CN112654891A - 改善车辆检测低电磁轮廓物体的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种通过增强低电磁轮廓物体(诸如路标、儿童等)的可检测性和信息来提高车辆导航控制系统的性能和安全性的系统和方法。所公开的方法包括雷达反射器和附着在低电磁轮廓物体上的无源、有源或连续可编程的RFID标签，以及添加到车辆并与车辆导航控制系统连接的RFID读取器。RFID标签在其存储器中存储关于物体的相关信息，该信息可通过查询读取器检索，实时向导航控制系统提供关于低电磁轮廓物体的特征的重要识别信息以及所述物体相对于车辆的位置的信息。

Description

改善车辆检测低电磁轮廓物体的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求分别于2018年9月10日和2018年10月30日提交的美国临时申请号62/728,884和62/752,373的优先权的权益，其内容通过引用合并于此。
技术领域
本发明涉及用于自动车辆的导航系统，更具体地，涉及一种当车辆仅使用自身的仪器尝试导航时，通过向车辆可能遇到的低电磁轮廓物体添加专用的RFID标签和/或雷达反射器来提高部分或完全自动车辆的能力的系统。
背景技术
试图使用自身传感器进行导航的车辆可能会遇到许多低电磁轮廓的物体，例如自行车、摩托车、牲畜、宠物、马匹、儿童、路边立柱、停车标志、交通灯、警察和环形交叉路口等。未检测到的物体和/或这些物体的错误识别会妨碍车辆的导航系统并造成非常严重的安全问题。
现代车辆部分地或全部地由控制系统控制，该控制系统通过一系列传感器(例如光学的、视觉的、基于RF的等)获取周围物体的信息。未来的运输技术将更加显著地依赖这种传感器来检测周围物体并安全地引导车辆。然而，车辆传感器所感测到的信息可能会是误导性的；例如，苏打之类的物体所产生的雷达图像与其大小完全不成比例，而路边的塑料立柱或儿童所产生的雷达图像却比实际小得多。此外，依赖于从外部网络(蜂窝网络、Wi-Fi、蓝牙、BLE、专有网络、VANET等)接收到的信息可能会由于通信速度、准确性和可靠性问题等导致严重的安全问题。
因此，自动化水平的提高要求系统能够准确地感应和分析复杂的场景，以便正确地对多种潜在危险实时响应。此外，快速移动的车辆需要快速、实时和准确的信息。
自动(或半自动)车辆技术面临的最突出问题之一是无法检测出自行车道中的骑手(为低电磁轮廓物体的示例)或与车辆共享道路的人并对他们做出反应。但是骑手并不是车辆传感器难以检测到的唯一物体。车辆会遇到许多其他具有较低电磁轮廓的物体；儿童、摩托车、宠物、马匹、猪、公牛、护栏(特别是非金属的)、行人、交通灯、路边标志、环形交叉路口等(及其任意组合)，这些低电磁轮廓物体通常无法被检测到，或者它们的检测被错误地识别——即，他们的被感知的电磁轮廓与所识别的不同。例如，即使是如摄像头或IR传感器的视觉传感器在感应儿童时也常常会是误导性的。
试图仅依靠来自自身的传感器的信息进行导航的车辆必须具有关于所有周围物体的准确信息，所述信息至少部分地基于该物体的电磁轮廓，或更具体地说是其雷达横截面(Radar Cross Section，RCS)。这种雷达反射/发射也称为“雷达指纹”或“雷达签名”。但是，同样地，由于一些物体的电磁轮廓低，因此无法完美实现这种导航。另一方面，如果周围的物体除了其准确的、实时的位置能识别出它们的“性质”(即，我是谁？我有多大？我的状态等)，车辆的整体有效性和安全性可以显著提高。特别是在物体密度和多样性极具挑战性的城市环境中，最佳性能需要对包括具有低电磁轮廓的物体在内的所有物体进行可靠、准确和快速的检测方法。
如今，五种主要的车载传感器类型提供了用于车辆控制的环境传感数据的大部分。这些传感器包括：
(1)短程、中程和远程雷达；
(2)光探测与测距(以下简称LIDAR)；
(3)图像传感器(主要是红外和可见光波段的摄像头)；
(4)超声波；以及
(5)摄像机等，及其任何组合。
通常在汽车主动安全系统中使用的基于雷达的系统可分为三种主要类型：
(i)短程雷达(short-range radar，SRR)，用于碰撞接近警告和安全，并支持有限的停车辅助特征；
(ii)中程雷达(medium-range radar，MRR)，用于监视车辆的拐角，执行盲点检测，观察其他车辆的车道交叉以及避免侧面/拐角碰撞；以及
(iii)远程雷达(long-range radar，LRR)，用于前视传感器、自适应巡航控制(adaptive cruise control，ACC)和早期碰撞检测功能。
未能检测到周围物体影响车辆控制单元作出的决策，后果可能很惨重—尤其是如果汽车依靠该信息导航并避免撞向它们。例如，站在车辆旁边的小孩对雷达接收器可能变得“不可见”。而且，除了(在路边标志和车辆中的)基于塑料的部件的普及之外，自行车和摩托车车架等结构中的碳纤维等复合材料的使用的增长，更降低了这些物体的电磁轮廓。这是因为基于雷达的传感器依赖于从待检测物体反射的电磁辐射。任何基于雷达的系统的有效性都取决于反射的电磁辐射。低反射的电磁辐射会明显地损害任何基于雷达的传感器的有效性。隐形飞机使用了这种现象(但要为了达到相反的效果)，其设计目的是避免被各种减少雷达反射/发射的技术检测到。
车辆雷达系统使用的各种方法；远程雷达(long-range radar，LRR)系统在77GHz频段(76-81GHz)运作，宽带调频连续波(Frequency Modulated Continuous Wave，FMCW)结合了高分辨率的行程和深度感知与在较小雷达横截面、自动紧急制动系统(automaticemergency braking system，AEBS)和自适应巡航控制(adaptive cruise control，ACC)中对物体的检测。
以自行车为例，由于其相对较小、速度快且是异质的，与大块头的汽车不同，因此造成复杂的检测问题。自行车的质量(主要是金属)明显较小，并且通常具有多种外观变化：即具有更多的形状、颜色、材料成分和附着在自行车上的东西。测试表明，当今的系统仅能发现74％的自行车与88％的车辆。因此当前的车辆控制(部分或全自驾驶汽车)技术无法检测自行车道中的骑手或与车辆共用道路的人，并对他们做出反应。自行车比汽车更难预测、更灵活，因为它们更容易突然转弯或突然跳出来。通过IEEE光谱进行的2017年的研究发现，在自动汽车与之交互的所有运输方式中，自驾驶汽车技术最难检测到自行车。
可以看出，需要一种系统，当试图仅使用自身的仪器导航时，通过向车辆可能遇到的低电磁轮廓物体上添加专用的RFID标签和/或雷达反射器来提高部分或完全自动车辆的能力。本发明的系统和方法通过将反射器和/或RFID结合到作为具有低电磁轮廓的物体的示例的自行车上来提供非常低成本的解决方案。反射器将车辆的雷达信号反射回去，然后RFID响应车辆RFID读取器对其的识别信息；“我是自行车”、“我的正确位置是...”、“我当前的速度是...”、“我的方向是...”等等。
如今，自动(半或全)车辆仅依靠其传感器及其控制单元上的处理能力进行道路物体的检测和识别，而本发明所公开的系统和方法以非常可靠的方式并以可承受的价格，提供来自车辆可能遇到的低电磁波轮廓物体的实时和准确的信息。这些信息被添加到车辆的现有控制系统输入中，并提高了主要用于半自动或全自动车辆的导航的准确性和安全性。
本发明的系统和方法可以体积小、成本低、防风雨、免于网络攻击、无电源(无源)并且消耗非常有限的有源或连续可编程RFID版本中所需动力。如果需要，其动力可以由电池和/或太阳能电池板、风力涡轮机等提供，从而可以在不连接电网的情况下在偏远地区实现该技术。由于其成本低，即使对于低成本物体(例如基本的路边塑料警告标志)，它也非常实惠。本发明的系统(无源版本RFID)因为其数据无法被在线修改而免于任何黑客攻击，这与许多物联网(Internet of Things，IoT)设备不同。而且，它非常容易实现和安装，并且需要的维护成本如果有也非常低。
增加物体的电磁签名和/或其识别可以分为两种基本方法：无源和有源。被动方法仅使用来自发射设备的能量。在有源设备中，反射信号增强(放大)，或者触发被发送设备接收到的动作。
发明内容
在本发明的一方面，一种用于改进车辆导航控制系统的方法包括以下：提供一种具有导航控制系统的车辆；将RFID读取器连接至所述车辆并与所述导航控制系统可操作地关联；以及将一个或多个反射器附着到具有低雷达横截面的至少一个物体上，其中每个反射器增强所述雷达横截面；将一个或多个RFID标签耦合至每个物体上，其中每个RFID标签可检索地存储包括所述物体的性质的识别数据；以及所述性质与所述物体的位置无关，其中，所述RFID读取器用于查询可操作范围内的每个RFID标签，以使所述RFID标签公开所述识别数据。
在本发明的另一方面，一种创建车辆自组织网络(ad-hoc network)的方法包括以下：提供多个车辆，所述车辆结合了上述方法；以及每个导航控制系统用于在可操作范围之外与每个车辆共享每个物体的识别数据；交通模块，耦合至每个导航控制系统，其中所述交通模块包括在可操作范围内的交通管制的状态，并且其中所述交通模块耦合至每个物体的识别数据。
本发明的这些和其他特性、方面和优势将参考以下附图、描述和权利要求变得更好理解。
附图说明
图1示出了本发明的系统如何安装在自行车上并与道路上的车辆相互作用的示例。
图2以框图形式示出了本发明系统——仅安装在低电磁轮廓物体部分上的部分——在其无源RFID版本下的一般结构。
图3以框图形式示出了本发明系统——仅安装在低电磁轮廓物体部分上的部分——在其有源RFID版本下的一般结构。
图4以框图形式示出了本发明系统——仅安装在低电磁轮廓物体部分上的部分——在其可连续编程的RFID版本下的一般结构。
图5以框图形式示出了包括分配给汽车产业的频带在内的频率分配带的一般结构。
图6以框图形式示出了典型车辆传感器设置和功能的一般结构。
图7以框图形式示出了车辆中典型传感器设置的一般结构。
图8以框图形式示出了典型角反射器的总体构思和功能。
图9以框图形式示出了将RFID标签放置在一个位置中的典型的多方向角反射器的一般结构。
图9a以框图形式示出了具有多个RFID(仅标签或天线)且每个RFID都放置在不同方向上的典型多方向角反射器的一般结构。
图10示出了通过角反射器实现的雷达截面反射的改进的示例。它显示了三角形三面角反射器在方位角和仰角平面中的辐射模式。
图11以框图形式示出了本发明系统在自行车上的典型设置的一般结构。
图12以框图形式示出了典型的RFID系统的一般结构以及将GPS信息连接(固定或交替)到RFID标签的附加实施例。
图13以框图形式示出了本发明系统安装在车辆可能遇到的示例物体上的典型设置的一般结构，所述示例物体例如：猪、公牛/母牛、羊、doc(宠物)、马匹、儿童、(各种)道路标志、踏板车、警察、交通灯等——所有示例和它们的任何组合。黑点表示在那些样本物体中反射器和/或RFID标签的可选位置。
图14以框图形式示出了本发明的系统的示例以及如何将其集成到四向路口的交通灯中。
图15以框图形式示出了安装在车辆控制系统中的本发明的系统的典型设置的一般结构。
具体实施方式
以下详细描述是实施本发明的示例性实施例的当前预期的最佳模式。该描述不应被认为是限制性的，而仅仅是为了说明本发明的一般原理而做出的，因为本发明的范围由所附权利要求书最佳地定义。
广泛地，本发明的实施例提供了一种通过车辆的控制系统传感器来增强低电磁轮廓物体(诸如路标、儿童等)的可检测性和信息来改善车辆控制系统的性能和安全性的系统和方法。本发明公开的系统和方法包括在一端附着至低电磁轮廓物体的雷达反射器和的RFID标签(无源、有源或连续可编程)，以及在另一端添加到车辆并连接至其控制系统的雷达、摄像头和RFID读取器(也称为查询器)。
该系统包括附着在低电磁轮廓物体上的雷达反射器和RFID标签，所述雷达反射器和RFID标签存储有关物体的相关信息在它们的存储器中。车辆配备了雷达、摄像头和一个或多个RFID查询器。低电磁轮廓物体更有效地反射雷达信号并响应RFID读取器的查询，从而实时提供有关低电磁轮廓物体的特征的重要信息，如性质、位置、状态等，给查询车辆控制系统。
应当理解，以下单词和术语的定义具有以下含义：
术语“约”和“基本”是指±10％。
本文使用的术语“一”或“一个”定义为一个或多于一个。本文使用的术语“多个”定义为两个或多于两个。本文所使用的术语“另一个”定义为至少第二个或更多。本文所使用的术语“包括”和/或“具有”定义为包含(即，开放式语言)。尽管本文使用的术语“耦合”定义为连接，但是不一定是直接连接，也不一定是机械连接。
贯穿本文，涉及“一个实施例”、“某些实施例”和“实施例”或类似术语意指在有关实施例中描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在整个说明书中，在各个地方的出现的这些短语不一定都指的是同一实施例。此外，可以以任何合适的方式在一个或多个实施例中无限制地组合特定特征、结构或特性。
本文所使用的术语“或”应被解释为包含性的或者表示任何一个或任何组合。因此，“A、B或C”是指以下任何一种：“A；B；C；A和B；A和C；B和C；A，B和C”。仅当元素、功能、步骤或动作的组合以某种方式固有地互斥时，才会出现此定义的例外情况。
附图中的图示是为了说明本发明的某些方便的实施例，而不应被认为是对本发明的限制。在一个操作的现在分词之前的术语“意指(means)”表示期望的功能，该功能具有一个或多个实施例(即，用于实现期望功能的一种或多种方法、设备或装置)，鉴于本文的公开，本领域技术人员可以从这些实施例或等同方式中选择，并且术语“意指”的使用不旨在限制。
无源设备—雷达反射器
雷达反射器旨在有效地反射进入的雷达电磁信号。一种非常有效的无源反射器的示例是在多种设备中使用的光反射器，所述多种设备诸如反射安全背心、路边立柱、反射安全警告醒目胶带(通常为黄色或橙色)、跑鞋等等。雷达反射器起作用的方式与光学反射器非常相似，可以在安全背心、路边反射器、自行车等中发现，但其目标是不同的波长(即不是在可见波段而是在RF波段)。这种反射器的一个示例是“角反射器”(二面体、三面体或八面体类型)。角反射器用于从原本仅有非常低效的雷达横截面(Radar Cross Section，RCS)的物体产生特别强的雷达回波。角反射器可以比方形板反射回约20dB或更多的更强的雷达信号，甚至比具有非平整、非金属表面的物体还要强(见图10)。RCS是目标在雷达接收器的方向上反射雷达信号的能力的量度。RCS是通过角反射器长度的精确解来计算的
·RCS＝(πL4)/(3λ2)
·通过以下公式计算以dBsm为单位的RCS：10log*(RCS[meters2])
角反射器通常是底部被移除的金属角锥体13。能量进入角锥体并以集中光束反射出去，因此增加了该方向上的雷达横截面。多方向角反射器包括两个或三个交叉安装(以刚好90度的角度)的导电表面。传入的电磁波会在其进入的方向上通过多次反射准确地反向散射。因此，即使具有较小RCS的小物体也会产生足够强的回波。它在小型船只中使用非常广泛，并且通常安装在桅杆上。
角反射器的单个区域应比雷达波长大。角反射器越大，反射的能量越多。它也可以以与雷达波长共振来构造。这将再次增强回波信号。为减少由其他物体导致的损耗，应尽可能高地安装角反射器。
RFID——无线射频识别
RFID标签25使用电磁场来自动识别和追踪其附着的物体。标签包含电子存储的信息(其可以是唯一标识(identification，ID)或其他信息，诸如GPS位置、描述性ID等，可以由本地处理器编程、存储或更改)。
本发明的系统可以使用至少三种类型的RFID标签：a)无源的，b)有源的，和c)具有单或双缓冲存储器的可连续编程的RFID，以能够连续地更新标签数据。
RFID——无源的
在其无源版本中，来自读取器(也称为“阅读器”)的RFID传输信号经过调制，并于ID信息一起反射回读取器。无源标签从附近的RFID读取器的查询无线电波收集能量。
RFID——有源设备
RFID——有源标签具有本地电源(诸如电池或太阳能电池)，并且具有距离RFID阅读器可达数百米的更长的操作范围。有源RFID对于快速移动的物体如在电子收费公路中也更有效。两种不同类型的有源RFID标签是可用的——转发器和信标。
转发器——在使用有源转发器标签的系统中，读取器(例如在无源系统中)将首先发送信号，然后有源转发器将发送回带有相关信息的信号。转发器标签非常有效，因为当标签超出读取器范围时，它们可以节省电池寿命。有源RFID转发器通常用于安全访问控制和收费站支付系统中。
信标——在使用有源信标标签的系统中，标签不会等待去听读取器的信号。而是忠实于其名称，该标签将“信标”，或每3-5秒发送其特定信息。信标标签在石油和天然气行业以及采矿和货物追踪的应用中非常普遍。可以在几百米外读取有源标签的信标，但是为了节省电池寿命，可以将它们设置为较低的发射功率，以达到约100米的读取范围。
标签天线类型——RFID标签最常见的两种天线类型是线性和圆极化天线。有源RFID标签的优点是：a)响应范围较长(通常可达300米)，b)对快速行驶的车辆具有更好的性能。由于行车速度，电子收费公路RFID通常是有源RFID，这给无源RFID造成了检测困难。典型的RFID频率为：
Figure BDA0002830633630000061
Figure BDA0002830633630000071
VANET，V2V——车辆对车辆，V2R——车辆对路边，V2I——车辆对基础设施
VANET协议专门为在没有基础设施的环境中工作而设计，在该环境中所有车辆(节点)都可以相互通信(自组织网络)，并协作生成关于在给定的环境中当时存在的交通状况的信息。本发明公开的系统和方法可以集成到VANET中，其中车辆共享它们从物体中挑选的信息(ID、位置等)，并通过VANET或其他类似的数据共享网络与相邻车辆共享该信息。本发明所公开的系统和方法中的其他元素作为另一个输入集成到车辆控制系统中。
本发明的系统还可以通过变为具有附加的WiFi/WiMax/蓝牙等通信信道的网络中的活动节点，与车辆对车辆(V2V)、车辆对路边(V2R)、车辆对基础设施(V2I)集成。
车辆自组织网络或VANET是一种使用移动车辆作为网络中的节点来创建移动网络的技术。VANET将每辆参与的车辆变成一个无线路由器或节点，从而使彼此之间大约100至300米的车辆可以连接，进而创建范围广的网络。当车辆掉出信号范围并退出网络时，其他车辆可以加入，将车辆彼此连接，从而创建移动互联网。VANET是MANET的一个子组，其中，节点是指车辆。由于道路限制了车辆的行驶，因此交通法规在关键位置创建了VANET可以利用的固定的基础设施。VANET的主要目标是提供道路安全措施，其中，在有或没有部署基础设施的情况下传递有关车辆当前速度、位置坐标的信息。
通讯类型
-车辆对车辆(V2V)
-车辆对基础设施(V2I)
-车辆对路边(V2R)
车辆对基础设施/路边通信(V2I/V2R)
·车辆对基础设施为远程车辆网络提供解决方案。
·它利用了预先存在的网络基础设施，诸如无线访问点(路侧单元(Road-SideUnits)——RSU)。
·车辆对基础设施(V2I)协议和车辆对路边(V2R)协议支持车辆和RSU之间的通信。
使用的技术
·传感器技术(红外传感/视频和摄像机图像感知/RADAR/陀螺仪传感器/惯性传感器)通过数学算法处理数据，以得出对车辆环境的虚拟的理解。
·车载数字地图和定位技术(GPS/Wi-Fi/WiMAX)利用传感系统准确识别车辆位置并解释所述环境。
·如果路边基础设施检测到交通堵塞/高交通密度，则路边系统可以将信息广播到其所有节点/车辆。
·反过来，使用VANET的DTN功能，可以将信息传输至前往此路口的其他车辆。
·同样，它可以依据在该时间点查找非交通路线的集中式系统协调，将其他路径传递给进来的车辆。
专用短程通信(Dedicated Short Range Communication，DSRC)
·乘客的VANET主动安全并且更可靠
·802.11p添加对车载网络的无线访问并实现OSI堆栈
·许可频段为5.9GHz，七个通道，范围为1000m，数据速率为6到27Mbp的无线协议
·主要用于以下的通讯
1)车辆对车辆
2)车辆对路边
IEEE 802.11p，为属于IEEE 802.11家族的协议。
Kashif Ali等人(参考文献1)教导了在非智能车辆(non-IV)上安装无源RFID标签，以帮助车辆控制系统对其进行检测，但没有教导增加无源RFID标签或有源RFID到其他物体。
A.Vanitha Katherine等人(参考文献2)教导了使用RFID作为具有VANET构思的车辆(V2V)之间的通信手段。
车载自组织网络(Vehicular Ad-hoc Networks，VANET)和用于协作防撞警告和车辆导航的协作防撞(cooperative collision avoidance，CCA)通信系统、局域互连网络(Local Interconnect Network，LIN)和CAN(Controller Area Network，控制器局域网)、车间通信(inter-vehicle communication，IVC)协议。MOST(Media Oriented SystemsTransport，媒体定向系统传输)、FlexRay和以太网已成为汽车通信设计中公认的标准。诸如专用短程通信(Dedicated Short-Range Communication，DSRC)标准的那些标准期望通过提供预警大量减少重大道路事故的数量，并使得自动系统的导航更安全。
本发明的目的是通过提高低电磁轮廓物体的可检测性以及车辆传感器从这些低电磁轮廓物体接收的信息，从而根据车辆的查询请求通过车辆的雷达和RFID查询来揭示关于该物体的性质、位置、速度等的重要信息，由此改善车辆的控制性能。由于其简单性、高可靠性和极低的成本，它可以安装在每个现有的或新的固定或移动的道路元件上，从而向任何车辆甚至同时向多辆车辆提供准确、可靠、全天候证明(all-weather proof)等信息。它集成到车辆的控制系统中，使得能实现安全和准确的半自动或全自动导航。
具体参照图1至图15，图1示出了本发明的一个实施例，包括自行车21上的骑手20。车辆47及其雷达16和其RFID读取器19发送电磁信号17。包括反射器13和RFID转发器25的本发明系统发送回包括反射的雷达信号18和RFID标签32的响应(即，具有数据)的电磁信号。
图2描述了本发明的无源实施例中的模块，包括例如路标金属板本身或角反射器13的反射器，以及具有存储器24、转发器电路25和RFID标签天线26的RFID模块。
图3描述了本发明系统中的主要模块，它是RFID有源版本。该主要模块包括例如标志本身或角反射器13等反射器，以及有源RFID模块，所述有源RFID模块具有存储器24，带有动力发射器的转发器电路25和RFID标签天线26。GPS数据22写在RFID存储器24上。整个设备由控制和处理单元23(内置或外部)，例如微处理器或ASIC等控制，并从电源27，即电池、太阳能板、电源线等获得电力。
图4描绘了本发明的系统中的模块，连续可编程的有源(或无源)版本。它包括例如角反射器13等反射器，以及有源RFID模块，所述有源RFID模块具有存储器24，带有动力发射器25的转发器电路和RFID标签天线26。GPS数据22被馈送到RFID存储器24中，GPS数据22可以根据位置的每次变化快速更新，例如每秒几次，因此，即使是快速移动的物体也可以在几厘米的差距内给出其准确的位置数据。例如交通灯50(在图13中)状态的其他信息也可以连续更新RFID存储器，其中数据来自(例如)交通灯计算机，实时更新交通灯的状态。整个装置由控制和处理单元23控制，并从电源27，即电池、太阳能电池板，电源线等获取其电力。
图5描述了汽车行业的当前频率分配，包括车辆11使用的雷达。
图6示出了自动(自主驾驶)车辆或半自动车辆用于导航其路径的传感技术和设备的类型。来自传感器的所有数据流到控制车辆及其运动的传感器的数据融合和控制系统15中。通过本发明，RFID读取器(或查询器)19被添加到传感器阵列，并且它的输入是除其他多传感器输入之外的到车辆传感器的数据融合和控制系统15的输入。
图7示出了自动(自主驾驶)车辆或半自动车辆用于导航的传感器的类型。来自传感器的所有数据流到控制车辆的传感器的数据融合和控制系统15中，也称为融合ECU(电子控制单元，Electronic control unit)15。本发明增加了RFID读取器(或查询器)19，它的输入被添加到车辆控制单元15的多传感器输入中。
图8以框图形式示出了典型的角反射器13的总体构思以及电磁波在反射器14中传播的路径。
图9以框图形式示出了典型的角反射器13的总体构思。如图所示，它包括反射来自任何方向的电磁信号的多个角反射器。附加的RFID标签(无源的、有源的或连续可编程的标签)25附着到反射器13。RFID标签位于优选的角。天线和RFID标签的位置可以通过塑料固定器固定和固设，或用硅树脂、塑料或其他非金属材料填充角反射器腔体，从而将天线保持在优选位置(通常是馈电位置)。
图9a以框图形式示出了典型的多方向角反射器13的总体构思。如图所示，它包括多个角反射器，其反射来自任意方向的电磁信号。附加的RFID标签(无源的、有源的或连续可编程的标签)25附着到反射器13。RFID标签(或仅天线)位于每个角。天线和RFID标签的位置可以通过塑料固定器固定和固设，或用硅树脂、塑料或其他非金属材料填充角反射器腔体，从而将天线保持在优选位置(通常是馈电位置)。
图10示出了通过角反射器实现的雷达截面反射的改进的示例。它显示了三角形三面角反射器在方位角和仰角平面中的辐射模式。
图11以框图形式示出了本发明系统在自行车(作为低电磁轮廓物体的示例)上的典型设置的一般结构。本发明的系统的后反射器28旨在反射主要来自自行车后方的车辆的电磁信号，前反射器30旨在反射主要来自自行车前方的车辆的电磁信号。两侧反射器27和29旨在反射主要来自侧面车辆或来自路侧设备和元件的电磁信号。应该注意的是，由于反射器的性质，那些反射器也可以反射不直接到达反射器的信号。无源的、有源的或连续可编程的RFID标签(未显示)也可以集成到任一反射器中。
图12以框图形式示出了本发明的典型系统的一般结构。雷达16和反射器13，RFID读取器(查询器)19，查询信号17和来自转发器25及其天线26的响应的信号18。GPS 22也可以连接到RFID标签。所述标签由诸如太阳能电池、电池等的电源27供电。
图13以框图形式示出了车辆在导航时可能遇到的典型物体的示例。动物，例如猪40、公牛/母牛41、羊42、doc(宠物)43、马匹44、人类，如学校青少年45、警察54和儿童55，以及路边物体(如立柱46、停车标志47(例如路标)、街道元素诸如环状交叉路口48、行人交通灯49、车辆交通灯50、真实的路标(例如)51 52 53。反射器和RFID可以在钥匙链56中实现，并携带在袋子或皮带上、安装在踏板车57上等，以及它们的任意组合。反射器13和RFID标签25(任何种类)附着到物体(以黑圈的形式示出)以增加其可见度、可检测性并向车辆提供信息。
图14以框图形式示出了安装在交通灯中的本发明的系统的典型设置的一般结构(如示例中所述)，其中RFID 25向正在接近的车辆提供关于交通灯的当前状态的信息。在该示例中，所述信息为车辆只能向左(向东)转或继续直行(向北)，并且当前状态为绿色(前进)。在此示例中，交通灯本身就是雷达反射器13，因此它具有足够的RCS。
图15以框图形式示出了安装在车辆控制系统中的本发明的系统的典型设置的一般结构。图像处理和数字地图也是车辆控制系统使用的制导系统的一部分。RFID 19读取器被添加到车辆的传感器，包括其控制系统的调节和融合系统。
本发明的方法基于将RFID读取器添加到车辆用于在农村或城市环境中进行半导航或全导航的一组传感器，以及添加可见度和可探测性增强设备(例如，雷达反射器、RFID标签等)到此类环境中发现的物体。系统提供的信息被馈送到车辆融合和控制单元，以对车辆进行处理、控制和引导。与传感器馈送给车辆控制系统的信息(具有关于车辆周围环境的当前状态和发展状态的数据)相比，此重要信息非常准确。操作性和安全性都取决于传感器系统的精度。而在本发明的系统中，信息在物体处安装时设置，或者由系统实时更新。它可以大大减少由于对车辆控制系统采集的数据的错误分析而导致的车辆控制系统可能具有的错误。结果是导航更加安全。
本发明的新颖性之一是，尽管当前的自动(和半自动)汽车仅依赖于它们自身的传感器和处理能力，但是本发明所公开的系统和方法，当其遇到的物体“识别”自己时，通过下述为车辆的控制系统增加了辅助：a)通过增加它们的雷达横截面，增加它们对车辆传感器的“可见性”，b)通过提供有关它们性质的重要信息，例如它们是什么：孩子、意指前方右弯路的路标、其准确的位置、状态等。
如图1所示，车辆47配备有多个传感器进行半自动或完全自动导航；其中传感器为：a)车辆的雷达16和b)RFID读取器19。两者都发送电磁信号；雷达16用于检测雷达前方(或车辆一侧)的(一个或多个)物体，RFID读取器19用于查询它/它们并获得有关其类型(或性质)、位置等的回复信息。作为具有低电磁轮廓的物体的示例的自行车21及其骑手20将雷达脉冲反射回去，但是，通常它以非常弱的响应信号对雷达信号17(也称为低雷达横截面)做出响应。本发明的系统包括反射器13，例如角反射器(见图8)和RFID转发器25。雷达信号作为强度更大的信号32(由于反射器的结构——见图10)被反射回去18，并作为大物体被雷达接收。RFID查询信号由RFID标签25(有源或无源)响应，并发送回信号18，该信号18包含(其所附着的)物体的性质(或类型)以及可选地其实时位置的信息，基于约定的协议可能与特定物体、序列号、材料组成、年龄、大小、重量、高度及其任意组合有关的危害。在图2中描述了本发明的系统的框图，示出了RFID的无源版本。RFID存储器保存RFID标签应响应查询的数据。转发器25保存响应来自RFID读取器的查询所需的电子电路。天线26将响应传输回RFID读取器。RFID附着到反射器，例如角反射器。RFID和雷达反射器一起增强了物体对车辆的可见性，并为车辆控制系统提供了重要信息以使保护者移动。
图3中描述了相同的构思，但是在这里RFID是一个有源标签，具有响应范围更长(通常达300米)的优点，并且可以控制传输的数据甚至向物体(例如，自行车骑手)通知正在接近的车辆。可以由控制单元23修改所发送的数据，并且可以利用由GPS单元22提供给RFID转发器25及其天线26和反射器13的关于物体的当前位置的信息来更新RFID标签存储器24的内容。该系统由诸如电池或太阳能电池(例如光伏电池)的电源27供电。
附加的实施例，可选的构造：反射器是RFID天线的一部分。分配给车辆雷达的当前频率如图5所示。
当前发明的系统需要向连接到车辆的传感器-数据融合和控制系统15(如图6、7和15所示)的传感器阵列添加RFID读取器19。
系统可以同时读取多个物体，并且物体可以在很短的时间内甚至同时对多个查询做出响应。
图8和9中示出了角反射器13(角雷达反射器的一个示例)的主要操作构思14。如图所示，其从大多数方向反射回入射信号，从而向雷达提供非常高的返回信号。如图9所示，RFID标签25附着在反射器13上，共同创建了一个用于增强具有低电磁轮廓的物体的可见性和可检测性的有效的系统。
图11给出了安装在自行车上的本发明系统的示例。它可以以不会干扰骑行，但在任意方向都具有良好的可见性和可检测性的方式，设置在自行车上的多个位置。该系统可以是无源的或有源的。
可以从本发明的系统中受益的物体的示例在图13中给出，并且包括：牲畜、猪、母牛/公牛、羊、宠物、马匹、儿童、路边立柱、交通灯、警察、儿童等，当然可以以任何组合。
可连续编程的RFID
本发明的另一个实施例是一种可连续编程的RFID，其中标签上的信息随着其附着的物体的参数例如位置、速度等的变化而频繁且连续地更新。这种RFID标签芯片可以包括：
(a)单个存储器(其中ID，即其数据)。处理器将新数据(如更新的GPS坐标、交通灯状态等)根据需要写入，例如每秒一次。在通常需要几微秒的写入时间中，标签对读取器的没有响应，但是写入时间相比于总体时间非常短(即“占空比(duty-cycle)”)，因此使得所述标签在大多数时间都具有响应能力。
(b)一种双缓冲存储器设置，其中两个存储器以交替的方式使用，当其中一个正在被标签读取器用于响应查询时，另一个存储器则使用更新后的数据进行更新(即，“写入模式”)。这些存储器交替执行和交换任务，使一个拥有最新数据的存储器随时可以使用。
两种版本均允许使用实时信息连续更新ID数据。
连续可编程的RFID标签的使用寿命几乎是无限的。当前的存储器技术(例如F-Mem)具有100亿次读写访问，能对标签存储器进行几乎无限的“写”操作。这意味着可以每隔几秒钟更新一次物体的位置。例如，物体的位置可以每十毫秒更新一次(作为示例)——相当于对于以100千米/小时的速度行驶的车辆，小于一英尺的行进距离。)并且寿命仍然长达很多年。
本发明的另一个实施例是，如果需要的话(由于预算等)，它可以以有限的规模实现。例如，自动车辆在固定且预定的轨道，例如公共交通车道上行驶。将本发明中描述的能力添加到有限轨道中的有限数量的物体上，可简化整个系统的成本，显著提高其安全性，并使车辆的其他传感器和雷达仅关注车辆行驶中遇到的意外的、自发的和未知的事件和物体。
防碰撞协议和算法
RFID读取器可以采用能够同时读取多个RFID标签的防碰撞算法，以应对车辆在交通堵塞时和有多个物体的环境中面临的情况。
防碰撞协议可以大致分为四个多路访问协议。
a)SDMA——在空分多址中。通过使用定向天线或多个读取器对信道进行定向划分，以进行识别过程。对于信道的空间分离，此协议需要复杂的天线设计。
b)FDMA，在频分多址中。代替将整个信道专用于单个通信链路，该信道被划分为较小的带宽。每个频率区域专用于单个标签，直识别识结束。这个机制需要复杂的读取器功能来执行成功的识别。
c)CDMA，在码分多址中。标签需要先将其ID与伪随机码相乘，然后再将其传输到读取器。然后，读取器通过将传输的ID与唯一的代码进行匹配来解码传输的ID。由于对于成功的识别过程，需要进行计算工作，因此该系统在两端都需要复杂的功能。
d)TDMA，在时分多址中。信道带宽被划分为被标签和读取器用于通信过程的时隙。由于TDMA协议易于实施且降低了复杂性，因此TDMA协议构成了无源RFID系统最大的防碰撞协议系列。TDMA系统可以进一步分为读取器驱动系统，也称为读取器先讲(Reader-talk-first，RTF)，和标签驱动系统，也称为标签先讲(Tag-talk-first，TTF)。
要提到的防碰撞算法(例如)是：ALOHA、泵客体，成帧时隙Aloha(framed slottedAloha，FSA)、动态帧时隙ALOHA(Dynamic Frame Slotted ALOHA，DFSA)、渐进扫描(progressing scanning，PS)算法和树型协议，分别作为概率性和确定性方法。
表2树型协议概要
Figure BDA0002830633630000121
表3树型和ALOHA型协议的对比
Figure BDA0002830633630000122
Figure BDA0002830633630000131
参考：Arundhoti Ferdous，“标签估算算法对RFID EPC Gen-2性能的比较分析”，学者共享引文，2017年。
本发明示例
固定位置的物体(如路边元件、环形交叉路口、电话亭、电网柱、路标等)可以被结合到本发明的系统中，并在安装时设定其位置。技术人员用他/她放置路标(作为一个例子)的位置(来自GPS，作为一个例子)对RFID标签进行编程。附着在路标上的RFID会将它的ID以及它的准确位置传送给查询器。使用雷达和RFID读取器的车辆可以通过简单的操作从那些周围的物体获取准确的信息，识别其性质以及其实时位置。准确的信息会馈送到安全引导车辆的车辆控制单元。它消除了在仅依靠车辆的传感器数据时对复杂处理的需要和/或识别此类物体的误差，这对于车辆安全导航的一个重要补充。
a)安装在儿童书包内并带有雷达反射器的无源RFID的示例
Figure BDA0002830633630000132
此标签信息意指：它是一个小孩，RCS较低，位于以色列，RFID标签号码为0987654321。
b)安装在车道被封锁的路标内部的有源RFID的示例
Figure BDA0002830633630000133
Figure BDA0002830633630000141
此标签信息意指：这是一个钢制的路标，警告在距路标位置100码的地方车道已关闭。
由于RFID的有源性质，检测范围更长(通常约为300米)。
c)安装在交通灯上且具有连续可编程RFID(其中的数据连续地更新)的RFID的两个示例。示例1：
交通灯等物体仅向驾驶员传送下列信息(当今)：其是否可以通过路口(“绿灯”)或其必须停止(“红灯”)及其其可以行驶的方向。然而，以本发明的系统和方法为例，将用关于交通灯当前状态的下述附加信息(将由车辆RFID读取器获取)来更新其RFID标签中的数据：可以使用哪些车道(“绿灯”)、必须停止在哪个车道(“红灯”)、从上次更改开始经过的时间、至下一次更改的到期时间(即切换车道)等。
以交通灯为例，在通过车辆的RFID读取器查询时，由RFID传输的数据是对数字信息的解释，符合公认的标准，并且每个元素之间可能有所不同(不包括前导码(pre-ambles)、同步和其他非数据位)；举个例子，
Figure BDA0002830633630000142
该标签信息意指：这是一个位于美国的交通灯，位置为N40°44.9064',W073°59.0735'(纽约市帝国大厦)。这是一个四向路口；交通灯位于路口的南端，车辆可以向左转或直行(即不允许右转)。其当前状态为绿色(意味着允许驾驶)，绿灯亮了12秒，并在接下来的28秒时亮起。它由塑料和含铁金属制成。(见图14)。信息将在RFID标签存储器中和/或在交通灯状态发生变化(例如，绿色到红色)时每秒更新一次。
示例2：以自行车为例，由车辆的RFID读取器查询时，通过RFID传输的数据为例。
Figure BDA0002830633630000143
Figure BDA0002830633630000151
此标签信息意指：这是碳纤维制造的自行车，雷达横截面低，行驶速度为每小时25千米，方向为从北方起270度(即向西)，并且在针对残疾用户时具有特别警告。以每秒十次在标签处更新有关自行车位置及其速度的信息(例如)。
本发明公开的系统和方法的另一个实施例是加密和网络安全：
·加密和安全措施可确保准确的信息不会受到恶意元素的选择性访问(网络攻击)。可以将其添加到RFID标签中，并由读取器解密并检查其真实性。加密方法可以适用于任何版本的RFID标签。
·网络证明特征。因此，它是基于单向通信(RFID读取器查询不被视为“通信”)，没有网络附着可以直接影响RFID标签数据和以任何方式对其进行更改。例如，通过交通灯计算机系统，间接网络攻击可以并且将被交通灯系统本身阻止。RFID标签数据不会受到任何直接的网络攻击。
本发明的其他方面
a)ID—当MAC(媒体访问控制，Media Access Control)号码在计算机系统的通信中是唯一的时，所述ID可以是唯一的ID，并且链接到每个物理MAC，因此每个物体都可以通过唯一的ID被识别。
b)网络保护——本发明公开的系统和方法的另一个实施例是其嵌入的网络证明特征。作为预编程标签，没有网络攻击可以直接影响RFID标签数据和以任何方式对其进行更改。例如，通过交通灯计算机系统(针对可编程标签)，间接网络攻击可以并将被交通灯系统本身阻止。RFID标签数据不会受到任何直接的网络攻击。
c)停车辅助——本发明所公开的系统和方法的另一个实施例是作为停车辅助，其中反射器13和RFID 25向驻车车辆提供所请求的停车位旁边的物体的信息。
d)国际公认的RFID协议(一个或多个)——国际社会的目标是采用统一协议(或多个协议)，该协议将在连接到低电磁物体的任何RFID中使用，并且世界各地的任何地方任何车辆都可以访问和读取。
e)非智能车辆——本发明的系统也可以安装在非智能车辆上，即使它们不是具有低电磁轮廓的道路元件。
f)降低处理能力——本发明公开的系统和方法的附加效果是，车辆将能够更有效地分析其周围物体，省去了一些仅基于传感器数据来收集、分析和解释数据所需的大量处理能力，因此大大减少对周围状态的误解。降低(半/全自动)车辆的处理能力和传感器复杂性。
g)本发明所公开的系统和方法的附加效果是，车辆RFID读取器可以采用能够同时读取多个RFID标签的防碰撞算法，以应对车辆在交通拥堵时和具有多个物体的环境中可能面临的情况。
当然，应当理解的是，前述内容涉及本发明的示例性实施例，并且可以在不脱离如所附权利要求书所阐述的本发明的精神和范围的情况下进行修改。

Claims (12)

1.一种用于改进车辆导航控制系统的方法，包括：
提供一种具有导航控制系统的车辆；
将RFID读取器连接至所述车辆并与所述导航控制系统可操作地关联；以及
将一个或多个反射器附着到具有低雷达横截面的至少一个物体，其中每个反射器增加所述雷达横截面；
将一个或多个RFID标签耦合至每个物体，其中每个RFID标签可检索地存储包括所述物体的性质的识别数据；以及
所述性质与所述物体的位置无关，
其中，所述RFID读取器用于查询可操作范围内的每个RFID标签，以使所述RFID标签公开所述识别数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个RFID标签是无源的，由查询用RFID读取器供电。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个RFID标签是自供电的。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个RFID标签用于可检索地存储一个位置数据。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述一个或多个RFID标签是连续可编程的，使得所述位置数据每秒更新多次。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述一个或多个RFID标签提供双缓冲存储器。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括天线，所述天线与所述一个或多个RFID标签中的每一个可操作地关联。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括塑料固定器，所述塑料固定器将所述天线和所述一个或多个RFID标签固定至所述反射器。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，每个反射器是角反射器。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述RFID读取器使用防碰撞算法，使得能够同时读取多个RFID标签。
11.一种创建车辆自组织网络的方法，包括：
提供多个车辆，结合根据权利要求1所述的用于改进车辆导航控制系统的方法；以及
每个导航控制系统用于在可操作范围之外与每个车辆共享每个物体的识别数据。
12.根据权利要求11所述的方法，包括：
交通模块，耦合至每个导航控制系统，其中所述交通模块包括在可操作范围内的交通管制的状态，并且
其中所述交通模块耦合至每个物体的识别数据。
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6938903B2 (ja) * 2016-12-14 2021-09-22 株式会社デンソー 車両における衝突回避装置および衝突回避方法
US11328196B2 (en) * 2019-03-06 2022-05-10 Thinkify, Llc Dual mode RFID tag system
US20220018948A1 (en) * 2019-09-03 2022-01-20 Metawave Corporation Method and apparatus for radar identification
US11703342B2 (en) 2020-04-14 2023-07-18 Bank Of America Corporation Resilient vehicle route system
US20220094070A1 (en) * 2020-09-22 2022-03-24 Board Of Trustees Of Michigan State University Radar reflector apparatus for a moving object
JP2022172428A (ja) * 2021-05-03 2022-11-16 広海 大谷 ＩｏＴ機器化のための身近な移動手段他への埋め込み及びプルトニウム電池他の原子力電池の搭載極地仕様化及び電池の改良
US11941471B2 (en) * 2021-07-28 2024-03-26 Microsoft Technology Licensing, Llc Techniques for reflecting state changes using RFIDs
US11640511B1 (en) * 2022-09-29 2023-05-02 Bing Xuan LI Electronic tag device
CN118013764A (zh) * 2024-04-08 2024-05-10 武汉精臣智慧标识科技有限公司 一种标签打印机整机仿真方法、装置和电子设备

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020169533A1 (en) * 2001-05-11 2002-11-14 Browne Alan Lampe Method and system for positively identifying an object
CN102592458A (zh) * 2012-02-07 2012-07-18 福州大学 基于无线射频识别的道路车流量检测方法与系统
US20150130651A1 (en) * 2013-11-10 2015-05-14 Chris Mogridge Passive Radar Activated Anti-Collision Apparatus
CN106945521A (zh) * 2016-01-06 2017-07-14 福特全球技术公司 用于增强现实可见度降低导航的系统和方法
US20180182242A1 (en) * 2016-12-22 2018-06-28 GM Global Technology Operations LLC Vehicle system using vehicle-to-infrastructure and sensor information

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6748797B2 (en) * 2000-09-08 2004-06-15 Automotive Technologies International Inc. Method and apparatus for monitoring tires
US7629899B2 (en) * 1997-10-22 2009-12-08 Intelligent Technologies International, Inc. Vehicular communication arrangement and method
US20050128059A1 (en) * 2003-12-16 2005-06-16 Douglas Vause Apparatus method and system for docking a trailer to a towing vehicle
US7839289B2 (en) * 2004-08-26 2010-11-23 Avante International Technology, Inc. Object monitoring, locating, and tracking system and method employing RFID devices
US20060106538A1 (en) * 2004-11-12 2006-05-18 Browne Alan L Cooperative collision mitigation
US8466776B2 (en) * 2010-07-01 2013-06-18 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Extended range passive wireless tag system and method
DE102014106890B4 (de) * 2014-05-15 2018-03-29 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. System zur Fahrerunterstützung
US20160299224A1 (en) * 2015-04-07 2016-10-13 Alexis Stobbe Active radar activated anti-collision apparatus
ES2966803T3 (es) * 2016-07-08 2024-04-24 Dynamic Res Inc Mejoras a un vehículo de colisión flexible (también conocido como coche flexible) usado en un sistema para probar tecnologías de prevención de choques
US10810447B2 (en) * 2016-12-09 2020-10-20 University Of Florida Research Foundation, Inc. Gatoreye system for smart transportation
US10094906B2 (en) * 2016-12-22 2018-10-09 GM Global Technology Operations LLC Vehicle positioning system using V2X, sensor, and GNSS information
US10942256B2 (en) * 2017-06-05 2021-03-09 Metawave Corporation Intelligent metamaterial radar for target identification
US20190080612A1 (en) * 2017-09-14 2019-03-14 Qualcomm Incorporated Navigation techniques for autonomous and semi-autonomous vehicles
US10935650B2 (en) * 2017-12-22 2021-03-02 Waymo Llc Radar based three dimensional point cloud for autonomous vehicles
US11199413B2 (en) * 2018-07-19 2021-12-14 Qualcomm Incorporated Navigation techniques for autonomous and semi-autonomous vehicles

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020169533A1 (en) * 2001-05-11 2002-11-14 Browne Alan Lampe Method and system for positively identifying an object
CN102592458A (zh) * 2012-02-07 2012-07-18 福州大学 基于无线射频识别的道路车流量检测方法与系统
US20150130651A1 (en) * 2013-11-10 2015-05-14 Chris Mogridge Passive Radar Activated Anti-Collision Apparatus
CN106945521A (zh) * 2016-01-06 2017-07-14 福特全球技术公司 用于增强现实可见度降低导航的系统和方法
US20180182242A1 (en) * 2016-12-22 2018-06-28 GM Global Technology Operations LLC Vehicle system using vehicle-to-infrastructure and sensor information

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