CN111090280B - 使用智能目标的雷达对象分类和通信 - Google Patents

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Abstract

公开了用于自动驾驶车辆(ADV)的雷达系统。该系统包括目标，目标包括以预定配置设置在目标上以共同表示雷达可读代码的多个目标元件。该系统还包括雷达单元，雷达单元包括在ADV中并配置成：向驾驶环境内的目标发送第一电磁(EM)信号，接收由目标反射的第二EM信号，基于所接收的第二EM信号计算雷达横截面(RCS)特征，基于所计算的RCS特征生成相应的通信消息，以及发送包括通信消息的雷达数据，其中，基于通信消息来控制ADV。

Description

使用智能目标的雷达对象分类和通信
技术领域
本公开的实施方式总体涉及雷达系统。更具体地，本公开的实施方式涉及使用智能目标的雷达对象分类和通信。
背景技术
以自动驾驶模式运行(例如，无人驾驶)的车辆可将乘员、尤其是驾驶员从一些驾驶相关的职责中解放出来。当以自动驾驶模式运行时，车辆可使用车载传感器系统导航到各个位置，从而允许车辆在最少人机交互的情况下或在没有任何乘客的一些情况下行驶。传感器系统包括尤其一个或多个摄像机、全球定位系统(GPS)、惯性测量单元(IMU)以及光探测和测距(LIDAR)单元，以跟踪其周围环境(例如，其它车辆、行人、建筑物、交通标志等)。传感器系统还包括雷达(也称为无线电探测和测距)单元，其是使用无线电波来确定例如对象的范围、角度或速度的对象检测系统。
雷达已用于许多应用中，包括自动驾驶系统(例如，自动驾驶车辆)。雷达由发射器、接收器、混合信号电路和信号处理模块组成。通过向对象发射电磁信号并接收反射的信号，雷达已被用于测量环境内对象的距离和速度。虽然汽车雷达已被用于测量从对象反射的信号，但它尚未用于使用智能雷达目标的对象分类和信息通信(例如，交通)。检测来自智能雷达目标的反射信号是与不同雷达目标通信的关键。
发明内容
根据本公开的一方面，提供了一种用于自动驾驶车辆的雷达系统，包括：
目标，包括以预定配置设置在所述目标上以共同表示雷达可读代码的多个目标元件；以及
雷达单元，包括在所述自动驾驶车辆中，并且配置成：
向驾驶环境内的所述目标发送第一电磁信号，
接收由所述目标反射的第二电磁信号，
基于所接收的第二电磁信号计算雷达横截面特征，
基于所计算的雷达横截面特征生成相应的通信消息，以及
发送包括所述通信消息的雷达数据，其中，基于所述通信消息来控制所述自动驾驶车辆。
根据本公开的一方面，提供了一种由自动驾驶车辆的雷达单元执行的方法，所述方法包括：
向驾驶环境内的目标发送第一电磁信号，其中，所述目标包括以预定配置设置在所述目标上以共同表示雷达可读代码的多个目标元件；
接收由所述目标反射的第二电磁信号；
基于所接收的第二电磁信号计算雷达横截面特征；
基于所计算的雷达横截面特征生成相应的通信消息；以及
发送包括所述通信消息的雷达数据，其中，基于所述通信消息来控制所述自动驾驶车辆。
根据本公开的一方面，提供了一种雷达目标，包括：
多个目标元件，以预定配置设置在所述雷达目标上，以共同表示雷达可读代码；
其中，所述目标元件操纵从所述雷达目标反射的电磁信号，以产生特定的雷达横截面。
附图说明
本公开的实施方式在附图的各图中以举例而非限制的方式示出，附图中的相同参考标记指示相似元件。
图1是示出根据一个实施方式的自动驾驶车辆的示例的框图。
图2是示出根据一个实施方式的雷达系统的框图。
图3是示出根据一个实施方式的信号处理器的框图。
图4是示出根据一个实施方式的查找表的示例的图示。
图5A至图5B是示出根据一个实施方式的示例性目标的图示。
图5C至图5D是示出根据一个实施方式的目标元件的示例性电路的图示。
图6A至图6B是示出根据一个实施方式的感知与规划系统的示例的框图。
图7是示出根据一个实施方式的用于雷达单元的方法的流程图。
图8是示出根据一个实施方式的操作自动驾驶车辆的方法的流程图。
图9是示出根据一个实施方式的数据处理系统的框图。
具体实施方式
将参考以下所讨论的细节来描述本公开的各种实施方式和方面，附图将示出所述各种实施方式。下列描述和附图是本公开的说明，而不应当解释为对本公开进行限制。描述了许多特定细节以提供对本公开的各种实施方式的全面理解。然而，在某些情况下，并未描述众所周知的或常规的细节，以提供对本公开的实施方式的简洁讨论。
本说明书中对“一个实施方式”或“实施方式”的提及意味着结合该实施方式所描述的特定特征、结构或特性可包括在本公开的至少一个实施方式中。短语“在一个实施方式中”在本说明书中各个地方的出现不必全部指同一实施方式。
根据一些实施方式，用于自动驾驶车辆(ADV)的雷达系统包括目标，该目标包括以预定配置设置在目标上以共同表示雷达可读代码的多个目标元件。该系统还包括雷达单元，雷达单元包括在ADV中并配置成：向驾驶环境内的目标发送第一电磁(EM)信号，接收由目标反射的第二EM信号，基于所接收的第二EM信号计算雷达横截面(RCS)特征，基于所计算的RCS特征生成相应的通信消息，以及发送包括通信消息的雷达数据，其中，基于通信消息来控制ADV。
在一个实施方式中，在第二EM信号由雷达单元接收时，目标元件操纵第二EM信号以产生特定雷达横截面(RCS)。在一个实施方式中，目标具有板或贴片的形式。在一个实施方式中，目标元件可由目标控制器编程以共同表示雷达可读代码，并且目标控制器选择性地将目标元件中的每个配置成处于接通状态或断开状态。
在一个实施方式中，对于目标元件中的每个，目标元件在配置为处于接通状态时反射电磁信号，以及在配置为处于断开状态时吸收电磁信号。在一个实施方式中，目标元件是目标上的雕刻或刻痕。在一个实施方式中，为了计算RCS特征，雷达单元还配置成使用RCS特征作为查找表的索引以获得相应的通信消息。在一个实施方式中，相应的通信消息包括对对象进行分类的对象信息或通信信息。
根据一些实施方式，描述了由自动驾驶车辆(ADV)的雷达单元执行的方法。该方法包括向驾驶环境内的目标发送第一电磁(EM)信号，其中，目标包括以预定配置设置在目标上以共同表示雷达可读代码的多个目标元件。该方法还包括接收由目标反射的第二EM信号。该方法还包括基于所接收的第二EM信号计算雷达横截面(RCS)特征。该方法还包括基于计算的RCS特征生成相应的通信消息。并且该方法包括发送雷达数据，该雷达数据包括通信消息，其中，基于通信消息来控制ADV。
根据一些实施方式，描述了雷达目标。目标包括以预定配置设置在目标上以共同表示雷达可读代码的多个目标元件。目标元件操纵从雷达目标反射的电磁信号，以产生特定的雷达横截面(RCS)。
以这种方式，使用具有雷达单元的目标来生成通信消息，可生成用于操作ADV的最佳路径或路线，从而在驾驶环境内操作ADV时增加安全性(例如，避免碰撞)。
图1是示出根据一个实施方式的自动驾驶车辆的框图。自动驾驶车辆(ADV)是指可配置成处于自动驾驶模式下的车辆，在所述自动驾驶模式下车辆在极少或没有来自驾驶员的输入的情况下导航通过环境。这种自动驾驶车辆可包括传感器系统，所述传感器系统具有配置成检测与车辆运行环境有关的信息的一个或多个传感器。所述车辆和其相关联的控制器使用所检测的信息来导航通过所述环境。自动驾驶车辆101可在手动模式下、在全自动驾驶模式下或者在部分自动驾驶模式下运行。
参考图1，在一个实施方式中，自动驾驶车辆101包括，但不限于，感知与规划系统110、车辆控制系统111、无线通信系统112、用户接口系统113和传感器系统115。自动驾驶车辆101还可包括普通车辆中包括的某些常用部件，诸如：发动机、车轮、方向盘、变速器等，所述部件可由车辆控制系统111和/或感知与规划系统110使用多种通信信号和/或命令进行控制，该多种通信信号和/或命令例如，加速信号或命令、减速信号或命令、转向信号或命令、制动信号或命令等。
部件110至115可经由互连件、总线、网络或其组合通信地联接到彼此。例如，部件110至115可经由控制器局域网(CAN)总线通信地联接到彼此。CAN总线是设计成允许微控制器和装置在没有主机的应用中与彼此通信的车辆总线标准。它是最初是为汽车内的复用电气布线设计的基于消息的协议，但也用于许多其它环境。
在一个实施方式中，传感器系统115包括但不限于一个或多个摄像机、全球定位系统(GPS)单元、惯性测量单元(IMU)、雷达单元(例如，下面更详细描述的雷达单元201)以及光探测和测距(LIDAR)单元。GPS单元可包括收发器，所述收发器可操作以提供关于自动驾驶车辆的位置的信息。IMU单元可基于惯性加速度来感测自动驾驶车辆的位置和定向变化。雷达单元可表示利用无线电信号来感测自动驾驶车辆的本地环境内的对象的系统。在一些实施方式中，除感测对象之外，雷达单元可另外感测对象的速度和/或前进方向。如图1中进一步所示，在一些实施方式中，雷达单元可与目标102通信以从目标102接收通信消息(如下文更详细描述的)。例如，雷达单元可读取目标102中包括的雷达可读代码120。代码120可表示传送到雷达单元的通信消息。LIDAR单元可使用激光来感测自动驾驶车辆所处环境中的对象。除其它系统部件之外，LIDAR单元还可包括一个或多个激光源、激光扫描器以及一个或多个检测器。摄像机可包括用来采集自动驾驶车辆周围环境的图像的一个或多个装置。在一些实施方式中，摄像机可以是静物摄像机和/或视频摄像机。摄像机可以是可机械地移动的，例如，通过将摄像机安装在旋转和/或倾斜平台上。
传感器系统115还可包括其它传感器，诸如：声纳传感器、红外传感器、转向传感器、油门传感器、制动传感器以及音频传感器(例如，麦克风)。音频传感器可配置成从自动驾驶车辆周围的环境中采集声音。转向传感器可配置成感测方向盘、车辆的车轮或其组合的转向角度。油门传感器和制动传感器分别感测车辆的油门位置和制动位置。在一些情形下，油门传感器和制动传感器可集成为集成式油门/制动传感器。
在一个实施方式中，车辆控制系统111包括但不限于转向单元、油门单元(也称为加速单元)和制动单元。转向单元用来调整车辆的方向或前进方向。油门单元用来控制电动机或发动机的速度，电动机或发动机的速度进而控制车辆的速度和加速度。制动单元通过提供摩擦使车辆的车轮或轮胎减速而使车辆减速。
在一个实施方式中，无线通信系统112允许自动驾驶车辆101与诸如装置、传感器、其它车辆等外部系统之间的通信。例如，无线通信系统112可以与一个或多个装置(例如，服务器)直接无线通信，或者经由通信网络进行无线通信。无线通信系统112可使用任何蜂窝通信网络或无线局域网(WLAN)，例如，使用WiFi，以与另一部件或系统通信。无线通信系统112可例如使用红外链路、蓝牙等与装置(例如，乘客的移动装置、显示装置、车辆101内的扬声器)直接通信。用户接口系统113可以是在车辆101内实施的外围装置的部分，包括例如键盘、触摸屏显示装置、麦克风和扬声器等。
自动驾驶车辆101的功能中的一些或全部可由感知与规划系统110控制或管理，尤其当在自动驾驶模式下操作时。感知与规划系统110包括必要的硬件(例如，处理器、存储器、存储装置)和软件(例如，操作系统、规划和路线安排程序)，以从传感器系统115、控制系统111、无线通信系统112和/或用户接口系统113接收信息，处理所接收的信息，规划从起始点到目的地点的路线或路径，随后基于规划和控制信息来驾驶车辆101。可替代地，感知与规划系统110可与车辆控制系统111集成在一起。
例如，作为乘客的用户可例如经由用户接口来指定行程的起始位置和目的地。感知与规划系统110获得行程相关数据。例如，感知与规划系统110可从MPOI服务器中获得位置和路线信息。位置服务器提供位置服务，并且MPOI服务器提供地图服务和某些位置的POI。可替代地，此类位置和MPOI信息可本地高速缓存在感知与规划系统110的永久性存储装置中。
当自动驾驶车辆101沿着路线移动时，感知与规划系统110也可从交通信息系统或服务器(TIS)获得实时交通信息。基于实时交通信息、MPOI信息和位置信息以及由传感器系统115检测或感测的实时本地环境数据(例如，障碍物、对象、附近车辆等)，感知与规划系统110可规划最佳路线并且根据所规划的路线例如经由控制系统111来驾驶车辆101，以安全且高效到达指定目的地。
图2是示出根据一个实施方式的雷达系统的框图。参考图2，雷达系统200包括雷达单元201和目标102(也称为雷达目标)。如图所示，雷达单元201(也称为雷达系统或雷达装置)可包括但不限于雷达收发器202和信号处理器203。收发器202包括连接或联接至发射天线221的发射器211。基于从信号处理器203接收的调制信号，发射器211产生经由发射天线221发射的无线电或微波域中的电磁信号(或波)。信号可以以脉冲或连续波(CW)发射。收发器202还包括连接或联接至接收天线222的接收器212。接收天线222可接收环境内的电磁信号并将电磁信号转换成天线输出信号(例如，电信号)。天线输出信号可提供给接收器212，该接收器212可包括用于放大天线输出信号的一个或多个放大器，尽管放大器可以是可选的。然后可将放大的或未放大的信号(也称为接收器输出信号)提供给信号处理器203以进行后续处理，从而产生雷达数据。应当注意，虽然图2示出了发射天线221和接收天线222，但是如本领域普通技术人员将理解的，在一些实施方式中，可利用单个天线来发射和接收电磁信号。在一个实施方式中，天线221至天线222可以是阵列天线、相控阵列天线、无源相控阵列天线或有源相控阵列天线。
在操作中，由发射天线221发射的电磁信号中的一些或全部可被反射(或散射)到目标102之外。即，电磁信号可能以入射角撞击包括雷达可读代码120的目标102的一部分，并以反射(或散射)角朝向接收天线222反射或反弹，提供可转换(或解码)成通信消息的信息。
更详细地，现在参考示出了根据一个实施方式的示例性目标的图5A，目标510可包括共同表示雷达可读代码(例如，雷达可读代码120)的目标元件521a至521c。在一个实施方式中，目标510可以是图1和图2的目标102。目标510可由任何材料形成，例如塑料、导电材料(例如，金属)、织物等。目标510可安装在(或附接至)对象上，例如轿车、人类(例如，交通管制员)、摩托车、自行车、公共汽车、卡车、建筑物、交通相关标志(例如，停车标志、让行标志)等。在一个实施方式中，目标510可以是板的形式，诸如车辆的牌照。在另一实施方式中，目标510可以是附接至制服(例如，交通管制员或指导交通的人员的制服)的贴片。
目标元件521a至521c可具有任何形式，诸如在目标510上的任何形状和尺寸的雕刻或刻痕。目标元件521a至521c也可以是由导电(或雷达反射)材料(例如，金属片)制成的反射元件，其中，目标元件521a至521c附接至目标510。应当注意，在图5A中，表示元件521a至521c的三角形仅用于说明目的。目标元件521a至521c可具有任何形状和尺寸，可以是任何数量的元件，并且可设置在目标510上的任何位置。可替代地，在一些实施方式中，目标元件521a至521c可直接设置在对象上(例如，轿车、人类(例如，交通管制员)、摩托车、自行车、公共汽车、卡车、建筑物、交通相关标志(例如，停车标志、让行标志)等)而不是目标510上。目标510上的元件521a至521c设置在预定位置(或配置)中，使得当电磁信号命中目标510时，元件521a至521c操纵或引起反射(或反弹)信号，以在由雷达单元201接收和处理时产生特定雷达横截面(RCS)。RCS是指对象(也称为目标)如何反射入射的电磁信号的描述。
现在参考示出了根据另一实施方式的示例性目标的图5B，目标515可包括可编程的雷达可读代码531。在一个实施方式中，目标515可以是图1和图2的目标102。如图所示，雷达可读代码531可由多个目标元件532a至532h表示，多个目标元件532a至532h可以以阵列配置或任何其它配置来设置。元件532a至532h可由反射变化材料(或电路)形成，使得它们可选择性地接通或断开。即，每个元件均可配置成反射或吸收(或弱反射)电磁信号。即，每个元件均可配置成具有接通状态或断开状态(类似于作为示例的发光二极管(LED))。
现在参考图5C至图5D，目标元件532a至532h中的每个均可包括电路550。电路550包括连接至开关552的第一端子和第一低电压源554(例如，机架或信号接地)的天线(或天线元件)551。开关552的第二端子连接至电阻器553的第一端子，以及电阻器553的第二端子连接至第二低电压源555(例如，机架或信号接地)。在操作中，当开关552打开时(如图5C中所示)，目标元件配置成反射入射的电磁信号(即，接通状态)，因为天线551仅连接至第一低电压源554。然而，当开关552闭合时(如图5D中所示)，目标元件配置成吸收(或弱反射)入射的电磁信号(即，断开状态)，因为天线551联接至电阻器553，从而允许电流流过电阻器553以在电阻器553上生成电压。在一些实施方式中，天线元件551可以是阵列天线、相控阵列天线、无源相控阵列天线或有源相控阵列天线。
以这种方式，可根据目标元件532a至532h的接通/断开状态产生不同的雷达可读代码。因此，不同的雷达可读代码可转换成不同的通信消息。在图5B的示例中，元件532b至532c、元件532h配置成接通(即，以强烈地反射电磁信号)，以及元件532a、元件532d至532g配置成断开(即，以吸收或弱反射电磁信号)。
目标515可由任何材料形成，例如塑料、导电材料(例如，金属)、织物等。目标515可安装在(或附接至)对象上，例如轿车、人类(例如，交通管制员)、摩托车、自行车、公共汽车、卡车、建筑物、交通相关标志(例如，停车标志、让行标志)等。在一个实施方式中，目标515可以是板的形式，诸如车辆的牌照。在另一实施方式中，目标515可以是附接至制服(例如，交通管制员或指导交通的人员的制服)的贴片。在一个实施方式中，目标515可包括连接或联接至元件532a至532h的印刷电路板(PCB)。
元件532a至532h的选择性接通/断开状态可由目标控制器(或驱动器)520控制。即，控制器520可控制每个目标元件中的开关552的开关。控制器520可包括诸如微处理器、中央处理单元(CPU)等的一个或多个通用处理器。更具体地，控制器520可包括复杂指令集计算(CISC)微处理器、精简指令集计算(RISC)微处理器、超长指令字(VLIW)微处理器或实施其它指令集的处理器或实施指令集组合的处理器。控制器520还可以是一个或多个专用处理器，诸如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)或能够处理指令的任何其它类型的逻辑。控制器520可实施为目标515的一部分(例如，PCB的一部分)或实施为单独的装置。控制器520的用户可用特定的编程指令对控制器进行编程，以切换每个目标元件的开关552(即，接通/断开状态)。可替代地，尽管未在图5B中示出，但是用户可与联接至控制器520的用户界面(UI)交互以设置每个目标元件的接通/断开状态。基于元件532a至532h的接通/断开状态(可以是预定的)的组合，当电磁信号命中目标515时，元件532a至532h操纵或引起反射(或反弹)信号，以在由雷达单元201接收和处理时产生特定的RCS。应注意的是，目标元件532a至532h可具有任何形状和尺寸，可以是任何数量的元件，并且可设置在目标515上的任何位置。可替代地，在一些实施方式中，目标元件532a至532h可直接设置在对象上(例如，轿车、人类(例如，交通管制员)、摩托车、自行车、公共汽车、卡车、建筑物、交通相关标志(例如，停车标志、让行标志)等)而不是目标515上。
返回参考图2，反射信号由天线222接收并且可由接收器212放大。现在参考示出了根据一个实施方式的信号处理器的框图的图3，信号处理器203可包括模数转换器(ADC)302、RCS特征计算模块303、查找表305、波形发生器311和调制器312。信号处理器203可包括诸如微处理器、中央处理单元(CPU)等的一个或多个通用处理器。更具体地，信号处理器203可包括复杂指令集计算(CISC)微处理器、精简指令集计算(RISC)微处理器、超长指令字(VLIW)微处理器或实施其它指令集的处理器或实施指令集组合的处理器。信号处理器203还可以是一个或多个专用处理器，诸如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)或能够处理指令的任何其它类型的逻辑。RCS特征计算模块303和查找表305可存储在信号处理器203的存储器(例如，只读存储器、闪速存储器、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)等)中。
继续参考图3，来自接收器212的接收器输出信号301被提供给ADC 302以转换成数字信号。基于转换的数字信号，RCS特征计算模块303可计算RCS特征以便生成通信消息306。例如，模块303可使用从转换的数字信号中提取的散射数据(例如，散射中心)来预测检测到的目标(例如，如前所述的目标102、目标510或目标515)的RCS。即，模块303可分析散射数据以预测RCS，RCS可用于计算目标的RCS特征。了解目标的RCS特征是什么样子有助于识别目标。如前所述，目标可包括设置在预定位置或接通/断开状态的多个元件，以便在计算时操纵反射的电磁信号以产生特定的RCS。这样的RCS可以是高RCS或大RCS以便于检测，并且可用于计算RCS特征304，其中，RCS特征304可以是预定的，因为目标102可包括配置在预定位置或接通/断开状态中以形成雷达可读代码120的目标元件。可使用RCS特征模型来计算RCS特征304，RCS特征模型通常是本领域技术人员公知的。
RCS特征304可用作查找表305的索引。在这方面，现在参考图4，图4是示出了根据一个实施方式的查找表的示例的图示，查找表305可例如，在实验室中或经由对雷达单元201的软件更新进行预先配置或预定义。所示的查找表305包括RCS特征列304和通信消息列306。列304中的特征中的每个均是用于获得列306中的消息的参考(或索引)。即，列304的单个行中的特征(例如，特征0…特征N)映射至列306的同一行中的相应通信消息(例如，消息0…消息N)。作为示例，如果向查找表305提供“特征0”的RCS特征作为参考，则生成“消息0”作为通信消息306。如果向查找表305提供“特征1”的RCS特征作为参考，则生成“消息1”作为通信消息306，依此类推。通信消息306可作为由信号处理器203生成的雷达数据的一部分包括在内。在一个实施方式中，通信消息306可包括对象信息，对象信息将对象分类为例如轿车、人类(例如，行人，交通管制员)、摩托车、自行车、公共汽车、卡车、建筑物、交通相关标志(例如，停车标志、让行标志)等。在另一实施方式中，通信消息306可包括通信信息，例如实时交通信息(诸如事故、绕行、街道封闭等)。
现在返回参考图3，波形发生器311可在特定频率(例如，中间频率)上生成发射信号。波形发生器311可以是数字波形发生器(DWG)，其可以是基于存储器的任意波形发生器(AWG)，其通常为本领域普通技术人员所熟知。
基于来自波形发生器311的发射信号，调制器312执行调制(例如，相位调制、频率调制)，其使用可包括待发送的信息的调制信号来改变发射信号(或载波信号)的一个或多个性能。产生的调制发射信号313被提供给发射器211，以便例如在无线电波或微波中传输。
图6A和图6B是示出根据一个实施方式的与自动驾驶车辆一起使用的感知与规划系统的示例的框图。在一个实施方式中，系统600可实施为图1的自动驾驶车辆101的一部分。
参考图6A至图6B，感知与规划系统110包括但不限于定位模块601、感知模块602、预测模块603、决策模块604、规划模块605、控制模块606、路线安排模块607。
模块601至607中的一些或全部可以以软件、硬件或其组合实施。例如，这些模块可安装在永久性存储装置652中、加载到存储器651中，并且由一个或多个处理器(未示出)执行。应注意，模块601至607中的一些可一起集成为集成模块。
定位模块601确定自动驾驶车辆101的当前位置以及管理与用户的行程或路线相关的任何数据。定位模块601(又称作为地图与路线模块)管理与用户的行程或路线相关的任何数据。用户可例如经由用户接口登录并且指定行程的起始位置和目的地。定位模块601与自动驾驶车辆101的诸如地图与路线信息611的其它部件通信，以获得行程相关数据。例如，定位模块601可从位置服务器和地图与POI(MPOI)服务器获得位置和路线信息。位置服务器提供位置服务，并且MPOI服务器提供地图服务和某些位置的POI，从而可作为地图与路线信息611的一部分高速缓存。当自动驾驶车辆101沿着路线移动时，定位模块601也可从交通信息系统或服务器获得实时交通信息。
基于由车辆101的传感器系统115提供的传感器数据、由定位模块601获得的并存储在永久性存储装置652中的定位信息，感知模块602确定对周围环境的感知。感知信息可表示普通驾驶员在驾驶员正驾驶的车辆周围将感知到的东西。感知可包括例如采用对象形式的车道配置、交通灯信号、另一车辆的相对位置、行人、建筑物、人行横道或其它交通相关标志(例如，停止标志、让行标志)等。车道配置包括描述一个或多个车道的信息，诸如，例如车道的形状(例如，直线或弯曲)、车道的宽度、道路中的车道数量、单向或双向车道、合并或分开车道、出口车道等。
感知模块602可包括计算机视觉系统或计算机视觉系统的功能，以处理并分析由一个或多个摄像机采集的图像，从而识别自动驾驶车辆环境中的对象和/或特征。所述对象可包括交通信号、道路边界、其它车辆、行人和/或障碍物等。计算机视觉系统可使用对象识别算法、视频跟踪以及其它计算机视觉技术。在一些实施方式中，计算机视觉系统可绘制环境地图，跟踪对象，以及估算对象的速度、对象的距离等。感知模块602也可基于由诸如雷达和/或光探测和测距(LIDAR)的其它传感器提供的其它传感器数据来检测对象或目标。例如，感知模块602可从雷达单元201接收雷达数据613(存储在永久性存储装置652中)。雷达数据613可包括一个或多个通信消息，分别对应于通信消息的一个或多个目标标识符(ID)，和/或一个或多个时间戳。在一个实施方式中，每个通信消息均可包括一个或多个对象的对象信息，例如轿车、行人、摩托车、自行车、公共汽车、卡车、建筑物、交通相关标志(例如，停车标志、让行标志)等。在另一实施方式中，通信消息可包括通信信息，例如实时交通信息或状况(诸如事故、绕行、街道封闭等)。因此，感知模块602可从雷达数据中提取这些信息，以识别环境中的对象和/或交通状况。
针对每个对象，预测模块603预测对象在这种情况下将如何表现。预测是基于感知数据执行的，该感知数据在考虑一组地图/路线信息611和交通规则612的时间点感知驾驶环境。例如，如果对象为相反方向上的车辆且当前驾驶环境包括十字路口，则预测模块603将预测车辆是否可能会笔直向前移动或转弯。如果感知数据表明十字路口没有交通灯，则预测模块603可能会预测车辆在进入十字路口之前可能需要完全停车。如果感知数据表明车辆目前处于左转唯一车道或右转唯一车道，则预测模块603可能预测车辆将更可能分别左转或右转。
针对每个对象，决策模块604作出关于如何处置对象的决定。例如，针对特定对象(例如，交叉路线中的另一车辆)以及描述对象的元数据(例如，速度、距离、方向、转弯角度)，决策模块604决定如何与所述对象相遇(例如，超车、让行、停止、超过)。决策模块604可根据诸如交通规则或驾驶规则612的规则集来作出此类决定，所述规则集可存储在永久性存储装置652中。
路线安排模块607配置成提供从起始点到目的地点的一个或多个路线或路径。对于从起始位置到目的地位置的给定行程，例如从用户接收的给定行程，路线安排模块607获得路线与地图信息611，并确定从起始位置至到达目的地位置的所有可能路线或路径。路线安排模块607可生成地形图形式的参考线，它确定了从起始位置至到达目的地位置的每个路线。参考线是指不受其它诸如其它车辆、障碍物或交通状况的任何干扰的理想路线或路径。即，如果道路上没有其它车辆、行人或障碍物，则ADV应精确地或紧密地跟随参考线。然后，将地形图提供至决策模块604和/或规划模块605。决策模块604和/或规划模块605检查所有可能的路线，以根据由其它模块提供的其它数据选择和更改最佳路线中的一个，其中，其它数据诸如为来自定位模块601(和/或来自雷达数据613)的交通状况、由感知模块602感知到的驾驶环境以及由预测模块603预测的交通状况。根据时间点下的特定驾驶环境，用于控制ADV的实际路径或路线可能接近于或不同于由路线安排模块607提供的参考线。
基于针对所感知到的对象中的每个的决定，规划模块605使用由路线安排模块607提供的参考线作为基础，为自动驾驶车辆规划路径或路线以及驾驶参数(例如，距离、速度和/或转弯角度)。换言之，针对给定的对象，决策模块604决定对该对象做什么，而规划模块605确定如何去做。例如，针对给定的对象，决策模块604可决定超过所述对象，而规划模块605可确定在所述对象的左侧还是右侧超过。规划和控制数据由规划模块605生成，包括描述车辆101在下一移动循环(例如，下一路线/路径段)中将如何移动的信息。例如，规划和控制数据可指示车辆101以30英里每小时(mph)的速度移动10米，随后以25mph的速度变到右侧车道。
基于规划和控制数据，控制模块606根据由规划和控制数据限定的路线或路径通过将适当的命令或信号发送到车辆的控制系统来控制并驾驶自动驾驶车辆101。所述规划和控制数据包括足够的信息，以沿着路径或路线在不同的时间点使用适当的车辆设置或驾驶参数(例如，油门、制动、转向命令)将车辆从路线或路径的第一点驾驶到第二点。
在一个实施方式中，规划阶段在多个规划周期(也称作为驾驶周期)中执行，例如，在每个时间间隔为100毫秒(ms)的周期中执行。对于规划周期或驾驶周期中的每一个，将基于规划和控制数据发出一个或多个控制命令。即，对于每100ms，规划模块605规划下一个路线段或路径段，例如，包括目标位置和ADV到达目标位置所需要的时间。可替代地，规划模块605还可规定具体的速度、方向和/或转向角等。在一个实施方式中，规划模块605为下一个预定时段(诸如，5秒)规划路线段或路径段。对于每个规划周期，规划模块605基于在前一周期中规划的目标位置规划用于当前周期(例如，下一个5秒)的目标位置。控制模块606然后基于当前周期的规划和控制数据生成一个或多个控制命令(例如，油门、制动、转向控制命令)。
应注意，决策模块604和规划模块605可集成为集成模块。决策模块604/规划模块605可包括导航系统或导航系统的功能，以确定自动驾驶车辆的驾驶路径。例如，导航系统可确定用于影响自动驾驶车辆沿着以下路径移动的一系列速度和前进方向：所述路径在使自动驾驶车辆沿着通往最终目的地的基于车行道的路径前进的同时，基本上避免感知到的障碍物。目的地可根据经由用户接口系统进行的用户输入来设定。导航系统可在自动驾驶车辆正在运行的同时动态地更新驾驶路径。导航系统可将来自GPS系统和一个或多个地图的数据合并，以确定用于自动驾驶车辆的驾驶路径。
图7是示出根据一个实施方式的用于雷达单元的方法的流程图。在一个实施方式中，方法700可由图2的雷达单元201执行，并且可在任何期望的环境中执行。
参考图7，在框701处，向驾驶环境内的目标(例如，目标102、目标510或目标515)发射第一电磁(EM)信号。在框702处，接收由目标反射的第二EM信号。在框703处，基于所接收的第二EM信号计算雷达横截面(RCS)特征。在框704处，基于所计算的RCS特征生成通信消息。在一个实施方式中，通信消息可包括对象信息，对象信息将对象分类为例如轿车、人类(例如，行人，交通管制员)、摩托车、自行车、公共汽车、卡车、建筑物、交通相关标志(例如，停车标志、让行标志)等。在另一实施方式中，通信消息可包括通信信息，例如实时交通信息(诸如事故、绕行、街道封闭等)。在框705处，将包括通信消息的雷达数据发送至例如车辆101的感知与规划系统110，以基于通信消息控制车辆101。
图8是示出根据一个实施方式的操作自动驾驶车辆的方法的流程图。过程800可由处理逻辑执行，所述处理逻辑可包括软件、硬件或其组合。例如，过程800可由图1的感知与规划系统110执行。
参考图8，在框801处，处理逻辑从ADV(例如，车辆101)的雷达单元(例如，图2的雷达单元201)接收包括一个或多个通信消息的雷达数据。在框802处，处理逻辑从雷达数据中提取通信消息，其中，通信消息中的每个均包括对对象或通信信息进行分类的对象信息。在框803处，处理逻辑至少部分地基于通信消息生成用于自主地驾驶ADV的路径。在框804处，处理逻辑根据所生成的路径来控制ADV。
应注意，如上文示出和描述的部件中的一些或全部(例如，信号处理器203)可在软件、硬件或其组合中实施。例如，此类部件可实施为安装并存储在永久性存储装置中的软件，所述软件可通过处理器(未示出)加载在存储器中并在存储器中执行以实施贯穿本申请所述的过程或操作。可替代地，此类部件可实施为编程或嵌入到专用硬件(诸如，集成电路(例如，专用集成电路或ASIC)、数字信号处理器(DSP)或现场可编程门阵列(FPGA))中的可执行代码，所述可执行代码可经由来自应用的相应驱动程序和/或操作系统来访问。此外，此类部件可实施为处理器或处理器内核中的特定硬件逻辑，作为可由软件部件通过一个或多个特定指令访问的指令集的一部分。
图9是示出可与本公开的一个实施方式一起使用的数据处理系统的示例的框图。例如，系统1500可表示以上所述的执行上述过程或方法中的任一个的任何数据处理系统，例如，图1的感知与规划系统110。系统1500可包括许多不同的部件。这些部件可实施为集成电路(IC)、集成电路的部分、分立电子装置或适用于电路板(诸如，计算机系统的主板或插入卡)的其它模块或者实施为以其它方式并入计算机系统的机架内的部件。
还应注意，系统1500旨在示出计算机系统的许多部件的高阶视图。然而，应当理解的是，某些实施例中可具有附加的部件，此外，其它实施例中可具有所示部件的不同布置。系统1500可表示台式计算机、膝上型计算机、平板计算机、服务器、移动电话、媒体播放器、个人数字助理(PDA)、智能手表、个人通信器、游戏装置、网络路由器或集线器、无线接入点(AP)或中继器、机顶盒或其组合。此外，虽然仅示出了单个机器或系统，但是术语“机器”或“系统”还应当理解为包括单独地或共同地执行一个(或多个)指令集以执行本文所讨论的任何一种或多种方法的机器或系统的任何集合。
在一个实施方式中，系统1500包括通过总线或互连件1510连接的处理器1501、存储器1503以及装置1505至1508。处理器1501可表示其中包括单个处理器内核或多个处理器内核的单个处理器或多个处理器。处理器1501可表示一个或多个通用处理器，诸如，微处理器、中央处理单元(CPU)等。更具体地，处理器1501可以是复杂指令集计算(CISC)微处理器、精简指令集计算(RISC)微处理器、超长指令字(VLIW)微处理器、或实施其它指令集的处理器、或实施指令集组合的处理器。处理器1501还可以是一个或多个专用处理器，诸如，专用集成电路(ASIC)、蜂窝或基带处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、网络处理器、图形处理器、通信处理器、加密处理器、协处理器、嵌入式处理器、或者能够处理指令的任何其它类型的逻辑。
处理器1501(其可以是低功率多核处理器套接口，诸如超低电压处理器)可充当用于与所述系统的各种部件通信的主处理单元和中央集线器。这种处理器可实施为片上系统(SoC)。处理器1501配置成执行用于执行本文所讨论的操作和步骤的指令。系统1500还可包括与可选的图形子系统1504通信的图形接口，图形子系统1504可包括显示控制器、图形处理器和/或显示装置。
处理器1501可与存储器1503通信，存储器1503在一个实施方式中可经由多个存储器装置实施以提供给定量的系统存储。存储器1503可包括一个或多个易失性存储(或存储器)装置，诸如，随机存取存储器(RAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、静态RAM(SRAM)或者其它类型的存储装置。存储器1503可存储包括由处理器1501或任何其它装置执行的指令序列的信息。例如，各种操作系统、装置驱动程序、固件(例如，输入输出基本系统或BIOS)和/或应用的可执行代码和/或数据可加载到存储器1503中并由处理器1501执行。操作系统可以是任何类型的操作系统，例如，机器人操作系统(ROS)、来自公司的操作系统、来自苹果公司的Mac/>来自/>公司的LINUX、UNIX，或者其它实时或嵌入式操作系统。
系统1500还可包括IO装置，诸如装置1505至1508，包括网络接口装置1505、可选的输入装置1506，以及其它可选的IO装置1507。网络接口装置1505可包括无线收发器和/或网络接口卡(NIC)。所述无线收发器可以是WiFi收发器、红外收发器、蓝牙收发器、WiMax收发器、无线蜂窝电话收发器、卫星收发器(例如，全球定位系统(GPS)收发器)或其它射频(RF)收发器或者它们的组合。NIC可以是以太网卡。
输入装置1506可包括鼠标、触摸板、触敏屏幕(其可与显示装置1504集成在一起)、指针装置(诸如，手写笔)和/或键盘(例如，物理键盘或作为触敏屏幕的一部分显示的虚拟键盘)。例如，输入装置1506可包括联接到触摸屏的触摸屏控制器。触摸屏和触摸屏控制器例如可使用多种触敏技术(包括但不限于电容、电阻、红外和表面声波技术)中的任一种，以及其它接近传感器阵列或用于确定与触摸屏接触的一个或多个点的其它元件来检测其接触和移动或间断。
IO装置1507可包括音频装置。音频装置可包括扬声器和/或麦克风，以促进支持语音的功能，诸如语音识别、语音复制、数字记录和/或电话功能。其它IO装置1507还可包括通用串行总线(USB)端口、并行端口、串行端口、打印机、网络接口、总线桥(例如，PCI-PCI桥)、传感器(例如，诸如加速度计运动传感器、陀螺仪、磁强计、光传感器、罗盘、接近传感器等)或者它们的组合。装置1507还可包括成像处理子系统(例如，摄像机)，所述成像处理子系统可包括用于促进摄像机功能(诸如，记录照片和视频片段)的光学传感器，诸如电荷耦合装置(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)光学传感器。某些传感器可经由传感器集线器(未示出)联接到互连件1510，而诸如键盘或热传感器的其它装置可根据系统1500的具体配置或设计由嵌入式控制器(未示出)控制。
为了提供对诸如数据、应用、一个或多个操作系统等信息的永久性存储，大容量存储装置(未示出)也可联接到处理器1501。在各种实施方式中，为了实现更薄且更轻的系统设计并且改进系统响应性，这种大容量存储装置可经由固态装置(SSD)来实施。然而，在其它实施方式中，大容量存储装置可主要使用硬盘驱动器(HDD)来实施，其中较小量的SSD存储装置充当SSD高速缓存以在断电事件期间实现上下文状态以及其它此类信息的非易失性存储，从而使得在系统活动重新启动时能够实现快速通电。另外，闪存装置可例如经由串行外围接口(SPI)联接到处理器1501。这种闪存装置可提供系统软件的非易失性存储，所述系统软件包括所述系统的BIOS以及其它固件。
存储装置1508可包括计算机可访问的存储介质1509(也称为机器可读存储介质或计算机可读介质)，其上存储有体现本文所述的任何一种或多种方法或功能的一个或多个指令集或软件(例如，模块、单元和/或逻辑1528)。处理模块/单元/逻辑1528可表示上述部件中的任一个，例如定位模块601、感知模块602和预测模块603。处理模块/单元/逻辑1528还可表示由ADV的感知与规划系统执行的任何模块/单元/逻辑。处理模块/单元/逻辑1528还可在其由数据处理系统1500、存储器1503和处理器1501执行期间完全地或至少部分地驻留在存储器1503内和/或处理器1501内，数据处理系统1500、存储器1503和处理器1501也构成机器可访问的存储介质。处理模块/单元/逻辑1528还可通过网络经由网络接口装置1505进行传输或接收。
计算机可读存储介质1509也可用来永久性地存储以上描述的一些软件功能。虽然计算机可读存储介质1509在示例性实施方式中被示为单个介质，但是术语“计算机可读存储介质”应当被认为包括存储所述一个或多个指令集的单个介质或多个介质(例如，集中式或分布式数据库和/或相关联的高速缓存和服务器)。术语“计算机可读存储介质”还应当被认为包括能够存储或编码指令集的任何介质，所述指令集用于由机器执行并且使得所述机器执行本公开的任何一种或多种方法。因此，术语“计算机可读存储介质”应当被认为包括但不限于固态存储器以及光学介质和磁性介质，或者任何其它非暂时性机器可读介质。
本文所述的处理模块/单元/逻辑1528、部件以及其它特征可实施为分立硬件部件或集成在硬件部件(诸如，ASICS、FPGA、DSP或类似装置)的功能中。此外，处理模块/单元/逻辑1528可实施为硬件装置内的固件或功能电路。此外，处理模块/单元/逻辑1528可以以硬件装置和软件部件的任何组合来实施。
应注意，虽然系统1500示出为具有数据处理系统的各种部件，但是并不旨在表示使部件互连的任何特定架构或方式；因为此类细节和本公开的实施方式没有密切关系。还应当认识到，具有更少部件或可能具有更多部件的网络计算机、手持计算机、移动电话、服务器和/或其它数据处理系统也可与本公开的实施方式一起使用。
前述详细描述中的一些部分已经根据在计算机存储器内对数据位的运算的算法和符号表示而呈现。这些算法描述和表示是数据处理领域中的技术人员所使用的方式，以将他们的工作实质最有效地传达给本领域中的其他技术人员。本文中，算法通常被认为是导致所期望结果的自洽操作序列。这些操作是指需要对物理量进行物理操控的操作。
然而，应当牢记，所有这些和类似的术语均旨在与适当的物理量关联，并且仅仅是应用于这些量的方便标记。除非在以上讨论中以其它方式明确地指出，否则应当了解，在整个说明书中，利用术语(诸如所附权利要求书中所阐述的术语)进行的讨论是指计算机系统或类似电子计算装置的动作和处理，所述计算机系统或电子计算装置操控计算机系统的寄存器和存储器内的表示为物理(电子)量的数据，并将所述数据变换成计算机系统存储器或寄存器或者其它此类信息存储装置、传输或显示装置内类似地表示为物理量的其它数据。
本公开的实施方式还涉及用于执行本文中的操作的设备。这种计算机程序存储在非暂时性计算机可读介质中。机器可读介质包括用于以机器(例如，计算机)可读的形式存储信息的任何机构。例如，机器可读(例如，计算机可读)介质包括机器(例如，计算机)可读存储介质(例如，只读存储器(“ROM”)、随机存取存储器(“RAM”)、磁盘存储介质、光存储介质、闪存存储器装置)。
前述附图中所描绘的过程或方法可由处理逻辑来执行，所述处理逻辑包括硬件(例如，电路、专用逻辑等)、软件(例如，体现在非暂时性计算机可读介质上)或两者的组合。尽管所述过程或方法在上文是依据一些顺序操作来描述的，但是应当了解，所述操作中的一些可按不同的顺序执行。此外，一些操作可并行地执行而不是顺序地执行。
本公开的实施方式并未参考任何特定的编程语言进行描述。应认识到，可使用多种编程语言来实施如本文描述的本公开的实施方式的教导。
在以上的说明书中，已经参考本公开的具体示例性实施方式对本公开的实施方式进行了描述。将显而易见的是，在不脱离所附权利要求书中阐述的本公开的更宽泛精神和范围的情况下，可对本发明作出各种修改。因此，应当在说明性意义而不是限制性意义上来理解本说明书和附图。

Claims (17)

1.一种用于自动驾驶车辆的雷达系统，包括：
目标，包括以预定配置设置在所述目标上以共同表示雷达可读代码的多个目标元件，所述多个目标元件能够由目标控制器编程以共同表示所述雷达可读代码，所述目标控制器选择性地将所述目标元件中的每个配置成处于接通状态或断开状态，以产生不同的所述雷达可读代码；以及
雷达单元，包括在所述自动驾驶车辆中，并且配置成：
向驾驶环境内的所述目标发送第一电磁信号，
接收由所述目标反射的第二电磁信号，其中，所述第二电磁信号由所述目标元件操纵或引起，
基于所接收的第二电磁信号计算雷达横截面特征，
基于所计算的雷达横截面特征生成相应的通信消息，以及
发送包括所述通信消息的雷达数据，其中，基于所述通信消息来控制所述自动驾驶车辆。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，在所述第二电磁信号由所述雷达单元接收时，所述多个目标元件操纵所述第二电磁信号以产生特定雷达横截面。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述目标具有板或贴片的形式。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，对于所述目标元件中的每个，所述目标元件在配置为处于所述接通状态时反射电磁信号，以及在配置为处于所述断开状态时吸收电磁信号。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述目标元件是所述目标上的雕刻或刻痕。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述雷达单元还配置成使用所述雷达横截面特征作为查找表的索引以获得所述相应的通信消息，从而计算所述雷达横截面特征。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述相应的通信消息包括对对象进行分类的对象信息或通信信息。
8.一种由自动驾驶车辆的雷达单元执行的方法，所述方法包括：
向驾驶环境内的目标发送第一电磁信号，其中，所述目标包括以预定配置设置在所述目标上以共同表示雷达可读代码的多个目标元件，所述多个目标元件能够由目标控制器编程以共同表示所述雷达可读代码，所述目标控制器选择性地将所述目标元件中的每个配置成处于接通状态或断开状态，以产生不同的所述雷达可读代码；以及
接收由所述目标反射的第二电磁信号，其中，所述第二电磁信号由所述目标元件操纵或引起；
基于所接收的第二电磁信号计算雷达横截面特征；
基于所计算的雷达横截面特征生成相应的通信消息；以及
发送包括所述通信消息的雷达数据，其中，基于所述通信消息来控制所述自动驾驶车辆。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，在所述第二电磁信号由所述雷达单元接收时，所述多个目标元件操纵所述第二电磁信号以产生特定雷达横截面。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述目标具有板或贴片的形式。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，对于所述目标元件中的每个，所述目标元件在配置为处于所述接通状态时反射电磁信号，以及在配置为处于所述断开状态时吸收电磁信号。
12.根据权利要求8所述的方法，其中，所述目标元件是所述目标上的雕刻或刻痕。
13.根据权利要求8所述的方法，其中，计算所述雷达横截面特征包括使用所述雷达横截面特征作为查找表的索引以获得所述相应的通信消息。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述相应的通信消息包括对对象进行分类的对象信息或通信信息。
15.一种雷达目标，包括：
多个目标元件，以预定配置设置在所述雷达目标上，以共同表示雷达可读代码，所述多个目标元件能够由目标控制器编程以共同表示所述雷达可读代码，所述目标控制器选择性地将所述目标元件中的每个配置成处于接通状态或断开状态，以产生不同的所述雷达可读代码；
其中，所述目标元件操纵从所述雷达目标反射的电磁信号，以产生特定的雷达横截面。
16.根据权利要求15所述的雷达目标，其中，对于所述目标元件中的每个，所述目标元件在配置为所述接通状态时反射电磁信号，以及在配置为所述断开状态时吸收电磁信号。
17.根据权利要求15所述的雷达目标，其中，所述目标元件是所述雷达目标上的雕刻或刻痕。
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