

使用已经调整好的所述运行参数的雷达探测所述物体。

2.根据权利要求1所述方法，其中调整所述运行参数进一步包括调整以下中的至少一个：(i)所述雷达的波形设置参数；以及(ii)所述雷达的处理器的处理参数。

3.根据权利要求2所述方法，其中调整所述波形设置参数进一步包括调整以下中的至少一个：(i)所述雷达的发射器的波束控制设置；(ii)所述雷达的所述发射器的距离分辨率设置；以及(iii)所述雷达的所述发射器的多普勒分辨率设置。

4.根据权利要求2所述方法，其中调整所述波形设置参数进一步包括调整以下中的至少一个：(i)所述雷达的接收器的目标设置附近的距离；以及(ii)所述雷达的接收器的距离聚焦设置。

5.根据权利要求2所述方法，其中调整所述处理参数进一步包括调整以下中的至少一个：(i)在距离快速傅里叶变换阶段的距离滤波器；(ii)在多普勒快速傅里叶变换阶段的多普勒滤波器；以及(iii)在聚束阶段的聚束滤波器。

6.一种用于车辆的雷达系统，包括：

用于发送源信号的发射器；

用于接收源自物体的源信号反射的接收器；以及

处理器，配置用于：

获得已经接收到反射的物体的雷达参数；

基于所述雷达参数调整雷达运行参数以提供已经改变的源信号；以及

基于已经改变的源信号反射探测物体。

7.根据权利要求6所述雷达系统，其中所述处理器进一步配置用于通过调整以下中的至少一个来调整所述运行参数：(i)所述雷达的波形设置参数；以及(ii)所述雷达的处理器的处理参数。

8.根据权利要求7所述雷达系统，其中所述波形设置参数包括以下中的至少一个：(i)所述发射器的波束控制设置；(ii)所述发射器的距离分辨率设置；以及(iii)所述发射器的多普勒分辨率设置。

9.根据权利要求7所述雷达系统，其中所述波形设置参数包括以下中的至少一个：(i)所述雷达的接收器的目标设置附近的距离；以及(ii)所述雷达的接收器的距离聚焦设置。

10.根据权利要求7所述雷达系统，其中所述处理器进一步配置用于通过调整以下中的至少一个来调整所述处理参数：(i)在距离快速傅里叶变换阶段的距离滤波器；(ii)在多普勒快速傅里叶变换阶段的多普勒滤波器；以及(iii)在聚束阶段的聚束滤波器。

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