CN114779252A - 毫米波雷达多模式极近距离探测系统以及探测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于车辆检测领域，特别涉及一种毫米波雷达多模式极近距离探测系统以及探测方法，所述探测系统包括多颗毫米波雷达，所述多颗毫米波雷达至少布置在车辆的正前、正后、左前、左后、右前、右后六个位置，分别朝向正前、正后、左前、左后、右前、右后六个方向。采用在车上搭载多颗毫米波雷达，利用毫米波雷达多模式切换功能，在车辆进入低速行驶状态、倒车状态或者静止状态时，将全部或部分毫米波雷达的一个工作模式切换为极近距离探测模式，使雷达的最近探测距离可以低于0.15米，完全覆盖超声波雷达的探测区域，当车速前向行驶达到一定速度以上后，如高于20公里/小时，则将极近距离探测模式切换为雷达其他相应的工作模式。

Description

毫米波雷达多模式极近距离探测系统以及探测方法
技术领域
本发明涉及一种毫米波雷达多模式极近距离探测系统以及探测方法，属于车辆检测领域。
背景技术
毫米波雷达是自动驾驶系统中唯一可以在恶劣天气条件下工作的环境感知传感器。随着自动驾驶功能日益普及，毫米波雷达在车辆上的搭载日益增多。目前，一辆汽车搭载五颗毫米波雷达已经逐渐成为主流。
目前，汽车在静止和极低速运动时，对于1米以内目标(车辆、行人、路沿、绿化带)的检测主要依靠超声波雷达。毫米波雷达和超声波雷达相比，具有更远的探测距离，更准的角度测量，防污渍，抗干扰等优势，且毫米波雷达安装无需在汽车外壳上打孔，不破坏汽车外观，故而采用毫米波雷达覆盖超声波雷达功能，从而取消超声波雷达，是汽车行业的发展方向。
发明内容
本发明的目的在于提供一种毫米波雷达多模式极近距离探测系统以及探测方法，采用在车上搭载多颗毫米波雷达，利用毫米波雷达多模式切换功能，在车辆进入低速行驶状态、倒车状态或者静止状态时，将全部或部分毫米波雷达的一个工作模式切换为极近距离探测模式，当车速前向行驶达到一定速度以上后，如高于20公里/小时，则将极近距离探测模式切换为雷达其他相应的工作模式。
为了达到上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种毫米波雷达多模式极近距离探测系统，所述探测系统包括多颗毫米波雷达，所述多颗毫米波雷达至少布置在车辆的正前、正后、左前、左后、右前、右后六个位置，分别朝向正前、正后、左前、左后、右前、右后六个方向。
所述毫米波雷达的布置位置还包括B柱，以减小车身四周的盲区。
一种利用如所述的毫米波雷达多模式极近距离探测系统的探测方法，所述方法包括如下步骤：
1)布设在车辆上的毫米波车载雷达通过车辆总线实时读入车辆状态信号，包括汽车档位、汽车速度、车辆转向角度、方向盘转角、刹车、油门、开门状态和关门状态；
所述毫米波车载雷达以多模式方式工作；
2)当车辆以高于第一阈值的速度运动时，毫米波车载雷达能够：
2.1)以中远距离模式和近距离模式的双模式方式工作：用于中远距离模式的低带宽的带宽范围为75MHz到500MHz之间，用于覆盖中远距离，所述中远距离模式的最近探测距离为1米；用于近距离模式的高带宽的带宽范围为400MHz到1GHz之间，用于覆盖近距离，所述近距离模式的最近探测距离为0.5米；
2.2)以远距离模式、中距离模式和近距离模式的多模式方式工作：用于远距离模式的低带宽的带宽范围为75MHz到300MHz之间，用于覆盖远距离，所述远距离模式的最近探测距离为2米；用于中距离模式的中带宽的带宽范围为250MHz到500MHz之间，用于覆盖中距离，所述中距离模式的最近探测距离为1米；用于近距离模式的高带宽的带宽范围为400MHz到1GHz之间，用于覆盖近距离，所述近距离模式的最近探测距离为0.5米；
3)当车辆速度低于所述第一阈值，或者检测到车辆的档位为倒车档时：
3.1)毫米波车载雷达以中远距离模式和近距离模式的双模式方式工作时，将毫米波车载雷达的中远距离模式和近距离模式的双模式组合切换为近距离模式和极近距离模式的双模式组合，实现超声波雷达的探测功能；
用于近距离模式的高带宽的带宽范围为400MHz到1GHz之间，用于覆盖近距离，所述近距离模式的最近探测距离为0.5米；用于极近距离模式的高带宽的带宽范围为1.5GHz以上，用于覆盖极近距离，所述极近距离模式的最近探测距离为0.01米；
3.2)当毫米波车载雷达以远距离模式、中距离模式和近距离模式的多模式方式工作时，将毫米波车载雷达的远距离模式、中距离模式和近距离模式的多模式组合切换到中距离模式、近距离模式和极近距离模式的组合，实现超声波雷达的探测功能，同时保持对中距离目标的探测能力；
用于中距离模式的中带宽的带宽范围为250MHz到500MHz之间，用于覆盖中距离，所述中距离模式的最近探测距离为1米；用于近距离模式的高带宽的带宽范围为400MHz到1GHz之间，用于覆盖近距离，所述近距离模式的最近探测距离为0.5米；用于极近距离模式的高带宽的带宽范围为1.5GHz以上，用于覆盖极近距离，所述极近距离模式的最近探测距离为0.01米。
步骤1)中，当毫米波车载雷达工作在两种工作模式状态下时，毫米波车载雷达分时发送高带宽和低带宽两种带宽的雷达波形；
多模式雷达也能够工作在多于两种模式状态下，毫米波车载雷达具备多于两种工作模式，采用多于两种带宽，覆盖远中近多个探测范围。
步骤1)中，毫米波车载雷达工作在三种工作模式状态下，毫米波车载雷达分时发送低带宽、中带宽、高带宽的三种带宽的雷达波形。
所述第一阈值为20公里/小时。
步骤3)中，将布置在车辆左后、右后的毫米波雷达的远距离模式、中距离模式和近距离模式的多模式组合切换到中距离模式、近距离模式和极近距离模式的组合。
步骤3)中，将布置在车辆正前、正后、左后、右后六个位置的毫米波雷达的远距离模式、中距离模式和近距离模式的多模式组合切换到中距离模式、近距离模式和极近距离模式的组合。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
采用在车上搭载多颗毫米波雷达，例如六颗毫米波雷达(分别安装在汽车前、后、左前、左后、右前、右后六个位置，分别朝向前、后、左前、左后、右前、右后六个方向)的前提条件下，利用毫米波雷达多模式切换功能，在车辆进入低速行驶状态、倒车状态或者静止状态时，将全部或部分毫米波雷达的一个工作模式切换为极近距离探测模式，使雷达的最近探测距离可以低于0.15米，完全覆盖超声波雷达的探测区域(约0.15到10米)，当车速前向行驶达到一定速度以上后，如高于20公里/小时，则将极近距离探测模式切换为雷达其他相应的工作模式。
附图说明
图1为车辆搭载6颗毫米波雷达的覆盖区域的第一示意图；
图2为车辆搭载6颗毫米波雷达的覆盖区域的第二示意图；
图3为在雷达极近距离探测模式下，布设在车辆上的6颗毫米波雷达的覆盖区域的示意图；
图4为两种模式的多模式雷达先发射低带宽波形接着发送高带宽波形的雷达波形图；
图5为两种模式的多模式雷达低带宽和高带宽波形交替发射的雷达波形图；
图6为在同一雷达硬件基础上实现远、近距离两个探测模式的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。
如图1和图2所示，一种毫米波雷达多模式极近距离探测系统，包括多颗毫米波雷达，所述多颗毫米波雷达至少布置在车辆的正前、正后、左前、左后、右前、右后六个位置，分别朝向正前、正后、左前、左后、右前、右后六个方向。
优选地，所述毫米波雷达的布置位置还包括B柱，以减小车身四周的盲区。
一种利用所述毫米波雷达多模式极近距离探测系统的探测方法，包括如下步骤：
1、布设在车辆上的毫米波车载雷达通过车辆总线实时读入车辆状态信号，包括汽车档位、汽车速度、车辆转向角度、方向盘转角、刹车、油门、开门状态和关门状态。
所述毫米波车载雷达以多模式方式工作。
当毫米波车载雷达工作在两种工作模式状态下时，毫米波车载雷达分时发送高带宽和低带宽两种带宽的雷达波形。
当毫米波车载雷达有足够的处理器算力和内存时，多模式雷达也能够工作在多于两种模式状态下，雷达具备多于两种工作模式，采用多于两种带宽，更灵活地覆盖远中近多个探测范围。
优选地，毫米波车载雷达工作在三种工作模式状态下，毫米波车载雷达分时发送低带宽、中带宽、高带宽的三种带宽的雷达波形。
毫米波雷达的距离检测范围由雷达波形和信号处理算法决定，以车载雷达常用的快速三角波(fast chirp)为例，雷达距离分辨率和雷达带宽呈反比，雷达带宽越大，雷达距离分辨率越小，则雷达的最近探测距离也越小。
Figure BDA0003537742890000061
目前超声波雷达的最近探测距离一般为0.15米，如果用毫米波雷达来实现，雷达的距离分辨率需要高于0.1米，对应雷达带宽需要高于1.5GHz。
多模式雷达通过让雷达分时发送高带宽和低带宽两种带宽，或更多种带宽的雷达波形实现。高低带宽波形可以先发射若干低带宽波形接着发送若干高带宽波形，如图4所示，也可以让低带宽和高带宽波形交替发射完成，如图5所示。
多于两种带宽的切换可以先发射若干相同的第一带宽波形，然后发射若干第二带宽波形，接着再发射第三带宽波形，以此类推。或者以第一带宽、第二带宽以及第三带宽的带宽波形先各自发射一个组成一组，接着发射下一组，如此重复。
配合对应的雷达信号处理计算，就可以在同一雷达硬件基础上实现远、近距离两个探测模式，远距离探测模式有较大的最大探测距离和最小探测距离，较大的距离分辨率；近距离探测模式有较小的最大探测距离和最小探测距离，较小的距离分辨率，如图6所示。
2、当车辆以高于第一阈值的速度运动时，毫米波车载雷达能够：
2.1、以中远距离模式和近距离模式的双模式方式工作：用于中远距离模式的低带宽的带宽范围为75MHz到500MHz之间，用于覆盖中远距离，所述中远距离模式的最近探测距离为1米，所述中远距离的覆盖范围为1米到100米以上，长距离雷达的远距离模式覆盖范围为200米以上；用于近距离模式的高带宽的带宽范围为400MHz到1GHz之间，用于覆盖近距离，所述近距离模式的最近探测距离为0.5米，所述近距离的覆盖范围为0.5米到30米，长距离雷达的近距离模式覆盖范围达到70米至100米。
2.2、以远距离模式、中距离模式和近距离模式的多模式方式工作：用于远距离模式的低带宽的带宽范围为75MHz到300MHz之间，用于覆盖远距离，所述远距离模式的最近探测距离为2米，所述远距离的覆盖范围为2米到100米以上，长距离雷达的远距离模式覆盖范围需要达到200米以上；用于中距离模式的中带宽的带宽范围为250MHz到500MHz之间，用于覆盖中距离，所述中距离模式的最近探测距离为1米，所述中距离的覆盖范围为1米到70米，长距离雷达的中距离模式覆盖范围需要达到150米以上；用于近距离模式的高带宽的带宽范围为400MHz到1GHz之间，用于覆盖近距离，所述近距离模式的最近探测距离为0.5米，所述近距离的覆盖范围为0.5米到30米。
3、当车辆速度低于所述第一阈值，或者检测到车辆的档位为倒车档时：
3.1、毫米波车载雷达以中远距离模式和近距离模式的双模式方式工作时，将毫米波车载雷达的中远距离模式和近距离模式的双模式组合切换为近距离模式和极近距离模式的双模式组合，实现超声波雷达的探测功能。
用于近距离模式的高带宽的带宽范围为400MHz到1GHz之间，用于覆盖近距离，所述近距离模式的最近探测距离为0.5米，所述近距离的覆盖范围为0.5米到30米；用于极近距离模式的高带宽的带宽范围为1.5GHz以上，用于覆盖极近距离，所述极近距离模式的最近探测距离为0.01米，所述极近距离的覆盖范围为0.01米到20米。
3.2、当毫米波车载雷达以远距离模式、中距离模式和近距离模式的多模式方式工作时，将毫米波车载雷达的远距离模式、中距离模式和近距离模式的多模式组合切换到中距离模式、近距离模式和极近距离模式的组合，实现超声波雷达的探测功能，同时保持对中距离目标的探测能力。
用于中距离模式的中带宽的带宽范围为250MHz到500MHz之间，用于覆盖中距离，所述中距离模式的最近探测距离为1米，所述中距离的覆盖范围为1米到70米，长距离雷达的中距离模式覆盖范围需要达到150米以上；用于近距离模式的高带宽的带宽范围为400MHz到1GHz之间，用于覆盖近距离，所述近距离模式的最近探测距离为0.5米，所述近距离的覆盖范围为0.5米到30米；用于极近距离模式的高带宽的带宽范围为1.5GHz以上，用于覆盖极近距离，所述极近距离模式的最近探测距离为0.01米，所述极近距离的覆盖范围为0.01米到20米。
优选地，所述第一阈值为20公里/小时。
优选地，步骤3中，将布置在车辆左后、右后的毫米波雷达的远距离模式、中距离模式和近距离模式的多模式组合切换到中距离模式、近距离模式和极近距离模式的组合。
优选地，步骤3中，将布置在车辆正前、正后、左后、右后六个位置的毫米波雷达的远距离模式、中距离模式和近距离模式的多模式组合切换到中距离模式、近距离模式和极近距离模式的组合。
图3所示，毫米波雷达在极近距离探测模式下，布设在车辆上的6颗毫米波雷达可以完全覆盖超声波雷达的探测区域(距离和方位角范围都可以覆盖)。随着后续自动驾驶功能升级，车辆四周(如B柱附近)会增加更多的毫米波雷达，这些毫米波雷达同样可以切换到极近距离探测模式，减小车身四周的盲区。
这样，在不新增硬件的情况下，通过模式切换，让毫米波雷达在低速、静止、倒车模式下覆盖超声波雷达探测区域，从而取代超声波雷达。

Claims (8)

1.一种毫米波雷达多模式极近距离探测系统，其特征在于：所述探测系统包括多颗毫米波雷达，所述多颗毫米波雷达至少布置在车辆的正前、正后、左前、左后、右前、右后六个位置，分别朝向正前、正后、左前、左后、右前、右后六个方向。
2.如权利要求1所述的毫米波雷达多模式极近距离探测系统，其特征在于：所述毫米波雷达的布置位置还包括B柱，以减小车身四周的盲区。
3.一种利用如权利要求1或2所述的毫米波雷达多模式极近距离探测系统的探测方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
1)布设在车辆上的毫米波车载雷达通过车辆总线实时读入车辆状态信号，包括汽车档位、汽车速度、车辆转向角度、方向盘转角、刹车、油门、开门状态和关门状态；
所述毫米波车载雷达以多模式方式工作；
2)当车辆以高于第一阈值的速度运动时，毫米波车载雷达能够：
2.1)以中远距离模式和近距离模式的双模式方式工作：用于中远距离模式的低带宽的带宽范围为75MHz到500MHz之间，用于覆盖中远距离，所述中远距离模式的最近探测距离为1米；用于近距离模式的高带宽的带宽范围为400MHz到1GHz之间，用于覆盖近距离，所述近距离模式的最近探测距离为0.5米；
2.2)、以远距离模式、中距离模式和近距离模式的多模式方式工作：用于远距离模式的低带宽的带宽范围为75MHz到300MHz之间，用于覆盖远距离，所述远距离模式的最近探测距离为2米；用于中距离模式的中带宽的带宽范围为250MHz到500MHz之间，用于覆盖中距离，所述中距离模式的最近探测距离为1米；用于近距离模式的高带宽的带宽范围为400MHz到1GHz之间，用于覆盖近距离，所述近距离模式的最近探测距离为0.5米；
3)当车辆速度低于所述第一阈值，或者检测到车辆的档位为倒车档时：
3.1)毫米波车载雷达以中远距离模式和近距离模式的双模式方式工作时，将毫米波车载雷达的中远距离模式和近距离模式的双模式组合切换为近距离模式和极近距离模式的双模式组合，实现超声波雷达的探测功能；
用于近距离模式的高带宽的带宽范围为400MHz到1GHz之间，用于覆盖近距离，所述近距离模式的最近探测距离为0.5米；用于极近距离模式的高带宽的带宽范围为1.5GHz以上，用于覆盖极近距离，所述极近距离模式的最近探测距离为0.01米；
3.2)当毫米波车载雷达以远距离模式、中距离模式和近距离模式的多模式方式工作时，将毫米波车载雷达的远距离模式、中距离模式和近距离模式的多模式组合切换到中距离模式、近距离模式和极近距离模式的组合，实现超声波雷达的探测功能，同时保持对中距离目标的探测能力；
用于中距离模式的中带宽的带宽范围为250MHz到500MHz之间，用于覆盖中距离，所述中距离模式的最近探测距离为1米；用于近距离模式的高带宽的带宽范围为400MHz到1GHz之间，用于覆盖近距离，所述近距离模式的最近探测距离为0.5米；用于极近距离模式的高带宽的带宽范围为1.5GHz以上，用于覆盖极近距离，所述极近距离模式的最近探测距离为0.01米。
4.如权利要求3所述的探测方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：步骤1)中，
当毫米波车载雷达工作在两种工作模式状态下时，毫米波车载雷达分时发送高带宽和低带宽两种带宽的雷达波形；
多模式雷达也能够工作在多于两种模式状态下，毫米波车载雷达具备多于两种工作模式，采用多于两种带宽，覆盖远中近多个探测范围。
5.如权利要求4所述的探测方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：步骤1)中，毫米波车载雷达工作在三种工作模式状态下，毫米波车载雷达分时发送低带宽、中带宽、高带宽的三种带宽的雷达波形。
6.如权利要求3所述的探测方法，其特征在于：所述第一阈值为20公里/小时。
7.如权利要求3所述的探测方法，其特征在于：
步骤3)中，将布置在车辆左后、右后的毫米波雷达的远距离模式、中距离模式和近距离模式的多模式组合切换到中距离模式、近距离模式和极近距离模式的组合。
8.如权利要求3所述的探测方法，其特征在于：
步骤3)中，将布置在车辆正前、正后、左后、右后六个位置的毫米波雷达的远距离模式、中距离模式和近距离模式的多模式组合切换到中距离模式、近距离模式和极近距离模式的组合。
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