CN115372965A - 使用雷达的静态场景地图绘制 - Google Patents

使用雷达的静态场景地图绘制 Download PDF

Info

Publication number
CN115372965A
CN115372965A CN202210527904.4A CN202210527904A CN115372965A CN 115372965 A CN115372965 A CN 115372965A CN 202210527904 A CN202210527904 A CN 202210527904A CN 115372965 A CN115372965 A CN 115372965A
Authority
CN
China
Prior art keywords
radar
detections
static
velocity
occupancy map
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210527904.4A
Other languages
English (en)
Inventor
安德斯·曼内森
安东·塞丁
阿拉斯·帕帕德利斯
大卫·瓦德马克
塞巴斯蒂安·赫尼施
斯蒂芬·阿达尔比昂森
丹尼尔·斯托尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Axis AB
Original Assignee
Axis AB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Axis AB filed Critical Axis AB
Publication of CN115372965A publication Critical patent/CN115372965A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/003—Bistatic radar systems; Multistatic radar systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/52—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds
    • G01S13/536—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmission of continuous unmodulated waves, amplitude-, frequency-, or phase-modulated waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
    • G01S13/581—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems using transmission of interrupted pulse modulated waves and based upon the Doppler effect resulting from movement of targets
    • G01S13/582—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems using transmission of interrupted pulse modulated waves and based upon the Doppler effect resulting from movement of targets adapted for simultaneous range and velocity measurements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
    • G01S13/583—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems using transmission of continuous unmodulated waves, amplitude-, frequency-, or phase-modulated waves and based upon the Doppler effect resulting from movement of targets
    • G01S13/584—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems using transmission of continuous unmodulated waves, amplitude-, frequency-, or phase-modulated waves and based upon the Doppler effect resulting from movement of targets adapted for simultaneous range and velocity measurements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/35—Details of non-pulse systems
    • G01S7/352—Receivers
    • G01S7/356—Receivers involving particularities of FFT processing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/41—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00 using analysis of echo signal for target characterisation; Target signature; Target cross-section
    • G01S7/415—Identification of targets based on measurements of movement associated with the target
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/10—Image acquisition modality
    • G06T2207/10032—Satellite or aerial image; Remote sensing
    • G06T2207/10044—Radar image

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

本发明涉及使用雷达的静态场景地图绘制。提供了一种使用静止雷达单元绘制静态场景的地图的方法，静止雷达单元可操作以朝向场景发射雷达信号，静止雷达单元包括被配置成检测来自任意方向的雷达信号的接收器天线组，并且静止雷达单元被配置成测量离散速度仓中的目标速度，该方法包括：使用接收器天线组随着时间的推移连续收集雷达信号以检测静态场景；使用从收集的雷达信号确定的确认的检测来构建静态场景的占用地图，其中，确认的检测是雷达信号强度超过检测阈值且速度下降到零速度仓中的检测以及雷达信号强度超过检测阈值且非零速度足够低以导致与落在零速度仓中的检测相同的仓中的信息溢出的检测。

Description

使用雷达的静态场景地图绘制
技术领域
本发明总体上涉及雷达成像的领域，并且具体地涉及用于使用静止雷达单元绘制静态场景的地图的方法和控制单元。
背景技术
雷达检测的基础是发射的雷达信号被物体反射并被雷达的天线检测到。通过诸如物体速度和相对位置的适当的信号处理特性可以估计雷达。
静态装置的雷达地图绘制可以通过利用扫描雷达来执行，其中，雷达天线在空间上移动，使得检测区域从不同角度得到检测。在某些应用中(诸如例如，在汽车工业中)，雷达自然处于移动状态，其中，雷达安装在车辆上以检测车辆的周围环境。
常见类型的雷达基于所谓的距离-多普勒测量。通常，距离-多普勒测量雷达检测目标的特定距离和速度的组合。然而，该类型的测量最适合检测移动物体，而不是检测区域中的静态、静止物体。
提高由雷达检测到的静态图像的分辨率的常见方法是大量增加天线的数量并采用复杂且计算量大的信号处理。增加天线的数量是昂贵的并通常是不期望的，并且计算量大的信号处理不期望地增加了对处理器的要求。
因此，在利用雷达检测静态装置方面存在改进的空间。
发明内容
鉴于现有技术的上述和其他缺陷，本发明的目的是提供一种用于使用静止雷达单元来绘制静态场景的地图的方法，该方法至少减轻了现有技术的一些缺陷。
根据本发明的第一方面，因此提供了一种用于使用静止雷达单元来绘制静态场景的地图的方法，静止雷达单元可操作以朝向场景发射雷达信号，静止雷达单元包括被配置成检测来自任意方向的雷达信号的接收器天线组，并且静止雷达单元被配置成测量离散速度仓(velocity bin)中的目标速度。该方法包括以下步骤。使用接收器天线组随着时间的推移连续收集雷达信号以检测静态场景。在进一步的步骤中，使用从收集的雷达信号确定的确认的检测来构建静态场景的占用地图。确认的检测是雷达信号强度超过检测阈值且速度下降到零速度仓中的检测以及雷达信号强度超过检测阈值且非零速度足够低以导致与落在零速度仓中的检测相同的仓中的信息溢出的检测。
本发明基于这样的实现，即不仅包括静态物体的检测，而且还包括几乎静态的检测，用于构建场景中的静态物体的地图。与几乎静态物体的检测相关的信息经常被丢弃，因为它可能是静态检测在几乎静态区域中的溢出信息，即，可能已经被视为形成静态检测的信息。进一步，移动物体的雷达检测也导致信息溢出到相同的几乎静态区域。因此，几乎静态区域中的信息包括来自静态物体和来自移动物体的溢出信息之和。
发明人实现了使用与具有非零速度的目标的检测相关的信息来构建静态场景的地图。
雷达以离散的步骤测量速度，使得检测到的速度落在几个仓中的一个仓中。因此，对于例如速度0、-ΔV、+ΔV执行速度的检测，其中ΔV是仓的大小。因此，雷达单元根据阈值设置可操作以包括信号强度超过阈值且速度是零或超过零但在+/-ΔV内的检测。由于溢出，与零仓、-ΔV仓或+ΔV仓相关的每个检测可以包括来自静态物体的检测和移动物体的检测。
具有足够低的速度以导致溢出信息可以被解释为具有足够低的速度，使得在对应于零速度的目标的频率与非零速度的目标的频率之间将存在相关性或线性相关性。
除了测量离散速度仓中的速度之外，静止雷达单元还可以测量离散距离仓中的目标距离，并且可选地还测量离散仓中的雷达信号的到达角。这导致目标距离仓之间和到达角仓之间的信息溢出。
溢出信息可以被认为是频谱泄漏，即在包括例如离散傅里叶变换的信号处理期间，与检测到的速度相关的离散傅里叶变换中的瓣或“音调(tone)”扩散到其他频率(例如，速度)。类似地，在包括例如离散傅立叶变换的信号处理期间，离散傅里叶变换中与检测到的范围或检测到的信号的到达角相关的瓣或“音调”扩展到其他频率(例如，其他附近的距离仓或到达角仓)。
静止雷达应被解释为扫描场景的、没有移动部分的雷达。相反，雷达适用于检测来自各个方向的信号，而无需使用波束成形或扫描。进一步，静止雷达安装在静止位置上，而不是安装在诸如车辆的移动实体上。因此，静止雷达单元相对于静态场景不移动。
雷达信号的连续收集应被解释为在由时间帧或仅“帧”限定的周期性间隔内执行。
测量速度优选地通过发射周期性雷达信号来执行。合适的发射信号是周期性重复的脉冲信号、频率调制序列，具体是用于频率调制连续波雷达(FMCW)的线性频率扫描、相位调制信号或多载波信号(例如，正交频分复用(OFDM))。
可以以本身已知的各种方式来执行雷达信号的信号处理。一些示例包括使用匹配过滤器的范围压缩。对于具有拉伸处理的FMCW信号，这可以通过傅里叶变换或其他频率估计算法(MUSIC、CAPON、...)来实现。其他合适的实现可能是与发射信号的相关性或匹配滤波器的频域实现。
进一步，可以执行多普勒压缩，包括分析发射信号的周期性和检测多普勒频移。这通常使用FFT或上述其他频率估计算法来完成。
进一步，天线阵列中的到达角估计可以通过用FFT估计天线之间的相位引导向量来执行。其他技术可以是上述频率估计技术。
通过本发明的实施例，本文中描述的方法提供用于使用具有相对少的天线和计算成本低廉的信号处理的雷达来绘制静态场景的地图。
在实施例中，接收器天线的数量不超过16个，优选不超过10个，更优选不超过8个。因此，雷达单元可以是相对简单且成本较低的类型。接收器天线可以是物理天线或虚拟天线。天线可以实现为MIMO(多入多出)雷达的虚拟天线。
在实施例中，构建占用地图可以包括：对于距雷达位置的离散半径组中的每一个，随着时间的推移，在占用地图中包括雷达信号强度超过检测阈值且无速度的所有检测以及雷达信号强度超过检测阈值且速度非零的所有检测。因此，雷达单元被配置成，对于离散半径组中的每一个，标记满足检测和速度阈值的所有检测。例如，速度落在0、-ΔV、+ΔV、-阈值内的所有检测被标记在占用地图中。
在更具体的示例中，占用地图通过包括距雷达位置的离散半径的每个组合的一个雷达检测和与邻近于零速度仓的速度仓相关的检测来构建。
在实施例中，构建占用地图可以包括：对于每个确认的检测，增加占用地图的对应的第一区域中的占用概率值，以及减小第一区域与雷达的在占用地图中的位置之间的区域中的概率值。这是构建考虑移动物体的检测的占用地图的有效方法。有利地，它能够随着时间的推移平均检测以构建地图，其中，静态物体将出现并且移动物体被平均化。概率值的增加和/或减少程度是可以调整到具体实现的调整参数。调整参数有效地控制了构建占用地图的速度，即，概率值接近设定限制的速度。
优选地，第一区域和雷达的在占用地图中的位置之间的区域与第一区域和雷达的在占用地图中的位置之间的直线相交。直线指示雷达单元与第一区域之间的自由视线。由于在自由视线中不存在其他物体，因此可以可靠地降低第一区域与雷达单元之间的区域中的概率值，以提高占用地图中具有静态物体的区域与不具有静态物体的区域之间的对比度。从雷达单元位置看，位于直线上但超出第一区域的物体被完全或部分遮蔽。
进一步，在构建占用地图时，可以包括增加与第一区域相邻的区域中的占用概率值。因此，可以在占用地图中考虑测量的目标范围和到达角的不确定性。可以根据概率功能来执行增加，例如，越接近第一区域，概率增加越大，随着与第一区域的距离增加，概率增加递减。
为了构建准确的占用地图，占用地图可以构建为随着时间的推移的概率值的聚合。由于占用地图实际上是对检测到的环境的聚合估计，因此通过及时对许多测量进行平均来减少该估计的方差。
在实施例中，构建占用地图可以包括通过选择具有由沿着第一轴分离的不同接收器天线收集的雷达信号之间的相位差的傅里叶变换的最大能量含量的频率来确定所确认的检测的方位角。第一轴对应于使用雷达单元时场景的水平轴。
在实施例中，构建占用地图可以包括通过选择具有由沿着第二轴分离的不同接收器天线收集的雷达信号之间的相位差的傅里叶变换的最大能量含量的频率来确定所确认的检测的仰角。第二轴对应于使用雷达单元时场景的垂直轴。
本发明的实施例适用于各种类型的静止雷达单元。在一个优选实施例中，静止雷达单元是调频连续波雷达。进一步，静止雷达单元可以可操作以在所有方向上发射雷达信号。
根据本发明的第二方面，提供了包括指令的计算机程序，当该程序由计算机执行时，使计算机执行本文中讨论的任何实施例的方法。
本发明的第二方面的进一步实施例和通过该第二方面获得的效果在很大程度上类似于以上针对本发明的第一方面所描述的那些。
根据本发明的第三方面，提供了一种控制单元，用于使用由静止雷达单元收集的雷达信号来绘制静态场景的地图，该雷达单元可操作地朝向场景发射雷达信号并使用接收器天线组检测来自任意方向的雷达信号，静止雷达单元被配置成测量离散速度仓中的目标速度，控制单元被配置成：获取指示随着时间的推移连续收集的雷达信号的数据以检测静态场景；使用从所获取的数据确定的确认的检测来构建静态场景的占用地图，其中，确认的检测是雷达信号强度超过检测阈值且速度下降到零速度仓中的检测以及雷达信号强度超过检测阈值且非零速度足够低以导致与落在零速度仓中的检测相同的仓中的信息溢出的检测。
本发明的该第三方面的进一步实施例和通过该第三方面获得的效果在很大程度上类似于上面针对本发明的第一方面和第二方面所描述的那些。
还提供了一种系统，包括静止雷达单元和根据第三方面的控制单元。该系统提供了与本文中描述的实施例中的任何一个实施例类似的优点和特征。
当研究所附权利要求和以下描述时，本发明的其他特征和优点将变得显而易见。本领域技术人员意识到，可以组合本发明的不同特征以创建不同于以下描述的实施例，而不脱离本发明的范围。
附图说明
根据以下详细描述和附图将容易地理解本发明的各个方面(包括其特定特征和优点)，在附图中：
图1A概念性地图示出被布置成从包括静态物体和移动物体的场景中获取雷达检测的静止雷达单元；
图1B是概念的距离-多普勒图和静态物体的功率与距离图；
图1C是概念的距离-多普勒图和两个静态物体的功率与距离图；
图1D是概念的距离-多普勒图和静态物体和移动物体的雷达信号的功率与距离图；
图1E是静态物体和移动物体的雷达信号的概念的功率与速度图；
图2是根据本发明的实施例的方法步骤的流程图；
图3概念性地图示出根据本发明的实施例的占用地图的构造；
图4A至图4B图示出根据本发明的实施例构建的示例占用地图的两个单独的时刻；
图5是根据本发明的实施例的方位角与功率的示例离散傅立叶谱；并且
图6是根据本发明的实施例的系统的框图。
具体实施方式
现在将在下文中参照附图更全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的当前优选实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式实施并且不应被解释为限于本文中阐述的实施例；相反，提供这些实施例是为了彻底和完整，并向本领域技术人员充分传达本发明的范围。相同的附图标记始终指代相同的元件。
现在转向附图并且具体是图1A，示出了包括静态物体组102a至102d和移动物体104的场景1。静止雷达单元100被配置成绘制包括移动物体104和静态物体102a至静态物体102d的场景1的地图。为了测量速度，有利地使用周期性信号的发射。合适的发射信号是周期性重复的脉冲信号、频率调制序列，诸如用于FMCW的线性频率扫描、相位调制信号或多载波信号(例如，OFDM)。
雷达单元100通常检测距雷达单元100的位置的每个半径或范围的最强信号。因此，如果场景没有变化并且完全是静态的，则随着时间的推移将观察到同一最强物体，并且观察到的静态物体通常在每个范围的方位角上被抹掉。然而，如果在场景1中引入了诸如移动物体104的小的干扰，则场景发生变化，并且因此，最强的检测也可能发生变化。这可能导致场景的不太显著的特征出现。例如，移动物体104首先导致物体102b的区域106a被遮挡，并且随后导致物体102c的区域106b被遮挡。在没有移动物体104的情况下，由于静态物体102c是显著的特征，较小的静态物体102b可能不被检测为最强检测，然而，当移动物体104覆盖静态物体102c的一部分时，不太显著的物体102b可能被检测到并且显得更显著。
在场景的地图绘制期间，雷达单元100包括对具有零速度的物体的检测(即，对物体102a至物体102d的检测)。物体的检测(包括在离散时间对雷达检测进行采样)也是针对离散速度(在本文中被称为速度仓(velocity bin))执行的。由于频谱泄漏，以这种方式处理数据导致溢出(spill-over)到相邻的仓中。由于频谱泄漏，以类似的方式检测移动物体104导致溢出到相邻的仓中。如果物体移动得足够慢，则检测将溢出到与静态检测相同的仓中，因此该速度仓将包括来自静态检测和来自低速检测的溢出之和。因此，通过使用适当的检测阈值，如在本文中提出的方法中，由于溢出信息，静态检测中的这些静态波动导致随着时间的推移将观察到场景的不同物体和特征。
除了上述讨论之外，使用诸如调频连续波雷达的静止雷达单元，每个离散速度仓检测每个离散范围(即，每个距离仓)的一个物体。因此，即使在相同的距离和速度上多于一个物体存在，也只检测到一个物体。
如果雷达信号超过检测阈值，则检测到物体，并且对于每个检测到的物体，可以测量离散范围、离散径向速度、方位角和信号强度。对于每个离散半径，在占用地图中标记速度落在零速度仓中的所有检测以及落在与零速度仓相邻的速度仓中的所有检测。
如果物体104移动得足够慢，则组合(R0、零速度)、(R0、+ΔV速度)和(R0、-ΔV速度)中的一个或多个将包含静止检测和移动检测之和。由于每个组合仅进行一次检测，因此这些组合有可能与不存在移动物体104的情况不同。换句话说，新信息被添加到地图中。
当移动目标104以给定的半径R0和方位角移动时，它将遮蔽物体，即，如雷达单元100在不同时间或帧所看到的，102b、102c在物体104后面。因此，当移动物体在静态物体(例如，102b、102c)的前面时，来自这些物体的反射变得更弱，而来自相同范围的其他反射是相同的。因此，同样在这种情况下，(R0、零速度)、(R0、+ΔV速度)和(R0、-ΔV速度)的组合包含可以添加到地图中的新信息。
更具体地，转向图1B，示出了概念的距离-多普勒图200。x轴上示出了多普勒速度，其中，雷达信号测量指示中心峰值Pv和旁瓣(side lobe)Sv。进一步，y轴上示出了中心峰值Pr和旁瓣Sr。对应的功率图被示出，并且指示所收集检测的傅里叶变换中的主瓣Pr和Pv。如果检测超过检测阈值，即，如果峰值具有超过检测阈值220的幅度，则认为检测得到确认。
转到图1C，示出了另一距离-多普勒图201，但现在引入了两个目标210和212。目标的速度是零，并且因此被认为是静态的。换句话说，在与图1B中所示的功率与速度图类似的对应的功率与速度图中，两个峰值将处于零速度。在图1C中所示的功率与距离图202中，距离的差异(即，距离-多普勒图中沿着零速度线203的在y轴上的相对位移)由图202中的对应的峰212a和210a的位移来反映。由于峰212a低于峰210a，并且对于给定范围仅选择最大峰，因此物体212被认为是“不可见的”，即，它没有被雷达检测到。然而，瓣212a与210a之间的以及它们的旁瓣之间的重叠指示两个非零检测之间的频谱泄漏，这可能导致确认的检测。每个瓣可以被认为表示仓。
现在转向图1D，其中，引入了移动物体214。在距离-多普勒图205中，移动物体表示214在图205中向右偏移，远离零速度轴203。进一步，功率与多普勒速度图204图示出主瓣210b、212b和214a以及它们相对于彼此的位移。再次，瓣之间的重叠指示溢出区域。具体地，如关于图1C所讨论的属于无法检测的静态物体212的检测的旁瓣212c和属于移动物体214的检测的旁瓣214b在215处重叠，使得信号之和(为了避免使附图混乱而未示出)(即，瓣212c、214c的重叠之和)可以超过检测阈值220。因此，不仅如图1B中所讨论的在给定范围内进行非零速度物体的检测，而且还检测落入非零速度仓中的组合瓣212c和214b，从而产生对先前“不可见的”静态物体212的确认的检测。物体214的速度足够低以导致溢出到同一仓中(即，属于物体212的非零检测的瓣212c中)。更进一步，物体214的速度足够低，使得瓣212c和214b的组合信号超过检测阈值220。
如图1E中的功率与速度图206中所图示，如果物体214的速度显著较高，则重叠瓣(例如，如上所描述的瓣212c和214c)之和(其中可能发生频谱泄漏)不会导致确认的检测(即，超过阈值220的组合信号)。因此，物体214的速度太高而不导致频谱泄漏，这可能导致以非零速度进行确认的检测。
上述实现导致对检测进行阈值处理，使得检测包括雷达信号强度超过检测阈值且速度下降到零速度仓中以及雷达信号强度超过检测阈值且非零速度足够低以导致与落在零速度仓中的检测相同的仓中的信息溢出，使得进行非零速度检测(即，在非零速度仓中进行检测)。
图2是根据本发明的实施例的方法步骤的流程图。
在步骤S102中，使用静止雷达单元的接收器天线组随着时间的推移连续收集雷达信号以检测静态场景。静止雷达单元100可操作以朝向场景1发射雷达信号，并且包括被配置成检测来自任意方向的雷达信号的接收器天线组。因此，静止雷达单元100不利用波束成形。静止雷达单元100被配置成以离散的速度仓测量目标速度(即，以离散的步长测量检测到的目标的速度)。
在步骤S104中，使用从收集的雷达信号确定的确认的检测来构建静态场景的占用地图。确认的检测是满足雷达信号强度超过检测阈值且速度落在零速度仓中的检测。进一步，确认的检测还包括雷达信号强度超过检测阈值且非零速度足够低以导致与落在零速度仓中的检测相同的仓中的信息溢出的检测。如上所描述，与仅检测完全静态物体相比，该类型的阈值处理为静态场景的地图绘制提供了更多信息。
图3通过考虑占用网格300中的概率值概念性地图示出场景1的占用地图的构建。占用网格包括单元302的网格，其中，在图3中仅表示一个单元302。
当通过算法确认由雷达单元100进行的检测时，网格的对应的单元中的概率值增加。例如，组302a至302d中表示的单元是已经进行确认的检测的区域中的单元，并且分别对应于静态物体102a至静态物体102d。因此，当随着时间的推移对同一静态物体进行进一步检测时，对应的单元中的概率进一步增加，从而增加了对应的区域中存在静态物体的可能性。注意，由于占用地图300正在构建中，因此区域302a至区域302d小于静态物体102a至静态物体102d。
进一步，为了增加占用地图的对比度，在落入确认的检测与雷达单元100的位置之间的区域中的单元中的概率降低。这进一步提供了减少出现在占用地图300中的移动物体的影响。例如，在第一时刻，移动物体104覆盖静态物体102b。在此时，区域304a中的概率将增加，并且由于静态物体102b被移动物体104遮挡，因此物体302b的区域中的概率不改变。然而，区域304a与雷达单元100之间的区域中的概率降低。随后，移动物体104移动到部分覆盖物体102c的位置，使得物体102b现在可以被雷达单元100检测到。因此，占用地图300的对应的区域302b中的概率值增加，并且区域302b与雷达单元100之间的区域中的概率减小。随着时间的推移，在区域304a中进行的检测将逐渐消失。因此，静态物体102a至静态物体102d的检测将出现在占用地图300中。
进一步，占用地图的缩小的区域优选地与第一区域(例如，已经进行检测的区域，例如，区域302b)和雷达100的在占用地图300中的位置之间的直线306相交。
此外，增加在与第一区域相邻的区域中的占用概率值。再次，以当前帧中的区域302b为第一区域，如果在区域302b中进行检测，则在与区域302b相邻的区域303b中也可以增加占用概率值。
占用地图300是通过聚合一段时间内的检测来构建的。换句话说，占用地图300充满了确认的检测，其中，仅即时对移动物体进行的检测将被平均化。
图4A至图4B图示出正在构建的示例占用地图400的两个单独的时刻。图4A图示出在时间t1处的占用地图400，并且图4B图示出在时间t2处的占用地图400，相隔约1分钟。在此期间，人在场景中四处移动，例如如图1A和图3中的物体104作为示例。在图4A中，场景中的静态物体的仅一小部分被检测到并用黑色标记。随着时间的推移，使用参照图3描述的方法填充占用地图400，并且由于参照图1A描述的机制，可以检测到逐渐更多的场景，即，出现可能与建筑物的墙壁相对应的更多黑色区域，并且出现可能与诸如草坪或空停车场的开放区域相对应的更多的白色区域。
雷达单元100通过以离散半径和离散速度进行检测来操作。在操作期间，距雷达位置的离散半径的每个组合的一个雷达检测和与邻近于零速度仓的速度仓相关的检测被包括在占用地图300中。再次转向图3，半径308概念性地图示出一个离散的半径308，这里在当前帧期间截取区域302a和304a。这里，区域302a中的检测对应于具有零速度(即，落入零速度仓中)的物体的确认的检测，并且区域304a中的检测对应于与邻近于零速度仓的速度仓相关的检测。
优选地，对于距雷达位置的离散半径组中的每一个，所有确认的检测被包括在占用地图中。
作为示例，当构建占用地图300或400时，确定确认的检测的方位角。方位角α是沿离散半径308进行确认的检测的角度。在处理雷达检测期间，计算雷达信号之间的相位差的傅里叶变换(优选地，离散傅里叶变换)。这通常导致如图5中概念性图示出的不同角度与功率的频谱，包括全局峰值502(即，具有最大能量含量的峰值)以及旁瓣组504。确定方位角α可以通过计算由沿着平行于方位角的平面的第一轴310分离的不同接收器天线收集的雷达信号之间的相位差的离散傅里叶变换并选择在离散傅里叶变换中具有最大能量含量的频率(即，方位角)来执行。也有可能选择更多的频率，而不仅仅是具有最大能量含量的频率，然而，在优选实施例中，选择具有最大能量含量的频率(即，方位角)，因为可能难以准确地确定峰值是实际目标还是只是旁瓣。对距离检测和速度检测也进行了类似的选择。另请参见与图1A至图1E相关的讨论。
以类似的方式，在还考虑仰角的情况下，为了提供沿着仰角的雷达图像，构建占用地图包括通过选择具有由沿着垂直于方位角的平面的第二轴分离的不同接收器天线收集的雷达信号之间的相位差的傅里叶变换的最大能量含量的频率来确定确认检测的仰角。
这以与关于方位角描述的方式类似的方式执行。
图6是包括静态雷达和控制单元602的雷达系统600的框图。静止雷达单元的接收器天线604a至天线604h的数量不超过16个，优选不超过10个，更优选不超过8个。这里示出了8个接收器天线，即，表示相对简单且便宜的雷达单元100。静止雷达单元100甚至可以可操作以在所有方向上发射雷达信号。优选地，雷达单元100在不利用波束成形的情况下操作。
信道(即，天线604a至天线604h)可以是物理天线或虚拟天线。天线604a至天线604h可以实现为MIMO(多入多出)雷达的虚拟天线。接收器电路606适于接收来自天线604a至天线604h的雷达信号并将它们转换成可以由控制单元602获取的信号。这样的接收器电路可以包括例如混频器、滤波器、模数转换器等。这样的接收器电路606可以根据手头的具体实现而具有不同的部件和配置。
控制单元602被配置成获取指示随着时间的推移连续收集的雷达信号的数据以检测静态场景。由天线604a至天线604h检测雷达信号。
进一步，控制单元602被配置成使用从获取的数据确定的确认的检测来构建静态场景的占用地图。如上所描述，确认的检测是雷达信号强度超过检测阈值且速度下降到零速度仓中的检测以及雷达信号强度超过检测阈值且非零速度足够低以导致与落在零速度仓中的检测相同的仓中的信息溢出的检测。
控制单元包括微处理器、微控制器、可编程数字信号处理器或另一可编程装置。控制单元还可以或替代地包括专用集成电路、可编程门阵列或可编程阵列逻辑、可编程逻辑器件或数字信号处理器。在控制单元包括诸如上述微处理器、微控制器或可编程数字信号处理器的可编程装置的情况下，处理器可以进一步包括控制可编程装置的操作的计算机可执行代码。
本公开的控制功能可以使用现有的计算机处理器来实现、或者通过为这个或另一目的而合并的适当系统的专用计算机处理器来实现、或者通过硬线系统来实现。本公开的范围内的实施例包括程序产品，该程序产品包括用于承载或具有存储在其上的机器可执行指令或数据结构的机器可读介质。这样的机器可读介质可以是可以由通用或专用计算机或具有处理器的其他机器访问的任何可用介质。举例来说，这样的机器可读介质可以包括RAM、ROM、EPROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储、磁盘存储器或其他磁存储设备或者可用于以机器可执行指令或数据结构的形式携带或存储所需程序代码并且可由通用或专用计算机或具有处理器的其他机器访问的任何其他介质。当信息通过网络或其他通信连接(硬连线、无线或硬连线或无线的组合)传送或提供到机器时，机器将连接恰当地视为机器可读介质。因此，任何这样的连接被恰当地称为机器可读介质。以上的组合也被包括在机器可读介质的范围内。例如，机器可执行指令包括使通用计算机、专用计算机或专用处理机器执行特定功能或功能组的指令和数据。
尽管附图可能示出了顺序，但步骤的顺序可能与所描绘的顺序不同。此外，可以同时或部分同时执行两个或多个步骤。这样的变化将取决于所选择的软件和硬件系统以及设计师的选择。所有这样的变化都在本公开的范围内。同样，软件实现可以用具有基于规则的逻辑和其他逻辑的标准编程技术来完成，以完成各种连接步骤、处理步骤、比较步骤和决策步骤。附加地，尽管本发明已经参照其特定的示例性实施例进行了描述，但是对于本领域的技术人员来说，许多不同的改变和修改等将变得显而易见。
此外，通过研究附图、本公开和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现所公开的实施例的变化。此外，在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”不排除多个。

Claims (15)

1.一种用于使用静止雷达单元绘制静态场景中的静态物体的地图的方法，所述雷达单元相对于所述静态场景不移动，并且能够操作以朝向所述静态场景发射雷达信号，所述静止雷达单元包括被配置成检测来自任意方向的雷达信号的接收器天线组，并且所述静止雷达单元被配置成测量离散速度仓中的目标速度，所述方法包括：
使用所述静止雷达单元的所述接收器天线组随着时间的推移连续收集雷达信号以检测所述静态场景中的静态物体；
使用从所收集的雷达信号确定的确认的检测来构建所述静态场景中的静态物体的占用地图，其中，确认的检测是雷达信号强度超过检测阈值且速度下降到零速度仓中的检测以及雷达信号强度超过所述检测阈值且非零速度足够低以导致与落在所述零速度仓中的检测相同的仓中的信息溢出的检测。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，接收器天线的数量不超过16个。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，构建所述占用地图包括：对于距所述雷达位置的离散半径组中的每一个离散半径，随着时间的推移，在所述占用地图中包括雷达信号强度超过所述检测阈值且无速度的所有检测以及雷达信号强度超过所述检测阈值且速度非零的所有检测。
4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：对于每个确认的检测，通过增加所述占用地图的对应的第一区域中的占用概率值，以及减小所述第一区域与所述雷达的在所述占用地图中的所述位置之间的区域中的概率值来构建所述占用地图。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第一区域和所述雷达的在所述占用地图中的所述位置之间的所述区域与所述第一区域和所述雷达的在所述占用地图中的所述位置之间的直线相交。
6.根据权利要求4所述的方法，进一步包括：增加在与所述第一区域相邻的区域中的所述占用概率值。
7.根据权利要求4所述的方法，其中，所述占用地图被构建为随着时间的推移的所述概率值的聚合。
8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：在所述占用地图中，距所述雷达位置的离散半径的每个组合的一个雷达检测和与邻近于所述零速度仓的速度仓相关的检测。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，构建所述占用地图包括通过选择具有由沿着第一轴分离的不同接收器天线收集的雷达信号之间的相位差的傅里叶变换的最大能量含量的频率来确定所确认的检测的方位角。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，构建所述占用地图包括通过选择具有由沿着第二轴分离的不同接收器天线收集的雷达信号之间的相位差的傅里叶变换的最大能量含量的频率来确定所确认的检测的仰角。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述静止雷达单元能够操作以在所有方向上发射雷达信号。
12.一种包括计算机程序的非暂时性计算机可读记录介质，所述计算机程序包括指令，当所述程序由计算机执行时，使所述计算机执行根据权利要求1所述的方法。
13.一种控制单元，用于使用由静止雷达单元收集的雷达信号来绘制静态场景中的静态物体的地图，所述雷达单元相对于所述静态场景不移动，并且能够操作以朝向所述静态场景发射雷达信号并使用接收器天线组检测来自任意方向的雷达信号，所述静止雷达单元被配置成测量离散速度仓中的目标速度，所述控制单元被配置成：
获取指示由所述静止雷达单元随着时间的推移连续收集的雷达信号的数据以检测静态场景；
使用从所获取的数据确定的确认的检测来构建所述静态场景中的静态物体的占用地图，其中，确认的检测是雷达信号强度超过检测阈值且速度下降到零速度仓中的检测以及雷达信号强度超过所述检测阈值且非零速度足够低以导致与落在所述零速度仓中的检测相同的仓中的信息溢出的检测。
14.一种雷达系统，包括静态雷达和根据权利要求13所述的控制单元。
15.根据权利要求14所述的雷达系统，其中，所述静止雷达单元的接收器天线的数量不超过16个。
CN202210527904.4A 2021-05-21 2022-05-16 使用雷达的静态场景地图绘制 Pending CN115372965A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP21175384.3 2021-05-21
EP21175384.3A EP4092446B1 (en) 2021-05-21 2021-05-21 Static scene mapping using radar

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115372965A true CN115372965A (zh) 2022-11-22

Family

ID=76076221

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210527904.4A Pending CN115372965A (zh) 2021-05-21 2022-05-16 使用雷达的静态场景地图绘制

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20220373669A1 (zh)
EP (1) EP4092446B1 (zh)
JP (1) JP2022179388A (zh)
KR (1) KR20220157895A (zh)
CN (1) CN115372965A (zh)
TW (1) TW202246801A (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115938126B (zh) * 2023-01-06 2023-05-26 南京慧尔视智能科技有限公司 一种基于雷达的溢出检测方法、装置、设备及存储介质
CN115980738B (zh) * 2023-03-15 2023-06-02 深圳安智杰科技有限公司 一种基于动静分离的多目标跟踪方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106872974A (zh) * 2017-01-23 2017-06-20 西安电子科技大学 基于高超声速平台双通道雷达的高精度运动目标成像方法
US20190310360A1 (en) * 2018-04-06 2019-10-10 Electromagnetic Systems, Inc. Use of Dual Processing Channels for Stationary and Moving Objects Illuminated by Radar
CN110412516A (zh) * 2019-08-20 2019-11-05 河北德冠隆电子科技有限公司 毫米波雷达对静止物体和缓慢变化物体的检测方法和装置
CN110609281A (zh) * 2019-08-23 2019-12-24 珠海格力电器股份有限公司 一种区域检测方法及装置
WO2020135810A1 (zh) * 2018-12-29 2020-07-02 华为技术有限公司 多传感器数据融合方法和装置
US20210096210A1 (en) * 2017-02-10 2021-04-01 Uhnder, Inc. Increasing performance of a receive pipeline of a radar with memory optimization

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IL259190A (en) * 2018-05-07 2018-06-28 Arbe Robotics Ltd System and method for frequency hopping MIMO FMCW imaging radar

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106872974A (zh) * 2017-01-23 2017-06-20 西安电子科技大学 基于高超声速平台双通道雷达的高精度运动目标成像方法
US20210096210A1 (en) * 2017-02-10 2021-04-01 Uhnder, Inc. Increasing performance of a receive pipeline of a radar with memory optimization
US20190310360A1 (en) * 2018-04-06 2019-10-10 Electromagnetic Systems, Inc. Use of Dual Processing Channels for Stationary and Moving Objects Illuminated by Radar
WO2020135810A1 (zh) * 2018-12-29 2020-07-02 华为技术有限公司 多传感器数据融合方法和装置
CN111382768A (zh) * 2018-12-29 2020-07-07 华为技术有限公司 多传感器数据融合方法和装置
CN110412516A (zh) * 2019-08-20 2019-11-05 河北德冠隆电子科技有限公司 毫米波雷达对静止物体和缓慢变化物体的检测方法和装置
CN110609281A (zh) * 2019-08-23 2019-12-24 珠海格力电器股份有限公司 一种区域检测方法及装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP4092446B1 (en) 2024-05-15
KR20220157895A (ko) 2022-11-29
EP4092446A1 (en) 2022-11-23
TW202246801A (zh) 2022-12-01
JP2022179388A (ja) 2022-12-02
EP4092446C0 (en) 2024-05-15
US20220373669A1 (en) 2022-11-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN115372965A (zh) 使用雷达的静态场景地图绘制
JP6729864B2 (ja) レーダ装置、レーダ装置の信号処理装置及び信号処理方法
US9869761B2 (en) Radar apparatus
US20210278518A1 (en) Novel automotive radar using 3d printed luneburg lens
US11002845B2 (en) Radar device and target height estimation method
KR20180083865A (ko) 인터리빙된 직렬 송신 및 병렬 수신을 포함하는 레이더 시스템
US11249180B2 (en) Method and device for ascertaining transverse relative velocity components of radar targets
US20200408878A1 (en) A radar transceiver with reduced false alarm rate
CN111712726B (zh) 用于机动车的进行角度分辨的宽带的雷达传感器
EP3124994B1 (en) Vehicle radar device
CN111983595B (zh) 一种室内定位的方法及装置
JP2020510206A (ja) 少なくとも１つの標的の半径方向の相対的な加速度を算出するための方法およびレーダ装置
WO2016104472A1 (ja) 推定方位を用いた方位誤差検出方法および装置、車載レーダ装置
KR20040007534A (ko) 패시브 코히런트 위치 확인 응용에서 검출 및 특징추출하는 시스템 및 방법
JP2019039686A (ja) レーダ装置および物標検出方法
CN112098970A (zh) 一种用于交通微波检测的速度解模糊算法及相关设备
CN107102323B (zh) 用于fmcw雷达高度计系统高度测量分辨率改进的方法和系统
US20230314556A1 (en) Radar modulation method with a high distance resolution and little signal processing outlay
US11971472B2 (en) Method for determining an ego-velocity estimated value and an angle estimated value of targets
CN113820704A (zh) 检测运动目标的方法、装置和电子设备
JP2857667B2 (ja) 追跡受信機およびレーダデータの走査速度の相関を使用した能動エミッタの検出方法
WO2014072285A1 (en) A method of estimating a local plot density in a radar system; a plot density estimator and a radar system with a plot density estimator
KR101853783B1 (ko) 표적 감지 성능 개선을 위한 클러터 맵을 형성하는 차량용 ｆｍｃｗ 레이더 장치 및 이를 이용한 감지 방법
US20190339362A1 (en) Signature-based object detection method and associated apparatus
JP2004101364A (ja) レーダ装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination