CN111615642A - 用于评估对象的角位置的方法和设备以及驾驶员辅助系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于评估根据雷达数据识别的对象(7)的角位置的方法，其中，所述雷达数据由雷达设备(5)求取，所述方法具有以下步骤：求取(S1)雷达设备(5)的固有速度(v_ego)；在使用所求取的雷达数据的情况下求取(S2)所识别的对象(7)相对于雷达设备(5)的相对速度(v_rel)；在使用所求取的固有速度(v_ego)和所求取的相对速度(v_rel)的情况下求取(S3)至少一个角度检查范围(α，β)，其中，所述至少一个角度检查范围(α，β)相应于可能的不运动的对象(7)，所述不运动的对象具有基本上相应于所求取的相对速度(v_rel)的相对速度(v_rel)；求取(S4)所识别对象(7)的方位角是否位于所求取的角度检查范围(α，β)中。

Description

用于评估对象的角位置的方法和设备以及驾驶员辅助系统
技术领域
本发明涉及一种用于评估根据雷达数据识别的对象的角位置的方法以及一种相应的设备。此外，本发明涉及一种用于车辆的驾驶员辅助系统。
背景技术
除了计算距离和相对速度之外，根据雷达数据也可以确定对象的方位角和仰角。这些测量参量可以由驾驶员辅助系统分析处理，以控制确定的车辆功能。根据仰角还可以进一步识别：对象是否能够被驶越、能够相向行驶或从下面驶过。尤其为了对象的车道分配，必须准确地确定对象的角度。
除了传统的雷达设备之外，已知具有多个发送天线和接收天线的多输入多输出(MIMO)雷达设备。在整体阵列的虚拟孔径增大并且测量数量较大的情况下，可以同时节省附加通道的成本和电路板上的空间。
为了获得正交发送信号，可以使用码分复用、频分复用或时分复用方法。
由US 20170131392A1已知一种MIMO雷达传感器，其中，在FMCW调制方法中以嵌套的方式发射频率斜坡并且接收反射。这种雷达传感器使对象的角位置的确定变得容易。
然而，尤其在大的角度范围和高的对象分辨率的情况下(这使得也能够探测较弱的目标)，用于角度估计的计算开销可能是巨大的。因此，需要用于角度估计的更高效的方法。
发明内容
本发明涉及一种具有权利要求1的特征的用于评估根据雷达数据识别的对象的角位置的方法和一种具有权利要求9的特征的用于评估根据雷达数据识别的对象的角位置的设备。
根据第一方面，本发明因此涉及一种用于评估根据雷达数据识别的对象的角位置的方法，其中，所述雷达数据由雷达设备求取。求取雷达设备的固有速度。此外，在使用所求取的雷达数据的情况下，求取所识别的对象相对于雷达设备的相对速度。在使用所求取的固有速度和所求取的相对速度的情况下，求取至少一个角度检查范围，其中，所述至少一个角度检查范围相应于可能的不运动的对象，所述不运动的对象具有基本上相应于所求取的相对速度的相对速度。此外，求取所识别的对象的方位角是否位于所求取的角度检查范围中。
根据第二方面，本发明因此涉及一种用于评估根据雷达数据识别的对象的角位置的设备。该设备具有接口，该接口接收由雷达设备求取的雷达数据以及关于雷达设备的固有速度的信息。该设备还包括计算装置，该计算装置在使用所求取的雷达数据的情况下求取所识别的对象相对于雷达设备的相对速度。计算装置在使用所求取的固有速度和所接收的相对速度的情况下求取至少一个角度检查范围。所述至少一个角度检查范围相应于可能的不运动的对象，所述不运动的对象具有基本上相应于所求取的相对速度的相对速度。此外，计算装置求取所识别的对象的方位角是否位于所求取的角度检查范围中。
根据第三方面，本发明因此涉及一种用于车辆的驾驶员辅助系统，该驾驶员辅助系统具有雷达设备，该雷达设备求取雷达数据并且根据该雷达数据识别对象。驾驶员辅助系统还包括用于评估所识别的对象的角位置的设备。
优选实施方式是相应从属权利要求的主题。
本发明基于以下认知：借助车辆的雷达设备所检测的对象的大部分是静态的或不运动的。因此根据本发明，首先检查所接收的雷达信号是否相应于这种静止目标。通过这种预先搜索(Vorsuche)可以显著降低计算开销，因为仅须搜索相对窄的角度范围。仅当这种预先搜索不成功时，才可以在附加的其他角度范围中搜索对象。因此，本发明在降低计算开销并由此降低能量消耗的情况下实现通常明显更快的对象检测。
根据该方法的一种优选扩展方案，在使用雷达数据的情况下计算角度品质，其中，如果角度品质超过预给定的阈值，则求取到所识别的对象的方位角位于所求取的角度检查范围中。角度估计自身例如可以借助确定性最大似然(DML)方法来执行。然后可以通过以下等式定义角度品质：
Figure BDA0002589210860000031
在此，DML表示信号矢量和天线图矢量的互相关的量值平方。
Figure BDA0002589210860000032
此外，
Pcorr,1-Ziel
表示所测量的DML值属于完全相关的信号和天线图矢量的概率。此外，
<SNR>
表示在嵌套调制序列上进行相干积分之后的平均信噪比，并且m表示雷达设备的用于角度估计的天线的数量。
如果在预先搜索时角度品质已经足够好(即超过预给定的阈值)，则识别出：雷达数据被分配给静止对象，使得可以取消进一步的全局搜索。由此在预先搜索之后就已经可以中止角度估计。
如果角度品质未超出预给定的阈值，则可以根据该方法的一种优选扩展方案求取到：所识别的对象的方位角不在所求取的角度检查范围中。在这种情况下，在角度检查范围之外进行方位角的求取。因此，在预先搜索不成功的情况下，可以接着进行全局搜索。这涉及以下情况：在该情况中，雷达数据不相应于静止目标，而是相应于可运动的目标。
根据该方法的一种优选扩展方案，根据雷达设备的安装角度来确定至少一个角度检查范围。安装角度可以理解为雷达设备的主辐射方向与车辆的纵轴线或车辆的行驶方向之间的在行车道平面中所测量的角度。
根据该方法的一种优选扩展方案，进一步在考虑所求取的固有速度的准确度和/或所求取的相对速度的准确度的情况下求取至少一个角度检查范围。静止目标通常具有相对速度和对象角度的准确关系。然而，如果无法准确已知车辆的固有速度或相对速度，则产生相应的容差范围，使得角度检查范围具有一定的宽度。然而，角度检查范围自身通常明显小于雷达设备的整体检测范围。
根据该方法的一种优选扩展方案，计算至少一个中心角度，该至少一个中心角度相应于可能的不运动的对象，该不运动的对象具有与所求取的相对速度相等的相对速度。通过在准确度的范畴内改变所求取的固有速度和所求取的相对速度，求取围绕中心角度的相应的角度检查范围。因此，中心角度是如下角度：该角度相应于精确地以所测量的相对速度运动的对象，其中，车辆同样精确地以固有速度运动。由于固有速度和相对速度的不准确性，因此在相应的角度检查范围中产生所提到的扇形。
根据该方法的一种优选扩展方案，将重叠的角度检查范围结合成整体角度检查范围。
根据该方法的一种优选扩展方案，根据最大似然方法求取所识别的对象的方位角是否位于所求取的角度检查范围中。
附图说明
附图示出：
图1示出根据本发明的一种实施方式的用于评估角位置的设备的示意性框图；
图2根据所测量的相对速度示出雷达设备和可能对象的第一可能的相对定位；
图3根据所测量的相对速度示出雷达设备和可能对象的第二可能的相对定位；
图4示出相应的角度检查范围的图示；
图5示出根据本发明的一种实施方式的驾驶员辅助系统的示意性框图；
图6示出根据本发明的一种实施方式的用于评估对象的角位置的方法的流程图。
在所有附图中，相同的或功能相同的元件和设备设有相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出用于评估对象的角位置的设备1的示意性框图，该对象已经根据雷达数据被识别出。设备1包括接口2，该接口与车辆的雷达设备5耦合并且从该雷达设备接收雷达数据。雷达设备5优选构型为MIMO雷达设备。雷达设备尤其可以例如按照在US 20170131392A1中所公开的方法以时分复用方法发射不同的频率斜坡。通过灵活地选择调制方法，可以唯一明确地确定对象的距离和相对速度，而无需在多个周期上进行追踪。
接口2还与车辆的传感器设备8耦合，该传感器设备构造用于测量车辆的固有速度。将所测量的固有速度经由接口2传输给设备1。
设备1还具有计算装置3，该计算装置进一步分析处理经由接口2所接收的数据。可以根据雷达数据要么由雷达设备5要么由计算装置3识别对象。为此，尤其分析处理频谱中的峰。计算装置3根据雷达数据来求取所识别的对象相对于车辆或相对于雷达设备5的相对速度。可以根据已知方法在考虑多普勒效应的情况下计算相对速度。
计算装置3还具有关于雷达设备5的安装角度的知识，该安装角度例如可以作为预给定的值存储在设备1的存储器中。
计算装置3构造用于检查所识别的对象是否涉及静止目标。
在安装角度、车辆的固有速度和对象的相对速度的固定预给定值的情况下，对于车辆与对象之间的相对位置产生两种可能的角度配置(Winkelkonstellation)。
在图2中示出第一可能位置。雷达设备5安装在车辆6中，其中，雷达设备5的主辐射方向Y与车辆6的车辆轴线或纵轴线X围成安装角度θ_mount。车辆6沿着车辆轴线X以固有速度v_ego运动。由于对象7涉及静止目标，所以该对象在车辆6的坐标系中以负的固有速度-v_ego运动。雷达设备5与对象7之间的第一连接线Z_a上的投影相应于相对速度v_rel。主辐射方向Y与第一连接线Z_a围成第一方位角θ_a，其中，对象7位于主辐射方向Y的背向轴线X的侧上。因此，对象7在第一连接线Z_a与车辆轴线X之间的第一对象角度ψ_a作为安装角度θ_mount与第一方位角θ_a的和而给定。出于几何学的考虑得出，可以根据以下公式来计算第一方位角θ_a：
Figure BDA0002589210860000051
在图3中示出第二可能的情况。在这种情况下，将对象7与雷达设备5连接的第二连接线Z_b处于主辐射方向Y与车辆轴线X之间。主辐射方向Y与第二连接线Z_b之间的第二方位角θ_b作为安装角度θ_mount与第二对象角度ψ_b之间的差而给定，即通过以下公式给定：
Figure BDA0002589210860000052
根据一种实施方式，计算装置3首先检查根据雷达数据检测的对象7的实际方位角是否相应于第一方位角θ_a或第二方位角θ_b。
更一般性地，相对速度v_rel和车辆6的固有速度v_ego是附带有错误的。因此，根据其他实施方式，计算装置3检查根据雷达数据检测的对象7的实际方位角是否位于第一角度范围α或第二角度范围β中。
在图4中示出这两个角度范围。第一角度范围α关于第一连接线Z_a在第一轴线Z_al与第二轴线Z_a2之间延伸。相对于主辐射方向Y的相应方位角处于第一值
Figure BDA0002589210860000061
与第二值
Figure BDA0002589210860000062
之间。
在此，σ_rel表示相对速度v_rel的不确定性，而σ_ego表示车辆6的固有速度v_ego的不确定性。
相应地，第二角度范围β关于第二连接线Z_b在第三轴线Z_b1与第四轴线Z_b2之间延伸。相对于主辐射方向Y的相应方位角处于第一值
Figure BDA0002589210860000063
与第二值
Figure BDA0002589210860000064
之间。
对于确定的配置，两个角度范围α、β可能重叠。在这种情况下，将两个角度范围α、β组合成整体角度范围。
计算装置3分别求取角度品质、即如下参量：该参量说明对象7是否实际上位于相应的角度范围α、β中。如果角度品质超过预给定的值，则计算装置3确定对象7涉及静止目标。
否则，计算装置3识别出不涉及静止目标，并且在两个角度范围α、β之外执行角度估计。
因此，角位置的评估一方面可以理解为检查是否涉及静止对象的角位置。另一方面，也可以计算出准确的方位角。
在图5中示出根据本发明的一种实施方式的驾驶员辅助系统4的示意性框图。驾驶员辅助系统4具有安装在车辆6中的雷达设备5。雷达设备5传递雷达数据并且根据雷达数据识别对象7。驾驶员辅助系统4还具有设备1，该设备根据雷达数据来评估角位置。
在图6中示出用于评估对象7的角位置的方法的流程图。
在方法步骤S1中，求取雷达设备5的固有速度v_ego。雷达设备5尤其可以集成在车辆6中，其中，通过车辆6的速度传感器来计算车辆6的固有速度v_ego。
在方法步骤S2中，在使用所求取的雷达数据的情况下确定所识别的对象7相对于雷达设备5的相对速度v_rel。
在另一步骤S3中，根据固有速度v_ego、相对速度v_rel以及必要时根据雷达设备5的安装角度θ_mount来确定至少一个角度检查范围α、β。角度检查范围α、β相应于可能的不运动的对象7，其中，根据上述方法可以考虑固有速度v_ego和相对速度v_rel的不准确度。
在方法步骤S4中，检查所识别的对象7的方位角是否位于所求取的角度检查范围α、β中。

Claims (10)

1.一种用于评估根据雷达数据识别的对象(7)的角位置的方法，其中，所述雷达数据由雷达设备(5)求取，所述方法具有以下步骤：
求取(S1)所述雷达设备(5)的固有速度(v_ego)；
在使用所求取的雷达数据的情况下求取(S2)所识别的对象(7)相对于所述雷达设备(5)的相对速度(v_rel)；
在使用所求取的固有速度(v_ego)和所求取的相对速度(v_rel)的情况下求取(S3)至少一个角度检查范围(α，β)，其中，所述至少一个角度检查范围(α，β)相应于可能的不运动的对象(7)，所述不运动的对象具有基本上相应于所求取的相对速度(v_rel)的相对速度(v_rel)；
求取(S4)所识别的对象(7)的方位角是否位于所求取的角度检查范围(α，β)中。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，求取所识别的对象(7)的方位角是否位于所求取的角度检查范围(α，β)中包括：在使用所述雷达数据的情况下计算角度品质，其中，如果所述角度品质超过预给定的阈值，则求取到所识别的对象(7)的方位角
Figure FDA0002589210850000011
位于所求取的角度检查范围(α，β)中。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，如果所述角度品质未超过所述预给定的阈值，则求取到所识别的对象(7)的方位角不在所求取的角度检查范围(α，β)中，其中，在所述角度检查范围(α，β)之外进行所述方位角的求取。
4.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，进一步根据所述雷达设备(5)的安装角度(θ_mount)来确定所述至少一个角度检查范围(α，β)。
5.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，进一步在考虑所求取的固有速度(v_ego)的和所求取的相对速度(v_rel)的准确度的情况下求取所述至少一个角度检查范围(α，β)。
6.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，计算至少一个中心角度，所述中心角度相应于可能的不运动的对象(7)，所述不运动的对象具有与所求取的相对速度(v_rel)相等的相对速度(v_rel)，其中，通过在所述准确度的范畴内改变所求取的固有速度(v_ego)和所求取的相对速度(v_rel)，求取围绕所述至少一个中心角度的相应的角度检查范围(α，β)。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，将重叠的角度检查范围(α，β)组合成整体角度检查范围(α，β)。
8.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，根据最大似然方法来求取所识别的对象(7)的方位角是否位于所求取的角度检查范围(α，β)中。
9.一种用于评估根据雷达数据识别的对象(7)的角位置的设备(1)，所述设备具有：
接口(2)，所述接口构造用于接收由雷达设备(5)所求取的雷达数据以及关于所述雷达设备(5)的固有速度(v_ego)的信息；
计算装置(3)，所述计算装置构造用于在使用所求取的雷达数据的情况下求取所识别的对象(7)相对于所述雷达设备(5)的相对速度(v_rel)，在使用所求取的固有速度(v_ego)和所接收的相对速度(v_rel)的情况下求取至少一个角度检查范围(α，β)，其中，所述至少一个角度检查范围(α，β)相应于可能的不运动的对象(7)，所述不运动的对象具有基本上相应于所求取的相对速度(v_rel)的相对速度(v_rel)，并且求取所识别的对象(7)的方位角是否位于所求取的角度检查范围(α，β)中。
10.一种用于车辆(6)的驾驶员辅助系统(4)，所述驾驶员辅助系统具有：
雷达设备(5)，所述雷达设备构造用于求取雷达数据并且根据所述雷达数据识别对象(7)；
根据权利要求9所述的用于评估所识别的对象(7)的角位置的设备(1)。
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