CN110888115B - 对雷达跟踪的潜在静止对象进行分类 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及的追踪探测对象(22)的说明性示例方法包含：确定追踪对象(22)位于主车辆(24)附近，确定该追踪对象(22)的估计速度、并且当该估计速度低于预先选择的对象阈值且主车辆的速度低于预先选择的主阈值时，将该追踪对象分类为相对于静止不动的地面冻结。

Description

对雷达跟踪的潜在静止对象进行分类
背景技术
现代车辆包括各种提供有关车辆周围环境或附近情况的信息的传感器和探测器。例如，雷达追踪装置可提供关于车辆附近或路径中的对象的信息。此类信息对于驾驶辅助功能是有用的。在某些情况下，可基于此类信息实现自动或半自动车辆操作。例如，已知的自适应巡航控制和泊车辅助功能，其基于这种传感器输入自动地控制车辆的速度或运动。正在自动驾驶的自主或自动化的车辆可利用此类信息。
虽然已证明雷达和其他传感器装置是有用的，但是从其得到的信息的类型或准确性存在限制。例如，传感器在低速时有局限性，尤其是当传感器和被追踪对象之间几乎没有相对运动时。当对象和主车辆以低速移动或静止时，雷达设备的探测可能是不明朗的。随着时间的推移，对这样对象的雷达探测可随机变化，产生对象的伪运动。
发明内容
追踪探测到的对象的说明性示例方法包含确定追踪对象位于主车辆附近，确定追踪对象的估计速度，并且当估计速度低于预先选择的对象阈值且主车辆速度低于预先选择的主阈值时，将追踪对象分类为相对于静止不动的地面冻结。
用于追踪探测到的对象的说明性示例系统包括配置为探测对象的追踪装置和处理器。该处理器被配置为确定追踪对象位于主车辆附近，确定追踪对象的估计速度，并且当估计速度低于预先选择的对象阈值且主车辆速度低于预先选择的主阈值时，将追踪对象分类为相对于静止不动的地面冻结。
利用以下的具体实施方式说明，至少一个公开的示例实施例的各种特征和优势对于本领域技术人员将是显而易见的。以下可简要描述配合具体实施方式的附图。
附图说明
图1图解地阐明根据本发明的实施例用于追踪探测到的对象的系统的示例用法；
图2示意地阐明根据本发明的实施例用于追踪对象的系统的示例实施例的所选部分；
图3是总结分类静止或缓慢移动的对象的示例方法的流程图。
具体实施方式
图1图解地阐明用于追踪对象22的系统20。在这个示例中，系统20包含位于主车辆24上的追踪装置40。在一个实施例中，主车辆24是自动或半自动车辆。系统20确定关于对象22的信息，并且随着时间的推移，持续更新关于对象22的信息。当满足特定条件时，系统20可“冻结”、或停止更新关于对象22的某些信息，以便保持关于对象22的准确信息。
如在26处示意地示出的，系统20使用已知的雷达信号来探测对象22的若干特征。在一个示例中，系统20包括四个短程雷达探测器和前视雷达探测器。系统20基于其收到的探测结果和任何已知信息例如系统20的速度和位置，确定对象22的特征。
使用带有质心30的边界框28表示对象22。二维追踪允许对象22由矩形边界框28表示。存在一些公知的追踪技术，用于确定与对象22边缘对应的边界框28和用于定位该边界框28内的质心30。由长度L和宽度W参数化边界框28。尺寸l1、l2、w1、和w2指示质心30相对于对象22的主体的边缘的位置。边界框28的长度L与l1和l2的和相等，并且边界框28的宽度W与w1和w2的和相等。
主车辆24拥有自己的主车辆坐标系32，相对于主车辆24具有横向方向34和纵向方向36。车辆坐标系32被定位于代表静止不动的地面的世界坐标系中。系统20的每一次探测结果都在参照系中。系统20的雷达探测器中的每一个具有相对于车辆坐标系32已知的安装位置和视轴角(boresight angle)。通常地，由系统20生成的每一次探测结果可由距离(R)、距离变化率和方位角(θ)来表征。主车辆24的速度，其在世界坐标系中的定向、以及雷达参照系中的参数被用来计算每一次探测的补偿距离变化率/>该补偿距离变化率/>是对象22的对地速度的径向分量。
图2示意性地阐明系统20的选定部分。追踪装置40包括发射器42和探测器44。发射器42沿向外方向发射辐射，并且当这种辐射从对象(例如对象22)上反射出来时，由探测器44接收并探测所反射的辐射。在一些示例实施例中，发射器42和探测器44根据已知的雷达原理和技术操作。其他实施例包括可用于激光雷达或超声波探测技术的发射器和探测器配置。
追踪装置40包括滤波器46，该滤波器46被配置为用于估计追踪对象22的动态参量(dynamic quantities)。在一些示例实施例中，滤波器46根据已知的卡尔曼滤波器原理操作。例如，卡尔曼滤波器可估计对象22的位置、航向角、速度、曲率、加速度、和横摆率(yawrate)。这些量被称为对象的状态变量。在一些实施例中，滤波器46也估计对象22的长度和宽度。
系统20包括处理器50，其可以是专用的微型处理器或是车辆24上支持的另一计算装置的一部分。存储器52与处理器50相关联。在一些示例实施例中，存储器52包括计算机可执行的指令，这些指令使处理器50运行以便追踪移动对象并且确定对象的指向角或主体定向角(body orientation angle)。在一些示例实施例中，存储器52至少暂时包含关于追踪对象的各种特征或特性的信息以便于处理器50就这样的对象的指向角做出期望的判定。
如图1中所示，追踪滤波器46可提供对象22的速度矢量38的指示。速度矢量38用笛卡尔坐标系表示，比如车辆坐标系32。在另外一个实施例中，速度矢量38可以世界坐标系表示。在某些情况下，世界坐标系和车辆坐标系32是相同的，而在其他情况下，这些坐标系之间存在已知的关系。在所示的示例中，速度矢量38的纵向和横向分量u，v是相对于车辆坐标系32。
追踪装置40周期性地更新和存储关于对象22的信息。在一个实施例中，追踪滤波器40以每秒若干次的频率更新对象的状态变量。在另一个实施例中，追踪装置40以每秒超过100次的频率更新对象的状态变量。追踪装置40按照特定时间间隔预测测量结果，然后从探测器44接收数据并将所预测的值与所测量的值进行对比。滤波器46基于预测值和测量值之间的差异生成修正量，并且基于该修正量来修正状态变量。
在每一个时间间隔内，滤波器46预测对象的状态变量，然后接收对象状态变量的测量。滤波器46将预测的状态变量和测量到的状态变量进行比较并确定状态变量的修正量。在一些实施例中，长宽滤波器在每一个时步估计对象22更新的长度和宽度。
对于静止的对象，雷达传感器生成很少有用的雷达探测，因此状态变量的估计值可能有较大误差，尤其是在对象22和主车辆24都是静止的情况下。许多雷达散射可以落在同一距离-多普勒单元(bin)内，并且通常用于确定角度的算法只能解决同一距离-多普勒单元内的几个角度。随着时间的推移，针对对象22的探测位置可能随机变化，这可导致追踪系统20不正确地探测对象22的动作。
图3概述一个示例方法以帮助防止系统20探测到对象22的假动作。在步骤60探测到对象22后，在步骤62处理器50确定对象22位于主车辆24附近。在一个示例中，位于主车辆24附近意味着对象在主车辆24所在的道路的宽度范围内。例如，在美国，标准的道路车道是3.7米，因此两个车道的宽度约为7米。在一个示例中，如果对象22在主车辆24的约10米内，处理器50确定该对象在主车辆的附近。在其他的示例中，位于主车辆24附近可意味着约小于10米或约大于10米。处理器50可通过创建围绕主车辆24的矩形区域并确定对象22的质心30是否位于矩形区域内来确定对象22是否位于主车辆24的附近。
在步骤64，处理器50和滤波器46基于探测器44的探测结果估计对象的状态变量。在一些实施例中，在步骤62和步骤64的判定和估计可以相反的顺序或同时进行。
然后在步骤66，处理器50确定主车辆24的速度是否低于预先选择的主阈值且对象22的速度是否低于预先选择的对象阈值。在一个示例中，预先选择的主阈值选择为对应于在交通指示灯处主车辆24停车或保持静止。在一个示例中，预先选择的对象阈值被选择为指示在交通指示灯处追踪对象22停车或保持静止。如果没有满足这些条件，在步骤64，处理器50继续更新对象的状态变量。一旦处理器50确定已满足步骤66处的条件，处理器50在步骤68将对象22分类为“静止”，并且相对于主车辆24或静止不动的地面“冻结”对象22的位置。在本公开中，术语“冻结”(frozen)或“冻结的”(freezing)对应于对象22静止不动。在一个示例性实施例中，术语“冻结”包含将冻结标志设置为‘真’，并且当对象未被冻结时，将冻结标志设置为‘假’。对象位置的这种冻结可防止系统20探测到由于主车辆24和对象22都静止时的散射探测而引起的假动作。
当追踪对象22被分类为“冻结”时，处理器50存储对象的状态变量中的一部分，与此同时滤波器46继续周期性地更新其他状态变量，比如对象的速度、曲率、和横摆率。在一个实施例中，当对象为“冻结”时，将对象的位置和定向存储且不更新。在一些实施例中，当冻结标志被设置为‘真’时，将不更新长度l1、l2、和宽度w1、和w2。
一旦主车辆24的速度超过预先选择的主阈值或对象22的速度超过预先选择的对象阈值，对象22的位置将解冻，或者冻结标志将被切换到‘假’。当对象22的位置被解冻时，系统20恢复周期性地更新对象的所有状态变量，包括在步骤64处的对象22的位置和定向。
在一些示例中，这个方案仅用于具有和主车辆24平行的速度分量(图1中u处所示)的对象22，或者在纵向36上具有大的分量u的对象22。相对于主车辆24在纵向36上没有足够动作的对象22是很难让系统20确定何时将冻结标志切换为‘假’。
为了确定何时对象22再次移动并因此将对象22分类为未冻结，追踪装置40利用相关联探测而采用距离变化率(range rate)。追踪装置40检查是否有足够的与对象22相关联的探测且其方位角θ的余弦绝对值高于预先选择的阈值。如果有足够的探测符合这个标准，则处理器50计算补偿距离变化率，如下所示。
通常，来自雷达探测的原始距离变化率可建模为：
其中u和v是对象22的纵向和横向速度，以及us和vs是传感器系统20的纵向和横向速度。在一个示例实施例中，速度u、v、us、vs是车辆坐标系32中的对地速度。角θ在车辆坐标系32中是本次探测的方位角。该公式可重新排列以导出作为投射到径向的对象速度的补偿距离变化率：
其中传感器速度us和vs可通过使用车辆24的测量速度和横摆率信号以及主车辆24上的传感器安装位置来导出。假设对地横向速度v小于预先选择的阈值vmax且角θ的余弦值为正，其服从：
其中，如上所示，θ的余弦值高于所述预先选择的阈值。速度u的绝对值一定小于用于对象分类为静止并因此冻结的预先选择的阈值速度umax。当速度u超过阈值速度umax时，对象正在移动。
如果没有足够的探测满足要求θ的余弦超过阈值的标准，那么处理器50通过将补偿距离变化率与阈值进行比较确定传感器速度us、vs。如果对象22的相关探测的补偿距离变化率的最大绝对值超过预先选择的阈值Smax，那么将对象分类为移动，并且系统20系统将对象22视为解冻。
当对象22未冻结时，在每一个时步可更新所有的对象状态变量。系统20持续地发射辐射，探测反射的辐射，并且基于这些探测估计各值。当主车辆24处于运行中时或者在一些实施例中仅当主车辆24以低于预先设定的主速度阈值的速度行进时，可以迭代的方式重复图3中表示的多个步骤。
前面的描述本质上是示例性的而不是限制性的。对本公开示例的变更和修改对于本领域技术人员是显而易见的且不必背离不发明的本质。本发明的法律保护范围只能通过研究以下权利要求来确定。

Claims (18)

1.一种追踪探测到的对象的方法，所述方法包括：
确定追踪对象位于主车辆附近；
确定所述追踪对象的估计速度；和
当所述估计速度低于预先选择的对象阈值且所述主车辆的速度低于预先选择的主阈值时，将所述追踪对象分类为相对于静止不动的地面冻结，其中当所述追踪对象被分类为冻结时，周期性地更新所述追踪对象的速度、曲率和横摆率的估计；以及
当所述主车辆的速度超过所述预先选择的主阈值或所述追踪对象的估计速度超过所述预先选择的对象阈值时，将所述追踪对象分类为未冻结。
2.根据权利要求1所述的方法，其中将所述追踪对象分类为冻结包含：
冻结所述追踪对象相对于静止不动的地面的确定的方向、长度、宽度和质心位置。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述预先选择的对象阈值被选择为指示所述追踪对象停止，并且所述预先选择的主阈值被选择为指示所述主车辆停止。
4.根据权利要求3所述的方法，包含：
使用卡尔曼滤波器估计对象的速度、曲率、横摆率和位置。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述追踪对象是第二车辆。
6.根据权利要求5所述的方法，其中将所述第二车辆沿与所述主车辆平行的方向定向。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述对象的估计速度是对地速度。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述对象的估计速度是相对于所述主车辆的速度。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述预先选择的主阈值等于所述预先选择的对象阈值。
10.一种用于追踪探测到的对象的系统，所述系统包括：
追踪装置，被配置为对对象进行探测；和
处理器，被配置为：
确定追踪对象位于主车辆附近；
确定所述追踪对象的估计速度；和
当所述估计速度低于预先选择的对象阈值且所述主车辆的速度低于预先选择的主阈值时，将所述追踪对象分类为相对于静止不动的地面冻结，其中所述处理器被配置为：当所述追踪对象被分类为冻结时，周期性地更新所述追踪对象的速度、曲率和横摆率的估计；以及
当所述主车辆的速度超过所述预先选择的主阈值或所述追踪对象的估计速度超过所述预先选择的对象阈值时，将所述追踪对象分类为未冻结。
11.根据权利要求10所述的系统，其中所述处理器被配置为冻结所述追踪对象相对于静止不动的地面的确定的方向、长度、宽度和质心位置。
12.根据权利要求10所述的系统，其中所述预先选择的对象阈值被选择为指示所述追踪对象停止，并且所述预先选择的主阈值被选择为指示所述主车辆停止。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述处理器被配置为使用卡尔曼滤波器估计所述对象的速度、曲率、横摆率和位置。
14.根据权利要求10所述的系统，其中所述对象是第二车辆。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述第二车辆定向在与所述主车辆平行的方向上。
16.根据权利要求10所述的系统，其中所述对象的估计速度是对地速度。
17.根据权利要求10所述的系统，其中所述对象的估计速度是相对于所述主车辆的速度。
18.根据权利要求10所述的系统，其中所述预先选择的主阈值与所述预先选择的对象阈值相等。
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