用于自主车辆的具有选择性扫描模式的波束操控雷达制造技术

本文公开了与用于自主车辆中的波束操控雷达有关的示例。波束操控雷达具有雷达模块，该雷达模块具有至少一个波束操控天线、收发器和控制器，该控制器可使得收发器利用至少一个波束操控天线以第一射频(RF)信号中的第一啁啾斜率执行第一视野(FoV)的第一扫描，并且以第二RF信号中的第二啁啾斜率执行第二FoV的第二扫描。雷达模块还具有感知模块，其具有经机器学习训练的分类器，该分类器可基于第一RF信号中的第一啁啾斜率检测自主车辆的路径和周围环境中的物体，并且基于第二RF信号中的第二啁啾斜率对物体进行分类。啁啾斜率对物体进行分类。啁啾斜率对物体进行分类。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于自主车辆的具有选择性扫描模式的波束操控雷达
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2019年7月2日递交的标题为“BEAM STEERING RADAR WITH A SELECTIVE SCANNING MODE FOR USE IN AUTONOMOUS VEHICLES”的美国临时申请62/869,913号的优先权，该美国申请被通过引用完全并入在此。

技术介绍

[0003]自主驾驶正在迅速从科幻小说的领域转变成为可实现的现实。市场上已经有了高级驾驶员辅助系统(Advanced
‑
Driver Assistance Systems，“ADAS”)，这些系统针对安全性和更好的驾驶而自动化、调适和加强车辆。下一步将是车辆越来越多地承担对驾驶功能的控制，例如操控、加速、制动和监视周围环境和驾驶条件，以响应事件，例如在需要时改变车道或速度，以避开交通、穿越的行人、动物，等等。对物体和图像检测的要求很关键，并且规定了捕捉数据、处理数据并且将其转化为动作所要求的时间。所有这一切，同时确保准确性、一致性和成本优化。
[0004]使其发挥作用的一个方面是在周围环境中检测和分类物体的能力，其水平与人类相同或者可能甚至更好。人类善于用一种极为复杂的人类视觉系统来识别和感知其周围的世界，该系统基本上有两个主要功能部分：眼睛和大脑。在自动驾驶技术中，眼睛可包括多个传感器的组合，例如相机、雷达和激光雷达，而大脑可涉及多个人工智能、机器学习和深度学习系统。目标是对于动态的、快速移动的环境具有实时的充分理解，并且具有类似人类的智能来响应于环境的变化而采取行动。
附图说明
[0005]联系以下结合附图来理解的详细描述，可以更充分地理解本申请，附图不是按比例绘制的，其中相似的附图标记始终指代相似的部分，附图中：
[0006]图1图示了一种示例环境，其中自主车辆中的具有选择性扫描模式的波束操控雷达被用于检测和识别物体；
[0007]图2是根据各种示例的自主车辆的自主驾驶系统的示意图；
[0008]图3是根据各种示例的如图2中所示的波束操控雷达系统的示意图；
[0009]图4图示了一种示例环境，其中如图3中实现的波束操控雷达在选择性扫描模式中操作；
[0010]图5根据各种示例更详细图示了图3的接收和防护天线的天线元件；
[0011]图6更详细图示了示例雷达信号及其关联的扫描参数；
[0012]图7是根据各种示例用于在可调整长程模式中操作波束操控雷达的示例过程的流程图；并且
[0013]图8是根据各种示例图示了由如图3中实现的波束操控雷达发射的示例雷达波束。
具体实施方式
[0014]公开了用于自主车辆中的具有选择性扫描模式的波束操控雷达(beam steering radar)。波束操控雷达包含至少一个波束操控天线，该天线被动态控制，以例如改变其电气或电磁配置以实现波束操控。波束操控天线生成狭窄的定向波束，该波束可以被操控到视野(field
‑
of
‑
view，“FoV”)上的任何角度(即，从0
°
到360
°
)以检测物体。在各种示例中，波束操控雷达在选择性扫描模式中操作，以扫描感兴趣的区域。波束操控雷达可以操控到期望的角度，然后围绕该角度进行扫描，以检测感兴趣区域中的物体，而不浪费任何处理或扫描周期来照亮没有有效物体的区域。动态控制是通过处理引擎实现的，这些引擎在识别到车辆的FoV中的物体时，通知波束操控雷达将其波束操控向何处，并且通过调整其雷达扫描参数来聚焦于感兴趣的区域和物体。感兴趣的物体可包括车辆的FoV中的结构元素，例如道路、墙壁、建筑物和道路中央分隔带，以及其他车辆、行人、旁观者、骑自行车者、植物、树木、动物，等等。
[0015]以下记载的详细描述打算作为对本技术的各种配置的描述，而并不打算表示可用来实现本技术的唯一配置。附图被并入在此并且构成详细描述的一部分。详细描述包括用于提供对本技术的透彻理解的具体细节。然而，本技术并不限于本文记载的具体细节，并且可利用一个或多个实现方式来实现。在一个或多个场合中，以框图形式示出结构和组件以避免模糊本技术的构思。在其他场合中，可能没有详细描述公知的方法和结构，以避免不必要地模糊对示例的描述。另外，示例可以被相互组合地使用。
[0016]图1图示了一种示例环境，其中自主车辆中的具有选择性扫描模式的波束操控雷达被用于检测和识别物体。自我车辆100是自主车辆，具有波束操控雷达系统106，用于发射雷达信号以扫描FoV或特定区域。如下文更详细描述的，雷达信号是根据一组扫描参数被发射的，这些参数可以被调整以导致多个发射波束118。扫描参数可包括——除其他外——定义FoV的扫描区域的总角度、每个增量发射波束的波束宽度或扫描角度、雷达信号中的啁啾(chirp)数目、啁啾时间、啁啾片段时间、啁啾斜率，等等。整个FoV或者它的一部分可以由这种发射波束118的汇编来扫描，这些发射波束可以在连续相邻的扫描位置或者按特定或随机的顺序。注意，术语FoV在此是用于提及雷达发射的，而并不意味着具有无阻挡视野的光学FoV。扫描参数也可以指示出这些增量发射光束之间的时间间隔，以及全部或部分扫描的开始和停止角度位置。
[0017]在各种示例中，自我车辆100也可具有其他感知传感器，例如相机102和激光雷达104。这些感知传感器对自我车辆100而言不是必需的，但在增强波束操控雷达106的物体检测能力方面可能是有用的。相机传感器102可被用于检测可见物体和条件，并且辅助执行各种功能。激光雷达传感器104也可被用于检测物体，并且提供此信息以调整对车辆的控制。此信息可包括诸如以下信息：公路上的拥堵情况、道路条件、以及会影响车辆的传感器、动作或操作的其他条件。相机传感器当前被用于高级驾驶员辅助系统(“ADAS”)中，以辅助驾驶员实现诸如停车之类的驾驶功能(例如，在后视相机中)。相机可以在很高的细节水平上捕捉纹理、颜色和对比度信息，但与人眼类似，它们容易受到恶劣天气条件和照明变化的影响。相机102可能有很高的分辨率，但不能分辨50米以外的物体。
[0018]激光雷达传感器通常通过计算光脉冲行进到物体并且返回到传感器所花费的时间来测量与物体的距离。当被放置在车辆顶部时，激光雷达传感器可以提供周围环境的
360
°
3D视图。其他方法可以在车辆周围的不同位置使用几个激光雷达，以提供完整的360
°
视图。然而，例如激光雷达104这样的激光雷达传感器仍然昂贵得令人望而却步、尺寸庞大、对天气条件敏感、而且限于短程(通常<150
‑
200米)。另一方面，雷达已经在车辆中被使用了多年，并且在全天气条件中操作。雷达也比其他类型的传感器使用少得多的处理，并且具有检测障碍物后面的物体和确定移动物体的速度的优势。说到分辨率，激光雷达的激光束被聚焦在小区域上，比RF信号的波长小，并且可以实现约本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于自主车辆中的波束操控雷达，包括：雷达模块，其包括：至少一个波束操控天线；收发器；以及控制器，被配置为使得所述收发器利用所述至少一个波束操控天线以第一射频(RF)信号中的第一啁啾斜率执行第一视野(FoV)的第一扫描，并且以第二RF信号中的与所述第一啁啾斜率不同的第二啁啾斜率执行与所述第一FoV不同的第二FoV的第二扫描；以及感知模块，其包括经机器学习训练的分类器，该分类器被配置为基于所述第一RF信号中的所述第一啁啾斜率检测所述自主车辆的路径和周围环境中的一个或多个物体，并且基于所述第二RF信号中的所述第二啁啾斜率对所述一个或多个物体进行分类，其中，所述感知模块被配置为将物体数据和雷达控制信息发送到所述雷达模块。2.如权利要求1所述的波束操控雷达，其中，所述控制器还被配置为：从所述物体数据确定所述一个或多个物体的范围分辨率，其中所述范围分辨率与啁啾的有效带宽成反比，并且从所述物体数据确定所述一个或多个物体的最大速度，其中所述最大速度与啁啾的啁啾时间成反比。3.如权利要求1所述的波束操控雷达，其中，所述第二啁啾斜率大于所述第一啁啾斜率。4.如权利要求3所述的波束操控雷达，其中，所述控制器还被配置为从所述物体数据获得与所述第一RF信号中的所述第一啁啾斜率相对应的所述一个或多个物体的第一范围分辨率，并且从所述物体数据获得与所述第二RF信号中的所述第二啁啾斜率相对应的所述一个或多个物体的小于所述第一范围分辨率的第二范围分辨率。5.如权利要求3所述的波束操控雷达，其中，所述控制器还被配置为从所述物体数据确定与所述第一RF信号中的所述第一啁啾斜率相对应的所述一个或多个物体的第一最大速度，并且从所述物体数据确定与所述第二RF信号中的所述第二啁啾斜率相对应的所述一个或多个物体的小于所述第一最大速度的第二最大速度。6.如权利要求1所述的波束操控雷达，其中，所述控制器还被配置为使得所述收发器利用所述至少一个波束操控天线按所述第一啁啾斜率发射具有第一数目的啁啾的所述第一RF信号以扫描所述第一FoV直到第一范围，并且利用所述至少一个波束操控天线按所述第二啁啾斜率发射具有第二数目的啁啾的所述第二RF信号以扫描所述第二FoV直到与所述第一范围不同的第二范围。7.如权利要求6所述的波束操控雷达，其中：所述第二啁啾斜率大于所述第一啁啾斜率，并且所述第二范围小于所述第一范围。8.如权利要求1所述的波束操控雷达，其中，所述感知模块还被配置为向所述雷达模块发送指示，该指示使得所述雷达模块激活所述波束操控雷达的选择性扫描模式，并且其中，所述控制器使得所述收发器通过从所述第一啁啾斜率调整到所述第二啁啾斜率来调整发射波束的啁啾斜率。9.如权利要求8所述的波束操控雷达，其中，所述感知模块还被配置为至少部分基于所
述物体数据来检测所述路径中的变化，并且其中，所述感知模块被配置为响应于检测到所述路径中的所述变化而生成所述指示。10.如权利要求8所述的波束操控雷达，其中，所述啁啾斜率由所述发射波束中的一个或多个啁啾的有效带宽与所述发射波束中的所述一个或多个啁啾的啁啾时间的比率来定义。11.如权利要求1所述的波束操控雷达，其中，所述控制器还被配置为使得所述收发器基于一组扫描参数来执行所述第一扫描和所述第二扫描，所述一组扫描参数可被调整来通过所述至少一个波束操控天线产生多个发射波束。12.如权利要求11所述的波束操控雷达，其中，所述一组扫描参数包括以下各项中的一个或多个：定...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿卜杜拉，
申请(专利权)人：美波公司，
类型：发明
国别省市：