CN112945181B - 包括检测器元件的移位多维阵列的检测器设备 - Google Patents

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Abstract

可能在机动车辆(20)上有用的检测器设备(22)的例证性示例实施例包括：检测器的多维阵列(30)，其包括在第一方向上彼此对齐的多个第一检测器(32)和在第一方向上彼此对齐的多个第二检测器(34)。第二检测器(34)在不同于第一方向的第二方向上相对于第一检测器(32)偏移。处理器(40)确定与在第一检测器(32)和第二检测器(34)之间的偏移有关的内插系数，并基于内插系数来确定设备(22)的检测的角度。

Description

包括检测器元件的移位多维阵列的检测器设备
本申请是2018年3月13日提交的申请号为201810205314.3、名称为“包括检测器元件的移位多维阵列的检测器设备”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本申请总体涉及传感技术，并且具体涉及在机动车辆上的检测器设备以及检测方法。
背景技术
在电子设备和技术中的创新使将多种先进特征合并在机动车辆上成为可能。发展了用于检测物体或监控在车辆的附近或路径中的周围事物的各种传感技术。这样的系统对例如停车帮助、车道偏移检测和巡行车速控制调节特征是有用的。
最近，自动车辆特征对允许自动或半自动车辆控制变得可能。这样的系统的传感器可合并LIDAR(光检测和测距)或用于检测在车辆的路径中或否则车辆附近的物体或另一车辆的雷达。根据接近速度，巡行车速控制设置可自动被调节以基于检测到在例如车辆的路径中的另一车辆来减小车辆的速度。
这样的传感技术的一个方面包括确定与用于正确地识别在车辆外部的物体的位置的检测相关联的角度。使用已知的RADAR系统，角分辨率取决于在检测器元件和总天线或接收机孔径之间的间距。汽车传感设备一般具有少量发射和接收通道。这些考虑因素使RADAR或LIDAR检测器元件的放置对实现期望水平的性能变得重要。
存在与设计这样的设备和在机动车辆上利用这样的设备相关联的挑战。虽然更大的孔径尺寸可产生更好的角鉴别，它并不在没有成本的情况下到来。增加孔径尺寸往往在光谱中引入栅瓣，特别是当阵列间距大于波长的一半时，如由尼奎斯特-夏伦采样定理证明的。一般雷达检测器设计包括将检测器元件放置在阵列中，在它们之间有一半波长间距以避免栅瓣。
本领域中的那些技术人员努力提高在车辆上有用的检测器的各种方面。
发明内容
检测器设备的例证性示例实施例包括检测器的多维阵列，其包括在第一方向上彼此对齐的多个第一检测器和在第一方向上彼此对齐的多个第二检测器。第二检测器在不同于第一方向的第二方向上相对于第一检测器偏移。处理器确定与在第一和第二检测器之间的偏移有关的内插系数，并基于内插系数来确定设备的检测的角度。
在具有前一段落的检测器设备的一个或多个特征的示例性实施例中，检测的角度包括在第一维度中的第一角度和在与第一维度横切的第二维度中的第二角度。
在具有前面段落中的任一个的检测器设备的一个或多个特征的示例性实施例中，第一角度是方位角，而第二角度是仰角。
在具有前面段落中的任一个的检测器设备的一个或多个特征的示例性实施例中，内插系数包括多个系数和校正因子。
在具有前面段落中的任一个的检测器设备的一个或多个特征的示例性实施例中，多个系数是在第一和第二检测器之间的线性关系的系数，在基于在第一和第二检测器之间的偏移的线性关系中存在误差，以及校正因子减小误差的影响。
在具有前面段落中的任一个的检测器设备的一个或多个特征的示例性实施例中，偏移具有相关联的相位差，误差基于相位差，以及校正因子对应于最小化误差的相位差的值。
在具有前面段落中的任一个的检测器设备的一个或多个特征的示例性实施例中，处理器确定相位差的至少一个值，确定至少一个值何时最小化误差并从包括最小化误差的至少一个值的线性关系确定多个系数。
在具有前面段落中的任一个的检测器设备的一个或多个特征的示例性实施例中，第一方向垂直于第二方向。
在具有前面段落中的任一个的检测器设备的一个或多个特征的示例性实施例中，检测器每个包括天线。
在具有前面段落中的任一个的检测器设备的一个或多个特征的示例性实施例中，检测器检测RADAR或LIDAR辐射中的至少一个。
例证性示例检测方法包括确定与在第一和第二检测器之间的偏移有关的内插系数。第一和第二检测器在多维阵列中，多维阵列包括在第一方向上彼此对齐的多个第一检测器和在第一方向上彼此对齐的多个第二检测器。偏移在不同于第一方向的第二方向上在第一检测器和第二检测器之间。该方法包括使用所确定的内插系数来确定设备的检测的角度。
在具有前一段落的方法的一个或多个特征的示例性实施例中，确定检测的角度包括确定在第一维度中的第一角度和在与第一维度横切的第二维度中的第二角度。
在具有前面段落中的任一个的方法的一个或多个特征的示例性实施例中，第一角度是方位角，而第二角度是仰角。
在具有前面段落中的任一个的方法的一个或多个特征的示例性实施例中，确定内插系数包括确定多个系数和校正因子。
在具有前面段落中的任一个的方法的一个或多个特征的示例性实施例中，多个系数是在第一和第二检测器之间的线性关系的系数，在基于在第一和第二检测器之间的偏移的线性关系中存在误差，以及校正因子减小误差的影响。
在具有前面段落中的任一个的方法的一个或多个特征的示例性实施例中，偏移具有相关联的相位差，误差基于相位差，以及校正因子对应于最小化误差的相位差的值。
具有前面段落中的任一个的方法的一个或多个特征的示例性实施例包括确定相位差的至少一个值，确定至少一个值何时最小化误差并从包括最小化误差的至少一个值的线性关系确定多个系数。
在具有前面段落中的任一个的方法的一个或多个特征的示例性实施例中，第一方向垂直于第二方向。
在具有前面段落中的任一个的方法的一个或多个特征的示例性实施例中，检测器每个包括天线。
在具有前面段落中的任一个的方法的一个或多个特征的示例性实施例中，检测器检测RADAR或LIDAR辐射中的至少一个。
从下面的详细描述中，至少一个所公开的实施例的各种特征和优点将对本领域中的技术人员变得明显。伴随详细描述的附图可简要地被描述如下。
附图说明
图1示意性示出包括根据本发明的实施例设计的检测器设备的车辆。
图2示意性示出根据本发明的实施例设计的示例检测器设备的选定部件。
图3是概述根据本发明的实施例的确定检测的角度的示例方法的流程图。
图4示意性示出根据本发明的实施例设计的另一示例检测器设备的选定部件。
具体实施方式
本公开的实施例包括提供测量在两维或两个方向上的检测的角度的能力的检测器设备。这样的设备对各种车辆应用例如在自动车辆或半自动车辆上的检测器是有用的。这样的检测器对帮助机动车辆的驾驶员也是有用的。
图1示意性示出包括具有相关视野24的多个检测器设备22的示例车辆20。在一些示例中，检测器设备22能够检测RADAR辐射，而在其它示例中，检测器设备22能够检测器LIDAR辐射。
图2示意性示出示例检测器设备配置。检测器的二维阵列30包括在第一方向(例如根据附图水平)上彼此对齐的多个第一检测器32。阵列30包括在第一方向上彼此对齐的多个第二检测器34。如可从图示认识到的，第二检测器34在第二方向(例如根据附图垂直)上相对于第一检测器32偏移。第一和第二方向在所示示例中是垂直的。在示例性实施例中，每个检测器32和每个检测器34包括天线。
假定在第二方向上在第一检测器32和第二检测器34之间有偏移，一般二维阵列方法在确定设备22的检测的角度时将不提供准确的结果。所示示例包括被配置或编程为以适应或补偿在第一检测器32和第二检测器34之间的偏移的方式来确定设备22的检测的角度的处理器40。
在这个示例性实施例中的检测的角度包括在第一维度上的第一角度和在横切第一维度的第二维度上的第二角度。例如，第一角度是在水平维度上的方位角，而第二角度是在垂直方向上的仰角。
如可从图2认识到的，被标记为X4的第二检测器34位于被标记为X3和X5的第一检测器32之间。处理器40配置成确定与在第一检测器32和第二检测器34之间的偏移有关的内插系数，并补偿例如在被标记为X3和X5的第一检测器32之间的被标记为X4的第二检测器34的移动位置。
移位阵列结构在具有较长的阵列尺寸的至少一维(例如水平)中提供更好的测量。同时，所示示例允许通过校正由在检测器之间的偏移关系以另外方式引入的误差来确定在第二维度(例如垂直)中的检测的角度。
图3是概述使用移位阵列结构例如被包括在图2中示意性示出的示例检测器设备22中的移位阵列结构来确定检测的角度的示例方法的流程图50。在52，配置线性关系，其假设第一检测器32与第二检测器34对齐。在54，确定在由在第二检测器34和第一检测器32之间的偏移引入的内插误差和与那个偏移相关联的相位差之间的关系。在56，确定最小化内插误差的相位差的值，以及在58，相位差用于从线性关系确定内插系数。在60，基于内插系数来确定检测的角度，内插系数与第一检测器32和第二检测器34有关，好像它们在对齐阵列结构而不是移位阵列结构中一样。换句话说，内插系数用于补偿在第一检测器32和第二检测器34之间的偏移。
在图3中概述的过程的特定实现包括配置或发展线性模型，其补偿在第一检测器32和第二检测器34之间的偏移并将阵列有效地折叠成均匀的线性阵列。可使用下面的等式来表示线性关系：
Figure GDA0003881697700000051
其中
c＝[α，β]T
是线性内插系数，而θ是相角以有效地折叠阵列。相位角对应于与在第一检测器32和第二检测器34之间的偏移相关联的相位中的差异。
如果有少于两个目标，则上面的等式1为真，因为只有两个系数在那个线性关系或模型中被使用。基于在两次传输之间只有一个相移，等式1为真，这有益于在相对于传感器设备22的同一高度处的单个目标或两个目标。
等式1可被扩展以包括在阵列中的所有内插对和前向-后向阵列，其将使解对噪声变得更鲁棒。以这种方式扩展等式1产生：
Figure GDA0003881697700000061
其可被重写为：
Figure GDA0003881697700000062
因为内插系数α、β和相位角θ是未知的，可能在相位角是已知的时求出内插系数。
内插系数c的最小二乘方解如下由准反函数给出：
c＝(AHA)-1AHb(θ) (4)
从那个等式中，按照θ表示的内插误差可由下面的等式表示：
∈2＝[b(θ)-Ac]H[b(θ)-Ac] (5)
其中
b(θ)-Ac＝[I-A(AHA)-1AH]b(θ)＝[I-P]b(θ)＝P⊥b(θ)。
考虑P和P⊥作为投射线(P＝PH和P·P＝P)，则等式5可进一步被写为：
∈2＝bH(θ)P⊥P⊥b(θ)＝bH(θ)P⊥b(θ) (6)
投射线P⊥可被分割为：
Figure GDA0003881697700000063
方程6可被写为：
Figure GDA0003881697700000071
取内插误差相对于θ的偏导数并将它设置为0产生：
Figure GDA0003881697700000072
然后
Figure GDA0003881697700000073
因此ejθ是γ/β的平方根，以及
Figure GDA0003881697700000074
其中k＝0、1、2、3，以及
θ∈[-π，π]
存在由等式9表示的解的四个根(即平方)。根据一个示例性实施例，等式7求出每个根，且提供最小误差和最小角的根被选择为相位角θ。选定相位角可接着用于求出内插系数。可接着基于那些内插系数来确定检测器设备22的检测的角度。
在这样的实施例中的检测的角度包括方位角确定和仰角确定。移位阵列配置允许确定仰角，同时维持方位角准确度，因为使线性阵列的一个或多个通道专用于仰角测量不是必须的，这将有效地缩短可用于方位角测量的阵列。
设置在与在检测器之间的内插相关的误差与在仰角维度中的水平之间的相位差之间的对应性允许使用移位阵列配置来同时确定方位角和仰角。在阵列中的检测器之间的线性内插假设没有移位存在。估计仰角测量包括通过假设模型(其中在仰角中的移位存在)来校正误差。如上所述的线性模型例如在第一检测器32的相邻检测器之间内插，同时校正在那些第一检测器32之间的第二检测器34的移位。
在图4中示出另一示例传感器设备配置。这个示例包括在检测器和阵列30’中的一些移位检测器之间的不同间距。对于这样的阵列配置，上面的等式3可被重写为：
Figure GDA0003881697700000081
投影线P⊥可被分割为：
Figure GDA0003881697700000082
以及内插误差可被表示为：
Figure GDA0003881697700000083
在取误差相对于θ的偏导数并将它设置为0之后，下式为真：
Figure GDA0003881697700000084
让等式12中的z＝ejθ产生：
Figure GDA0003881697700000085
类似于前一示例，可通过对等式13求解和θ＝ang(z)来得到平方根。在等式11中使用四个根中的每个，且最小化误差并提供最小角度的根被选择为θ的值以求出内插系数。最小角度在仰角视野相对小的实施例中是有用的。
虽然上面讨论的示例性实施例中的每个具有归属于所讨论的特定实施例的特征，那些特征并不被限制到仅那个实施例。包括所公开的实施例的特征中的选定特征的组合的其它实施例是可能的。
前面的描述在性质上是示例性的而不是限制性的。对所公开的示例的变化和修改可对本领域中的技术人员变得明显，不一定偏离本发明的本质。可以只通过研究下面的权利要求来确定对本发明给出的合法保护的范围。

Claims (18)

1.一种检测器设备，包括：
处理器，其与检测器的多维阵列通信，
检测器的所述多维阵列包括在第一方向上彼此对齐的多个第一检测器和在所述第一方向上彼此对齐的多个第二检测器，所述第二检测器在垂直于所述第一方向的第二方向上相对于所述第一检测器偏移，
所述处理器被配置为：
确定与所述第一检测器和所述第二检测器之间的所述偏移有关的内插系数；并且
基于所述内插系数来确定所述设备的检测的角度。
2.根据权利要求1所述的检测器设备，其中，所述检测的角度包括在第一维度中的第一角度和在与所述第一维度横切的第二维度中的第二角度。
3.根据权利要求2所述的检测器设备，其中，所述第一角度是方位角，并且所述第二角度是仰角。
4.根据权利要求1所述的检测器设备，其中，所述内插系数包括多个系数和校正因子。
5.根据权利要求4所述的检测器设备，其中：
所述多个系数是所述第一检测器与所述第二检测器之间的线性关系的系数；
在基于所述第一检测器与所述第二检测器之间的所述偏移的所述线性关系中存在误差；并且
所述校正因子减小所述误差的影响。
6.根据权利要求5所述的检测器设备，其中：
所述偏移具有相关联的相位差；
所述误差基于所述相位差；并且
所述校正因子对应于最小化所述误差的所述相位差的值。
7.根据权利要求6所述的检测器设备，其中，所述处理器还被配置为：
确定所述相位差的至少一个值；
确定所述至少一个值何时最小化所述误差；并且
根据包括最小化所述误差的所述至少一个值的所述线性关系来确定所述多个系数。
8.根据权利要求1所述的检测器设备，其中，所述检测器均包括天线。
9.根据权利要求1所述的检测器设备，其中，所述检测器检测RADAR辐射或LIDAR辐射中的至少一个。
10.一种检测的方法，包括：
由检测器设备的处理器来确定与第一检测器和第二检测器之间的偏移有关的内插系数，所述第一检测器和所述第二检测器均在多维阵列中，所述多维阵列包括在第一方向上彼此对齐的所述第一检测器和在所述第一方向上彼此对齐的所述第二检测器，并且所述偏移在垂直于所述第一方向的第二方向上位于所述第一检测器与所述第二检测器之间；以及
由所述处理器使用所述内插系数来确定所述检测器设备的检测的角度。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，确定所述检测的角度包括：
确定在第一维度中的第一角度；以及
确定在与所述第一维度横切的第二维度中的第二角度。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第一角度是方位角，并且所述第二角度是仰角。
13.根据权利要求10所述的方法，其中，确定所述内插系数包括确定多个系数和校正因子。
14.根据权利要求13所述的方法，其中：
所述多个系数是所述第一检测器与所述第二检测器之间的线性关系的系数；
在基于所述第一检测器与所述第二检测器之间的所述偏移的所述线性关系中存在误差；并且
所述校正因子减小所述误差的影响。
15.根据权利要求14所述的方法，其中：
所述偏移具有相关联的相位差；
所述误差基于所述相位差；并且
所述校正因子对应于最小化所述误差的所述相位差的值。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括：
由所述处理器来确定所述相位差的至少一个值；
确定所述至少一个值何时最小化所述误差；以及
根据包括最小化所述误差的所述至少一个值的所述线性关系来确定所述多个系数。
17.根据权利要求10所述的方法，其中，所述多维阵列的所述检测器均包括天线。
18.根据权利要求10所述的方法，其中，所述多维阵列的所述检测器检测RADAR辐射或LIDAR辐射中的至少一个。
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