JP2020525771A - 自動車用検出システムにおけるセンサの位置合わせ及びアンテナパターン応答値の較正のための装置及び方法 - Google Patents

Abstract

自動車用検出システム内のセンサのアンテナパターンを較正するための方法は、反射信号を受信することと、反射信号を示す受信信号を生成することと、を含む。受信信号を処理して、１つ以上の地上静止クラッタ物体を含む物体の検出を生成することであって、検出の各々が、各地上静止クラッタ物体の検出された方位角及び検出された相対速度に関連付けられている、生成すること。センサのアンテナのボアサイトに対する複数の角度の各々について、地上静止クラッタ物体のうちの１つの検出された方位角及び検出された速度、並びにセンサの速度を示す信号を処理して、センサのアンテナの実際のアンテナパターンを生成すること。センサのアンテナの較正されたアンテナパターンは、実際のアンテナパターンを使用して生成されて、想定されたアンテナパターンを調整する。【選択図】図５

Description

本開示は、自動車用レーダシステムなどの自動車用検出システム、特に、センサのずれを検出及び補正し、自動車用検出システムにおけるアンテナパターン応答値を較正するための装置及び方法に関する。

レーダシステム又はＬｉＤＡＲシステムなどの自動車用検出システムでは、センサ、すなわち、レーダセンサ又はＬｉＤＡＲセンサは、車体又はフレームに装着され、すなわち、物理的に取り付けられ得る。検出システム性能は、通常、速度制御、衝突防止、及び／又は他のシステム機能の実装を可能にするために、車両に近接する物体からの反射の検出によって特徴付けられる。こうした自動車用検出システムでは、通常、標的物体方位角度、物体に関する範囲又は距離、及び車両とこれらの物体間のドップラ相対速度の形態で方位角度を決定することが望ましい。

通常の車両用検出用途では、非常に高い精度で標的方位角度を測定することが重要である。検出システムの角度精度は、変調技術、アンテナ設計、構成要素許容誤差、アセンブリ精度、及び／又は設置条件などの基本的パラメータに左右される。更に、機械的応力又は温度変動などの様々な環境影響に起因して、角度推定性能が低下する可能性がある。また、車両の特定の特徴部が、これらの車両の特徴部に近接して配置されたときに、アンテナの電磁性能特性を変更し得るため、センサの位置合わせは、ホスト車両内にセンサを設置することによって影響され得る。これらの誤差源のうちのいくつかは、ランダムな統計的分布を呈する一方で、他の結果は、センサモジュールの固定角度オフセットをもたらす。ずれ又はバイアス角度の監視及び補正は、車両用検出用途において重要であり得る。

一態様によれば、自動車用検出システム内のセンサのアンテナパターンを較正するための方法が提供される。方法は、送信信号をある領域に送信することと、送信信号の反射によって生成された反射信号を受信し、反射信号を示す受信信号を生成することと、受信信号を受信することと、センサの速度を示す信号を生成することと、受信信号を処理して領域内の物体の検出を生成することであって、領域内の物体が、領域内の１つ以上の地上静止クラッタ物体を含み、検出の各々が、各地上静止クラッタ物体の検出された方位角及び検出された相対速度に関連付けられている、生成することと、センサのアンテナのボアサイトに対する複数の角度の各々について、１つ以上の地上静止クラッタ物体のうちの１つの検出された方位角及び検出された速度、並びにセンサの速度を示す信号を処理して、センサのアンテナの実際のアンテナパターンを生成することと、実際のアンテナパターンを使用して、想定されたアンテナパターンを調整して、センサのアンテナの較正されたアンテナパターンを生成することと、を含む。

いくつかの実施形態では、方法は、較正されたアンテナパターンを使用して、センサのずれの角度を決定することを更に含む。

いくつかの実施形態では、領域内の物体は、地上に対して移動している物体を含む。

いくつかの実施形態では、方法は、領域内の物体の検出をフィルタ処理して、地上に対して移動している物体の検出を実質的に排除することを更に含む。いくつかの実施形態では、フィルタ処理は統計的フィルタ処理である。いくつかの実施形態では、フィルタ処理は、順序統計量を使用することを含む。

いくつかの実施形態では、方法は、相関方位角推定値を生成することを更に含む。

別の態様によれば、アンテナパターンの較正を伴う自動車用レーダセンサが提供される。送信機は、信号をある領域に送信する。受信機は、送信信号の反射によって生成された反射信号を受信し、反射信号を示す受信信号を生成する。プロセッサは、（ｉ）受信信号を受信すること、（ｉｉ）センサの速度を示す信号を生成すること、ｉｉｉ）受信信号を処理して領域内の物体の検出を生成することであって、領域内の物体が、領域内の１つ以上の地上静止クラッタ物体を含み、検出の各々が、各地上静止クラッタ物体の検出された方位角及び検出された相対速度に関連付けられている、生成すること、（ｉｖ）センサのアンテナのボアサイトに対する複数の角度の各々について、１つ以上の地上静止クラッタ物体のうちの１つの検出された方位角及び検出された速度、並びにセンサの速度を示す信号を処理して、センサのアンテナの実際のアンテナパターンを生成すること、並びに（ｖ）実際のアンテナパターンを使用して、想定されたアンテナパターンを調整して、センサのアンテナの較正されたアンテナパターンを生成すること、を行う。

いくつかの実施形態では、プロセッサは、較正されたアンテナパターンを使用して、センサのずれの角度を決定する。

いくつかの実施形態では、領域内の物体は、地上に対して移動している物体を更に含む。

いくつかの実施形態では、プロセッサは、領域内の物体の検出をフィルタ処理して、地上に対して移動している物体の検出を実質的に排除する。いくつかの実施形態では、プロセッサによって実行されるフィルタ処理は、統計的フィルタ処理を含む。いくつかの実施形態では、プロセッサによって実行されるフィルタ処理は、順序統計量を含む。

いくつかの実施形態では、プロセッサは、相関方位角推定値を生成する。

本開示は、詳細な説明で更に記載され、本開示の実施形態の非限定的な例として、記載された複数の図面に関するものが続き、図面中、同様の参照番号は、図面のいくつかの図を通して類似の部分を表す。
いくつかの例示的な実施形態による、自動車用レーダシステムなどの自動車用検出システムの概略ブロック図を含む。 いくつかの例示的な実施形態による、自動車用レーダシステムなどの代替的な自動車用検出システムの概略ブロック図を含む。 いくつかの例示的な実施形態による、図１Ａ及び／又は図１Ｂに示される自動車用検出システムを備えた自動車又は車両の概略上面図を含み、自動車用検出システムは、１つ以上のレーダセンサモジュールを含む。 いくつかの例示的な実施形態による、図１Ａ及び／又は図１Ｂに示される自動車用検出システムを備えた自動車又は車両の概略上面図を含み、自動車用検出システムは、前方角部レーダセンサモジュールを含む。 いくつかの例示的な実施形態による、図１Ａ及び／又は図１Ｂに示される自動車用検出システムを備えた自動車又は車両の概略上面図を含み、自動車用検出システムは、少なくとも２つの前方角部レーダセンサモジュールを含む。 いくつかの例示的な実施形態による、図１Ａ及び／又は図１Ｂに示される自動車用検出システムを備えた自動車又は車両の概略図を含む、自動車用検出システムは、後方左向きセンサモジュールを含む。 例示的な４チャネル、すなわち、４アンテナ要素、レーダセンサの位相応答値の曲線を含み、３つのチャネル、例えば、チャネル２、３、及び４に関する位相対方位角度を単一のチャネル、例えば、チャネル１に関して示す。 例示的な４チャネル、すなわち、４アンテナ要素、レーダセンサの位相応答値の曲線を含み、３つのチャネル、例えば、チャネル２、３、及び４に関する位相対方位角度を単一のチャネル、例えば、チャネル１に関して示す。 いくつかの例示的な実施形態による、レーダアンテナパターン較正及びレーダセンサのずれ補償に対する手法の概略機能ブロック図及び論理フロー図を含む。

図１Ａは、いくつかの例示的な実施形態による、自動車用レーダシステムなどの自動車用検出システム１０Ａの概略ブロック図を含む。以下の詳細な説明は、例示的な例示の実施形態として、自動車用レーダシステムとしてのシステム１０Ａを指すが、本開示は、一般に、自動車用検出システムを目的とし、例えば、自動車用レーダシステム、自動車用ＬｉＤＡＲシステム、又は他のそのような検出システムであり得ることに留意されたい。レーダシステム構成要素及び信号処理の本明細書の説明は、ＬｉＤＡＲシステムの類似の構成要素及び信号処理に適用可能である。図１Ａのシステム１０Ａは、いくつかの例示的な実施形態による、自動車用レーダ信号を処理するためのレーダセンサモジュール１２Ａなどの１つ以上の検出モジュールを含む。図１Ａを参照すると、システム１０Ａは、ホスト自動車内のレーダ検出及び監視システム１０Ａと互換性のあるレーダ送受信信号を処理する１つ以上のレーダモジュール１２Ａを含む。レーダセンサモジュール１２Ａは、レーダ信号を生成し、システム１０Ａによって監視されているホスト車両に隣接する領域に送信する。信号の生成及び送信は、ＲＦ信号生成器２４Ａ、レーダ送信回路２０Ａ、及び送信アンテナ１６Ａによって行われる。レーダ送信回路２０Ａは、概して、送信アンテナ１６Ａを介して送信される信号を生成するために必要な任意の回路（パルス整形／タイミング回路、送信トリガ回路、ＲＦスイッチ回路、又はレーダシステム１０Ａによって使用される他の適切な送信回路など）を含む。

レーダモジュール１２Ａはまた、受信アンテナ１８Ａを介してレーダ受信回路２２Ａにおいてレーダ信号を受信する。レーダ受信回路２２Ａは、概して、受信アンテナ１８Ａを介して受信された信号を処理するために必要な任意の回路（パルス整形／タイミング回路、受信トリガ回路、ＲＦスイッチ回路、又はレーダシステムで使用される他の好適な受信回路など）を含む。受信されたレーダ信号は、レーダ受信回路２２Ａによって処理されて、処理された受信信号を生成し、これは、処理された受信信号をＲＦ信号生成器２４ＡからのＲＦ信号と混合する、混合器２８Ａに送られる。結果として得られる差信号は、回路３２Ａをフィルタ処理してベースバンド信号を生成することによって、必要に応じて更にフィルタ処理され、アナログデジタル変換器回路（analog-to-digital converter circuitry、ＡＤＣ）３４Ａによってデジタル化されて受信信号を生成する。これらのデジタル化ベースバンド受信信号は、デジタル信号プロセッサ（digital signal processor、ＤＳＰ）３６Ａなどのプロセッサによって処理されて、検出システム１０Ａによって監視されている領域内の物体に関連する標的物体検出を生成する。いくつかの例示的な実施形態では、ＤＳＰ３６Ａは、例示的な実施形態に従って本明細書に記載されるセンサ位置合わせ監視、補償、及び／又は補正を実施するために必要な処理タスクのいずれか及び／又は全てを実施することができる。

図１Ｂは、いくつかの例示的な実施形態による、自動車用レーダシステムなどの代替的な自動車用検出システム１０Ｂの概略ブロック図を含む。図１Ｂを参照すると、システム１０Ｂは、ホスト自動車のレーダ検出及び監視システムと互換性があるレーダ送受信信号を処理するレーダセンサモジュール１２Ｂを含む。レーダセンサモジュール１２Ｂは、レーダ信号を生成し、レーダシステムによって監視されているホスト車両に隣接する領域に送信する。信号の生成及び送信は、ＲＦ信号生成器２４Ｂ、レーダ送信回路２０Ｂ、及び送信アンテナ１６Ｂによって行われる。レーダ送信回路２０Ｂは、概して、送信アンテナ１６Ｂを介して送信される信号を生成するために必要な任意の回路（パルス整形回路、送信トリガ回路、ＲＦスイッチ回路、又はレーダシステムによって使用される任意の他の適切な送信回路など）を含む。

レーダモジュール１２Ｂはまた、受信アンテナ１８Ｂを介してレーダ受信回路２２Ｂにおいてレーダ信号を受信する。レーダ受信回路２２Ｂは、概して、受信アンテナ１８Ｂを介して受信された信号を処理するために必要な任意の回路（パルス整形回路、受信トリガ回路、ＲＦスイッチ回路、又はレーダシステムによって使用される任意の他の適切な受信回路など）を含む。いくつかの例示的な実施形態では、レーダ受信回路２２Ｂによって処理される受信された信号は、所定の位相差を有する２つの信号を生成する移相器回路２６Ｂに転送される。これらの２つの信号は、同相（inphase、Ｉ）信号及び直交（quadrature、Ｑ）信号と呼ばれ、それぞれ、混合器２８Ｂ及び３０Ｂによって、ＲＦ信号生成器２４ＢからのＲＦ信号と混合される。結果として得られる差信号は、回路３２Ｂをフィルタ処理することによって、必要に応じて更にフィルタ処理されて、図１Ｂにおいて「Ｉ」及び「Ｑ」で符号付けされたベースバンドＩ及びＱ信号を生成する。ベースバンドＩ及びＱ信号は、アナログデジタル変換器回路（ＡＤＣ）３４Ｂによってデジタル化される。これらのデジタル化されたＩ及びＱベースバンド信号は、プロセッサ３６Ｂによって処理され、プロセッサ３６Ｂは、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、関連メモリ、関連Ｉ／Ｏ回路、通信バス回路、並びにシステム１０Ｂ及び／又はレーダセンサ１２Ｂの任意の処理機能を実行するために必要な任意の他の回路のような回路を含み得る。いくつかの例示的な実施形態では、ＤＳＰ ３６Ｂは、例示的な実施形態に従って本明細書に記載されるセンサ位置合わせ監視、補償、及び／又は補正を実施するために必要な処理タスクのいずれか及び／又は全てを実施することができる。

いくつかの例示的な実施形態では、プロセッサ３６Ｂは、高速フーリエ変換（fast Fourier Transform、ＦＦＴ）などの処理を実施して、複数のドップラ範囲のビンを生成することができ、複数のドップラ範囲のビンは、複数の掃引中の検出の範囲、方位、及び速度情報、すなわち、分析されている車両の周囲の領域に送信されるレーダ照明信号の周波数変調（frequency-modulated、ＦＭ）チャープを含む。いくつかの例示的な実施形態では、レーダ掃引は、約１２Ｈｚの速度で実施される。他の掃引速度が使用され得ることが理解されるであろう。

図２は、いくつかの例示的な実施形態による、図１Ａ及び／又は図１Ｂに示される自動車用検出システム１０Ａ、１０Ｂをそれぞれ備えた自動車又は車両５０の概略上面図を含み、自動車用検出システム１０Ａ、１０Ｂは、本明細書では集合的に自動車用検出システム１０と呼ばれ、自動車用検出システム１０は、本明細書では集合的にレーダセンサモジュール１２と呼ばれる１つ以上のレーダセンサモジュール１２Ａ、１２Ｂを含む。第１のレーダセンサモジュール１２−１は、バス６０を介して接続され得、バス６０は、いくつかの例示的な実施形態では、標準的な自動車コントローラエリアネットワーク（controller area network、ＣＡＮ）バスであり、第１のＣＡＮバス電子制御ユニット（electronic control unit、ＥＣＵ）５６に接続され得る。レーダセンサモジュール１２−１からの物体検出は、ＥＣＵ ５６に報告され得、ＥＣＵ ５６は、検出を処理し、検出アラートをＣＡＮバス６０を介して提供することができる。いくつかの例示的な実施形態では、アラートは、ドライバに可視である側方ミラー６４内の発光ダイオード（light-emitting diode、ＬＥＤ）などの、可視インジケータの形態であり得る。同様に、いくつかの例示的な実施形態では、第２のレーダセンサモジュール１２−２は、ＣＡＮバス６０を介して第２のＣＡＮバス電子制御ユニット（ＥＣＵ）５８に接続され得る。レーダセンサモジュール１２−２からの物体検出は、ＥＣＵ ５８に報告され得、ＥＣＵ ５８は、検出を処理し、検出アラートをＣＡＮバス６０を介して側方ミラー６６内の発光ダイオード（ＬＥＤ）などの可視インジケータに提供することができる。図２に示される特定の実施形態では、レーダシステム１０の第１及び第２のレーダセンサモジュール１２−１及び１２−２は、自動車５０の１つ又は両方のブラインドスポットにおける物体検出を報告するためのブラインドスポットシステムの一部であり得る。本開示は、他の種類のレーダシステム１０に適用可能であることが理解されよう。例えば、いくつかの例示的な実施形態では、１つ以上の前面レーダセンサモジュール１２−３は、ＣＡＮバス６０を介して第３のＣＡＮバス電子制御ユニット（ＥＣＵ）５９に接続され得、１つ以上の後面レーダセンサモジュール１２−４は、ＣＡＮバス６０を介して第４のＣＡＮバス電子制御ユニット（ＥＣＵ）５７に接続され得る。ＥＣＵ ５７及び５９は、レーダセンサモジュール１２−３及び１２−４からの標的物体検出をそれぞれ処理することができ、検出アラートを可視インジケータ又は検出の適切な処理及び管理のための車両システムプロセスに提供することができる。

本開示によれば、検出システム１０は、各々が異なる数及び位置のセンサモジュール１２を含む多くの構成を有し得ることが理解されるであろう。例えば、検出システム１０は、１つ以上の前面センサモジュール１２、１つ以上の後面センサモジュール１２、及び／又は１つ以上の側面センサモジュール１２を含み得る。センサモジュール１２によって収集されたデータは、検出システム１０によって実装される様々な機能を実行するために、１つ以上のプロセッサ、例えば、ＥＣＵ（複数可）によって処理され得る。これらの機能としては、ブラインドスポット検出機能、後方交差トラフィック検出機能、車線変更補助機能、トレーラ検出機能、安全ドア開口開放機能、適応的なクルーズコントロール機能、及び自律制動機能のうちの任意のサブセットのうちの少なくとも１つ又は任意の組み合わせを含むことができるが、これらに限定されない。

一般に、本明細書に詳細に記載される検出システム１０などの自動車用検出システムにおけるセンサモジュール１２は、特定の位置及びポイントで、ホスト車両に対して指定された角度で装着される。図３は、いくつかの例示的な実施形態による、例示的な前方角部レーダセンサモジュール１２を含む自動車用検出システム１０Ａ及び／又は１０Ｂを備えた自動車又は車両５０の概略上面図を含む。図３を参照すると、前方右側角部レーダセンサモジュール１２は、車両５０の前方右側角部で前方バンパー内に装着され得る。図３の例示的な構成に示されるように、センサモジュール１２は、車両５０の中心線７０に対して、一定の角度、例えば４５°の角度を形成する、ポインティング方向７２に沿って領域７４を指すように取り付けられ得る。

検出システム１０などの自動車用検出システムでは、センサモジュールの位置合わせは、適切な動作に重要である。システム及び各センサモジュールは、システム内の各センサモジュールの位置合わせの検証を有するべきである。その目的のために、本開示によれば、アンテナパターンの歪みを決定及び補償し、アンテナパターンを較正し、それによってセンサモジュールのずれを補正するための迅速で効率的かつ正確な手段が提供される。

本開示は、自動車用レーダシステムなどの自動車用検出システムにおける方位角度測定を較正及び位置合わせするための手法に関する。それは、レーダアンテナを取り囲む構造体によって引き起こされるアンテナ放射パターンの機械的装着許容誤差若しくは誤差、又は歪みのいずれかに起因する、レーダアンテナの位置知識の欠如によって引き起こされる角度測定バイアス及び誤差を除去又は最小化する。

本開示の手法は、レーダセンサが移動プラットフォーム（例えば、自動車）上に設置された後に、方位（azimuthal）角度（「方位（bearing）」角度とも呼ばれる）の関数としてアンテナ応答値を確立するために、地上静止クラッタ標的戻り値及びレーダ運動測定値からレーダ測定値のドップラ情報を使用する。この応答値は、レーダセンサに対して通常行われるように、静的環境又は無響チャンバ内で測定された応答値とは対照的に、較正された応答値である。静的応答値は、通常、センサが車両に設置された後に誤差を引き起こす任意の装着バイアス又は歪み効果を含まないが、本開示の手法は、事前知識に頼ることなくそれらの誤差を補正する。

従来の手法は、アンテナ応答値又は装着バイアスを推定するために、線形周波数変調（ＬＦＭ）波形を使用しようと試みた。しかし、一般に、範囲−ドップラ−方位角結合と呼ばれる効果に起因して、方位角以外の他の影響からアンテナ応答値を分離することは困難である。従来の手法は、利用可能性が十分な信頼性で保証できない別個の散乱体に依存している。本開示の手法は、はるかに多くの利用可能な地上静止クラッタ戻り値を使用し、レーダセンサの毎日の動作において、はるかに予測可能な性能及び迅速な収束を提供する。

図４は、いくつかの例示的な実施形態による、自動車用検出システム１０Ａ及び／又は１０Ｂを備えた自動車又は車両５０の一部分の概略上面図を含み、自動車用検出システム１０Ａ及び／又は１０Ｂは、少なくとも２つの前方角部レーダセンサモジュール１２−５、１２−６を含む。図４を参照すると、右側前方センサモジュール１２−５は、ポインティング方向１７２Ａに沿って領域１７４Ａ内を指すように装着され得、左側前方センサモジュール１２−６は、ポインティング方向１７２Ｂに沿って領域１７４Ｂ内を指すように装着され得る。一般に、領域１７４Ａ及び１７４Ｂは、両方のセンサモジュール１２−５及び１２−６の視野（field of view、ＦＯＶ）にある重複領域１７６内で重複してもよい。各センサモジュール１２は、センサモジュールの検出されたずれの程度を定義する角度である、位置合わせバイアスによって特徴付けられる。長距離レーダアプリケーションは、概して、例えば、ホスト車両に対する標的の車線位置を決定するように、検出に関して決定を行うために、正確な交差範囲（「ｘ」がホスト車両の進行方向である場合、「ｙ」方向は、交差範囲となる）推定値を必要とする。単一センサレーダ検出手法は、個々のアンテナ要素の応答値に依存して、方位角を推定し、次いで、その方位推定値をｘ及びｙ座標に変換する。方位誤差の原因としては、電気レーダがずれているセンサ方位バイアス、及び／又は車両上のセンサの装着が位置合わせされないセンサ方位バイアスが挙げられる。センサ方位誤差はまた、バンパーフェイシアなどの、ホスト車両の１つ以上の機械的特徴部からの干渉にも起因し得る。また、速度ベクトルと車体基準とを位置合わせできない車両の機首方位誤差。

本開示によれば、方位測定への手法は、アンテナ要素応答値の知識を伴わずに方位を導出するために、インサイチュクラッタドップラを使用する。自動車用レーダ戻り値は、明確に定義された半径方向範囲−範囲−速度／方位関係を有する地上静止クラッタ物体からの検出によって支配されることが理解される。本開示によれば、この関係は、センサを位置合わせし、かつ／又はアンテナパターン応答値を較正するために、有用なセンサ位置合わせ及び／又は較正データを抽出するために使用される。すなわち、本開示によれば、インサイチュクラッタドップラ測定は、センサのずれを補正し、かつ／又は方位角度測定値を較正するために使用される。

いくつかの例示的な実施形態では、レーダシステム１０は、連続波（continuous wave、ＣＷ）波形を使用し、５４．４μ秒のサンプル間隔にわたって５１２サンプルを生成する。ドップラ分解能は３６Ｈｚであり、±９．２ｋＨｚの不明瞭なドップラである。範囲速度分解能は、±５７．４ｍ／ｓの不明瞭な範囲速度で、２２．４ｃｍ／ｓである。本開示によれば他の波形を使用してもよいが、上記の波形は、長い積分時間、広い一義的なドップラ、狭い分解能帯域幅を提供し、範囲−ドップラ結合を伴わずに物体を検出する。ドップラ測定を提供する任意の波形が使用され得ることを理解されたい。これらの波形としては、パルスドップラ、ＦＭＣＷ、ステップＦＭ、又は他の波形が挙げられるが、これらに限定されない。

図５は、いくつかの例示的な実施形態による、自動車用検出システム１０Ａ及び／又は１０Ｂを備えた自動車又は車両の概略図を含み、自動車用検出システム１０Ａ及び／又は１０Ｂは、後方左向きセンサモジュール１２−７を含む。図５のセンサモジュール１２−７は、ホスト車両５０の後方左側の領域２０３からの物体検出を監視及び受信する。車両５０は、車両５０の速度監視システムによって提供され得る速度ベクトルＶによって示される方向及び速度で移動している。結果として、領域２０３内の静止地上クラッタは、車両の速度Ｖ

との関係を有するドップラ内の測定可能な検出信号をもたらすことになり、式中、θは、検出された物体に対するラインと車両５０の正の進行方向との間の角度、すなわち、車両速度に対する方位角である。例えば、方向２０５における静止クラッタ物体検出は、ベクトルＶ

で９０度の角度θを形成し、速度をもたらし、すなわち、物体は、車両５０に対して一定の範囲にあるように見える。同様に、車両５０のすぐ後方の物体は、ドップラ速度Ｖを有することになり、ベクトル−Ｖ

に対して３０度の角度θの物体は、速度を有することになる。通常、車両の速度は、正数、例えば、１０ｍ／ｓとして与えられることに留意されたい。しかし、レーダによって測定される範囲速度は、物体が離れて移動していることを示す正の値、又は物体が近付いて移動していることを意味する負の値の両方を有し得る。車両が１０ｍ／ｓで前方に移動している場合、例えば、地上クラッタは、車両のすぐ後方で離れて移動するように見えるため、正の範囲速度、すなわち、時間と共に増加する範囲を有する。

一般に、他の移動車両などの標的物体を移動させることは、領域２０３において検出されることに留意されたい。これらの物体は、概して、統計的外れ値であり、というのも、検出の大部分は、概して、静止地上クラッタ物体からのものとなる。例えば、静止地上クラッタ標的は、検出の９０％を考慮してもよい一方で、移動標的は、検出の１０％のみを占めてもよい。例示的な実施形態によれば、これらの移動標的物体検出は、統計的フィルタ、例えば、順序統計量などのいくつかのフィルタ処理手段によって、結果から排除することができる。あるいは、閾値ドップラを適用することができ、閾値を上回るドップラ速度を有する物体検出は、それらが移動しており、したがって、静止地上クラッタではないため、排除することができる。すなわち、例示的な実施形態によれば、静止地上クラッタからのデータのみが使用されるように、移動標的からのデータがフィルタ処理される。

したがって、システム１０は、アンテナアレイで受信した信号及びシステム１０によるプロセスに基づいて、見かけの方位を報告することになる。本開示によれば、報告された見かけの方位と速度に対する方位との間のマッピングが生成され、これは、地上静止クラッタ検出の検出されたドップラから決定される。このマッピングは、センサのずれが補償され得るように、より正確な方位決定を提供するように、センサのアンテナパターンの較正を提供する。

図６Ａ及び図６Ｂは、例示的な４チャネル、すなわち、４アンテナ要素、レーダセンサの位相応答値の曲線を含み、３つのチャネル、例えば、チャネル２、３、及び４に関する位相対方位角度を単一の基準チャネル、例えば、チャネル１に関して示す。図６Ａは、独立型センサ、すなわち、自動車に設置されていないセンサに対する位相応答値を示す。図６Ｂは、車両内センサ、すなわち車両内に設置されたセンサの位相応答値を示す。図６Ａを参照すると、曲線２２０Ａ、２２２Ａ、及び２２４Ａは、それぞれ、チャネル（アンテナ要素）２、３、及び４に対する実際の測定された応答値であり、曲線２２０Ｂ、２２２Ｂ、及び２２４Ｂは、独立型センサについてのチャネル（アンテナ要素）２、３、及び４に対する理論的又は理想的な応答値を示す。同様に、図６Ｂを参照すると、曲線２２６Ａ、２２８Ａ、及び２３０Ａは、それぞれ、チャネル（アンテナ要素）２、３、及び４に対する実際の測定された応答値であり、曲線２２６Ｂ、２２８Ｂ、及び２３０Ｂは、車両内センサについてのチャネル（アンテナ要素）２、３、及び４に対する理論的又は理想的な応答値を示す。

図６Ａに示されるように、独立型センサについては、理論的又は理想的なパターンからの実際の測定値の偏差は、比較的小さく、均一であり、予測可能である。これらの偏差は、電気的及び機械的許容誤差及び他の要因などの様々な予測及び予測可能な因子に起因し得る。従来のシステムでは、理論的期待からのこれらの工場内で測定された偏差を使用して、理論的較正テーブル又は曲線を生成し、理論的較正テーブル又は曲線は、実際の車両内動作中に使用されて、実際の標的物体検出からの実際の車両内方位計算の理論的期待値からの偏差を補正しようと試みる。しかしながら、図６Ｂに示されるように、車両内にセンサを設置した後、様々な歪み係数に起因して、理論的又は理想的な応答値からの実際の測定された応答値の偏差は、より顕著であり、より可変であり、したがって予測不可能である。独立型工場内センサを使用して生成された理論的較正テーブル又は曲線は、不正確で一貫性のない方位測定値をもたらす。

これらの従来の手法とは対照的に、本開示のアンテナパターン較正及びセンサ位置合わせ手法によれば、これらの車両内歪みは、インサイチュで、すなわち、センサ動作中の車両において補償されて、より正確なアンテナ方位決定値を提供する。本開示によれば、チャネル（アンテナ要素）のうちの１つは、他のチャネルを正規化するための基準チャネルとして使用される。検出された地上静止クラッタのドップラは、「真」方位を計算するために使用される。クラッタ検出からの大量のデータは、例えば、順序統計量の適用になどよってフィルタ処理されて、標的物体を移動することからデータを分離して、アンテナ位相較正曲線又はテーブルを生成する。この較正曲線又はテーブルは、インサイチュで、すなわち、動作中に車両内で生成されるため、車両内にセンサを設置することによって導入される歪みを考慮する。新たに生成されたアンテナ較正テーブル又は曲線は、実際の標的物体の正確な方位推定に使用される。本開示のこの較正手法は、製造のセンサポイントで生成された理論的又は工場又若しくは最終ライン（end-of line、ＥＯＬ）較正テーブル又は曲線を置き換えることができる。

図７は、いくつかの例示的な実施形態による、レーダアンテナパターン較正及びレーダセンサのずれ補償に対する手法の概略機能ブロック図及び論理フロー図を含む。図７を参照すると、２５２において示されるように、数量Ｋチャネル、すなわち、Ｋアンテナ要素の各々において受信された戻り値のサンプルデータは、処理回路による処理のために受信される。示される実施形態では、各チャネルは、Ｎのサンプルを含む。高速フーリエ変換（ＦＦＴ）などの周波数変換処理は、Ｋチャネルの各々について、Ｎのサンプルに対して実施される。ＦＦＴの結果は、多数のドップラビンの生成であり、これは、例示の実施形態では、Ｋ^＊Ｎ個の総ビンである。２５４に示されるように、次いで、ドップラビン内の各複素値の大きさが計算される。２５６において、各大きさは、図７の閾値＿１として示される閾値と比較される。閾値＿１を超える大きさの集計又は係数は、２５６においてテーブルに維持される。例示的な例示では、各チャネルの第１のドップラビンにおいて、「１」は、大きさが閾値＿１を超えるチャネルに入力され、「０」は、それを超えないチャネルに入力され、第１のドップラ周波数の入力が示される。これらの入力は、各チャネル上のドップラビンごとに、例示のテーブルで作成される。次に、２５８に示されるように、閾値＿１を超える大きさを有するチャネルの数が決定される。例えば、２５６に示される場合、この数は３である。チャネルの数は、本明細書では閾値＿２と呼ばれる第２の閾値と比較される。チャネルの数が閾値＿２を超える場合、検出が示されると結論付けられる。このプロセスは、各チャネル及びドップラビンに対して実施されて、検出を特定して検出リストを生成する。

２６０に示されるように、クラッタ検出スクリーニングは、車両のダイナミクスの影響を除外するために、検出リスト上で実施される。例えば、旋回時の車両の操舵角を示す車両のダイナミクス、又は停止した車両を示す車両の速度は、フィルタ処理されて、信頼できる検出が地上静止クラッタに関連するようにする。この工程により、フィルタ処理された検出リストが生成される。

２６２に示されるように、フィルタ処理された検出リストを使用して、各検出のためのチャネル当たりの位相のテーブルを生成する。すなわち、検出ごとに、１セットの位相、すなわち、１つのチャネル当たりの１つの位相が特定される。この特定の性質により、検出の対応する方位は、Ｋチャネルの各々の位相に関連付けられる。すなわち、検出ごとに方位が決定されるので、その検出に関連付けられている対応する位相のセットは、方位の明確な特定を提供する。

２６４に示されるように、これらのチャネル位相方位関連性を使用して、チャネルごとに、方位ビン当たりのアンテナチャネル位相データベースを構築することができる。例示的な実施形態によれば、方位角は、クラッタ検出からのドップラ測定値から計算される。例えば、５ｍ／ｓのドップラでクラッタ物体が検出され、ホスト車両が１０ｍ／ｓの速度で移動している場合、上述のように、

に従って、方位は６０度となる。図７のブロック２６４を参照すると、用語「ドップラビン」は、方位とドップラビンとの間の関係が１対１であるため、水平軸に沿った方位角の代わりに使用される。用語「ドップラビン」及び「方位ビン」は、互換的に使用される。本明細書におけるチャネルの数はＫと呼ばれ、ドップラビンの数はＤと呼ばれ、「バケット」の総数はＤ^＊Ｋによって与えられる。ブロック２６４は、Ｋ^＊Ｄを有するデータベースを示すために表示することができる。各バケットは、クラッタ多くの検出から計算された電気的位相を含む。例えば、Ｄ＝１０及びＫ＝３（１０番目のドップラビン及び３番目のアンテナチャネルを意味する）を有するバケットでは、クラッタ検出から測定された１２１の位相が存在する。閾値として５０％パーセンタイルを使用する順序統計量フィルタは、昇順又は降順で配置された１２１の位相のリストの６１番目の位相を選択し得る。Ｄビンの各々が入力され、順序統計量フィルタが適用された状態で、位相対方位角対応は、各チャネルＫについて集計され得る。

通常動作中、アンテナチャネル位相データベースは、方位角計算における歪みを考慮するために、較正ルックアップテーブルとして使用される。実際の標的検出が生成されると、個々のチャネルに関連付けられている位相のセットが、較正ルックアップテーブル内で特定される。測定された位相を有する較正ルックアップテーブルに関連付けられている方位角は、標的物体に対する実際の方位角であると決定される。したがって、この技術は、データベースからの１セットのＫ位相対方位角関係を構築する。理想的な状況では、本開示の技術によって生成されたこの曲線のセット２２６Ｂ、２２８Ｂ、及び２３０Ｂは、図６Ｂに示されるような既知のパターンに従う。この曲線のセットは、以下のように使用される：１セットのＫ位相が測定される真の標的検出が存在する場合、図６Ｂに示されるようにＫ曲線を探し、曲線の位相が測定された位相と最も一致する方位角を見つけることができる。

この複雑な表テーブルルックアップを行うための１つの方法は、相関法を使用することによるものである。本開示のこの技術の下で、Ｋの測定された位相のセットは、Ｋ要素のベクトルと見なされる。Ｋ位相曲線は、各々が特定の方位角で１セットの位相に対応する、同じ長さの１セットのＤベクトルと見なされる。測定された位相ベクトルとテーブルの全てのＤベクトルとの相関係数を計算することができ、最大であるものを見つけることができる。このベクトルの方位角は、標的の方位角と見なすことができる。

本開示のこの相関手法によれば、図６Ｂに示される位相応答値曲線のデータベースから、ベクトルα（θ_αｄ）は、以下のように、Ｄドップラビン、すなわち、方位角度の各々において作成され得る。

式中、θ_ｄは、ｄ^ｔｈドップラビンに対応する方位角度であり、ψ_ｄＫは、Ｋ^ｔｈアンテナチャネルの電気的位相応答値である。レーダシステムによって検出された標的が考慮される。この検出から、１セットのＫ相φ_１、φ_２、．．．、φ_Ｋを計算して、以下によって与えられるベクトルｖを形成することができる。

図６Ｂの位相応答値曲線は、１セットのＤベクトルであると見なすことができ、各ベクトルは、長さＫであり、上記のような方位角度に対応する。方位角度は、ドップラビンに１対１でマッピングすることができ、Ｄドップラビンが存在する。したがって、測定された位相ベクトルｖと、データベースからのＤベクトルとの間の相関係数。具体的には、１セットのＤ相関係数ρ（θ_ｄ）は、位相ベクトルｖとデータベースからのＤベクトルの各々との間のベクトル内積、すなわち、ドット積から計算、すなわち、推定することができ、次のようなＤ係数が得られる：
ρ（θ_ｄ）＝｜α（θ_ｄ）^Ｈｖ／Ｋ｜、ｄ＝１、２、．．．、Ｄ。‎

注目すべきα^Ｈは、ベクトルαのエルミート転置である。最大相関係数θに対応する角度は、検出の方位角方位であり、すなわち、θ＝ａｒｇｍａｘ（ρ（θ））である。

本発明の概念がその例示的な実施形態に関して特に示されて、記載された一方で、形態及び詳細における様々な変化が、以下の特許請求の範囲によって定義されるように、本発明の概念の趣旨及び範囲から逸脱することなく、本発明において行われ得ることが、当業者によって理解されるであろう。

Claims (14)

1. 自動車用検出システム内のセンサのアンテナパターンを較正するための方法であって、
   送信信号をある領域に送信することと、
   前記送信信号の反射によって生成された反射信号を受信し、前記反射信号を示す受信信号を生成することと、
   前記受信信号を受信することと、
   前記センサの速度を示す信号を生成することと、
   前記受信信号を処理して前記領域内の物体の検出を生成することであって、前記領域内の前記物体が、前記領域内の１つ以上の地上静止クラッタ物体を含み、前記検出の各々が、各地上静止クラッタ物体の検出された方位角及び検出された相対速度に関連付けられている、生成することと、
   前記センサのアンテナのボアサイトに対する複数の角度の各々について、１つ以上の地上静止クラッタ物体のうちの１つの前記検出された方位角及び検出された速度、並びに前記センサの速度を示す前記信号を処理して、前記センサの前記アンテナの実際のアンテナパターンを生成することと、
   前記実際のアンテナパターンを使用して、想定されたアンテナパターンを調整して、前記センサの前記アンテナの較正されたアンテナパターンを生成することと、を含む、方法。
2. 前記較正されたアンテナパターンを使用して、前記センサのずれの角度を決定することを更に含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記領域内の前記物体が、地上に対して移動している物体を更に含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記領域内の物体の前記検出をフィルタ処理して、地上に対して移動している物体の検出を実質的に排除することを更に含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記フィルタ処理が、統計的フィルタ処理である、請求項４に記載の方法。
6. 前記フィルタ処理が、順序統計量を使用することを含む、請求項４に記載の方法。
7. 相関方位角推定値を生成することを更に含む、請求項１に記載の方法。
8. アンテナパターンの較正を伴う自動車用レーダセンサであって、送信信号をある領域に送信するための送信機と、
   前記送信信号の反射によって生成された反射信号を受信し、前記反射信号を示す受信信号を生成する受信機と、
   プロセッサであって、
   前記受信信号を受信すること、
   前記センサの速度を示す信号を生成すること、
   前記受信信号を処理して前記領域内の物体の検出を生成することであって、前記領域内の前記物体が、前記領域内の１つ以上の地上静止クラッタ物体を含み、前記検出の各々が、各地上静止クラッタ物体の検出された方位角及び検出された相対速度に関連付けられている、生成すること、
   前記センサのアンテナのボアサイトに対する複数の角度の各々について、前記１つ以上の地上静止クラッタ物体のうちの１つの前記検出された方位角及び検出された速度、並びに前記センサの速度を示す前記信号を処理して、前記センサの前記アンテナの実際のアンテナパターンを生成すること、並びに
   前記実際のアンテナパターンを使用して、想定されたアンテナパターンを調整して、前記センサの前記アンテナの較正されたアンテナパターンを生成すること、を行うためのプロセッサと、を含む自動車用レーダセンサ。
9. 前記プロセッサが、前記較正されたアンテナパターンを使用して、前記センサのずれの角度を決定する、請求項８に記載の自動車用レーダセンサ。
10. 前記領域内の前記物体が、地上に対して移動している物体を更に含む、請求項８に記載の自動車用レーダセンサ。
11. 前記プロセッサが、前記領域内の物体の前記検出をフィルタ処理して、地上に対して移動している物体の検出を実質的に排除する、請求項１０に記載の自動車用レーダセンサ。
12. 前記プロセッサによって実施されるフィルタ処理が、統計的フィルタ処理を含む、請求項１１に記載の自動車用レーダセンサ。
13. 前記プロセッサによって実施されるフィルタ処理が、順序統計量を含む、請求項１１に記載の自動車用レーダセンサ。
14. 前記プロセッサが相関方位角推定値を生成する、請求項８に記載の自動車用レーダセンサ。

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