CN111630411A - 用于对横向运动进行可信度检验的方法和设备 - Google Patents

用于对横向运动进行可信度检验的方法和设备 Download PDF

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Abstract

一种用于对对象(7)的最初已知的横向运动进行可信度检验的方法，所述方法具有以下步骤：借助雷达装置(2)发射具有恒定信号频率的雷达信号并且接收具有恒定信号频率的雷达信号的反射；通过分析所反射的具有恒定信号频率的雷达信号的频谱中的频率范围来对对象(7)的横向运动进行可信度检验，所述频率范围相应于横向运动。

Description

用于对横向运动进行可信度检验的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于对对象的最初已知的横向运动进行可信度检验的方法和一种相应的设备。本发明尤其涉及具有这种设备的驾驶员辅助系统。
背景技术
现代驾驶员辅助系统具有用于监测车辆周围环境的雷达传感器。与视频摄像机相反，雷达传感器可以借助多普勒效应直接测量对象的相对速度。由DE 1994 9409 A1已知一种用于对象探测的示例性方法。
特别广泛已知的是所谓的FMCW方法(调频连续波，英：equency modulatedcontinuous wave)。在此，发射具有周期性调频的雷达信号，并且随后接收和分析处理在对象处反射的雷达信号。除了相对速度以外，FMCW方法还能够根据所发射的雷达信号与所接收的雷达信号之间的频率间隔的量值来确定对象的距离。
与借助视频摄像机相比，借助雷达传感器来实现对象角度(即对象相对于雷达设备的主发射方向的方位角)的测量较不准确。这种准确度尤其取决于雷达传感器的孔径、尤其接收天线的阵列的宽度。另外，与CW方法相比，FMCW方法具有更大的不准确度，因为在多普勒频谱中分析的范围更严重地受到其他对象的干扰。因此，尤其横向运动(即对象的垂直于雷达设备或车辆的运动方向的运动)的识别经常不容易被正确地估计。
发明内容
本发明提供一种具有权利要求1的特征的用于对对象的最初已知的横向运动进行可信度检验的方法和一种具有权利要求7的特征的用于对对象的最初已知的横向运动进行可信度检验的设备。
根据第一方面，本发明因此涉及一种用于对对象的最初或初始已知的横向运动进行可信度检验的方法。为此，借助雷达装置发射具有恒定信号频率的雷达信号并且接收具有恒定信号频率的雷达信号的反射。通过分析所反射的具有恒定信号频率的雷达信号的频谱中的频率范围来对对象的横向运动进行可信度检验，其中，该频率范围相应于对象的横向运动。
根据第二方面，本发明因此涉及一种用于对对象的最初已知的横向运动进行可信度检验的设备。该设备包括雷达装置，该雷达装置发射具有恒定信号频率的雷达信号并且接收具有恒定信号频率的雷达信号的反射。计算装置构造用于通过分析所反射的具有恒定信号频率的雷达信号的频谱中的频率范围来对对象的横向运动进行可信度检验，所述频率范围相应于横向运动。
优选实施方式是相应的从属权利要求的主题。
所发射的雷达信号表示具有恒定信号频率的发送序列，该发送序列的特征优选在于如下持续时间：该持续时间明显超过FMCW调制的雷达信号的各个斜坡的持续时间。因此，与借助FMCW调制的雷达信号能够获得的速度分辨率相比，根据具有恒定信号频率的雷达信号可以获得更高的速度分辨率。例如，具有恒定信号频率的雷达信号可以具有20毫秒的持续时间，这相应于约0.1m/s范围内的分辨率。
除了更高的速度分辨率以外，通常角度分辨率也更准确。由此可以对对象的以其他方式探测且最初已知的横向运动进行可信度检验，这种横向运动例如已经根据传感器数据(例如视频数据)或者特别优选根据FMCW调制的雷达信号所确定。尤其可以对表示碰撞危险的关键横向运动进行可信度检验。
在本发明的意义上，“可信度检验”可以理解为：验证或证实所探测对象的存在。尤其可以计算存在概率。另外，这可以理解为检查对象的准确运动。为此，尤其可以计算对象运动的关键程度
Figure BDA0002589212280000021
这种关键程度例如可以量化碰撞概率。
根据该方法的一种优选扩展方案，如果在频率范围内确定存在相应于对象的多普勒频移，则对对象的横向运动进行可信度检验。
根据该方法的一种优选扩展方案，根据所反射的具有恒定信号频率的雷达信号的频谱来计算对象的相对速度和/或方位角。对对象的横向运动进行可信度检验包括：将根据雷达信号计算的相对速度和/或根据雷达信号计算的方位角与所计算的横向运动进行比较。另外，如果可以在具有恒定信号频率的雷达信号的频谱中确定存在多普勒频移，则可以对横向运动进行可信度检验，该多普勒频移相应于对象与雷达设备(或具有雷达设备的车辆)之间的借助FMCW调制的雷达信号确定的相对速度。根据该实施方式，横向运动因此尤其可以包括对象的横向速度和/或相对速度。交叉对象通常始终具有在雷达装置方向上的径向分量，这导致多普勒频移。通过确定该多普勒频移，设备可以确认横向运动的对象的存在。
根据该方法的一种优选扩展方案，在使用根据雷达信号计算的横向运动的情况下修正对象的最初已知的横向运动。由于根据具有恒定信号频率的雷达信号计算的横向速度通常明显更准确，因此可以由此检查最初已知的横向运动或对其进行可信度检验，并且通常也可以更精确地确定该最初已知的横向运动。尤其可以根据多普勒频移来计算和修正设备或车辆与对象之间的相对速度。
根据该方法的一种扩展方案，对象的横向运动包括对象的横向速度。另外，横向运动可以包括对象至具有雷达装置的车辆的车道的横向距离。横向速度和横向距离尤其重要，因为它们主要影响碰撞概率。这些参量可以根据多普勒频谱来确定，其中，可以考虑另外的信息。尤其可以考虑最初已知的横向运动的径向距离。
根据该方法的一种优选扩展方案，根据所反射的雷达信号的频谱来计算对象至车辆的车道或至车辆的轨迹的横向距离。对对象的横向运动进行可信度检验包括：将根据雷达信号计算的横向距离与计算的对象的横向运动进行比较。尤其可以根据传感器数据来计算横向运动，其中，进一步根据传感器数据估计横向距离，将该横向距离与根据雷达数据计算的横向距离进行比较。横向距离应理解为对象的垂直于行车道或车辆轨迹的所测量的距离。对象离行车道越近，则碰撞的概率也越高。通过准确地了解横向距离，可以提前识别这种情况，并且由此可以提高安全性。因此可以更可靠地在关键的与非关键的情况之间进行区分，以便避免未授权的紧急制动。因此根据该实施方式，横向运动尤其包括横向距离。
根据该方法的一种优选扩展方案，根据所反射的雷达信号的频谱来确定对象的对象角度。在使用对象的所计算的对象角度以及对象的根据传感器数据计算的距离的情况下计算横向距离。如上所述，由于具有恒定信号频率的雷达信号的角度分辨率非常高，因此可以高精确度计算对象角度并且由此计算横向距离。
根据该方法的一种优选扩展方案，用于计算横向运动的传感器数据包括FMCW雷达数据。根据另外的实施方式，可以借助视频摄像机、红外传感器或激光雷达传感器或这些传感器的任何组合来生成传感器数据。
附图说明
附图示出：
图1示出根据本发明的第一实施方式的用于对对象的最初已知的横向运动进行可信度检验的设备的示意性框图；
图2示出根据本发明的第二实施方式的用于对对象的最初已知的横向运动进行可信度检验的设备的示意性框图；
图3示出对象以及具有根据本发明的实施方式的设备的车辆的示意性俯视图；
图4示出根据本发明的第一实施方式的用于对横向运动进行可信度检验的方法的流程图；
图5示出根据本发明的第二实施方式的用于对横向运动进行可信度检验的方法的流程图。
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示出根据本发明的第一实施方式的用于对车辆周围环境中的对象的最初已知的横向运动进行可信度检验的设备1a的框图，所述最初已知的横向运动例如借助传感器数据所计算。该对象例如可以涉及骑自行车的人、行人或另一车辆。设备1a可以构造为驾驶员辅助系统或者可以是车辆的驾驶员辅助系统的一部分。设备1a包括接口4，该接口构造用于无线地或通过线缆连接接收来自车辆传感器的传感器数据。传感器数据包括关于车辆周围环境中的对象的横向运动的信息，这种信息尤其包括对象的横向速度以及可选地附加地包括对象至车辆的车道的横向距离。将通过接口4接收的数据传输给设备1a的计算装置3。
设备1a还具有雷达装置2，该雷达装置布置在车辆上并且发射和接收雷达信号。为此，雷达装置2发射具有恒定信号频率的雷达信号或信号序列。各个信号序列的持续时间优选涉及至少10毫秒、特别优选至少20毫秒。雷达装置2接收具有恒定信号频率的雷达信号的反射并且生成雷达数据，该雷达数据同样被传输给计算装置3。
计算装置3包括至少一个微处理器，该微处理器构造用于分析处理由接口4和雷达装置2接收的数据。计算装置3由雷达数据生成所反射的具有恒定信号频率的雷达信号的频谱。计算装置3进一步检查：是否同样可以在所反射的具有恒定信号频率的雷达信号的频谱中识别出对象的根据传感器数据计算的相对速度。因此，计算装置3检查：在相应的频率范围内幅度是否超过预给定的阈值。如果是这种情况，则计算装置3识别出在雷达信号中出现相应的多普勒频移。由此，可以对所计算的横向运动进行可信度检验。尤其可以将实际物理横向运动的存在与反射点迁移(Reflexionspunktwanderung)进行区分。可选地，计算装置3可以根据幅度的大小进一步说明可信度检验参量——在什么程度上可以或不可以对横向速度进行可信度检验。幅度越大，则具有根据传感器数据计算的径向速度或横向速度的对象实际存在于车辆周围环境中的概率就越高，因为根据具有恒定信号频率的雷达信号的附加检查成功地进行。可信度检验参量相应地提高。相反，如果在相应的频率范围内不能识别出峰值，则可以降低可信度检验参量。
计算装置3也可以设计用于对根据传感器数据计算的横向速度进行修正。例如，如果在所反射的具有恒定信号频率的雷达信号的频谱中，在根据传感器数据计算的径向速度或横向速度附近的值处存在峰值(其幅度超过预给定的阈值)，则调节装置3可以在该方向上对横向速度的估计值进行修正。
可选地，计算装置3还可以构造用于从雷达数据中提取对象至车道的横向距离。为此，雷达装置2例如可以具有多个雷达传感器或具有多个发送和接收天线的雷达传感器，使得能够通过所接收的具有恒定信号频率的雷达信号的相位差来确定对象的相应的对象角度。如果雷达传感器具有相同的取向，则确定相对于共同的主射束轴线的对象角度。然后，计算装置3将从雷达数据提取的对象角度与根据传感器数据测量的对象角度进行比较。计算装置3构造用于对根据传感器数据测量的对象角度进行可信度检验，即检查：根据传感器数据测量的对象角度与根据雷达数据提取的对象角度是否一致。根据所述比较可以对相应的可信度检验参量进行匹配。
根据多个实施方式，仅当相对速度不太低并且由此相应的多普勒频率非常小且难以探测时，才可以执行角度分析。在这种情况下，尤其会出现与静止对象的重叠。另外，可以根据借助传感器数据计算的角度范围来限制待检查的角度范围。通常将待分析的频率间隔的位置和大小匹配于所求取的横向运动的运动速度和运动方向。绝对对象速度越大且运动方向越接近精确垂直的运动方向，则待分析的频率范围就越大。优选地，也可以在计算可信度检验参量时纳入遮蔽效应(Verdeckungseffekte)。如果不能找到合适的多普勒频率，所预测的多普勒频率周围的待分析频率间隔越强烈地受到其他对象的干扰，则根据具有恒定信号频率的雷达信号而得到的交叉对象的存在概率降低得越少。为此，优选考虑期望接收功率与所测量的干扰功率之间的关系，所述期望接收功率由估计的雷达横截面和对象距离计算出。
设备1a还包括控制装置5，该控制装置根据对象的经可信度检验的横向运动来控制车辆的驾驶功能。如果确认对象的根据传感器数据所评估的横向运动(即在所反射的具有恒定信号频率的雷达信号的频谱中也重新发现横向运动)，则控制装置5可以在必要时采取对策以避免碰撞。根据横向运动例如可以求取碰撞区域和碰撞时刻。控制装置5可以使车辆相应地转向或制动。控制装置5尤其可以执行紧急制动。但是，控制装置5也可以构造用于将警报信号输出给车辆的驾驶员。
如果不能对根据传感器数据计算的横向运动进行可信度检验，则不必强制禁止对车辆的这种控制。如果根据传感器数据的对象追踪已经具有非常高的置信度，则尽管缺少通过具有恒定信号频率的雷达信号的确认，仍然可以执行紧急制动。这种情况尤其可能在对象被其他对象遮蔽时出现。
在图2中示出根据第二实施方式的设备1b的方框图。这与在图1中所示的设备1a的不同之处在于，传感器数据由雷达装置2自身产生。根据该实施方式，雷达装置2时间上错位地产生FMCW调制得雷达信号，其中，接收所反射的FMCW调制雷达信号并且输出相应的传感器数据。计算装置3构造用于根据传感器数据计算车辆周围环境中的对象的横向运动、尤其确定横向速度并且优选附加地确定对象的横向距离。
现在，计算装置3进一步构造用于对对象的根据传感器数据计算的横向运动参量进行可信度检验。为此，雷达装置2(与FMCW调制雷达信号时间上错位地)发射具有恒定信号频率的雷达信号并且根据接收到的所反射的具有恒定信号频率的雷达信号生成雷达数据。如上所述，计算装置3检查在频谱中是否存在相应的相对速度。如果是这种情况，则计算装置3可以附加地提取并且比较横向距离。
设备1a的其余结构相应于第一实施方式，因此不应重复。
在图3中示出示例性的场景。车辆6具有上述设备1a、1b中的一个。雷达装置2尤其布置在车辆6的前部。车辆6以固有速度v_ego沿着固有轨迹9运动。在相对于行驶方向或相对于雷达装置2的主射束方向测量的对象角度φ情况下，根据传感器数据识别到对象7。对象7以对象速度v_obj沿着对象轨迹8朝着与固有轨迹9的交点11处运动。对象7的横向速度相应于垂直于行驶方向或行车道的速度分量。对象7在车辆6的方向上具有径向速度v_rad，该径向速度相应于对象速度v_obj在雷达装置2与对象7之间的连接线10上的投影。对象7的相对速度还取决于车辆6的速度。对象7具有至行车道边界12的横向距离d以及至车辆6的固有轨迹的轨迹距离D。如上所述，车辆6的设备1a、1b构造用于对根据传感器数据计算的横向运动进行可信度检验。为此，设备1a、1b一方面检查：是否可以根据具有恒定信号频率的雷达信号确认对象7的存在以及在必要时是否可以修正横向运动。尤其可以检查和修正对象7的横向速度和/或横向距离。
在图4中示出根据本发明的实施方式的方法的流程图。为此，在方法步骤S1l中产生传感器数据并且计算车辆6的周围环境中的对象7的横向运动。传感器数据优选借助FMCW调制的雷达信号来生成。
在方法步骤S12中，根据计算的横向运动来检查在车辆6与对象7之间是否可能发生碰撞。如果计算的概率超过预给定的阈值，则识别出涉及关键的横向运动。在方法步骤S13中，执行对所发射的和所接收的具有恒定信号频率的雷达信号的多普勒频谱的分析。否则分析下一个测量周期，S11。
多普勒频谱的分析包括对横向运动进行可信度检验。基于此，在步骤S14中求取对象的存在概率，并且在方法步骤S15中采取对策，例如声学、视觉或光学警报信号的输出、通过制动冲击(Bremsruck)的警报、规避操作
Figure BDA0002589212280000081
或紧急制动。
根据一种实施方式，也可以只要找到相应的多普勒频率就执行紧急制动。
在图5中示出根据本发明的第二实施方式的用于对车辆6周围环境中的对象7的借助传感器数据计算的横向运动进行可信度检验的方法的流程图。
在方法步骤S21中，根据传感器数据以上述方式求取对象的横向运动。
在方法步骤S22中，根据传感器数据检查横向运动是否涉及关键横向运动。在此，可以优选将关于是否涉及关键横向运动的阈值选择为小于图4中所示方法的步骤S12中的阈值。因此，即使是已经略微关键的横向运动也能够被检查出。
如上所述，在方法步骤S23中通过分析具有恒定信号频率的雷达信号的多普勒频谱，对这种横向运动进行可信度检验。
在方法步骤S24中，检查具有恒定信号频率的雷达信号是否确认横向运动。如果是这种情况，则在方法步骤S25中在必要时修正对象运动。否则，在方法步骤S26中降低对象的存在概率或碰撞的概率。在方法步骤S27中，检查存在概率是否足够高。如果不是这种情况，则重新执行该方法。否则的话以及接着方法步骤S25，在方法步骤S28中检查运动是否足够关键(即是否可能发生碰撞)。如果不是这种情况，则重复该方法，否则采取上述对策中的一个，S29。

Claims (10)

1.一种用于对对象(7)的最初已知的横向运动进行可信度检验的方法，所述方法具有以下步骤：
借助雷达装置(2)发射具有恒定信号频率的雷达信号并且接收所述具有恒定信号频率的雷达信号的反射；
通过分析所反射的具有恒定信号频率的雷达信号的频谱中的频率范围来对所述对象(7)的横向运动进行可信度检验，所述频率范围相应于所述最初已知的横向运动。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，根据所反射的雷达信号的频谱来计算所述对象(7)的相对速度和/或方位角，其中，对所述对象(7)的横向运动进行可信度检验包括：将根据所述雷达信号计算的相对速度和/或方位角与所计算的横向运动进行比较。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，在使用根据所述雷达信号计算的相对速度和/或根据所述雷达信号计算的方位角的情况下修正所述对象(7)的最初已知的横向运动。
4.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，所述横向运动包括所述对象(7)的横向速度。
5.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，所述雷达装置(2)布置在车辆(6)上，其中，所述横向运动包括所述对象(7)至所述车辆(6)的车道的横向距离。
6.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，根据FMCW雷达数据已经计算出最初已知的横向运动。
7.一种用于对对象(7)的最初已知的横向运动进行可信度检验的设备(1a；1b)，所述设备具有：
雷达装置(2)，所述雷达装置构造用于发射具有恒定信号频率的雷达信号并且接收具有恒定信号频率的雷达信号的反射；
计算装置(3)，所述计算装置构造用于通过分析所反射的具有恒定信号频率的雷达信号的频谱中的频率范围来对所述对象(7)的横向运动进行可信度检验，所述频率范围相应于所述横向运动。
8.根据权利要求7所述的设备(1a；1b)，其中，所述雷达装置(2)进一步构造用于发射FMCW调制的雷达信号并且根据所述FMCW调制的雷达信号的所接收的反射来计算所述横向运动。
9.根据权利要求8所述的设备(1a；1b)，其中，所述雷达装置(2)进一步构造用于时间上错位地发射具有恒定信号频率的雷达信号和FMCW调制的雷达信号。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的设备(1a；1b)，所述设备还具有控制装置(5)，所述控制装置构造用于根据所述对象(7)的经可信度检验的横向运动来控制车辆(6)的驾驶功能。
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