RU2814813C1 - Device and method for tracking objects - Google Patents

Device and method for tracking objects Download PDF

Info

Publication number
RU2814813C1
RU2814813C1 RU2022135491A RU2022135491A RU2814813C1 RU 2814813 C1 RU2814813 C1 RU 2814813C1 RU 2022135491 A RU2022135491 A RU 2022135491A RU 2022135491 A RU2022135491 A RU 2022135491A RU 2814813 C1 RU2814813 C1 RU 2814813C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
target
radar
data
clustering
vehicle
Prior art date
Application number
RU2022135491A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Павел Сергеевич Сенко
Владислав Павлович Мишустов
Игорь Игоревич Абдулов
Original Assignee
Автономная некоммерческая организация высшего образования "Университет Иннополис"
Filing date
Publication date
Application filed by Автономная некоммерческая организация высшего образования "Университет Иннополис" filed Critical Автономная некоммерческая организация высшего образования "Университет Иннополис"
Application granted granted Critical
Publication of RU2814813C1 publication Critical patent/RU2814813C1/en

Links

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: invention relates to measurements. To this end, the object tracking device comprises a data acquisition module configured to receive data from radars mounted on a vehicle, wherein the obtained data include the coordinates of the target, the level of the reflected signal and the radial speed of the target; and a data processing and analysis module configured to cluster the obtained data and track the movement of the object by assigning a new position to the object, wherein each target in the obtained data is considered to be a point in space according to its coordinates, wherein the clustering comprises combining into clusters of points, which are from each other within the combination distance and have close radial speed, wherein the distance of combining this point with other points depends on the level of the reflected signal of that point.
EFFECT: high accuracy of determining and tracking objects and efficiency of the driver assistance system.
5 cl, 21 dwg, 1 tbl

Description

Область техники, к которой относится изобретениеField of technology to which the invention relates

Настоящее изобретение относится к области измерений, и, более конкретно, к определению и отслеживанию объектов на основе данных от радара и к управлению транспортом на основе этого.The present invention relates to the field of sensing, and more particularly to identifying and tracking objects based on radar data and driving traffic based thereon.

Уровень техникиState of the art

Автомобильная индустрия всего мира развивается очень активно. Повсеместное развитие и внедрение новых технологий привело к активному развитию автоматизированных решений для транспортных средств - создание передовых систем содействия водителю и полностью автономных транспортных средств (беспилотных автомобилей).The automotive industry around the world is developing very actively. The widespread development and implementation of new technologies has led to the active development of automated solutions for vehicles - the creation of advanced driver assistance systems and fully autonomous vehicles (unmanned vehicles).

Прогнозируется, что к 2035 году беспилотные автомобили могут составить до 25% от всех продаваемых в мире автомобилей. Их активное использование приведет к тому, что в городах парк автомобилей сократится на 60%, выхлопные газы - на 80%, аварии на дорогах - на 90%.It is predicted that by 2035, self-driving cars could make up up to 25% of all cars sold worldwide. Their active use will lead to a reduction in the car park in cities by 60%, exhaust gases by 80%, and road accidents by 90%.

Процесс перемещения беспилотных или оснащенных системами содействия водителю транспортных средств схож и его можно представить в виде следующих шагов, которые выполняются непрерывно в режиме реального времени с разной степенью детализации (в зависимости от уровня автоматизации автомобиля):The process of moving unmanned or driver-assisted vehicles is similar and can be represented in the following steps, which are performed continuously in real time with varying degrees of detail (depending on the level of automation of the vehicle):

1. Локализация. Транспортное средство определяет расположение различных объектов: светофора, дорожной разметки, дорожных знаков, препятствий и т.д.1. Localization. The vehicle determines the location of various objects: traffic lights, road markings, road signs, obstacles, etc.

2. Восприятие. Транспортное средство выполняет идентификацию окружающих объектов и определяет их скорость, направление движения.2. Perception. The vehicle identifies surrounding objects and determines their speed and direction of movement.

3. Предсказание. Транспортное средство прогнозирует процессы и события - например, движение других автомобилей.3. Prediction. The vehicle predicts processes and events - for example, the movement of other cars.

4. Планирование. Исходя из предыдущих задач, алгоритмы транспортного средства определяют дальнейшие действия и отдают команды системам управления или рекомендации водителю.4. Planning. Based on previous tasks, vehicle algorithms determine further actions and issue commands to control systems or recommendations to the driver.

Система продвинутой помощи водителю (Advanced Driver Assistance System или сокращённо ADAS) включает в себя различные алгоритмы взаимодействия и оповещения. В большинстве производимых автомобилей сейчас устанавливаются системы ADAS разного уровня в зависимости от класса транспортного средства. Ключевым фактором, способствующим росту мирового рынка ADAS систем, стали правительственные нормативные акты в некоторых странах. Интерес автопарков к ADAS обусловлен желанием сократить эксплуатационные расходы и вероятность возможных инцидентов.The Advanced Driver Assistance System, or ADAS for short, includes various interaction and alert algorithms. Most manufactured vehicles are now equipped with varying levels of ADAS systems depending on the vehicle class. A key factor driving the growth of the global ADAS systems market has been government regulations in several countries. Fleets' interest in ADAS is driven by the desire to reduce operating costs and the likelihood of potential incidents.

ADAS включает в себя различные алгоритмы, задача которых - анализировать ситуацию на дороге и предупредить водителя о возникновении опасного инцидента во время движения. ADAS для получения информации об окружающем мире использует различные датчики: камеры, радары и лидары.ADAS includes various algorithms whose task is to analyze the situation on the road and warn the driver about the occurrence of a dangerous incident while driving. ADAS uses various sensors to obtain information about the surrounding world: cameras, radars and lidars.

Общие принципы работы всех автоматизированных транспортных средств схожи и для них используются множество технологий:The general principles of operation of all automated vehicles are similar and they use many technologies:

1. Камеры фото и видеофиксации для детекции различных объектов.1. Photo and video cameras for detecting various objects.

2. Радары для обнаружения воздушных, морских и наземных объектов, а также для определения их дальности, скорости и геометрических параметров путем излучения радиоволн.2. Radars for detecting air, sea and ground objects, as well as for determining their range, speed and geometric parameters by emitting radio waves.

3. Лидары для создания облака точек, измерения расстояний и определения других параметров путем излучения света.3. Lidars for creating point clouds, measuring distances and determining other parameters by emitting light.

4. Другие датчики для контроля состояния внутренних систем транспортного средства и окружающего пространства.4. Other sensors for monitoring the state of the internal systems of the vehicle and the surrounding space.

5. Искусственный интеллект для обработки информации, поступившей с датчиков и камер, для управления транспортным средством или для поддержки принятия решений.5. Artificial intelligence for processing information received from sensors and cameras to control a vehicle or support decision-making.

Радарные данные используются для решения широкого круга задач. Они, во-первых, могут дать дополнительную информацию о состоянии поверхности и объектов наряду с данными оптического диапазона, и во-вторых, могут служить источником уникальной информации, которую можно получить либо только по радарным данным, либо по наземным измерениям.Radar data is used to solve a wide range of problems. They, firstly, can provide additional information about the state of the surface and objects along with optical data, and secondly, they can serve as a source of unique information that can be obtained either only from radar data or from ground-based measurements.

Известным фактом является то, что на функционирование радара в меньшей степени среди всех остальных используемых в автономных системах датчиков влияют погодные условия, при которых осуществляется эксплуатация. В процессе приема-передачи сигналов радара не создается помех при работе в дождь, в снег или в условиях запыленности на дороге.It is a known fact that the operation of the radar is less affected than all other sensors used in autonomous systems by the weather conditions under which the operation is carried out. In the process of receiving and transmitting radar signals, there is no interference when working in rain, snow or dusty conditions on the road.

При разработке систем ADAS с использованием доступных на рынке радаров, воплощающих традиционные способы, возникают следующие проблемы:When developing ADAS systems using commercially available radars implementing traditional methods, the following problems arise:

- проблемы совместимости данных, выдаваемых радаром, и внутренней логики разрабатываемого устройства. При использовании готовых решений не всегда ожидания соответствуют получаемому результату, особенно при использовании в условиях, не соответствующих рекомендациям производителя.- problems of compatibility of data produced by the radar and the internal logic of the device being developed. When using ready-made solutions, expectations do not always correspond to the results obtained, especially when used under conditions that do not comply with the manufacturer’s recommendations.

- при использовании радара в режиме отслеживания объектов (MOT) возникают множественные ошибки определения объектов, хотя на самом деле эти объекты на находятся на пути движения транспортного средства, не являются движущимися, не находятся на дороге, их траектория не пересекается с траекторией данного транспортного средства и т.д. (см. пример на Фиг. 1, где радар определяет объект как препятствие, хотя он не находится на дороге и не движется).- when using the radar in object tracking (MOT) mode, multiple errors in identifying objects occur, although in fact these objects are not in the path of the vehicle, are not moving, are not on the road, their trajectory does not intersect with the trajectory of this vehicle, and etc. (See the example in Fig. 1, where the radar detects an object as an obstacle even though it is not on the road and is not moving).

- при попытке совмещения данных с двух и более радаров возникают фантомные (несуществующие) объекты, скачущие объекты, раздваивающиеся объекты (например, на Фиг. 2A-2C, отражающих последовательные моменты времени, объект 105 по мере движения около радара раздвоился на объекты 105 и 31, хотя фактически это был один идущий человек) и другие ошибки определения и отслеживания объектов.- when trying to combine data from two or more radars, phantom (non-existent) objects, jumping objects, bifurcating objects appear (for example, in Fig. 2A-2C, reflecting successive moments in time, object 105, as it moved near the radar, split into objects 105 and 31 , although in fact it was one walking person) and other errors in identifying and tracking objects.

- трудность интерпретации получаемых сигналов. Имеющиеся на рынке радары, как правило, лучше всего работают при измерении больших движущихся металлических объектов, то есть при определении положения и направления других транспортных средств, поэтому широко используются при реализации адаптивных систем круиз-контроля. Обнаружение других обычных участников дорожного движения, таких как пешеходы или велосипедисты, значительно более сложная задача для радаров.- difficulty in interpreting the received signals. Commercially available radars generally work best when measuring large moving metal objects, i.e. determining the position and direction of other vehicles, and are therefore widely used in the implementation of adaptive cruise control systems. Detecting other common road users, such as pedestrians or cyclists, is a much more difficult task for radars.

Соответственно, в уровне техники существует потребность в создании устройств и способов, способных выполнять корректное определение и отслеживание объектов, а также основанных на них систем и способов управления движением транспортного средства.Accordingly, in the prior art there is a need to create devices and methods capable of correctly identifying and tracking objects, as well as systems and methods for controlling the movement of a vehicle based on them.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Согласно настоящему изобретению, раскрывается устройство для отслеживания объектов, содержащее:According to the present invention, an object tracking device is disclosed, comprising:

модуль получения данных, выполненный с возможностью получения данных от одного или более радаров, установленных на транспортном средстве, причем получаемые данные включают в себя координаты цели, уровень отраженного сигнала и радиальную скорость цели; иa data acquisition module configured to receive data from one or more vehicle-mounted radars, the acquired data including target coordinates, reflected signal strength, and target radial velocity; And

модуль обработки и анализа данных, выполненный с возможностью кластеризации полученных данных и отслеживания перемещения объекта путем назначения объекту новой позиции, если кластер, полученный в результате кластеризации, имеет ассоциацию с данным отслеживаемым объектом, при этом каждая цель в полученных данных рассматривается как точка в пространстве согласно ее координатам, при этом кластеризация содержит объединение в кластеры точек, которые находятся друг от друга в пределах расстояния объединения и имеют близкую радиальную скорость, при этом расстояние объединения данной точки с другими точками зависит от уровня отраженного сигнала этой точки.a data processing and analysis module configured to cluster the received data and track the movement of an object by assigning a new position to the object, if the cluster obtained as a result of clustering has an association with this tracked object, while each target in the received data is considered as a point in space according to its coordinates, while clustering involves combining into clusters points that are located from each other within the combining distance and have a close radial velocity, while the distance of combining a given point with other points depends on the level of the reflected signal of this point.

В одном из вариантов осуществления целью для радара является облученный объект, отразивший сигнал, координаты цели включают в себя расстояние до цели и азимут относительно радара.In one embodiment, the target for the radar is the irradiated object that reflected the signal, the coordinates of the target include the distance to the target and azimuth relative to the radar.

В одном из вариантов осуществления точки имеют близкую радиальную скорость, если отклонение радиальной скорости между ними не превышает предварительно заданный порог.In one embodiment, the points have similar radial speed if the deviation of the radial speed between them does not exceed a predetermined threshold.

В одном из вариантов осуществления порог отклонения радиальной скорости составляет 1 м/с.In one embodiment, the radial velocity deviation threshold is 1 m/s.

В одном из вариантов осуществления кластеризация основана на методе DBSCAN.In one embodiment, the clustering is based on the DBSCAN method.

Кроме того, согласно настоящему изобретению, раскрывается способ отслеживания объектов, содержащий этапы, на которых:In addition, according to the present invention, a method for tracking objects is disclosed, comprising the steps of:

получают данные от одного или более радаров, установленных на транспортном средстве, причем получаемые данные включают в себя координаты цели, уровень отраженного сигнала и радиальную скорость цели;receiving data from one or more radars mounted on the vehicle, the received data including the coordinates of the target, the level of the reflected signal and the radial speed of the target;

выполняют кластеризацию полученных данных на основе метода DBSCAN, при этом каждая цель в полученных данных рассматривается как точка в пространстве согласно ее координатам, при этом кластеризация содержит объединение в кластеры точек, которые находятся друг от друга в пределах расстояния объединения и имеют близкую радиальную скорость, при этом расстояние объединения данной точки с другими точками зависит от уровня отраженного сигнала этой точки; иperform clustering of the received data based on the DBSCAN method, while each target in the received data is considered as a point in space according to its coordinates, while the clustering contains clustering of points that are located from each other within the merging distance and have a similar radial velocity, with In this case, the distance of combining a given point with other points depends on the level of the reflected signal of this point; And

отслеживают перемещение объекта путем назначения объекту новой позиции, если кластер, полученный в результате кластеризации, имеет ассоциацию с данным отслеживаемым объектом.track the movement of an object by assigning a new position to the object if the cluster obtained as a result of clustering has an association with this tracked object.

В одном из вариантов осуществления целью для радара является облученный объект, отразивший сигнал, координаты цели включают в себя расстояние до цели и азимут относительно радара.In one embodiment, the target for the radar is the irradiated object that reflected the signal, the coordinates of the target include the distance to the target and azimuth relative to the radar.

В одном из вариантов осуществления точки имеют близкую радиальную скорость, если отклонение радиальной скорости между ними не превышает 1 м/с.In one embodiment, the points have similar radial speed if the deviation of the radial speed between them does not exceed 1 m/s.

Технический результатTechnical result

Благодаря вышеизложенным признакам настоящее изобретение позволяет:Thanks to the above features, the present invention allows:

- повысить точность и эффективность работы систем содействия водителю;- improve the accuracy and efficiency of driver assistance systems;

- повысить безопасность дорожного движения;- improve road safety;

- обеспечить возможность интеграции в разрабатываемые транспортные средства и системы ADAS существующих на рынке простых и недорогих радаров, не обладающих сложными встроенными алгоритмами определения и отслеживания объектов, путем обработки непосредственно «сырых» данных, получаемых от радаров, согласно способам, изложенным в данном документе;- provide the ability to integrate simple and inexpensive radars on the market that do not have complex built-in algorithms for identifying and tracking objects into developed vehicles and ADAS systems, by processing directly “raw” data received from radars, according to the methods outlined in this document;

- обеспечить возможность тонкой настройки способов определения и отслеживания объектов для адаптации с логикой разрабатываемой системы без зависимости от алгоритмов, заложенных производителем радара.- provide the ability to fine-tune methods for identifying and tracking objects to adapt to the logic of the system being developed without depending on the algorithms laid down by the radar manufacturer.

Краткое описание чертежейBrief description of drawings

Следует понимать, что фигуры могут быть представлены схематично и не в масштабе и предназначены, главным образом, для улучшения понимания настоящего изобретения.It should be understood that the figures may be presented schematically and not to scale and are intended primarily to enhance understanding of the present invention.

Подробное описаниеDetailed description

Среди существующих систем ADAS можно выделить следующие:Among the existing ADAS systems are the following:

- Антиблокировочные тормозные системы (ABS): Ставшая стандартной для многих современных автомобилей система ABS предотвращает блокировку колес во время аварийного торможения, обнаруживая различия в скорости вращения колес, и затем быстрыми импульсами затормаживая соответствующие колеса до тех пор, пока они не станут вращаться с той же скоростью, что и другие.- Anti-lock Braking Systems (ABS): Standard on many modern vehicles, ABS prevents wheel locking during emergency braking by detecting differences in wheel speed and then applying the brakes to the corresponding wheels in rapid bursts until they rotate at the same speed. speed as others.

- Система экстренного торможения (BA): Система экстренного торможения или система помощи при аварийном торможении (EBA), предназначена для распознавания экстренного торможения с использованием данных от датчика торможения и переднего радара или ультразвуковых датчиков. Если водитель недостаточно сильно нажал на педаль тормоза, то для обеспечения дополнительного тормозного усилия включается система экстренного торможения, работающая совместно с системой ABS.- Brake Assist (BA): Brake Assist, or Emergency Brake Assist (EBA), is designed to recognize emergency braking using data from the brake sensor and front radar or ultrasonic sensors. If the driver does not press the brake pedal hard enough, the emergency braking system, working in conjunction with the ABS system, is activated to provide additional braking force.

- Система курсовой устойчивости (ESP): Система ESP, также известная как электронный контроль устойчивости (ESC), предназначена для снижения риска заноса путем притормаживания соответствующих колес и уменьшения мощности двигателя в случае обнаружения избыточной или недостаточной реакции автомобиля на поворот руля при осуществлении поворотов, при маневрах уклонения от столкновения или при внезапном изменении дорожных условий и сцепления с дорожным полотном. При этом важно, чтобы любое дополнительное оборудование на автомобиле, например, тягово-сцепное устройство, было правильно установлено и запрограммировано. Когда к автомобилю прицепляется прицеп или фургон, ESP автоматически настраивается для учета дополнительной нагрузки и распределения веса.- Stability Program (ESP): ESP, also known as Electronic Stability Control (ESC), is designed to reduce the risk of skidding by applying the brakes to the affected wheels and reducing engine power when it detects that the vehicle is over- or under-reacting to steering inputs when cornering. collision avoidance maneuvers or when there is a sudden change in road conditions and traction. It is important that any additional equipment on the vehicle, such as a towbar, is installed and programmed correctly. When a trailer or van is attached to the vehicle, ESP automatically adjusts to take into account the additional load and weight distribution.

- Адаптивный круиз-контроль (ACC): Активный круиз-контроль (ACC), также известный как автономный круиз-контроль, интеллектуальный круиз-контроль или радиолокационный круиз-контроль, автоматически регулирует скорость автомобиля, поддерживая безопасное расстояние до автомобиля, движущегося впереди. Большинство систем автоматически отключаются при определенной скорости, однако некоторые производители предлагают функцию Stop & Go или Queue Assist, которые можно использовать в медленно движущемся потоке.- Adaptive Cruise Control (ACC): Active Cruise Control (ACC), also known as autonomous cruise control, intelligent cruise control or radar cruise control, automatically adjusts the vehicle's speed to maintain a safe distance from the vehicle ahead. Most systems automatically shut off at a certain speed, but some manufacturers offer a Stop & Go or Queue Assist feature that can be used in slow-moving traffic.

- Система предупреждения фронтального столкновения (FCW): Система FCW, также известная как система предотвращения столкновений или система раннего предупреждения о лобовом столкновении, постоянно контролирует дорогу впереди с целью обнаружения объектов на пути транспортного средства, таких как пешеходы, животные или другие транспортные средства. В случае неизбежного столкновения система подает водителю аудио- или визуальные сигналы, чтобы он мог предпринять маневр уклонения, то есть, затормозить или объехать препятствие.- Forward Collision Warning (FCW): FCW, also known as Forward Collision Warning System or Forward Collision Early Warning System, continuously monitors the road ahead to detect objects in the vehicle's path, such as pedestrians, animals or other vehicles. In the event of an imminent collision, the system provides the driver with audio or visual signals so that he can take evasive action, that is, brake or avoid an obstacle.

- Система автономного экстренного торможения (AEB): Система AEB - это дальнейшее усовершенствование системы предупреждения столкновения. Вместо того, чтобы просто предупреждать водителя, она задействует тормоз и/или рулевое управление без его участия, чтобы смягчить последствия аварии или даже полностью предотвратить ее.- Autonomous Emergency Braking (AEB): AEB is a further development of the collision avoidance system. Instead of simply warning the driver, it applies the brakes and/or steering without the driver's input to mitigate the impact of an accident or even prevent it entirely.

- Система слежения за дорожной разметкой (LDW): Системы LDW предназначены для предотвращения непреднамеренного съезда автомобиля с полосы движения. Если система обнаруживает, что автомобиль отклоняется от курса без каких-либо соответствующих сигналов, она подает аудиовизуальные сигналы, чтобы водитель мог скорректировать траекторию движения.- Lane Departure Warning (LDW): LDW systems are designed to prevent the vehicle from unintentionally drifting out of its lane. If the system detects that the vehicle is veering off course without any appropriate signals, it provides audiovisual signals so that the driver can correct the trajectory.

- Система контроля положения автомобиля относительно дорожной разметки (LKA): Системы LKA или системы контроля положения автомобиля относительно дорожной разметки представляют собой следующий этап развития систем слежения за дорожной разметкой. Вместо того, чтобы просто предупредить водителя о выезде с полосы движения, система LKA автоматически корректирует траекторию движения, возвращая автомобиль в исходное положение без какого-либо участия водителя. На некоторые автомобили также устанавливается усовершенствованная версия этой системы, которая называется системой адаптивного управления движением по полосе. Она постоянно корректирует курс, чтобы автомобиль всегда находился в центре своей полосы движения.- Lane Assist (LKA): LKA or Lane Assist systems represent the next step in the development of Lane Assist systems. Instead of simply warning the driver about leaving the lane, LKA automatically corrects the vehicle's trajectory, returning the vehicle to its original position without any driver intervention. Some vehicles also have an advanced version of this system called Adaptive Lane Control. It constantly adjusts course to ensure the vehicle is always in the center of its lane.

- Система помощи при перестроении: Эта система, которую обычно называют системой обнаружения объектов в слепой зоне или системой информирования об объектах в слепой зоне, контролирует область вокруг автомобиля на предмет движения по каким-либо полосам. Если система определяет, что менять полосу движения небезопасно из-за другого автомобиля, движущегося по полосе, на которую нужно перестроиться, особенно в слепой зоне водителя, она подает сигнал тревоги.- Lane Change Assist: Commonly referred to as Blind Spot Detection or Blind Spot Awareness, this system monitors the area around the vehicle for lane movement. If the system determines that it is unsafe to change lanes because of another vehicle moving in the lane you need to change into, especially in the driver's blind spot, it sounds an alarm.

- Система интеллектуального регулирования/адаптации скорости (ISA): Система ISA помогает водителю поддерживать безопасную и/или разрешенную скорость. Если автомобиль превышает это ограничение, система либо предупредит водителя, либо примет меры по снижению скорости путем снижения мощности двигателя.- Intelligent Speed Adaptation (ISA): ISA helps the driver maintain a safe and/or legal speed. If the vehicle exceeds this limit, the system will either warn the driver or take action to reduce speed by reducing engine power.

- Система распознавания дорожных знаков (TSR): Сканируя дорогу впереди, система TSR помогает водителям идентифицировать находящиеся впереди дорожные знаки, такие как знаки ограничения скорости или знаки, информирующие о потенциальных опасностях. Система определяет знак и передает его изображение на приборную панель и/или дисплей информационно-развлекательной системы, чтобы предупредить водителя.- Traffic Sign Recognition (TSR): By scanning the road ahead, TSR helps drivers identify road signs ahead, such as speed limit signs or potential hazard signs. The system detects the sign and transmits its image to the instrument panel and/or infotainment system display to alert the driver.

- Адаптивные фары: Адаптивные фары всегда направляют свет на дорогу благодаря информации, получаемой от системы рулевого управления, а также информации о скорости и угле наклона автомобиля. Наряду с улучшением видимости в условиях низкой освещенности она также уменьшает вероятность ослепления встречных водителей.- Adaptive headlights: Adaptive headlights always keep the light on the road thanks to information received from the steering system, as well as information about the speed and angle of the vehicle. As well as improving visibility in low light conditions, it also reduces the likelihood of dazzling oncoming drivers.

- Системы контроля давления в шинах (TPMS): Система TMPS предупреждает водителя о недостаточном давлении в одной или нескольких шинах, измеряя либо скорость вращения колес, либо давление внутри каждой шины. Помимо повышения безопасности система помогает снизить количество выхлопных газов и расход топлива.- Tire Pressure Monitoring Systems (TPMS): The TMPS system alerts the driver when one or more tires are underinflated by measuring either wheel speed or the pressure inside each tire. In addition to improving safety, the system helps reduce exhaust gases and fuel consumption.

- Системы ночного видения: Системы ночного видения с помощью тепловизионных камер могут регистрировать объекты за пределами зоны, освещаемой фарами автомобиля, предупреждая водителя о возможных столкновениях в условиях низкой освещенности или в плохих погодных условиях. - Night Vision Systems: Night vision systems using thermal imaging cameras can detect objects outside the area illuminated by the vehicle's headlights, warning the driver of possible collisions in low light or poor weather conditions.

- Система помощи при парковке: Одна из наиболее распространенных технологий ADAS, система помощи при парковке, может представлять собой как камеры заднего вида, которые просто передают аудио- или визуальные сигналы водителю о близости любых препятствий, так и полностью автономные системы, которые самостоятельно осуществляют управление автомобилем при въезде на парковочное место и/или при выезде с него.- Parking Assist: One of the most common ADAS technologies, Parking Assist can range from rear view cameras that simply provide audio or visual alerts to the driver about the proximity of any obstacles, to fully autonomous systems that take care of the controls themselves. car when entering and/or leaving a parking space.

- Система контроля усталости водителя: Эти системы, также известные как системы распознавания сонливости водителя, могут обнаруживать усталость, наблюдая за поведением водителя в начале и во время каждой поездки. При обнаружении каких-либо признаков усталости система посылает водителю предупреждающий сигнал.- Driver Fatigue Monitoring System: Also known as driver drowsiness detection systems, these systems can detect fatigue by observing the driver's behavior at the beginning and during each trip. If any signs of fatigue are detected, the system sends a warning signal to the driver.

Система ADAS может предупреждать водителя о следующих опасных ситуациях:The ADAS system can warn the driver of the following dangerous situations:

- Предупреждение о критическом сближении с пешеходом. Предотвращает столкновение, подавая предупреждающие сигналы, в случаях, когда впереди находится пешеход, велосипед или мотоцикл (который двигается, например, со скоростью от 0 до 40 км/час).- Warning of critical approach to a pedestrian. Prevents collisions by providing warning signals when there is a pedestrian, bicycle or motorcycle (moving, for example, at a speed of 0 to 40 km/h) ahead.

- Система контроля опасного сближения. Предупреждает водителя сигналами и изображением на экране о слишком быстром сближении.- Dangerous proximity monitoring system. Warns the driver with signals and images on the screen when approaching too quickly.

- Предупреждает о съезде с полосы движения. Система подает звуковые и визуальные предупреждения и помогает восстановить направление, если автомобиль неожиданно съехал с полосы.- Warns about leaving the lane. The system provides audible and visual warnings and helps restore direction if the vehicle unexpectedly drifts out of its lane.

- Уведомляет водителя, если впереди стоящий автомобиль начинает двигаться вперед даже с нулевой скоростью (при полном состоянии остановки), а сзади стоящий автомобиль не двигается в течение заданного времени - например, 2 секунд.- Notifies the driver if the vehicle in front begins to move forward even at zero speed (at a complete stop), and the vehicle behind does not move for a specified time - for example, 2 seconds.

- Уведомляет водителя, когда в зоне обнаружения находится транспортное средство. Диапазон обнаружения может быть установлен, например, на диапазон 1,2 м /2,0 м /3,0 м (активный от 0 до 30 км/ч).- Notifies the driver when a vehicle is in the detection zone. The detection range can be set, for example, to a range of 1.2 m / 2.0 m / 3.0 m (active from 0 to 30 km/h).

- Записывает кадры до и после аварии. Видеорегистратор записывает данные в память - например, на микро-SD-карту каждую минуту в цикле.- Records footage before and after an accident. The DVR writes data to memory - for example, to a micro SD card every minute in a cycle.

- Распознавание знаков ограничения скорости. Система издаёт предупредительный сигнал, если водитель движется со скоростью выше разрешённой.- Recognition of speed limit signs. The system emits a warning signal if the driver is driving at a speed higher than the speed limit.

Ассоциация инженеров автомобильной промышленности классифицирует системы ADAS на уровни от 0 до 5. Ниже в таблице 1 приведено краткое описание этих уровней.The Association of Automotive Engineers classifies ADAS systems into levels 0 through 5. Table 1 below provides a brief description of these levels.

Таблица 1Table 1 УровеньLevel ОпределениеDefinition Принцип действияOperating principle 00 Без автоматизацииWithout automation Предупреждение водителя или минимальное вмешательствоDriver warning or minimal intervention 11 Водитель осуществляет управлениеThe driver controls Водитель и автомобильные системы совместно контролируют ситуацию, например, система адаптивного круиз-контроля (ACC, TACC)The driver and car systems jointly monitor the situation, for example, adaptive cruise control (ACC, TACC) 22 Водитель не осуществляет управлениеThe driver is not in control Автоматическая система может полностью брать управление на себя. Водитель должен быть готов к немедленному вмешательству.The automatic system can take over control completely. The driver must be prepared for immediate intervention. 33 Без зрительного контроляNo visual control Водитель может отвлечься от вождения. Водитель должен быть в состоянии взять на себя управление при условии заблаговременного уведомления.The driver may be distracted while driving. The driver must be able to take control given sufficient notice. 44 Без участия человекаWithout human intervention Водитель может заниматься другими делами, например, спать. Допускается использование только в предварительно геозонированных областях.The driver can do other things, such as sleep. Use only in pre-geofenced areas. 55 Рулевое управление не требуетсяNo steering required Водитель не требуетсяNo driver required

Характеристики радаровRadar characteristics

В радарах используется способ радиолокации, основанный на излучении радиоволн и регистрации их отражений от объектов.Radars use a radar method based on the emission of radio waves and recording their reflections from objects.

У радаров выделяют следующие технические характеристики, которые важны для использования.Radars have the following technical characteristics that are important for use.

Дальность действия. Характеризует диапазон дистанции, в котором радар может обнаруживать объекты (описывается в метрах). От этой характеристики зависит время реакции всей системы. Особенно важна в случае, если предусматривается движение со скоростями более 60 км/ч. Средний диапазон значений 1 - 200 метров.Range. Characterizes the range of distance in which the radar can detect objects (described in meters). The response time of the entire system depends on this characteristic. It is especially important if driving at speeds of more than 60 km/h is envisaged. The average range of values is 1 - 200 meters.

Горизонтальное поле зрения. Характеризует угол (если смотреть на автомобиль сверху-вниз), в котором радар может обнаруживать объекты. Чем больше будет данный угол - тем меньше будет площадь «мертвой зоны».Horizontal field of view. Characterizes the angle (when looking at the car from top to bottom) at which the radar can detect objects. The larger this angle is, the smaller the area of the “dead zone” will be.

Вертикальное поле зрения. Характеризует угол (если смотреть на автомобиль сбоку), в котором радар может обнаруживать объекты. Важная характеристика в случае движения транспортного средства на местности с подъемами и спусками. В этом случае, если угол будет мал, радар не сможет распознать препятствие впереди.Vertical field of view. Characterizes the angle (when looking at the vehicle from the side) at which the radar can detect objects. An important characteristic when the vehicle moves on terrain with ups and downs. In this case, if the angle is small, the radar will not be able to recognize the obstacle ahead.

Разрешение радара. Применяемые в современных автономных транспортных средствах радарные системы с обзором 360° дальнего действия создают детализированную карту окружающей обстановки, независимо от внешних условий (в отличие от ранее применяемых одиночных датчиков). Передовые радарные решения интегрируются в интеллектуальную инфраструктуру, чтобы обеспечить общий канал взаимодействия для подключенных транспортных средств.Radar resolution. The long-range 360° radar systems used in modern autonomous vehicles create a detailed map of the surrounding environment, regardless of external conditions (unlike previously used single sensors). Advanced radar solutions are integrated into intelligent infrastructure to provide a common communication channel for connected vehicles.

Класс защиты (IP). Данная характеристика есть у всех видов электротехнического оборудования. Для радара данная характеристика является одной из ключевых ввиду того, что радар, как правило, устанавливается на фронтальной и задней частях транспортного средства - в большинстве случаев, в области бампера, который так или иначе подвержен попаданию на его поверхность грязи и воды.Protection class (IP). All types of electrical equipment have this characteristic. For a radar, this characteristic is one of the key ones due to the fact that the radar is usually installed on the front and rear parts of the vehicle - in most cases, in the area of the bumper, which is one way or another susceptible to dirt and water getting on its surface.

Определение и отслеживание объектов с использованием “сырых” данных радараIdentifying and tracking objects using raw radar data

Целью настоящего изобретения является разработка способов обработки и комплексирования радарных данных для создания нового инструмента и внедрения в практику автоматизации транспортных средств радаров и радарных данных, которые могут значительно повысить точность и эффективность работы передовых систем автономных систем и систем содействия водителю, в том числе в городской среде.The purpose of the present invention is to develop methods for processing and integrating radar data to create a new tool and implement radar and radar data into vehicle automation practice, which can significantly improve the accuracy and efficiency of advanced autonomous systems and driver assistance systems, including in urban environments .

Основной функцией предложенного устройства и способа является сопровождение наблюдаемых объектов и структуризация обрабатываемых данных для последующей передачи по различным интерфейсам связи. В процессе обработки данных радара вычисляются такие характеристики цели, как: положение и ориентация в пространстве, скорость и классификация объекта.The main function of the proposed device and method is to track observed objects and structure the processed data for subsequent transmission over various communication interfaces. In the process of processing radar data, target characteristics such as position and orientation in space, speed and object classification are calculated.

Работа способа условно делится на две основные части:The operation of the method is divided into two main parts:

1) Кластеризация сигналов - сегментирование “сырых” данных радара, первичное определение объектов (кандидатов в объекты). 1) Clustering of signals - segmentation of “raw” radar data, primary identification of objects (candidate objects).

2) Трекинг - отслеживание объектов.2) Tracking - tracking objects.

На сегодняшний день существует несколько алгоритмических подходов для решения задач множественного отслеживания целей. Ввиду ограничения по вычислительным ресурсам (в разрабатываемой системе предлагается применение микроконтроллеров с одним вычислительным ядром) в качестве способа, задействуемого в рамках предложенного изобретения, выбран подход GNN (глобальная ближайшая ассоциация данных). Основываясь на теории правдоподобия, цель способа GNN состоит в том, чтобы минимизировать общую функцию расстояния, которая учитывает все назначения от отслеживания до обнаружения. Алгоритм GNN является самым простым в использовании. Он имеет низкие вычислительные затраты и может привести к адекватной производительности для отслеживания редко распределенных целей.Today, there are several algorithmic approaches for solving multiple target tracking problems. Due to limitations on computing resources (in the system being developed, the use of microcontrollers with one computing core is proposed), the GNN (global nearest data association) approach was chosen as a method used within the framework of the proposed invention. Based on likelihood theory, the goal of the GNN method is to minimize the overall distance function that takes into account all assignments from tracking to detection. The GNN algorithm is the easiest to use. It has low computational cost and can lead to adequate performance for tracking sparsely distributed targets.

Алгоритм GNN (представлен на Фиг. 3) формально можно представить в виде следующих этапов:The GNN algorithm (shown in Fig. 3) can be formally represented in the following steps:

1. Кластеризация.1. Clustering.

2. Поиск ассоциаций, обновление состояния объекта.2. Search for associations, updating the state of the object.

3. Контроль жизненного цикла объекта.3. Control of the object's life cycle.

Более подробно, предложенный способ содержит следующие этапы.In more detail, the proposed method contains the following steps.

КластеризацияClustering

Проблемы на этапе кластеризации связаны с плотностью отраженных сигналов цели. Визуализация сигналов отражения цели типа грузовой самосвал (Радар Continental ARS-408) представлена на Фиг. 4 (Расстояние до цели - 10 метров, Азимут - 10 град) и Фиг. 5 (Расстояние до цели - 24 метра, Азимут - 0 град). На Фиг. 6 представлена визуализация сигналов отражения цели типа пешеход (Расстояние до цели - 12 метров, Азимут - 30 град). На приведённых изображениях можно видеть, что плотности сигналов отражения от облучаемых радаром объектов неоднородны. В первую очередь, это создаёт сложность при кластеризации. Для решения этой задачи требуется подобрать такой алгоритм кластеризации, который будет одинаково хорошо работать с разными по плотности объектами. Помимо этого, ему нужно обладать хорошим быстродействием и малым потреблением оперативной памяти.Problems at the clustering stage are related to the density of target reflected signals. Visualization of reflection signals from a target such as a dump truck (Continental ARS-408 Radar) is presented in Fig. 4 (Distance to target - 10 meters, Azimuth - 10 degrees) and Fig. 5 (Distance to target - 24 meters, Azimuth - 0 degrees). In FIG. Figure 6 shows a visualization of the reflection signals of a pedestrian type target (Distance to target - 12 meters, Azimuth - 30 degrees). In the above images you can see that the density of reflection signals from objects irradiated by the radar is non-uniform. First of all, this creates complexity during clustering. To solve this problem, it is necessary to select a clustering algorithm that will work equally well with objects of different densities. In addition, it needs to have good performance and low RAM consumption.

Этим требованиям в целом удовлетворяет DBSCAN - алгоритм кластеризации данных, основанной на плотности. Если дан набор точек в некотором пространстве, алгоритм группирует вместе точки, которые тесно расположены, помечая как выбросы точки, которые находятся одиноко в областях с малой плотностью (ближайшие соседи которых лежат далеко). На Фиг. 7 представлено схематичное представление алгоритма DBSCAN.These requirements are generally met by DBSCAN, a density-based data clustering algorithm. Given a set of points in some space, the algorithm groups together points that are closely spaced, labeling as outliers points that are alone in low-density regions (whose nearest neighbors lie far away). In FIG. 7 is a schematic representation of the DBSCAN algorithm.

Однако использование данного алгоритма для решения поставленных задач напрямую невозможно, поэтому в настоящем изобретении предлагается доработать алгоритм заменой константы расстояния (дистанции) объединения со статической на динамическую, а также добавлением крайних точек (выбросов) в состав кластера.However, using this algorithm to solve the problems directly is impossible, therefore, the present invention proposes to modify the algorithm by replacing the distance constant (distance) of the association from static to dynamic, as well as adding extreme points (outliers) to the cluster.

Дистанция до соседней точки определяется значением электромагнитной сигнатуры (RCS). В предложенной реализации значение дистанции имеет линейную зависимость от RCS, а в качестве метрики используется расстояние Евклида. На Фиг. 8 представлен график данной зависимости.The distance to a neighboring point is determined by the value of the electromagnetic signature (RCS). In the proposed implementation, the distance value has a linear dependence on RCS, and the Euclidean distance is used as a metric. In FIG. Figure 8 shows a graph of this dependence.

В предложенном алгоритме динамическая дистанция является параметризированным значением, задаваемым целым числом, устанавливающим максимальное значение дистанции при предварительно заданном максимальном значении RCS.In the proposed algorithm, the dynamic distance is a parameterized value given by an integer that sets the maximum value of the distance at a predefined maximum RCS value.

Радиолокационный разрез (RCS) - это мера того, насколько объект обнаруживается радаром. Поэтому он называется электромагнитной сигнатурой объекта. Более крупный RCS указывает на то, что объект легче обнаружить.Radar cross section (RCS) is a measure of how detectable an object is by radar. Therefore, it is called the electromagnetic signature of the object. A larger RCS indicates that the object is easier to detect.

Объект отражает ограниченное количество энергии радара обратно к источнику. Факторы, которые влияют на это, включают в себя:The object reflects a limited amount of radar energy back to the source. Factors that influence this include:

• материал, из которого сделана цель;• the material from which the target is made;

• размер цели относительно длины волны облучающего радиолокационного сигнала;• target size relative to the wavelength of the irradiating radar signal;

• абсолютный размер цели;• absolute target size;

• угол падения (угол, под которым луч радара попадает в конкретную часть цели, которая зависит от формы цели и ее ориентации относительно источника радара);• angle of incidence (the angle at which the radar beam hits a specific part of the target, which depends on the shape of the target and its orientation relative to the radar source);

• угол отражения (угол, под которым отраженный луч выходит из части облученной цели, зависит от угла падения);• reflection angle (the angle at which the reflected beam exits part of the irradiated target depends on the angle of incidence);

• поляризация переданного и принимаемого излучения по отношению к ориентации цели.• polarization of transmitted and received radiation with respect to the target orientation.

Хотя мощность излучателя и расстояние важны для обнаружения целей, они не являются факторами, влияющими на расчет RCS, поскольку RCS является свойством отражательной способности цели.Although emitter power and distance are important for target detection, they are not factors in the RCS calculation since RCS is a property of the target's reflectivity.

Основной проблемой на этапе кластеризации двумерных данных является сложность выделения тех или иных объектов на фоне зашумленных данных.The main problem at the stage of clustering two-dimensional data is the difficulty of identifying certain objects against the background of noisy data.

На Фиг. 9-10 представлен кластерный режим работы радара (сырые данные) при виде сверху на въезде на кольцо и на выезде с него. Данные получены с использованием радара, закрепленного на передней решетке легкового автомобиля. На расстоянии ~25 метров от ТС находится ещё один легковой автомобиль, следующий за ТС типа самосвал на расстоянии ~30 метров.In FIG. 9-10 shows the cluster mode of operation of the radar (raw data) when viewed from above at the entrance to the ring and at the exit from it. The data was obtained using a radar mounted on the front grill of a passenger car. At a distance of ~25 meters from the vehicle there is another passenger car, following the vehicle like a dump truck at a distance of ~30 meters.

На изображениях видно, что сигналы данных транспортных средств выделяются более яркими точками, но при этом легко просматривается неоднозначность между отражением наблюдаемых ТС, металлических ограждений и прочих посторонних объектов. Соответственно, наличие информации об объекте в виде двумерных координат (x,y) и значения RCS недостаточно для корректной интерпретации данных любыми известными алгоритмами кластеризации, и для решения задачи необходимо наличие в параметрах объекта дополнительных свойств.The images show that the signals of these vehicles are highlighted by brighter dots, but at the same time, the ambiguity between the reflection of the observed vehicles, metal fences and other foreign objects is easily visible. Accordingly, the presence of information about an object in the form of two-dimensional coordinates (x,y) and RCS value is not enough for the correct interpretation of data by any known clustering algorithms, and to solve the problem it is necessary to have additional properties in the object’s parameters.

В качестве такого свойства в настоящем изобретении предлагается использовать радиальную скорость цели.The present invention proposes to use the radial velocity of the target as such a property.

На Фиг. 11-13 показаны результаты эксперимента, на котором к двумерным координатам сигналов в качестве третьего измерения (ось Z) была добавлена радиальная скорость. Как можно видеть, появилась возможность выделить движущиеся ТС.In FIG. 11-13 show the results of an experiment in which radial velocity was added to the two-dimensional coordinates of the signals as a third dimension (Z axis). As you can see, it is now possible to identify moving vehicles.

Радар может работать по принципу FMCW (частотно-модулированного сигнала с незатухающей гармонической волной) и измерять расстояние и скорость (эффект Доплера) в одном цикле измерения. В другом варианте радар для измерения может использовать импульсную модуляцию (PCM). Возможны и другие подходящие методы измерения скорости. Разные принципы измерения дают разную точность. FMCW производит более точные измерения, что выражается в высокой плотности сигналов отражения, чем у радара с PCM.The radar can operate on the FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) principle and measure distance and speed (Doppler effect) in a single measurement cycle. In another embodiment, the radar may use pulse modulation (PCM) for measurement. Other suitable speed measurement methods are possible. Different measurement principles give different accuracy. FMCW produces more accurate measurements resulting in higher reflectivity density than PCM radar.

Расстояние до объекта может быть представлено как по азимуту, так и в декартовой системе. Однако если можно точно определить координаты объекта в пространстве по азимуту и удалению, то относительная скорость сама по себе не показывает направление движения объекта, она лишь говорит о том, насколько быстро цель удаляется или приближается к источнику. Но наличие измерения относительной (радиальной) скорости улучшает процесс кластеризации, помогая лучше сегментировать сигналы, выделяя их по скорости.The distance to an object can be represented both in azimuth and in the Cartesian system. However, if it is possible to accurately determine the coordinates of an object in space by azimuth and distance, then the relative speed itself does not show the direction of movement of the object, it only indicates how quickly the target is moving away or approaching the source. But having a relative (radial) velocity measurement improves the clustering process, helping to better segment signals by speed.

Таким образом, алгоритм DBSCAN оценивает принадлежность сигнала к кластеру уже после сортировки сигналов по относительной скорости.Thus, the DBSCAN algorithm evaluates whether a signal belongs to a cluster after sorting the signals by relative speed.

В результате наблюдений было установлено, что группа сигналов, заведомо принадлежащих к одному объекту, могут иметь небольшую погрешность в радиальной скорости до 1 м/c. Данную особенность предлагается учитывать в алгоритме DBSCAN путем введения соответствующего параметра.As a result of observations, it was found that a group of signals that obviously belong to the same object may have a small error in the radial velocity of up to 1 m/s. It is proposed to take this feature into account in the DBSCAN algorithm by introducing the appropriate parameter.

В предложенном варианте алгоритма расчет центров кластеров происходит за один и тот же цикл, что и обход всех соседей, удовлетворяющих условию поиска (поиск соседей в радиусе исходя из RCS текущего сигнала). Однако если требуется получить такие параметры кластера, как размер и ориентацию в пространстве, необходимо прибегнуть к дополнительным вычислениям, таким как вычисление ковариационной матрицы, и извлечению её собственных чисел и векторов.In the proposed version of the algorithm, the calculation of cluster centers occurs in the same cycle as the traversal of all neighbors that satisfy the search condition (search for neighbors within a radius based on the RCS of the current signal). However, if it is necessary to obtain cluster parameters such as size and spatial orientation, it is necessary to resort to additional calculations, such as calculating the covariance matrix and extracting its eigenvalues and vectors.

Для определения размеров распределения и его ориентации в пространстве используются данные ковариации, представленные в виде матрицы 2x2.Covariance data, represented as a 2x2 matrix, is used to determine the size of the distribution and its spatial orientation.

где на главной диагонали матрицы представлены дисперсии по координатам x и y, а в не главной диагонали - ковариация между x и y по следующей формуле:where the main diagonal of the matrix represents the variances along the x and y coordinates, and the non-main diagonal represents the covariance between x and y according to the following formula:

Собственные векторы и числа данной ковариационной матрицы представляют направление осей и их размеров распределения на плоскости в пределах 1 сигмы, что в дальнейшем рассматривается как длина и ширина объекта. Представление ковариационной матрицы показано на Фиг. 14.The eigenvectors and numbers of a given covariance matrix represent the direction of the axes and their dimensions of the distribution on the plane within 1 sigma, which is further considered as the length and width of the object. A representation of the covariance matrix is shown in Fig. 14.

Поиск ассоциаций, обновление состояния объекта, фильтрацияSearch for associations, update object state, filtering

На данном этапе производится поиск ассоциаций объектов, полученных на стадии кластеризации с отслеживаемыми объектами. Под ассоциацией подразумевается расстояние от объекта до ближайшего соседнего кластера (за метрику расстояний взято расстояние Евклида).At this stage, associations of objects obtained at the clustering stage with the tracked objects are searched. By association we mean the distance from an object to the nearest neighboring cluster (Euclidean distance is taken as the distance metric).

Если такие ассоциации найдены, объекту присваивается новое состояние.If such associations are found, the object is assigned a new state.

Под новым состоянием подразумевается назначение объекту новой позиции с помощью фильтрации текущей позиции ассоциируемого кластера с предыдущей позицией объекта, а также фильтрации его матрицы ковариации геометрических параметров при помощи алгоритма скользящего среднего (Running Average).A new state means assigning a new position to an object by filtering the current position of the associated cluster with the previous position of the object, as well as filtering its covariance matrix of geometric parameters using the Running Average algorithm.

Фильтр Калмана в данной системе позволяет решить следующие задачи: сгладить шумы измерений, объединить данные от различных датчиков, а также оценить те параметры состояния, которые не измеряются напрямую. Это достигается за счёт описания изменения состояния системы в виде математической модели и применения к ней байесовского подхода для параметров с гауссовым распределением шума. Математическая модель основана на предположении о прямолинейном и равномерном движении наблюдаемого объекта, при этом измеряемыми параметрами являются расстояние до объекта и проекция его скорости на радиус-вектор относительно радара. Полученный результат трансформируется из глобальной системы отсчёта в систему координат радара и связывается со скоростью движения транспортного средства. Для применения алгоритма калмановской фильтрации система уравнений линеаризуется с помощью матрицы Якоби. Сама фильтрация заключается в следующем. Сначала выполняется априорная оценка вектора состояния и матрицы ковариации в последующий момент времени на основе существующей математической модели. В отсутствие результатов измерения данный шаг может повторяться многократно, однако это ведёт к росту неопределённости. Для корректировки вектора состояния производится апостериорная оценка, в ходе которой объединяются измерения от радара и датчиков скорости транспортного средства. Степень смешивания данных называется калмановским усилением и определяется величиной ошибки наблюдений и матрицей ковариации. Таким образом, итоговый результат получается из комбинации математического предсказания и результатов измерений с учётом калмановского усиления.The Kalman filter in this system allows you to solve the following problems: smooth out measurement noise, combine data from various sensors, and also estimate those state parameters that are not directly measured. This is achieved by describing changes in the state of the system in the form of a mathematical model and applying the Bayesian approach to it for parameters with a Gaussian noise distribution. The mathematical model is based on the assumption of rectilinear and uniform motion of the observed object, while the measured parameters are the distance to the object and the projection of its speed onto the radius vector relative to the radar. The obtained result is transformed from the global reference system into the radar coordinate system and is associated with the speed of the vehicle. To apply the Kalman filtering algorithm, the system of equations is linearized using the Jacobian matrix. The filtering itself is as follows. First, an a priori estimate of the state vector and covariance matrix is performed at a subsequent point in time based on the existing mathematical model. In the absence of measurement results, this step can be repeated many times, but this leads to increased uncertainty. To adjust the state vector, a posteriori estimation is performed, which combines measurements from the radar and vehicle speed sensors. The degree of mixing of the data is called Kalman gain and is determined by the magnitude of the observational error and the covariance matrix. Thus, the final result is obtained from a combination of mathematical prediction and measurement results taking into account the Kalman gain.

В том случае если отслеживаемому объекту не присвоено ни одной ассоциации, то его новое положение рассчитывается на основе предыдущего. Матрица ковариации геометрических параметров при этом остаётся прежней.If no association is assigned to the tracked object, its new position is calculated based on the previous one. The covariance matrix of geometric parameters remains the same.

Если кластер в ходе проверки не имеет ассоциации ни с одним из отслеживаемых объектов, то он помечается как объект со статусом “кандидата”. Таким образом, выполняется определение нового кандидата в объекты.If during the check the cluster does not have an association with any of the monitored objects, then it is marked as an object with the “candidate” status. Thus, a new candidate object is identified.

Контроль жизненного цикла объектаObject life cycle control

Данный этап осуществляет контроль за созданием и удалением отслеживаемых объектов.This stage controls the creation and deletion of monitored objects.

Все отслеживаемые объекты создаются на основе объектов, имеющих статус кандидата. Критерием перехода кандидата в статус объекта является M - количество подтверждений (обновлений объекта) за N - количество последних обновлений данных.All tracked objects are created from objects that have candidate status. The criterion for a candidate to transition to object status is M - the number of confirmations (object updates) for N - the number of recent data updates.

Удаление треков происходит после D - количества неподтвержденных данных за N - количество последних обновлений данных.Tracks are deleted after D - the number of unconfirmed data for N - the number of last data updates.

Данная логика позволяет отфильтровать нестабильные сигналы, связанные с разного рода переотражениями и шумами, имеющими временный характер.This logic allows you to filter out unstable signals associated with various kinds of reflections and noise that are temporary in nature.

Архитектура системыSystem architecture

Предложенные подходы к обработке радарных данных используются в качестве основы предложенного изобретения для обработки и анализа радарных данных для автономных систем и систем содействия водителю.The proposed radar data processing approaches are used as the basis of the proposed invention for processing and analyzing radar data for autonomous and driver assistance systems.

Предложенное изобретение имеет следующую архитектуру, представленную на Фиг. 15:The proposed invention has the following architecture, shown in Fig. 15:

Модуль получения данных осуществляет сбор «сырых» данных от одного или более радаров. Данные включают в себя данные об отраженных сигналах: координаты цели (облученного объекта, отразившего сигнал) относительно радара, такие как расстояние до цели и азимут, уровень (или плотность) отраженного сигнала, радиальная скорость цели.The data acquisition module collects raw data from one or more radars. The data includes data on reflected signals: the coordinates of the target (the irradiated object that reflected the signal) relative to the radar, such as distance to the target and azimuth, the level (or density) of the reflected signal, the radial speed of the target.

Модуль обработки и анализа данных осуществляет предварительную обработку радарных данных в соответствии с предложенными способами и строит карту окружающей среды с отображением на ней динамических объектов и интерпретирует результаты радарных данных: выполняет кластеризацию, определяет положение, ориентацию в пространстве, скорость и классификацию объектов.The data processing and analysis module carries out preliminary processing of radar data in accordance with the proposed methods and builds a map of the environment with dynamic objects displayed on it and interprets the results of radar data: performs clustering, determines the position, orientation in space, speed and classification of objects.

Модуль передачи данных - осуществляет интеграцию и передачу данных системам типа ADAS. Предварительно модуль агрегирует данные в специальную структуру данных, которая содержит информацию о положении и ориентации в пространстве, скорости и классификации объектов окружающей среды. Передача данных системам содействия водителю может осуществляться через CAN-шину.Data transmission module - integrates and transmits data to ADAS-type systems. Previously, the module aggregates the data into a special data structure, which contains information about the position and orientation in space, speed and classification of environmental objects. Data transmission to driver assistance systems can be carried out via the CAN bus.

Этап кластеризации выполняет алгоритм на основе DBSCAN, претерпевший ряд изменений, одним из которых является изменяемая в зависимости от отражающей способности цели дистанция объединения точек.The clustering stage is performed by an algorithm based on DBSCAN, which has undergone a number of changes, one of which is the point merging distance that changes depending on the reflectivity of the target.

На этапе отслеживания объектов происходит ассоциация наблюдений с отслеживаемыми целями, а также создание и удаления дорожек (треков).At the object tracking stage, observations are associated with tracked targets, as well as tracks are created and deleted.

ПримерExample

Настоящее изобретение протестировано на практике.The present invention has been tested in practice.

Сначала использован вариант без учета радиальной скорости. Применен радар Continental ARS-408 (Режим работы: кластерный, Максимальная дистанция: 250 м, Режим сортировки: по индексу, Пороговое значение RCS: -64дБ). Параметры кластеризации (на основе DBSCAN): Максимальный радиус дистанции объединения: 7м при диапазоне RCS -64дБ до 64дБ, Значение сигмы распределения: 3, Отклонение радиальной скорости: +-1 м/с. Параметры обновления трека: Начальный радиус дистанции поиска ассоциаций: 8м. Параметры контроля жизненного цикла: Количество обновлений, определяющих жизненный цикл трека: 6, Количество неподтвержденных обновлений, после которого происходит удаление трека: 2, Количество подтвержденных обновлений для инициализации трека (переход из состояния “кандидата” в статус “объекта”): 4. Результат работы этого варианта показан на Фиг. 16-17 (вид сверху). Помимо отслеживаемых ТС (помечены красным: маленький - легковой автомобиль, большой - грузовой самосвал), наблюдается множество посторонних объектов в кадре.First, we used the option without taking into account radial velocity. The Continental ARS-408 radar was used (Operating mode: cluster, Maximum distance: 250 m, Sorting mode: by index, RCS threshold value: -64dB). Clustering parameters (based on DBSCAN): Maximum clustering distance radius: 7m with RCS range -64dB to 64dB, Distribution sigma value: 3, Radial velocity deviation: +-1 m/s. Track update parameters: Initial radius of association search distance: 8m. Life cycle control parameters: Number of updates that determine the life cycle of a track: 6, Number of unconfirmed updates after which the track is deleted: 2, Number of confirmed updates to initialize a track (transition from the “candidate” state to the “object” status): 4. Result The operation of this embodiment is shown in Fig. 16-17 (top view). In addition to the tracked vehicles (marked in red: small - a passenger car, large - a dump truck), there are many foreign objects in the frame.

Результат работы варианта при идентичных параметрах, но с фильтрацией по радиальной скорости кластеров (в данном случае игнорируются все статические объекты), показан на Фиг. 18-19 (вид сверху). В кадре остались только ТС, подлежащие отслеживанию.The result of the variant with identical parameters, but with filtering by the radial velocity of clusters (in this case, all static objects are ignored) is shown in Fig. 18-19 (top view). Only the vehicles to be tracked remained in the frame.

Приведенные результаты показывают, что предложенный способ позволяет значительно повысить точность определения положения и ориентации в пространстве, скорости и классификации объекта.The presented results show that the proposed method can significantly improve the accuracy of determining the position and orientation in space, speed and classification of an object.

Беспилотное транспортное средствоUnmanned vehicle

Результаты обработки радарных данных с использованием предложенных способов могут быть использованы для следующих функциональных направлений в системах содействия водителю, в том числе в городской среде:The results of processing radar data using the proposed methods can be used for the following functional areas in driver assistance systems, including in an urban environment:

• Система экстренного торможения (BA).• Brake Assist (BA).

• Система предупреждения фронтального столкновения (FCW).• Forward Collision Warning System (FCW).

• Система автономного экстренного торможения (AEB).• Autonomous Emergency Braking (AEB) system.

• Система помощи при перестроении.• Lane change assistance system.

• Система помощи при парковке.• Parking assistance system.

Кроме того, предложенные способы могут быть использованы в беспилотном транспортном средстве. Беспилотное транспортное средство содержит радар, устройство отслеживания объектов и устройство управления транспортным средством. Устройство отслеживания объектов содержит описанные выше модуль получения данных, модуль обработки и анализа данных и модуль передачи данных.In addition, the proposed methods can be used in an unmanned vehicle. The unmanned vehicle contains a radar, an object tracking device and a vehicle control device. The object tracking device contains the data acquisition module, data processing and analysis module, and data transmission module described above.

Актуальная задача состоит в обеспечении непрерывной и точной работы колонн из автономных транспортных средств, движущихся друг за другом. При этом ведомое транспортное средство должно постоянно контролировать как движение ведущего транспортного средства, так и других объектов на дороге. Отслеживая предложенным способом впереди движущийся объект, которым является ведущее транспортное средство, ведомое транспортное средство может эффективно и точно двигаться вслед за ведущим транспортным средством в широком диапазоне условий окружающей среды, не попадая в коллизии с задвоением, исчезновением и скачками ведущего и другими проблемами, при этом затрачивая минимальные ресурсы на отслеживание и высвобождая их на другие ресурсоемкие вычисления, такие как отслеживание разметки, знаков, светофоров и т.д.The current challenge is to ensure continuous and precise operation of columns of autonomous vehicles moving one after another. In this case, the driven vehicle must constantly monitor both the movement of the leading vehicle and other objects on the road. By tracking a ahead moving object, which is the lead vehicle, in the proposed manner, the follower vehicle can effectively and accurately follow the lead vehicle in a wide range of environmental conditions without encountering collisions with the lead vehicle doubling, disappearing and jumping and other problems, while spending minimal resources on tracking and freeing them up for other resource-intensive calculations, such as tracking markings, signs, traffic lights, etc.

Особенности работы на микроконтроллереFeatures of working on a microcontroller

В одном из вариантов осуществления модуль обработки и анализа данных может быть реализован на базе микроконтроллера.In one embodiment, the data processing and analysis module may be implemented on a microcontroller.

Применение способов обработки данных на микроконтроллерах имеет некоторые особенности, связанные с распределением вычислительных ресурсов между процессами. Задача усложняется с уменьшением требований к вычислителям. Процесс обработки данных на микроконтроллерах можно описать следующим образом.The use of data processing methods on microcontrollers has some features related to the distribution of computing resources between processes. The task becomes more difficult as the requirements for computers decrease. The process of data processing on microcontrollers can be described as follows.

В момент получения данных с радара, на аппаратном уровне микроконтроллера возникает прерывание, после чего происходит переход в функцию обработки, где происходит выполнение кода, связанного с обработкой полученных данных. После выхода из обработчика микроконтроллер передает управление пользовательскому коду.At the moment of receiving data from the radar, an interrupt occurs at the microcontroller hardware level, after which a transition occurs to the processing function, where the code associated with processing the received data is executed. After exiting the handler, the microcontroller transfers control to the user code.

Процесс передачи данных с радара происходит циклически. Радар также перед отправкой может слать пакет со значением передаваемых кластеров (объектов). При наличии возможности установить сортировку передаваемых кластеров по ID, смену цикла можно определять по значению передаваемого ID (если текущее значение меньше предыдущего, то радар перешел к следующему циклу передачи данных).The process of transmitting data from the radar occurs cyclically. Before sending, the radar can also send a packet with the meaning of the transmitted clusters (objects). If it is possible to set the sorting of transmitted clusters by ID, a cycle change can be determined by the value of the transmitted ID (if the current value is less than the previous one, then the radar has moved on to the next data transmission cycle).

Отслеживая таким образом смену циклов, можно отключить на время прерывания, либо игнорировать переход в обработчик (копя сообщения во внутреннем буфере CAN) и передавать управление функциям предложенного способа.By tracking the change of cycles in this way, you can turn off the interruption for the duration, or ignore the transition to the handler (storing messages in the internal CAN buffer) and transfer control to the functions of the proposed method.

При наличии одного вычислительного ядра и ограничениях в размере оперативной памяти (невозможности использовать буферизацию данных) качество работы способа зависит от частоты передачи данных. Чем больше способ будет тратить время на вычисление, тем более разреженные будут данные на входе.If there is one computing core and limitations in the size of RAM (the inability to use data buffering), the quality of the method depends on the frequency of data transfer. The more time a method takes to compute, the more sparse the input data will be.

Настоящее изобретение может эффективно использоваться на базе микроконтроллера, то есть позволяет снизить затраты ресурсов на обработку данных и упростить разрабатываемые устройства, системы и способы для автономного вождения и содействия водителю.The present invention can be effectively used on the basis of a microcontroller, that is, it can reduce the cost of data processing resources and simplify the developed devices, systems and methods for autonomous driving and driver assistance.

Дополнительные особенности реализацииAdditional implementation features

Один или более описанных в настоящем документе блоков или устройств передачи (передатчиков) и один или более блоков или устройств приема (приемников) физически могут быть реализованы в одном и том же блоке или устройстве приемопередачи или в разных блоках или устройствах.One or more transmission blocks or devices described herein (transmitters) and one or more reception blocks or devices (receivers) may be physically implemented in the same block or device or in different blocks or devices.

Устройством или блоком передачи в данном документе для упрощения описания может называться устройство или блок, имеющий функции не только передачи, но и приема данных, информации и/или сигналов. Аналогичным образом, устройство или блок приема может также заключать в себе функции передачи данных, информации и/или сигналов.A transmission device or unit in this document, for the sake of simplicity of description, may be referred to as a device or unit having the functions of not only transmitting, but also receiving data, information and/or signals. Likewise, the receiving device or unit may also include functions for transmitting data, information and/or signals.

Различные иллюстративные блоки и модули, описанные в связи с раскрытием сущности в данном документе, могут реализовываться или выполняться с помощью процессора общего назначения, процессора цифровых сигналов (DSP), специализированной интегральной схемы (ASIC), программируемой пользователем вентильной матрицы (FPGA) или другого программируемого логического устройства (PLD), дискретного логического элемента или транзисторной логики, дискретных аппаратных компонентов либо любой комбинации вышеозначенного, предназначенной для того, чтобы выполнять описанные в данном документе функции. Процессор общего назначения может представлять собой микропроцессор, но в альтернативном варианте, процессор может представлять собой любой традиционный процессор, контроллер, микроконтроллер или конечный автомат. Процессор также может реализовываться как комбинация вычислительных устройств (к примеру, комбинация DSP и микропроцессора, несколько микропроцессоров, один или более микропроцессоров вместе с DSP-ядром либо любая другая подобная конфигурация).The various illustrative blocks and modules described in connection with the disclosure herein may be implemented or executed by a general purpose processor, digital signal processor (DSP), application specific integrated circuit (ASIC), field programmable gate array (FPGA), or other programmable logic device (PLD), discrete logic gate or transistor logic, discrete hardware components, or any combination of the foregoing, designed to perform the functions described herein. The general purpose processor may be a microprocessor, but in the alternative, the processor may be any conventional processor, controller, microcontroller, or state machine. A processor may also be implemented as a combination of computing devices (eg, a combination of a DSP and a microprocessor, multiple microprocessors, one or more microprocessors plus a DSP core, or any other similar configuration).

Некоторые блоки по отдельности или вместе могут представлять собой, например, компьютер, и включать в себя процессор, который сконфигурирован для вызова и выполнения компьютерных программ из памяти для выполнения этапов способа или функций блоков в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Согласно вариантам осуществления, устройство может дополнительно включать в себя память. Процессор может вызывать и выполнять компьютерные программы из памяти для выполнения способа. Память может быть отдельным устройством, независимым от процессора, или может быть интегрирована в процессор. Память может хранить код, инструкции, команды и/или данные для исполнения на наборе из одного или более процессоров описанного устройства. Коды, инструкции, команды могут предписывать процессору выполнять этапы способа или функции устройства.Some of the units, individually or collectively, may constitute, for example, a computer, and include a processor that is configured to call and execute computer programs from memory to perform method steps or functions of the units in accordance with embodiments of the present invention. According to embodiments, the device may further include memory. The processor may call and execute computer programs from memory to perform the method. Memory may be a separate device, independent of the processor, or may be integrated into the processor. The memory may store code, instructions, commands and/or data for execution on a set of one or more processors of the described device. Codes, instructions, or commands may direct a processor to perform steps of a method or device function.

Функции, описанные в данном документе, могут реализовываться в аппаратном обеспечении, программном обеспечении, выполняемом посредством одного или более процессоров, микропрограммном обеспечении или в любой комбинации вышеозначенного. Аппаратные и программные средства, реализующие функции, также могут физически находиться в различных позициях, в том числе согласно такому распределению, что части функций реализуются в различных физических местоположениях, то есть может выполняться распределенная обработка или распределенные вычисления.The functions described herein may be implemented in hardware, software executed by one or more processors, firmware, or any combination thereof. The hardware and software that implement the functions may also be physically located in different locations, including according to a distribution such that portions of the functions are implemented in different physical locations, that is, distributed processing or distributed computing may be performed.

При необходимости (например, в случае если велик объем данных и/или вычислений, которые необходимо выполнить в отношении этих данных), может производиться многопоточная обработка данных, которая в простом представлении может выражаться в том, что все множество подлежащих обработке данных разделяется на набор подмножеств, и каждое ядро процессора выполняет обработку в отношении назначенного для него подмножества данных.If necessary (for example, if the volume of data and/or calculations that need to be performed on this data is large), multi-threaded data processing can be performed, which in a simple representation can be expressed in the fact that the entire set of data to be processed is divided into a set of subsets , and each processor core performs processing on its assigned subset of data.

Вышеупомянутая память может быть энергозависимой или энергонезависимой памятью или может включать в себя как энергозависимую, так и энергонезависимую память. Специалисту в области техники должно быть также понятно, что, когда речь идет о памяти и о хранении данных, программ, кодов, инструкций, команд и т.п., подразумевается наличие машиночитаемого (или компьютерно-читаемого, процессорно-читаемого) запоминающего носителя. Машиночитаемые носители данных включают в себя как некратковременные компьютерные носители хранения данных, так и среду связи, включающую в себя любую передающую среду, которая упрощает перемещение компьютерной программы или ее части из одного места в другое. Некратковременный машиночитаемый запоминающий носитель может представлять собой любой доступный носитель, который может использоваться для того, чтобы переносить или сохранять требуемое средство программного кода в форме инструкций или структур данных, и к которому можно осуществлять доступ посредством компьютера, процессора или иного устройства обработки общего назначения или специального назначения.The above memory may be volatile or non-volatile memory, or may include both volatile and non-volatile memory. One skilled in the art will also understand that when talking about memory and the storage of data, programs, codes, instructions, commands, etc., it is meant to be a machine-readable (or computer-readable, processor-readable) storage medium. Computer readable media includes both non-transitory computer storage media and communication media, which includes any transmission medium that facilitates movement of a computer program or portion thereof from one location to another. A non-transitory computer-readable storage medium may be any available medium that can be used to carry or store desired program code media in the form of instructions or data structures, and that can be accessed by a computer, processor, or other general purpose or special purpose processing device. appointments.

В качестве примера, а не ограничения, машиночитаемые носители могут содержать постоянное запоминающее устройство (ROM), программируемое постоянное запоминающее устройство (PROM), стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (EPROM), электронно-стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (EEPROM), флэш-память, оперативную память (RAM), статическую память с произвольным доступом (SRAM), динамическую память с произвольным доступом (DRAM), синхронную динамическую память с произвольным доступом (SDRAM), синхронную динамическую память с произвольной выборкой с двойной скоростью передачи данных (DDR SDRAM), синхронную динамическую память с произвольной выборкой с повышенной скоростью (ESDRAM), DRAM с синхронной линией связи (SLDRAM) и оперативную память с шиной прямого доступа (DR RAM), регистр, кэш-память, полупроводниковые запоминающие устройства, магнитные носители, такие как внутренние жесткие диски и съемные диски, магнитооптические носители и оптические носители, такие как диски CD-ROM и цифровые универсальные диски (DVD), а также любые другие известные в уровне техники носители данных.By way of example, and not limitation, computer-readable media may include read-only memory (ROM), programmable read-only memory (PROM), erasable programmable read-only memory (EPROM), electronically erasable programmable read-only memory (EEPROM), flash memory , random access memory (RAM), static random access memory (SRAM), dynamic random access memory (DRAM), synchronous dynamic random access memory (SDRAM), double data rate synchronous dynamic random access memory (DDR SDRAM) , Enhanced Speed Synchronous Dynamic Random Access Memory (ESDRAM), Synchronous Line DRAM (SLDRAM) and Direct Access Random Access Memory (DR RAM), register, cache memory, semiconductor memories, magnetic media such as internal hard drives and removable drives, magneto-optical media and optical media such as CD-ROMs and digital versatile disks (DVDs), as well as any other storage media known in the art.

Информация и сигналы, описанные в данном документе, могут представляться с помощью любой из множества различных технологий. Например, данные, инструкции, команды, информация, сигналы, биты, символы и элементарные сигналы, которые могут приводиться в качестве примера в вышеприведенном описании, могут представляться посредством напряжений, токов, электромагнитных волн, магнитных полей или частиц, оптических полей или частиц либо любой комбинации вышеозначенного, если это применимо к настоящему изобретению.The information and signals described herein may be represented using any of a variety of different technologies. For example, the data, instructions, commands, information, signals, bits, symbols and chips that may be exemplified in the above description may be represented by voltages, currents, electromagnetic waves, magnetic fields or particles, optical fields or particles, or any combinations of the above, as applicable to the present invention.

Следует понимать, что хотя в настоящем документе для описания различных блоков, модулей, сетей, элементов, компонентов, областей, слоев и/или секций, могут использоваться такие термины, как "первый", "второй", "третий" и т.п., эти блоки, модули, сети, элементы, компоненты, области, слои и/или секции не должны ограничиваться этими терминами. Эти термины используются только для того, чтобы отличить один блок, модуль, сеть, элемент, компонент, область, слой или секцию от другого блока, модуля, сети, элемента, компонента, области, слоя или секции. Так, первый блок, модуль, сеть, элемент, компонент, область, слой или секция может быть назван вторым блоком, модулем, сетью, элементом, компонентом, областью, слоем или секцией без выхода за рамки объема настоящего изобретения. В настоящем описании термин "и/или" включает любые и все комбинации из одной или более из соответствующих перечисленных позиций. Элементы, упомянутые в единственном числе, не исключают множественности элементов, если отдельно не указано иное.It should be understood that while terms such as “first,” “second,” “third,” and the like may be used herein to describe various blocks, modules, networks, elements, components, regions, layers, and/or sections. ., these blocks, modules, networks, elements, components, areas, layers and/or sections should not be limited to these terms. These terms are used only to distinguish one block, module, network, element, component, area, layer or section from another block, module, network, element, component, area, layer or section. Thus, a first block, module, network, element, component, region, layer or section may be referred to as a second block, module, network, element, component, region, layer or section without departing from the scope of the present invention. As used herein, the term “and/or” includes any and all combinations of one or more of the respective items listed. Elements referred to in the singular do not exclude the plurality of elements unless specifically stated otherwise.

Функциональность элемента, указанного в описании или формуле изобретения как единый элемент, может быть реализована на практике посредством нескольких компонентов устройства, и наоборот, функциональность элементов, указанных в описании или формуле изобретения как несколько отдельных элементов, может быть реализована на практике посредством единого компонента.The functionality of an element specified in the description or claims as a single element may be implemented in practice by means of several components of the device, and conversely, the functionality of elements specified in the description or claims as several separate elements may be realized in practice by means of a single component.

Несмотря на то, что примерные варианты осуществления были подробно описаны и показаны на сопроводительных чертежах, следует понимать, что такие варианты осуществления являются лишь иллюстративными и не предназначены ограничивать настоящее изобретение, и что данное изобретение не должно ограничиваться конкретными показанными и описанными компоновками и конструкциями, поскольку специалисту в данной области техники на основе информации, изложенной в описании, и знаний уровня техники могут быть очевидны различные другие модификации и варианты осуществления изобретения, не выходящие за пределы сущности и объема данного изобретения.Although exemplary embodiments have been described in detail and shown in the accompanying drawings, it is to be understood that such embodiments are merely illustrative and are not intended to limit the present invention, and that the invention should not be limited to the specific arrangements and structures shown and described, since Various other modifications and embodiments of the invention may be apparent to one skilled in the art based on the information set forth in the specification and knowledge of the prior art without departing from the spirit and scope of the present invention.

Claims (12)

1. Устройство для отслеживания объектов, содержащее:1. An object tracking device containing: модуль получения данных, выполненный с возможностью получения данных от одного или более радаров, установленных на транспортном средстве, причем получаемые данные включают в себя координаты цели, уровень отраженного сигнала и радиальную скорость цели, целью для радара является облученный объект, отразивший сигнал; иa data acquisition module configured to receive data from one or more radars mounted on the vehicle, the acquired data including target coordinates, reflected signal strength, and target radial velocity, the target for the radar being the irradiated object that reflected the signal; And модуль обработки и анализа данных, выполненный с возможностью кластеризации полученных данных и отслеживания перемещения объекта путем назначения объекту новой позиции, если кластер, полученный в результате кластеризации, имеет ассоциацию с данным отслеживаемым объектом, при этом каждая цель в полученных данных рассматривается как точка в пространстве согласно ее координатам, при этом кластеризация содержит объединение в кластеры точек, которые находятся друг от друга в пределах расстояния объединения и имеют радиальную скорость, отклонение которой между точками не превышает предварительно заданный порог в 1 м/с, при этом расстояние объединения данной точки с другими точками зависит от уровня отраженного сигнала этой точки, при этом новая позиция назначается объекту с помощью фильтрации текущей позиции ассоциируемого кластера с предыдущей позицией объекта, а также фильтрации его матрицы ковариации геометрических параметров при помощи алгоритма скользящего среднего,a data processing and analysis module configured to cluster the received data and track the movement of an object by assigning a new position to the object, if the cluster obtained as a result of clustering has an association with this tracked object, while each target in the received data is considered as a point in space according to its coordinates, while clustering involves combining into clusters points that are located from each other within the merging distance and have a radial speed, the deviation of which between points does not exceed a predetermined threshold of 1 m/s, while the merging distance of this point with other points depends on the level of the reflected signal of this point, while a new position is assigned to the object by filtering the current position of the associated cluster with the previous position of the object, as well as filtering its covariance matrix of geometric parameters using the moving average algorithm, при этом осуществляется калмановская фильтрация для измерений, а также применяется математическая модель, которая основана на предположении о прямолинейном и равномерном движении наблюдаемого объекта, при этом измеряемыми координатами цели являются расстояние до объекта и проекция его скорости на радиус-вектор относительно радара.in this case, Kalman filtering is carried out for measurements, and a mathematical model is also used, which is based on the assumption of rectilinear and uniform motion of the observed object, while the measured coordinates of the target are the distance to the object and the projection of its speed onto the radius vector relative to the radar. 2. Устройство по п. 1, в котором кластеризация основана на методе DBSCAN.2. The device according to claim 1, in which clustering is based on the DBSCAN method. 3. Устройство по п. 1, в котором алгоритм фильтрации заключается в следующем: сначала выполняется априорная оценка вектора состояния и матрицы ковариации в последующий момент времени на основе существующей математической модели, для корректировки вектора состояния производится апостериорная оценка, в ходе которой объединяются измерения от радара и датчиков скорости транспортного средства, степень смешивания определяется величиной ошибки наблюдений и матрицей ковариации, в результате чего итоговый результат получается из комбинации математического предсказания и результатов измерений с учетом калмановского усиления.3. The device according to claim 1, in which the filtering algorithm is as follows: first, an a priori estimate of the state vector and the covariance matrix is performed at a subsequent point in time based on the existing mathematical model; to adjust the state vector, an a posteriori estimate is performed, during which measurements from the radar are combined and vehicle speed sensors, the degree of mixing is determined by the magnitude of the observational error and the covariance matrix, resulting in the final result obtained from a combination of mathematical prediction and measurement results taking into account the Kalman gain. 4. Способ отслеживания объектов, содержащий этапы, на которых:4. A method for tracking objects, containing stages in which: получают данные от одного или более радаров, установленных на транспортном средстве, причем получаемые данные включают в себя координаты цели, уровень отраженного сигнала и радиальную скорость цели, целью для радара является облученный объект, отразивший сигнал;receiving data from one or more radars mounted on the vehicle, the received data including the coordinates of the target, the level of the reflected signal and the radial speed of the target, the target for the radar being the irradiated object that reflected the signal; выполняют кластеризацию полученных данных на основе метода DBSCAN, при этом каждая цель в полученных данных рассматривается как точка в пространстве согласно ее координатам, при этом кластеризация содержит объединение в кластеры точек, которые находятся друг от друга в пределах расстояния объединения и имеют радиальную скорость, отклонение которой между точками не превышает предварительно заданный порог в 1 м/с, при этом расстояние объединения данной точки с другими точками зависит от уровня отраженного сигнала этой точки; иperform clustering of the received data based on the DBSCAN method, while each target in the received data is considered as a point in space according to its coordinates, while the clustering contains clustering of points that are located from each other within the merging distance and have a radial speed, the deviation of which between points does not exceed a preset threshold of 1 m/s, while the distance of combining a given point with other points depends on the level of the reflected signal of this point; And отслеживают перемещение объекта путем назначения объекту новой позиции, если кластер, полученный в результате кластеризации, имеет ассоциацию с данным отслеживаемым объектом, при этом новая позиция назначается объекту с помощью фильтрации текущей позиции ассоциируемого кластера с предыдущей позицией объекта, а также фильтрации его матрицы ковариации геометрических параметров при помощи алгоритма скользящего среднего,track the movement of an object by assigning a new position to the object if the cluster obtained as a result of clustering has an association with this tracked object, while the new position is assigned to the object by filtering the current position of the associated cluster with the previous position of the object, as well as filtering its covariance matrix of geometric parameters using the moving average algorithm, при этом осуществляется калмановская фильтрация для измерений, а также применяется математическая модель, которая основана на предположении о прямолинейном и равномерном движении наблюдаемого объекта, при этом измеряемыми координатами цели являются расстояние до объекта и проекция его скорости на радиус-вектор относительно радара.in this case, Kalman filtering is carried out for measurements, and a mathematical model is also used, which is based on the assumption of rectilinear and uniform motion of the observed object, while the measured coordinates of the target are the distance to the object and the projection of its speed onto the radius vector relative to the radar. 5. Способ по п. 4, в котором алгоритм фильтрации заключается в следующем: сначала выполняется априорная оценка вектора состояния и матрицы ковариации в последующий момент времени на основе существующей математической модели, для корректировки вектора состояния производится апостериорная оценка, в ходе которой объединяются измерения от радара и датчиков скорости транспортного средства, степень смешивания определяется величиной ошибки наблюдений и матрицей ковариации, в результате чего итоговый результат получается из комбинации математического предсказания и результатов измерений с учетом калмановского усиления.5. The method according to claim 4, in which the filtering algorithm is as follows: first, an a priori estimate of the state vector and the covariance matrix is performed at a subsequent point in time based on the existing mathematical model; to adjust the state vector, an a posteriori estimate is performed, during which measurements from the radar are combined and vehicle speed sensors, the degree of mixing is determined by the magnitude of the observational error and the covariance matrix, resulting in the final result obtained from a combination of mathematical prediction and measurement results taking into account the Kalman gain.
RU2022135491A 2022-12-31 Device and method for tracking objects RU2814813C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2814813C1 true RU2814813C1 (en) 2024-03-05

Family

ID=

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180203447A1 (en) * 2017-01-18 2018-07-19 Ford Global Technologies, Llc Object tracking by unsupervised learning
RU2767831C1 (en) * 2021-03-26 2022-03-22 Общество с ограниченной ответственностью "Яндекс Беспилотные Технологии" Methods and electronic devices for detecting objects in the environment of an unmanned vehicle
RU2779522C1 (en) * 2019-08-28 2022-09-08 Ниссан Мотор Ко., Лтд. Object recognition method and object recognition device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180203447A1 (en) * 2017-01-18 2018-07-19 Ford Global Technologies, Llc Object tracking by unsupervised learning
RU2779522C1 (en) * 2019-08-28 2022-09-08 Ниссан Мотор Ко., Лтд. Object recognition method and object recognition device
RU2767831C1 (en) * 2021-03-26 2022-03-22 Общество с ограниченной ответственностью "Яндекс Беспилотные Технологии" Methods and electronic devices for detecting objects in the environment of an unmanned vehicle
RU2782662C1 (en) * 2021-12-22 2022-10-31 Общество с ограниченной ответственностью "Интеграция новых технологий" Data processing method and vision system for a robotic device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9983591B2 (en) Autonomous driving at intersections based on perception data
CN108263279B (en) Sensor integration based pedestrian detection and pedestrian collision avoidance apparatus and method
US10800455B2 (en) Vehicle turn signal detection
US10053067B2 (en) Vehicle safety assist system
US9731729B2 (en) Vehicle, vehicle system and method for increasing safety and/or comfort during autonomous driving
US8812226B2 (en) Multiobject fusion module for collision preparation system
US11195033B2 (en) Multi-modal, multi-technique vehicle signal detection
GB2545321A (en) Predicting vehicle movements based on driver body language
US10067897B1 (en) System and method for determining the positions of side collision avoidance sensors on a vehicle
US11618502B2 (en) On-road localization methodologies and equipment utilizing road surface characteristics
US11897458B2 (en) Collision avoidance apparatus for vehicle
US20220128995A1 (en) Velocity estimation and object tracking for autonomous vehicle applications
US20230311864A1 (en) Drive assist apparatus for vehicle and drive assist system for vehicle
CN115704898A (en) Correlation of camera images and radar data in autonomous vehicle applications
US20230022820A1 (en) Driving assistance device for vehicle
Chen et al. Safe technology with a novel rear collision avoidance system of vehicles
RU2814813C1 (en) Device and method for tracking objects
RU2809334C1 (en) Unmanned vehicle and method for controlling its motion
RU2806452C1 (en) Device and method for identifying objects
US11718293B2 (en) Driver assistance apparatus
Enayati et al. A novel triple radar arrangement for level 2 ADAS detection system in autonomous vehicles
US11854269B2 (en) Autonomous vehicle sensor security, authentication and safety
US20230046274A1 (en) Identification of spurious radar detections in autonomous vehicle applications
US20240034315A1 (en) Vehicle traveling control apparatus
US20230090300A1 (en) Driving assist apparatus for vehicle