JP6781265B2 - 非構造化データを使用したレーダ取り付け判定 - Google Patents

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Description

関連出願の相互参照
[0001] 本願は、2016年2月26日出願の米国特許出願第15/054,570号に基づく優先権を主張し、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
[0002] 本明細書で特に指示のない限り、本項に記載の対象は、本願の特許請求の範囲に対する先行技術ではなく、本項に含まれることにより先行技術であると認められるものでもない。
[0003] 無線探知および測距(RADAR)システムは、無線信号を発信し、返ってくる反射信号を検出することによって、環境特徴物までの距離を能動的に推定するために使用することができる。無線反射特徴物までの距離は、送信と受信との間の時間遅延によって判断することができる。レーダシステムは、時間変動周波数ランプを有する信号などの経時的に周波数が変動する信号を発信することができ、その後、発信信号と反射信号との周波数の差を距離推定値に関係付けることができる。システムによっては、受信反射信号におけるドップラー周波数偏移に基づいて反射物体の相対運動も推定可能である。
[0004] 各距離推定値を方位に関連づけるために、信号の送信および/または受信に指向性アンテナを使用することができる。より一般的には、指向性アンテナは、放射エネルギーを特定の対象視野に集中させるためにも使用することができる。測定された距離と方向情報とを組み合わせることによって、周囲の環境特徴物の測量が可能になる。したがって、レーダセンサを、例えば自律走行車両制御システムがセンサ情報によって示された障害物を回避するために使用することができる。
[0005] 車載レーダシステムの例には、ミリ(mm)波電磁波長(例えば、77GHzに対する3.9mm)に対応する77ギガヘルツ(GHz)の電磁波周波数で動作するように構成することができるものもある。このようなレーダシステムは、レーダシステムが自律走行車両の周囲の環境などの環境を高精度で測定することができるようにするために、放射エネルギーを狭ビームに集束させることが可能なアンテナを使用する場合がある。このようなアンテナは、コンパクトで(典型的には矩形フォームファクタを有する)、効率的(すなわち、アンテナにおいて熱で失われるかまたは送信機電子回路に反射される77GHzエネルギーがわずかである)であり、低コストで製造が容易である(すなわちこの種のアンテナを備えたレーダシステムを大量製造可能である)。
[0006] 本明細書では、非構造化データに基づいて車載レーダのオフセットを求めることに関する実施形態が開示される。一態様では、本願は、車両のレーダユニットによって複数の異なる位置から複数のレーダ信号を送信することを含む方法について記載する。この方法は、各反射信号が送信レーダ信号のうちの1つに関連付けられた、複数の反射信号を受信することも含む。さらに、この方法は、複数の反射信号における反射を生じさせた少なくとも1つの静止物体をプロセッサによって特定することを含む。また、この方法は、特定された静止物体に基づいて、プロセッサによってレーダユニットのオフセットを求めることを含む。この方法は、求められたオフセットに基づいてレーダユニットを動作させることをさらに含む。また、この方法は、レーダユニットが求められたオフセットを用いて動作させられることに基づいて自律走行車両を制御することを含む。
[0007] 別の態様では、本願は車両について記載する。この車両はレーダユニットを含む。レーダユニットは、車両の複数の異なる位置から複数のレーダ信号を送信し、各反射信号が送信レーダ信号のうちの1つに関連付けられた、複数の反射信号を受信するように構成される。さらに、装置は、車両上の取り付け構造体にレーダユニットを結合するように構成された取り付けプレートを含む。装置は、演算動作を行うように構成された計算ユニットも含む。計算ユニットは、複数のレーダ信号における反射を生じさせた少なくとも1つの静止物体を特定するように構成される。計算ユニットは、特定された静止物体に基づいてレーダユニットのオフセットを求めるようにさらに構成される。さらに、計算ユニットは、求められたオフセットに基づいてレーダユニットを動作させるように構成される。また、計算ユニットは、レーダユニットが求められたオフセットを用いて動作させられることに基づいて車両を制御するように構成される。
[0008] さらに別の例では、コンピューティング装置が提供される。コンピューティング装置は、プロセッサと、プロセッサによって実行されるとコンピューティング装置に機能を実行させるプログラム命令が記憶されたコンピュータ可読媒体とを含み得る。機能は、車両のレーダユニットによって複数の異なる位置からの複数のレーダ信号の送信を行わせることを含む。機能は、各反射信号が送信レーダ信号のうちの1つに関連付けられた複数の反射信号の受信を行わせることも含む。機能は、複数の反射信号における反射を生じさせた少なくとも1つの静止物体を特定することをさらに含む。また、機能は、特定された静止物体に基づいて、レーダユニットのオフセットを求めることを含む。また、機能は、求められたオフセットに基づいてレーダユニットを動作させることを含む。さらに、機能は、レーダユニットが求められたオフセットを用いて動作させられることに基づいて自律走行車両を制御することを含む。
[0009] 別の態様では、本願は装置について記載する。装置は、非構造化データに基づいて車載レーダのオフセットを求めるために構成され得る。装置は、車両のレーダユニットによって複数の異なる位置から複数のレーダ信号を送信する手段をさらに含み得る。装置は、各反射信号が送信レーダ信号のうちの1つに関連付けられた複数の反射信号を受信する手段も含む。さらに、装置は、複数の反射信号における反射を生じさせた少なくとも1つの静止物体を特定する手段を含む。また、装置は、特定された静止物体に基づいてレーダユニットのオフセットを求める手段を含む。装置は、求められたオフセットに基づいてレーダ手段を動作させる手段をさらに含む。また、装置は、レーダ手段が求められたオフセットを使用して動作させられることに基づいて自律走行車両を制御する手段を含む。
[0010] 上述の概要は例示に過ぎず、決して限定的であることを意図したものではない。上述の例示の態様、実施形態および特徴に加えて、さらに他の態様、実施形態、および特徴も、図面および以下の詳細な説明を参照することによって明かになるであろう。
[0011]レーダセクタの例示のレイアウトを示す図である。 [0012]レーダユニットのセクタのための例示のビーム操向を示す図である。 [0013]例示のレーダユニット取り付けを示す図である。 [0014]本明細書で開示される方法のいくつかを実行するための例示コンピューティング装置を示す図である。 [0015]非構造化データを使用した例示のレーダ取り付け判定方法を示す図である。
[0016] 以下の詳細な説明では、本明細書の一部をなす添付図面を参照する。文脈によって別様に示されない限り、これらの図面において同様の記号は一般に同様の構成要素を示す。詳細な説明、図面および特許請求の範囲に記載されている例示の実施形態は限定的であることを意図していない。本明細書に記載の主題の範囲から逸脱することなく、他の実施形態も使用可能であり、他の変更も加えることができる。本明細書に一般的に記載され、図面に示された本開示の態様は、多様な異なる構成で構成、代用、組み合わせ、分離および設計が可能であり、それらのすべてが本明細書において明示的に企図されていることは容易にわかるであろう。
[0017] 以下の詳細な説明は、非構造化データの捕捉に基づく車載センサオフセット特定のための装置および方法に関する。実際上は、車両レーダシステムが、各レーダユニットが関連づけられた視野を有する、複数のレーダユニットを備えることができる。一般に、様々なレーダユニットの位置合わせは正確な測定と多くの高価な手段とを必要とする時間と手間のかかる手続きであった。本明細書に示す装置および方法は、より時間効率と装置効率の高い方式によるレーダユニットのオフセット特定を可能にする。
[0018] 一般に、車両レーダシステムは前方を見渡す単一のレーダユニットを特徴としてきた。また、これらの従来のレーダシステムは、一般にはレーダビームを単一方向にのみ向けるものであった。車両が単一方向にのみ向けられたビームを有する単一のレーダユニットしか有しないとき、レーダユニットの設置に必要な精度は、操向可能ビームを有する複数のレーダユニットを備えたシステムほど高くないことがある。一方向のみを探査する非操向可能ビームは、精度要求をより低く抑えることがある。たとえば、従来の車両レーダシステムは、レーダシステムを有するその車両の直前の別の車両の存在を検出するようにのみ構成することができる。したがって、従来のレーダシステムは、レーダビームが概ね前方を向いている限りにおいてその車両を検出することができることになる。
[0019] 車両の直前だけでなくより広い視野を得るために、より先進的なレーダシスステムを使用することもできる。例えば、レーダがレーダビームを操向することができるか、または車両が異なる方向を向いた複数のレーダユニットを備えることが望ましいことがある。さらに、レーダユニットは、検出するものがレーダユニットを備えた車両の直前にある他の車両だけではないように構成することができる。したがって、レーダシステムは、車両の前方の領域だけでなく異なる領域を探査することが可能とすることができる。一部の例では、探査領域をさらに拡大し、車両レーダシステムの像分解能を向上させるために、複数のレーダユニットを操向可能ビームと組み合わせてもよい。
[0020] 本開示とともに使用されるレーダシステムの一例は、アンテナが約90度の方位角面(例えば水平面)を走査することを可能にするとともに、車両の様々な表面に取り付け可能とすることができる、マルチセクタ90度視野レーダアンテナ構造を備えてもよい。90度の視野を有するレーダアンテナを備えれば、レーダシステムは、それぞれ90度の重なり合わない1つのセクタを走査するように構成された4つのレーダユニットを有することによって全360度の方位角面を走査することができる。したがって、この開示の例示レーダシステムは、車両の方位角面内の領域全体を探査するようにレーダビームを操向可能とすることができる。すなわち、例えばそのような4つのレーダを車両の四隅に配置すれば、車両の周囲の全360度の探査範囲が得られることになる。例えば、このようなシステムは、車両の自律走行に役立つ可能性がある。
[0021] 各レーダユニットが90度の領域を走査または測定することができるとき、4つのレーダユニットを車両上に配置することによって、車両は全360度の方位角面にわたってビームを走査させることができる。4つのレーダユニットのそれぞれを、1セクタ(すなわち、方位角面の4分の1)にわたってビームを走査させるように構成することができ、それにより4つのレーダユニットの組み合わせによって面全体を走査することができる。様々な例では、レーダユニットの配置を特定の車両、レーダシステムの要件またはその他の設計基準に応じて調整することができる。他の一部の例では、レーダユニットを90度ではない角度幅の領域を走査するように構成することができる。例えば、いくつかのレーダユニットが30度、120度またはその他の角度を走査してもよい。また、一部の例では、車両上のレーダユニットが全360度の方位角面よりも狭い面を走査してもよい。さらに、一部の例では、レーダユニットは重なり合った方位角面走査セグメントを有してもよい。
[0022] 一部の例では、レーダセクタは、レーダユニットを車両のどこに取り付け可能かに基づいて定義されてもよい。一例では、車両のサイドミラーのそれぞれに1つのレーダユニットが取り付けられてもよい。他の2つのレーダユニットは、車両のテールライトの背後に取り付けられてもよい。この例では、1つの軸が車両の移動方向に沿い、他方の軸が車両の前後方向中央に沿った軸に基づいて象限が画定されてもよい。別の例では、レーダユニットは、1つが前方を向き、1つが後方を向き、1つが各側方を向くように取り付けられてもよい。この第2の例では、象限の軸は車両の移動方向に対して45度の角度としてもよい。さらに、レーダユニットが車両の最上部に取り付けられてもよい。
[0023] モジュラマルチセクタ90度視野レーダアンテナ構造は、各レーダユニットから発信されるレーダビームを操向可能とされてもよい。レーダビームは、レーダユニットによって様々な方式で操向することができる。例えば、実施形態によっては、レーダユニットはそれぞれのアンテナについて90度の視野にわたってほぼ連続した方式でビームを操向することができてもよく、またはレーダユニットは90度の範囲を測定するセクタごとのサブビームを備えて構成されてもよい。他の実施形態では、レーダユニットは、レーダビームをそれぞれのアンテナについて90度の視野内の所定の方向に操向可能であってもよい。
[0024] 本開示の一態様は、車両上のレーダセンサユニットの配置の較正のための装置を提供する。車両レーダの場合、場合によっては360度視野(FOV)を有することが望ましいことがある。360度からのデータを有することにより、車両は安全な走行およびナビゲーションに役立つように、車両近傍の物体をより正確に検知することができる。本開示は、それぞれが方位角面の一部を走査して全360FOVを実現するように構成された複数の別個のレーダセンサを使用してもよい。
[0025] 手法によっては、車両は複数のレーダユニットを備えて構成されてもよい。本開示の説明を容易にするために、車両は4つのレーダユニットを有するものとする。しかし、これより多いかまたは少ない数のレーダユニットを有してもよい。4つのレーダユニットを備える例では、各レーダユニットをそれぞれが車両の方位角面の特定の1象限(すなわち90度)を走査するように構成されてもよい。従来の手法では、車両上のレーダセンサユニットを高精度で配置することが望ましい場合がある。例えば、各レーダユニットが方位角面と仰角面の両方において±1度の角度公差を有することが望ましい場合がある。従来のシステムとは異なり、本開示は、レーダユニットがより大きな角度公差を有することを許容するが、レーダオフセットの計算によりレーダ較正を可能にするレーダ装置および方法を提供する。
[0026] 本開示のレーダ較正は、レーダ測定を行うことに基づく。レーダユニットは、従来の低公差位置合わせを使用せずに車両に取り付けることができる。レーダシステムを動作させるために、車両に結合されたレーダユニットのそれぞれについてオフセット(またはオフセットのないこと)を計算することができる。各レーダユニットのオフセットを計算した後は、従来の低公差位置合わせを使用して位置合わせされた場合と同様にして、車両と共にレーダユニットを動作させることができる。
[0027] レーダシステムを較正する方法は、いくつかの場所でレーダ測定を行いながらレーダユニットが取り付けられた車両を動作させることを含み得る。一部の例では、このいくつかの場所は、車両が走行しているときの一連の場所であってもよい。いくつかの場所は、レーダシステムが、少なくともそのいくつかの場所の一部にわたってレーダ反射を生じさせる同一の物体のうちの少なくともいくつかを観察することができるように、互いに比較的近接した間隔(例えば数フィート(数10cm)以内)をあけてもよい。レーダ反射を生じさせる物体のいずれが静止物体であるかの判断を、システムのプロセッサが試みてもよい。
[0028] 各場所においてレーダ較正装置で取得された測定値に基づいて、静止物体のレーダ反射を解析することができる。レーダユニットが複数の異なる位置にあるときにレーダユニットによって静止物体が観察されるとき、システムはレーダユニットの位置合わせを判断可能とすることができる。位置合わせは、方位角オフセットと仰角オフセットの両方を含み得る。各レーダユニットの方位角オフセットおよび仰角オフセットをメモリに記憶してもよい。方位角オフセットと仰角オフセットとに基づいて、レーダユニットがより精度の高い公差で取り付けられているかのようにレーダユニットを動作させることができる。実施形態によっては、オフセットは方位角または仰角のいずれかについてのみ計算されてもよい。
[0029] (車両に結合された)レーダが移動している場合であってレーダの周囲の場面が静止している場合は、レーダのプラットフォームのナビゲーションフレームを基準にした未知のレーダ位置と向きとの値を求めることが可能である。構造化されてない場合は特に、場面がまったく静止していることはまれであるため、本方法および装置は場面のうちの動いている要素と静止している要素とを区別するという、より困難な問題を解決する。総合すると、これはきわめて困難な推定問題となる。本明細書では、未知のパラメータの正しい推定値に反復的に収束させる期待値最大化手法を使用する解決策を開示する。
[0030] 図1に、自律走行車両102のためのレーダセクタの例示のレイアウトを示す。図1に示すように、レーダセクタはそれぞれ(図2に関して後述するように)レーダユニットの走査範囲とほぼ等しい角度幅を有することができる。例えば、図1のセクタは、自律走行車両102の周囲の方位角面を90度のセクタに分割する。ただし、レーダユニットがレーダビームを90度とは異なる角度を走査させるように構成されている例(図示せず)では、セクタの幅および数は変わり得る。図1では自動車を示すが、本明細書に示す方法および装置は航空機、船舶など他の車両システムとともに使用することもできる。
[0031] 図1に示すように、レーダセクタは車両102の軸(112aおよび112b)と整列してもよい。例えば、車両102の中点によって画定された左前方、右前方、左後方および右後方のセクタがあってもよい。各セクタは1つのレーダユニットに対応するため、各レーダユニットは1つのセクタを走査するように構成されてよい。また、図1の例示の各レーダユニットは約90度の走査角度を有するため、各レーダユニットは他のいずれのレーダユニットの走査角度ともほぼ重なり合わない領域を走査する。図1に示すレーダセクタのレイアウトは一例である。レーダセクタの考えられる他のレイアウトも可能である。
[0032] 車両102の中点によって画定されるレーダセクタを実現するために、各レーダユニットを車両102の2つの軸を基準にして45度の角度で取り付けることができる。各レーダユニットを車両102の2つの軸を基準にして45度の角度で取り付けることによって、レーダユニットの90度の走査で、1つの車両軸から他方の車両軸まで走査することになる。例えば、サイドミラーユニット104においてこれらの軸に対して45度の角度で取り付けられたレーダユニットは、左前方セクタ(すなわち、縦軸112aから車両102の前部を通って、車両の側部を通る軸112bまで)を走査可能とすることができる。追加のレーダユニットをサイドミラーユニット106においてこれらの軸に対して45度の角度で取り付けることができ、右前方セクタを走査可能とすることができる。右後方セクタを走査するために、テールライトユニット110にレーダユニットを取り付けてもよい。さらに、左後方セクタを走査するために、テールライトユニット108にレーダユニットを取り付けてもよい。図1に示すレーダユニットの配置は一例に過ぎない。他の様々な例では、レーダユニットを、車両の最上部または他の車両構成要素内またはその背後など、他の位置に配置することができる。また、セクタは様々な実施形態において異なるように画定することもできる。例えば、セクタは車両を基準にして45度の角度にあってもよい。この例では、1つのレーダユニットが前方を向き、別のレーダユニットが後方、他の2つのレーダユニットが車両の側方を向いてもよい。
[0033] 実施形態によっては、車両のすべてのレーダユニットが同じ操作角度を有して構成されてもよい。車両周囲の方位角面は全360度に等しい。したがって、各レーダユニットが同じ走査角度を有して構成されている場合、レーダユニットの走査角度は360を車両上のレーダユニットの数で割った値にほぼ等しくなる。したがって、全方位角面を走査するためには、1つのレーダユニットを有する車両102はそのレーダユニットが全360度を走査可能である必要があることになる。
[0034] 車両102が2つのレーダユニットを有する場合、それぞれが約180度を走査することになる。レーダユニットが3つの場合、それぞれが120度を走査するように構成されることになる。図1に示すようにレーダユニットが4つの場合、それぞれが約90度を走査すればよい。車両102上に5つのレーダユニットを構成してもよく、それぞれが72度を走査可能であってもよい。また、車両102上に6つのレーダユニットを構成してもよく、それぞれが60度を走査可能であってもよい。
[0035] レーダユニットの数は、レーダユニットの製造容易さ、車両配置、またはその他の基準など、いくつかの基準に基づいて選定されてもよい。例えば、あるレーダユニットは、十分に小さい平面構造を備えて構成してもよい。平坦なレーダユニットは車両の様々な位置に取り付け可能とすることができる。例えば、車両が車両の最上部に取り付けられた専用のレーダハウジングを有してもよい。レーダハウジングは、様々なレーダユニットを収容することができる。ただし、他の実施形態では、レーダユニットは車両構造体内部に配置してもよい。
[0036] レーダユニットが車両構造体内部に配置されるとき、各レーダユニットは車両の部品を取り外さない限り車両の外部から見えなくすることができる。したがって、車両は、レーダユニットの付加によって外観、外見、または空力学的に改変されない可能性がある。例えば、レーダユニットを車両装備品の下、バンパーの下、グリルの下、ライト用ハウジング内、サイドミラー内またはその他の位置にも配置することができる。実施形態によっては、レーダユニットを覆う物がレーダにとって少なくとも部分的に透過的である位置にレーダユニットを配置することが望ましい場合がある。例えば、様々なプラスチック、ポリマーおよびその他の材料が車両構造体の一部を形成することがあり、レーダ信号の通過を可能にすることができる。
[0037] さらに、実施形態によっては、レーダユニットを、レーダユニットごとに異なる走査範囲を備えて構成してもよい。例えば、実施形態によっては、広い操作角度を有する特定のレーダユニットを車両の適切な位置に配置することができないことがある。そのため、より小さい走査角度を有するより小型のレーダユニットをその位置に配置してもよい。しかし、他のレーダユニットはより大きな走査角度を有し得ることがある。したがって、レーダユニットの合計走査角度は360度(またはそれ以上)となり、全360度方位角走査を実現することができる。例えば、車両はそれぞれが100度にわたり走査する3つのレーダユニットと、60度にわたり走査する第4のレーダユニットとを有してもよい。したがって、これらのレーダユニットは、全方位角面を走査可能とすることができるが、走査セクタの角サイズは等しくなくともよい。
[0038] 図2にレーダユニット200のセクタのための例示のビーム操向を示す。レーダユニット200は、操向可能ビームを有して構成することができ、すなわちレーダユニット200はビームが放射される方向を制御可能とすることができる。ビームが放射される方向を制御することにより、レーダユニット200は、特定の方向のレーダ反射(したがって物体)を判断するためにその方向に放射を向けることが可能とすることができる。実施形態によっては、レーダユニット200は方位角面の様々な角度にわたって連続的にレーダビームを走査可能であってもよい。他の実施形態では、レーダユニット200はレーダビームを方位角面の様々な角度にわたって離散的段階ごとに走査可能であってもよい。
[0039] 図2の例示のレーダユニット200は、複数の異なる角度にわたって操向可能であるレーダビーム206を有する。図2に示すように、レーダビーム206は約22.5度の半値幅を有してもよい。半値幅は、レーダビーム206の極大値の振幅の半分に対応する2点間のレーダビーム206の主ローブの、度数単位で測定される幅を表す。様々な実施形態で、レーダビーム206の半値幅は22.5度とは異なってもよい。さらに、実施形態によっては、レーダビーム206の半値幅は、レーダビームが向けられる角度に応じて変化してもよい。例えば、レーダビーム206の半値幅は、レーダビーム206が放射面に対して直交する204a(すなわちブロードサイド)方向により近く向けられているときにより狭くなり、レーダビーム206が直交方向204aから離れる方向に操向されると広がってもよい。
[0040] 図2に示す例では、レーダビームは4つの異なる角度に操向可能とすることができる。操向角度は、放射面に対して直交する204a(すなわちブロードサイド)方向を基準にして測定することができる。ビームは、204cにおける+36度および204eにおける−36度に操向することができる。また、ビームは、204bにおける+12度および204dにおける−12度に操向することができる。この4つの異なる角度はレーダビーム206を操向可能な離散的角度を表し得る。さらに他の一部の例では、レーダビームは同時に2つの角度に操向可能であってもよい。例えば、レーザビームは+12度と−12度の両方に同時に操向可能であってもよい。その結果、全体でこれらの角度の合計の方向に操向されるビームとなる(例えば−12+12=0、したがってこの例ではビームはブロードサイド方向204aになる)。ただし、レーダビームが一度に2方向に操向されると、レーダビームの半値幅が拡大される可能性がある。したがって、レーダ分解能が低下する可能性がある。
[0041] レーダビーム206を角度204bないし204eのそれぞれに操向することによって、全90度視野を走査することができる。例えば、レーダビーム206が+36度204cに操向されると、レーダビームの206の半値幅は(ブロードサイド方向204aから測定して)+47.25度から+24.75度をカバーすることになる。さらにレーダビーム206が−36度204eに操向されると、レーダビーム206の半値幅は−47.25度から−24.75度をカバーすることになる。また、レーダビーム206が+12度204bに操向されると、レーダビーム206の半値幅は+23.25度から+0.75度までをカバーすることになる。最後に、レーダビーム206が−12度204dに操向されると、レーダビーム206の半値幅は−23.5度から−0.75度までをカバーすることになる。したがって、レーダビーム206は、−47.25度から+47.25度までを実質的に走査することができ(すなわち、角度幅にわたる4つのビームを選択的に有効化または無効化する)、95度の範囲をカバーすることになる。レーダビーム206の操向角度の数と、操向角度の方向と、半値幅とは、具体例に応じて変わり得る。
[0042] 例えば、以下で詳述するように、レーダユニットのレーダビームは60度の領域のみを走査するように構成されてもよい。レーダユニットが60度の領域を走査することができる場合、6つのレーダユニットを使用して全360度の方位角面を走査することができる。しかし、レーダユニットが90度を走査することができる場合、4つのレーダユニットで全360度の方位角面を走査することができる。
[0043] 図3に、例示のレーダユニット取り付け構造300を示す。例示の一実施形態では、レーダユニット取り付け300は、取り付けベースプレート302と、レーダユニット312を取り付けベースプレート302に取り付けることができる、関連付けられた取り付け位置304とを含む。取り付け位置304は、図5の方法500を実行しているときにレーダユニット312を取り付けベースプレート302に取り付けることができる位置とすることができる。さらに、自律走行車両の動作時に、レーダユニット312を取り付け位置304の代わりに取り付けベースプレート302に取り付けてもよい。さらに他の実施形態では、レーダユニット312と取り付けベースプレート302とが一体化されてよく、別々の構成要素でなくもよい。
[0044] 取り付けベースプレートを、レーダユニットを自律走行車両に結合可能な各位置に配置してもよい。例えば、各レーダユニット取り付け位置(図1の位置104、106、108および110など)が、レーダユニットを取り付けることができる取り付けベースプレート302を有してもよい。図3に示すように、取り付けベースプレート302は、取り付けられるときにレーダユニットを位置合わせするとともに、レーダユニットをねじなどの装着具を使用して取り付けベースプレート302に結合可能にするように構成された、取り付け穴(そのうちの1つを符号308で示す)を含んでもよい。図3の取り付けベースプレート302は、様々なレーダユニットを自律走行車両に取り付けることができる方法の一例である。
[0045] レーダユニット312を取り付けベースプレート302に取り付けるとき、レーダユニット312は設計通りに厳密に位置合わせされない場合がある。この位置合わせずれは、所望取り付け位置からのオフセットとして現れ得る。例えば、レーダユニット312は、取り付けベースプレート302に結合されるときに、仰角オフセット306a、ロール角オフセット306bおよび方位角オフセット306cで表されるオフセットを有する場合がある。さらに、レーダユニット312は、ベースプレート302に結合されるときに、Xオフセット、Yオフセット、およびZオフセットで表されるオフセットを有する場合がある。実施形態によっては、レーダユニットが所望の方向を中心とする閾値範囲内に取り付けられることが望ましい場合がある。レーダユニットが閾値範囲内に取り付けられた場合、レーダユニットのオフセットを計算することができる。オフセットが計算されると、レーダ信号を処理する処理システムはデータ処理によりそのオフセットを解消することができる。例えば、仰角306a、ロール角306bおよび方位角306cのそれぞれが、所望の仰角、ロール角および方位角から±1度の閾値範囲を有し得る。これらのオフセットを求めることによって、処理システムは所望の位置合わせと実際の位置合わせとの間の差を数学的に補償することができる。
[0046] 実施形態によっては、コンピューティング装置が、開示の方法を、機械可読形式の非一時的コンピュータ可読記憶媒体上、またはその他の非一時的媒体または製品上のコード化されたコンピュータプログラム命令として実装してもよい。コンピューティング装置は、車両に内蔵されてもよく、または車両と通信する別個のコンピューティング装置であってもよい。図4は、本明細書に示す少なくとも一部の実施形態に従って構成された、コンピューティング装置上でコンピュータプロセスを実行するためのコンピュータプログラムを含む例示のコンピュータプログラム製品の概念部分図を示す概略図である。
[0047] 図4は、一実施形態によるコンピューティング装置400の機能ブロック図を示す。コンピューティング装置400は、バルーンネットワークにより再構成可能モバイル装置と接続して機能を実行するために使用することができる。具体的には、コンピューティング装置は、図1から図5に関連して上述した機能の一部または全部を実行するために使用することができる。
[0048] コンピューティング装置400は、例えば、サーバー、パーソナルコンピュータ、モバイル装置、携帯電話またはタブレットコンピュータなど、様々な種類の装置とすることができ、または含むことができる。基本構成402では、コンピューティング装置400は、1つまたは複数のプロセッサ410とシステムメモリ420とを含むことができる。プロセッサ410とシステムメモリ420との間の通信のためにメモリバス430を使用することができる。所望の構成に応じて、プロセッサ410はマイクロプロセッサ(μP)、マイクロコントローラ(μC)、またはデジタルシグナルプロセッサ(DSP)などを含む、任意の種類のものであってよい。プロセッサ410とともにメモリコントローラ415も使用することができ、または、実装形態によっては、メモリコントローラ415はプロセッサ410の内部部品とすることができる。
[0049] 所望の構成に応じて、システムメモリ420は、揮発性メモリ(RAMなど)および不揮発性メモリ(ROM、フラッシュメモリなど)を含む、任意の種類のものとすることができる。システムメモリ420は、1つまたは複数のアプリケーション422とプログラムデータ424とを含むことができる。アプリケーション422は、電子回路に入力を供給するように構成されたインデックスアルゴリズム423を含むことができる。プログラムデータ424は、任意の数の種類のデータを対象とし得る内容情報425を含むことができる。アプリケーション422は、オペレーティングシステム上でプログラムデータ424を使用して動作するように構成することができる。
[0050] コンピューティング装置400は、基本構成402と任意の装置およびインターフェースとの間の通信を容易にするための追加の特徴または機能および追加のインターフェースを有することができる。例えば、取り外し可能記憶装置442または取り外し不能記憶装置444あるいはその両方を含む、データ記憶装置440を備えることができる。取り外し可能記憶装置および取り外し不能記憶装置の例としては、フレキシブルディスク装置およびハードディスクドライブ(HDD)などの磁気ディスク装置、コンパクトディスク(CD)ドライブまたはデジタル多用途ディスク(DVD)ドライブなどの光ディスクドライブ、ソリッドステートドライブ(SSD)、およびテープドライブなどがある。コンピュータ記憶媒体は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュールまたはその他のデータなどの情報の記憶のための任意の方法または技術で実装された、揮発性および不揮発性の非一時的な取り外し可能および取り外し不能媒体を含み得る。
[0051] システムメモリ420および記憶装置440は、コンピュータ記憶媒体の例である。コンピュータ記憶媒体は、RAM、ROM、EEPROM、フラッシュメモリもしくはその他のメモリ技術、CD−ROM、DVDもしくはその他の光学式記憶装置、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記憶装置もしくはその他の磁気記憶装置、または、所望の情報を記憶するために使用可能であって、コンピューティング装置400によってアクセス可能な任意のその他の媒体を含むが、これらには限定されない。
[0052] コンピューティング装置400は、1つまたは複数のA/Vポートまたは通信インターフェース470を介して表示装置490またはスピーカなどの様々な外部装置と通信するように構成可能なグラフィクスプロセッシングユニット452を含み得る、出力インターフェース450も含むことができる。通信インターフェース470は、1つまたは複数の通信ポート474を介したネットワーク通信による1つまたは複数の他のコンピューティング装置との通信を容易にするように構成可能なネットワークコントローラ472を含むことができる。通信接続は、通信媒体の一例である。通信媒体は、搬送波またはその他の搬送機構などの変調データ信号における、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、または、その他のデータによって実施可能であり、任意の情報送達媒体を含む。変調データ信号は、その特性セットのうちの1つまたは複数を有する信号とすることができ、または信号において情報をコード化するように変更することができる。一例として、限定ではなく、通信媒体は、有線ネットワークまたは直接有線接続などの有線媒体、および音響、無線周波数(RF)、赤外線(IR)およびその他の無線媒体などの無線媒体を含み得る。
[0053] コンピューティング装置400は、上記の機能のいずれかを備える、携帯電話、パーソナルデータアシスタント(PDA)、パーソナルメディアプレーヤ装置、無線ウェブウォッチ装置、パーソナルヘッドセット装置、特定用途向け装置、またはハイブリッド装置などの小型フォームファクタ携帯型(またはモバイル)電子装置の一部として実装することができる。コンピューティング装置400は、ラップトップコンピュータ構成と非ラップトップコンピュータ構成の両方を含むパーソナルコンピュータとして実装することもできる。
[0054] 本開示の方法は、機械可読形式の非一時的コンピュータ可読記憶媒体上、またはその他の非一時的媒体もしくは製品上のコード化されたコンピュータプログラム命令として実装可能である。コンピュータプログラム製品は、いくつかの開示の実装形態により構成された、コンピューティング装置上でコンピュータプロセスを実行するためのコンピュータプログラムを含む。
[0055] コンピュータプログラム製品は、信号担持媒体を使用して提供される。信号担持媒体は、1つまたは複数のプロセッサによって実行されると図1から図3および図5に関して上述した機能またはその機能の一部を提供することができる1つまたは複数のプログラミング命令を含むことができる。実施形態によっては、信号担持媒体は、ハードディスクドライブ、CD、DVD、デジタルテープまたはメモリなどのコンピュータ可読媒体を包含し得るがこれらには限定されない。実装形態によっては、信号担持媒体は、メモリ、読み取り/書き込み(R/W)CD、またはR/W DVDなどのコンピュータ可読媒体を包含し得るがこれらには限定されない。実装形態によっては、信号担持媒体は、デジタルまたはアナログ通信媒体(例えば、光ファイバケーブル、導波路、有線通信リンクまたは無線通信リンク)などの通信媒体を包含し得るがこれらには限定されない。したがって、例えば、信号担持媒体は、無線形態の通信媒体(例えば、IEEE802.11規格またはその他の伝送プロトコルに準拠した無線通信媒体)によって搬送され得る。
[0056] 1つまたは複数のプログラミング命令は、例えばコンピュータ実行可能命令とすることができる。コンピューティング装置(図4のコンピューティング装置400など)を、1つまたは複数のコンピュータ可読媒体、コンピュータ記録可能媒体、および通信媒体によってコンピューティング装置に搬送されたプログラミング命令に応答して様々な演算動作を実現するように構成することができる。
[0057] 図5は、非構造化データを使用したレーダ取り付け判定方法の例である。また、図5の方法500について図1から図4と関連して説明する。ブロック502で、方法500は車両のレーダユニットによって複数の異なる位置から複数のレーダ信号を送信することを含む。車両レーダシステムを、複数のレーダユニットによって車両の周囲の領域を探査するように構成してもよい。車両の周囲の領域を探査するために、レーダシステムは任意の方向にレーダビームを送信してもよい。送信されたビームは、その領域内の物体で反射することができる。
[0058] ブロック504で、方法500は各反射信号が送信レーダ信号のうちの1つに関連付けられた複数の反射信号を受信することを含む。受信された反射は、レーダシステムおよびコンピュータが車両の近傍にどのような物体があるかを判断可能にすることができる。物体そのものを特定することができるだけでなく、位置(すなわち物体までの角度および距離)も判断することができる。正しく動作させるために、レーダシステムのレーダユニットは、正しい位置に配置されるとともにかなり正確な位置合わせを有する必要がある。
[0059] 一部の例では、ブロック502および504が数回繰り返されてもよい。一例では、レーダ経路が多くの連続したコヒーレント処理間隔(CPI)に分割されてもよい。1つのCPI内でレーダユニットは波形の送信と受信の両方を行い、整合フィルタバンクを適用し、レーダを反射する様々な物体までの距離、ドップラー、角度(方位角または仰角あるいはその両方)を測定する1組の検出値を抽出する。このデータはさらに処理するためにメモリに記憶してもよい。一部の例では、データ処理に移行する前にいくつかのCPIが捕捉される。
[0060] ブロック506で、方法500は、複数の反射信号における反射を生じさせた少なくとも1つの静止物体体をプロセッサによって特定することを含む。収集されたデータを解析することによって、アルゴリズムがレーダ取り付け較正の現在の最良推測値を使用し、どの測定値が静止物体から生じるかを判断することができる。
[0061] レーダ反射を生じさせるどの物体が静止しているかを判断するために、未知のパラメータが車体システムを基準にしたレーダ取り付け角度および位置であるパラメータ推定の1つとして問題が定義される。基本的には、この計算は、ドップラー領域と角度領域の両方における散乱物体間の対応を最大化することになる。
[0062] パルス−ドップラーレーダは、レーダ反射を生じさせる様々な物体までの距離、ドップラーおよび2D方位を測定可能な場合がある。一般的な場合では、3配向自由度(仰角、回転および方位角)および3位置自由度(X、YおよびZ)のすべてが推定される。一部の例では、システムは車両を基準にした方位角オフセットのみを計算するように構成することができる。
[0063] 一例で、2D自動車車両座標系の場合の導出を示す。静止物体およびオフセットを計算する他の手段も使用可能である。オフセットを計算するために以下の変数を使用する。
ν=車両速度
θ=取り付け角度
φ=i番目の散乱体までの方位角
=i番目の散乱体までのドップラー
=i番目の散乱体の静止指標関数
N=散乱体数
^=確率変数の実現値を示す
N(x;μ;P)は、平均μ、分散Pとしたxにおける正規分布を求める
[0064] 測定された反射信号が、独立の一様分布したガウス雑音を含むものとする。ガウス雑音は、wと定義することができ、分散Pを有する。したがって、方位角は以下のように定義することができる。
[0065] 同様に、分散Pを有するガウス雑音wを含むドップラー測定を以下のようにモデル化することができる。
[0066] すべての散乱体が静止している場合にシステムを較正する尤度Ψを定義することができる。平均すれば、取り付け角度が理想的に位置合わせされている場合、測定の結合尤度はその極大値にあり、尤度は以下のように定義される。
[0067] なお、これらの式は散乱体位置と取り付け角度とを条件としているため、ドップラー測定と方位測定とは相関がない。
[0068] 実際には、動いている物体についての測定の何らかの未知の部分集合が生じることになる。物体の静止性を示す隠れ確率変数zの追加の集合を使用することができる。このアルゴリズムは未知のパラメータを反復的に近似するため、n番目のステップにおいて、未知のパラメータ

および

の前回の推定値を示す。期待値最大化法により、反復推定方程式は次のようになる。
[0069] 実現値z=0を尤度Ψが(ドップラーと方位との間に確定的な関係がなくなっているため)情報価値のない場合の実現値とみなし、前の

を情報価値のないものとみなすことによって、この式を単純化することができる。
[0070] 処理のこの段階で、

を推定することができる。この推定は、場面における各物体について多くの測定が行われることを保証するのに収集期間が十分に長いために行うことができる。その際、システムは時間的処理を実行するのに十分なデータを有することになる。この検出問題は、代入と推定の2つに分解することができる。代入は、測定値の物体へのマッピングと、基になる物体の数の推定である。推定は、各物体の静止性標識変数事後確率の計算である。次にこの確率をその物体に関連付けられた測定値にマッピングする。これにより、静止物体を特定することができる。
[0071] ブロック508で、方法500は特定された静止物体に基づいて、プロセッサによりレーダユニットのオフセットを求めることを含む。システムは、特定された静止物体を使用して、レーダの位置および向きの最良推測値を計算することができる。レーダの位置および向きは少なくとも1つのオフセットを含み得る。
[0072] 取り付け角度の最尤推定(MLE)は、撹乱変数
の存在により多少複雑化する。この推定は、無視するかまたはMLEに未知のパラメータとして含めることができ、ここでは、後者を行うことにする。MLE目的関数は以下の負対数尤度として表される。
[0073] MLEの極小値はニュートン法によって求めることができる。この方法の鍵は、尤度のヘッシアン(N+1×N+1行列H)とヤコビアン(N+1列ベクトルJ)とを計算することである。
[0074] 未知のパラメータについてある推測

から始めると、これらは収束するまで以下の規則によって更新される。
[0075] 上式で、γは1未満の何らかのスケール係数である。一部の例では、γは1*10^−2である。
[0076] 算出されたMLEは、それぞれのレーダユニットのオフセットを示す。車両の各レーダユニットのオフセットを求めるために前述の計算(または異なる計算)を使用することができる。一部の例では、レーダユニットは正しい位置合わせを有する場合があり、したがって求められたオフセットはゼロ度となることがある。
[0077] ブロック510で、方法500は求められたオフセットに基づいてレーダユニットを動作させることを含む。オフセットが求められた後は、そのオフセットを処理システムがレーダ反射を生じさせる様々な物体の位置を特定する際に使用することができる。例えば、オフセットが正の方位2度であると求められた場合、処理システムはこのオフセットを補償することができる。一部の例では、処理システムは、オフセットを反射物体の計算に適用することによってレーダユニットを動作させてもよい。すなわち、オフセットが方位角面の+2度であり、物体が方位角の+15度にあるように見える場合、システムはこの+2度のオフセットを考慮して調整することができ、反射物体が実際には方位角面の+17度(すなわち+15+2=+17)にあることを認識して動作することができる。他の一部の例では、求められたオフセットに基づいて反射物体の位置を特定するために異なる数学関数を使用してもよい。
[0078] ブロック512で、方法500は、レーダユニットが求められたオフセットを用いて動作させられることに基づいて自律走行車両を制御する。レーダユニットはブロック510で求められたオフセットを用いて動作させられるため、このレーダ情報を車両のナビゲーションシステムとともに使用して車両を自律的に制御することができる。自律モードで動作しているときに、人間による入力がほとんどまたはまったくなしに車両の動作を制御するために、車両はコンピュータシステムを使用してもよい。例えば、人間の操作者が自律走行車両に所在地を入力してもよく、その後、車両が人間からのそれ以上の入力なしに(例えば人間がブレーキペダル/アクセルペダルを操縦したり触れたりする必要がない)、その指定された目的地まで走行可能であってもよい。
[0079] 車両が自律動作している間、センサシステムがレーダシステムから車両の環境に関するデータを受信してもよい。車両の処理システムは、様々なセンサから受信したデータに基づいて車両の制御を変更してもよい。一部の例では、自律走行車両は、様々なセンサからのデータに応答して自律走行車両の速度を変更してもよい。自律走行車両は、障害物を避けるため、道路交通法を遵守するためなどの目的で、速度を変化させてもよい。車両内の処理システムが自律走行車両の近傍の物体を特定したとき、車両は速度を変化させるか、または移動を別の方向に変更することができる。車両によって使用される位置情報は、本明細書に開示されている方法およびシステムによって提供することができる。
[0080] なお、本明細書に記載の構成は例示のみを目的としていることに留意されたい。したがって、他の構成および他の要素(例えば機械、装置、インターフェース、機能、順序および機能のグループ化など)を代わりに使用することができ、所望の結果に応じていくつかの要素を完全に省いてもよいことが、当業者にはわかるであろう。また、記載されている要素の多くは、任意の適合する組み合わせまたは位置で、個別構成要素または分散構成要素として、または他の構成要素と組み合わせて実装されてもよい機能エンティティである。
[0081] 本明細書では様々な態様および実施形態について説明したが、当業者には他の態様および実施形態も明らかであろう。本明細書で開示されている様々な態様および実施形態は、例示を目的とするものであり、限定的であることを意図したものではなく、範囲は以下の特許請求の範囲に示されている。

Claims (20)

  1. 車両のレーダユニットによって複数の異なる位置から複数のレーダ信号を送信することと、
    各反射信号が前記送信されたレーダ信号の1つに関連付けられた複数の反射信号を受信することと、
    プロセッサによって、前記複数の反射信号における反射を生じさせた少なくとも1つの静止物体を特定することであって、前記複数の反射信号における反射を生じさせた少なくとも1つの物体に関連づけられた測定値に当該物体の静止性に関する確率をマッピングすることによって、当該物体のうち少なくとも1つの静止物体を特定することを含む、前記静止物体を特定することと、
    前記特定された静止物体に基づいて、前記プロセッサによって前記レーダユニットのロール角オフセットを含むオフセットを求めることと、
    前記求められたオフセットに基づいて前記レーダユニットを動作させることと、
    前記レーダユニットが前記求められたオフセットを用いて動作させられることに基づいて自律走行車両を制御することと
    を含む方法。
  2. 前記オフセットは仰角オフセットと方位角オフセットとのうちの少なくとも1つをさらに含む、請求項1に記載の方法。
  3. 前記オフセットは水平方向オフセットと垂直方向オフセットとのうちの少なくとも一方を含む、請求項1に記載の方法。
  4. 複数のレーダユニットのそれぞれのレーダユニットが送信および受信を行うことに基づいて、前記プロセッサによって前記複数のレーダユニットのそれぞれのレーダユニットのオフセットを求めることをさらに含む、請求項1に記載の方法。
  5. 前記求められたオフセットをメモリに記憶することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
  6. 前記オフセットは前記レーダユニットの所望位置に基づいて求められる、請求項1に記載の方法。
  7. レーダユニットであって、
    車両の複数の異なる位置から複数のレーダ信号を送信し、
    各反射信号が前記送信されたレーダ信号のうちの1つに関連付けられた複数の反射信号を受信するように構成されたレーダユニットと、
    前記車両上の取り付け構造体に前記レーダユニットを結合するように構成された取り付けプレートと、
    計算ユニットであって、
    前記複数のレーダ信号における反射を生じさせた少なくとも1つの静止物体を特定することであって、前記複数の反射信号における反射を生じさせた少なくとも1つの物体に関連づけられた測定値に当該物体の静止性に関する確率をマッピングすることによって、当該物体のうち少なくとも1つの静止物体を特定することを含む、前記静止物体を特定することと、
    前記特定された静止物体に基づいて前記レーダユニットのロール角オフセットを含むオフセットを求めることと、
    前記求められたオフセットに基づいて前記レーダユニットを動作させることと、
    前記レーダユニットが前記求められたオフセットを用いて動作させられることに基づいて前記車両を制御することと、を含む演算動作を実行するように構成された計算ユニットと、
    を含む車両。
  8. 前記オフセットは仰角オフセットと方位角オフセットとのうちの少なくとも1つをさらに含む、請求項7に記載の車両。
  9. 前記オフセットは水平方向オフセットと垂直方向オフセットとのうちの少なくとも一方を含む、請求項7に記載の車両。
  10. 複数のレーダユニットをさらに含み、各レーダユニットが、
    第1の信号が車両の第1のそれぞれの位置から送信され、第2の信号が前記車両の第2のそれぞれの位置から送信される、少なくとも2つのそれぞれのレーダ信号を送信し、
    前記送信された信号のそれぞれに関連付けられたそれぞれの反射信号を受信するように構成された、請求項7に記載の車両。
  11. 前記計算ユニットは前記複数のレーダユニットのそれぞれのレーダユニットのオフセットを求めるようにさらに構成された、請求項10に記載の車両。
  12. 前記求められたオフセットを記憶するように構成されたメモリをさらに含む、請求項7に記載の車両。
  13. 前記オフセットは前記レーダユニットの所望位置に基づいて求められる、請求項7に記載の車両。
  14. 非一時的コンピュータ可読記憶媒体を含む製品であって、前記非一時的コンピュータ可読記憶媒体には、コンピューティング装置によって実行されると前記コンピューティング装置に、
    車両のレーダユニットによって複数の異なる位置から複数のレーダ信号の送信を行わせることと、
    各反射信号が前記送信された信号のうちの1つに関連付けられた複数の反射信号の受信を行わせることと、
    前記複数の反射信号における反射を生じさせた少なくとも1つの静止物体を特定することであって、前記複数の反射信号における反射を生じさせた少なくとも1つの物体に関連づけられた測定値に当該物体の静止性に関する確率をマッピングすることによって、当該物体のうち少なくとも1つの静止物体を特定することを含む、前記静止物体を特定することと、
    前記特定された静止物体に基づいて、前記レーダユニットのロール角オフセットを含むオフセットを求めることと、
    前記求められたオフセットに基づいて前記レーダユニットを動作させることと、
    前記レーダユニットが前記求められたオフセットを用いて動作させられることに基づいて自律走行車両を制御することと、を含む演算動作を実行させるプログラム命令が記憶された製品。
  15. 前記オフセットは、仰角オフセットと方位角オフセットとのうちの少なくとも1つをさらに含む、請求項14に記載の製品。
  16. 前記オフセットは水平方向オフセットと垂直方向オフセットとのうちの少なくとも一方を含む、請求項14に記載の製品。
  17. 複数のレーダユニットのそれぞれについて、
    第1の信号が第1のそれぞれの位置から送信され、第2の信号が第2のそれぞれの位置から送信される、前記それぞれのレーダユニットによって少なくとも2つのレーダ信号の送信を行わせることと、
    それぞれの反射信号が前記送信された信号のそれぞれに関連付けられた、それぞれのレーダユニットによってそれぞれの反射信号を受信することと、をさらに含む、請求項14に記載の製品。
  18. 複数のレーダユニットのそれぞれについてオフセットを求めることをさらに含む、請求項17に記載の製品。
  19. 前記求められたオフセットをメモリに記憶することをさらに含む、請求項14に記載の製品。
  20. 前記オフセットは前記レーダユニットの所望位置に基づく、請求項14に記載の製品。
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