使用粒子群优化的用于汽车雷达的稀疏阵列设计制造技术

公开了一种用于设计用于汽车雷达的稀疏阵列的方法。方法将多个天线元件中的每一个从初始随机种子放置开始移动到候选相邻网格位置，以迭代地搜索对成本函数进行改进的天线元件的放置。可以根据与候选放置相关联的FFT响应的特性确定用于每个候选放置的成本函数。方法可以基于随机种子放置在多个候选放置中搜索具有最小成本函数的候选放置。可以针对大量随机种子放置重复搜索，以找到与每个随机种子放置对应的具有最小成本函数的候选放置。方法可以比较与多个随机种子放置对应的最小成本函数以确定具有最小成本函数的优化的放置。

【技术实现步骤摘要】
使用粒子群优化的用于汽车雷达的稀疏阵列设计
本公开的实施例一般涉及操作自主车辆。更具体地，本公开的实施例涉及用于自主驾驶车辆(ADV)的雷达的设计。
技术介绍
以自主模式(例如，无人驾驶)操作的车辆可以减轻乘坐者，尤其是驾驶员的一些驾驶相关责任。当以自主模式操作时，车辆可以使用车载传感器导航到各种位置，从而允许车辆以最小的人机交互或者在没有任何乘客的一些情况下行进。运动规划和控制是自主驾驶中的关键操作。运动规划和控制操作的准确性和效率很大程度上取决于车辆的传感器。诸如相机、光检测和测距(LIDAR)单元、雷达等的传感器用于捕获车辆周围环境的视频和电磁图像用于运动规划和控制。例如，汽车雷达发送电磁波并接收来自道路上的目标的反向散射能量。包括来自反射的电磁场的能量的接收到的雷达数据，称为雷达原始数据，可以使用快速傅立叶变换(FFT)处理以提取目标的距离、多普勒速度和角度信息。雷达可以包括发射天线元件的阵列或接收天线元件的阵列。从天线元件之间的累积线性间隔确定的天线元件的阵列的大小，称为阵列孔径，与天线波束的波束宽度成反比。阵列孔径越大，波束宽度越小，并且用于辨别目标的天线波束的角分辨率越精细。传统的均匀阵列具有均匀间隔的天线元件。因此，增大传统的均匀阵列的阵列孔径可能需要增加天线元件的数量，这不利地增加了阵列的功率、复杂性和成本。可替换地，包括非均匀间隔的天线元件的天线，称为稀疏阵列，可以用于汽车雷达，作为增大阵列孔径并因此实现更好的角分辨率而不伴随地增加天线元件的数量的方式。现有的用于设计稀疏阵列的方法包括用于设计最小孔阵列和最小冗余阵列的方法。然而，这些设计方法具有局限性。例如，这些设计方法不支持多输入多输出(MIMO)阵列的设计。MIMO阵列，除了接收天线元件的阵列之外还包括发射天线元件的阵列，对于汽车应用变得普遍。期望有一种设计方法以设计适用于MIMO阵列以及用于汽车雷达的传统的稀疏阵列的任何大小的稀疏阵列。
技术实现思路
本公开的第一方面实施例提供了一种用于设计包括多个天线元件的稀疏阵列雷达的计算机实现的方法，所述方法包括：针对天线元件的多个随机种子放置中的每一个，确定相应的初始成本函数；从多个随机种子放置中的每一个生成天线元件的多个候选放置；针对多个候选放置中的每一个候选放置，确定相应的成本函数；针对多个随机种子放置中的每一个，如果从由相应的随机种子放置生成的候选放置中选择的局部最优放置具有比相应的随机种子放置的初始成本函数更小的成本函数，将其随机种子放置迭代地更新为局部最优放置；以及从多个局部最优放置和不具有对应的局部最优放置的多个随机种子放置中的任一个中选择具有最小成本函数的最终候选放置。本公开的第二方面实施例提供了一种非暂时性机器可读介质，具有指令存储在其中，所述指令在由处理器执行时使得处理器执行如本公开的第一方面实施例提供的方法。本公开的第三方面实施例提供了一种数据处理系统，包括：处理器；连接到所述处理器以存储指令的存储器，所述指令在由所述处理器执行时导致所述处理器执行如本公开的第一方面实施例提供的方法。附图说明本公开的实施例通过示例的方式示出并且不限于附图中的图，在附图中相同的附图标记表示相似的元件。图1是示出根据一个实施例的联网系统的框图。图2是示出根据一个实施例的自主车辆的示例的框图。图3A-3B是示出根据一些实施例的由自主车辆使用的感知和规划系统的示例的框图。图4是示出根据一个实施例的自主驾驶系统的架构的框图。图5是示出根据一个实施例的用于传统的稀疏阵列的设计方法中的天线元件的初始随机种子放置和天线元件中的一些可以被移动到的相邻网格位置的图。图6A是示出根据一个实施例的用于MIMO阵列的设计方法中的Tx天线元件和Rx天线元件的初始种子放置以及天线元件的每一个可以被移动到的相邻网格位置的图。图6B是根据一个实施例的图6A的MIMO阵列的虚拟阵列，示出当图6A的物理MIMO阵列的元件移动到它们的相邻网格位置时虚拟元件的初始种子放置和虚拟元件的最终移动。图7是根据一个实施例的设计方法中的用于确定成本函数的针对样本MIMO阵列的天线元件的一个放置的作为方位角的函数的样本FFT响应。图8是示出根据一个实施例的使用粒子群优化方法设计稀疏阵列的方法的流程图。具体实施方式将参考以下讨论的细节描述本公开的各个实施例和方面，并且附图将示出各个实施例。以下描述和附图是本公开的说明并且不应被解释为限制本公开。描述了许多具体细节以提供对本公开的各种实施例的全面理解。然而，在某些情况下，为了提供对本公开的实施例的简要讨论，没有描述公知或常规的细节。说明书中对“一个实施例”或“实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性可包括在本公开的至少一个实施例中。在说明书中的各个地方出现的短语“在一个实施例中”不一定都指同一实施例。根据一些实施例，公开了一种用于设计具有指定阵列孔径和指定数量的天线元件的用于汽车雷达的稀疏阵列的方法。描述为粒子群优化方法的方法将多个天线元件中的每一个从初始随机种子放置开始移动到候选邻近网格位置的范围，以迭代地搜索在成本函数上改进的天线元件的放置。用于阵列的天线元件每个候选放置的成本函数可以从与候选放置相关联的FFT响应的特性确定。方法可以基于随机种子放置在多个候选放置中间搜索具有最低成本函数的候选放置。可以针对大量随机种子放置重复搜索以找到具有与多个随机种子放置的每一个对应的最低成本函数的候选放置。方法可以比较与多个随机种子放置对应的最低成本函数以确定具有最小成本函数的优化的放置。随机种子的数量可以是天线孔径的网格间隔、天线元件的数量和运行搜索的计算机的计算能力的函数。粒子群优化方法有效地搜索可能的阵列放置的空间以找到多个局部最优放置，并且从多个局部最优放置中找到全局最优放置。方法可以用于有效地设计MIMO阵列以及用于汽车雷达的任意阵列孔径和天线元件数量的传统的稀疏阵列。在一个实施例中，公开了一种用于设计包括多个天线元件的稀疏阵列雷达的计算机实现的方法。方法包括生成天线元件的多个随机种子放置。方法还包括为多个随机种子放置中的每一个确定相应初始成本函数。方法进一步包括从多个随机种子放置的每一个生成天线元件的多个候选放置。方法进一步包括为从多个随机种子放置中的每一个生成的多个候选放置中的每一个确定相应成本函数。方法进一步迭代地将多个随机种子放置中的每一个更新为相应局部最优放置。如果局部最优放置具有比随机种子放置的初始成本函数低的成本函数，则从由随机种子放置生成的多个候选放置中选择用于随机种子放置的局部最优放置。方法进一步包括从多个局部最优放置和不具有对应的局部最优放置的多个随机种子放置中的任一个中选择具有最小成本函数的最终放置。图1是示出根据本公开的一个实施例的自主车辆网络配置的框图。参考图1，网络配置100包括自主车辆101，自主车辆101可以通过网络102通信地连接到一个或多个服务器103-104。尽管示出一个自主车辆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于设计包括多个天线元件的稀疏阵列雷达的计算机实现的方法，所述方法包括：/n针对天线元件的多个随机种子放置中的每一个，确定相应的初始成本函数；/n从多个随机种子放置中的每一个生成天线元件的多个候选放置；/n针对多个候选放置中的每一个候选放置，确定相应的成本函数；/n针对多个随机种子放置中的每一个，如果从由相应的随机种子放置生成的候选放置中选择的局部最优放置具有比相应的随机种子放置的初始成本函数更小的成本函数，将其随机种子放置迭代地更新为局部最优放置；以及/n从多个局部最优放置和不具有对应的局部最优放置的多个随机种子放置中的任一个中选择具有最小成本函数的最终候选放置。/n

【技术特征摘要】
20190806 US 16/533,2681.一种用于设计包括多个天线元件的稀疏阵列雷达的计算机实现的方法，所述方法包括：
针对天线元件的多个随机种子放置中的每一个，确定相应的初始成本函数；
从多个随机种子放置中的每一个生成天线元件的多个候选放置；
针对多个候选放置中的每一个候选放置，确定相应的成本函数；
针对多个随机种子放置中的每一个，如果从由相应的随机种子放置生成的候选放置中选择的局部最优放置具有比相应的随机种子放置的初始成本函数更小的成本函数，将其随机种子放置迭代地更新为局部最优放置；以及
从多个局部最优放置和不具有对应的局部最优放置的多个随机种子放置中的任一个中选择具有最小成本函数的最终候选放置。


2.根据权利要求1所述的方法，还包括确定稀疏阵列雷达的阵列孔径，其中阵列孔径确定稀疏阵列雷达的两个最外天线元件的放置。


3.根据权利要求1所述的方法，其中针对多个随机种子放置中的每一个确定相应的初始成本函数包括：
针对多个随机种子放置中的每一个，确定快速傅里叶变换FFT响应；以及
基于FFT响应的主瓣波束宽度和一个或多个旁瓣的功率电平，确定相应的初始成本函数。


4.根据权利要求1所述的方法，其中针对多个候选放置中的每一个确定相应的成本函数包括：
针对多个候选放置中的每一个，确定候选FFT响应；以及
基于候选FFT响应的主瓣波束宽度和一个或多个旁瓣的功率电平，确定相应的成本函数。


5.根据权利要求1所述的方法，其中从多个随机种子放置中的每一个生成天线元件的多个候选放置包括：
针对多个随机种子放置中的每一个，将天线元件中的一个或多个移动到多个相邻位置，同时将剩余的天线元件保持在原来位置；以及
选择一个或多个天线元件的多个组合用于移动，以生成天线元件的多个候选...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷蕾，黄岱，
申请(专利权)人：百度美国有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US