用于对车辆的周围环境进行感测的系统和方法技术方案

用于经由车载雷达传感器对车辆的周围环境进行感测的系统和方法。定向发射器阵列将辐射发射到车辆周围的区域中，并且接收器阵列接收反射回来的辐射。控制器可以使用自速度计算模块、壁检测模块、动态范围增强模块、双反射检测模块等来对诸如车辆的相对速度和对车辆周围环境中的危险进行识别之类的有用信息进行收集。收集。收集。

System and method for sensing the surrounding environment of a vehicle

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于对车辆的周围环境进行感测的系统和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2019年11月8日提交的美国临时专利申请No.62/932,511、2019年12月31日提交的美国临时专利申请No.62/955,487、2020年6月10日提交的美国临时专利申请No.63/037,021和2020年6月10日提交的美国临时专利申请No.63/037026的优先权，这些专利申请的全部内容通过引用并入。


[0003]本文的公开内容涉及用于对车辆的周围环境进行感测的系统和方法。特别地，描述了用于提供车载雷达传感器的系统和方法，所述车载雷达传感器可操作成对移动车辆周围的区域中的物体进行检测。

技术介绍

[0004]各种传感器可以用于对物体进行感测。实际上，随着自动驾驶车辆诸如无人驾驶汽车等的使用的增加，大量的传感器被用于对行驶车辆的附近区域中的物体进行检测。例如，诸如摄像机、超声波传感器、红外线、LIDAR传感器之类的传感器可以被用于提供与车辆行驶通过的环境有关的信息。
[0005]随着RFIC和信号技术的发展，雷达的应用正变得越来越广泛。雷达传感器具有在完全黑暗、雾、水汽和雨中操作的优点。雷达是具有成本低、功耗低及精度高的优点的电子系统。它可以显著地应用于包括航天飞机地形任务、光学、岩土测绘、气象探测等的各种应用中。雷达系统的工作效率基于具有广覆盖、高方向性、高增益和低信噪比的可靠且稳定的雷达信号。
[0006]雷达作为车载传感器的有用性取决于它们对方向、范围及速度进行确定的分辨率和准确性。天线可实现的方向性取决于其相对于操作频率下的波长的物理尺寸。这对于机械操控和电子操控的波束都是如此。电子波束操控涉及在给定方向上对来自天线/到达天线的信号相位进行对准。天线阵列的波束形状取决于施加到阵列中的每个天线元件的相移。通常，每个天线元件具有与沿到天线元件的信号路径的发射线和放大器相关的先验实施相关相移。在不施加额外相移的情况下，所得到的波束通常没有明确限定的波束形状，使得难以对接收反射波束的方向进行确定。
[0007]实现高方向性波束的公知方法是沿到相应天线元件的每个路径施加相移，以使来自不同元件的发射在给定的传播方向上相干地组合。然而，施加任意的相移引发实施的复杂性，并且有时需要借助于粗相位控制。粗相位控制的示例是选择2个或4个可能相位中的一个相位，而更精细的控制可以允许在每个相位控制路径中选择8个或16个相位值中的一个相位值。
[0008]发射波束的方向性可以通过基于二进制相移键控(BPSK)的波束形成来实现。这可以通过对经由选定天线发射的信号施加0度或180度相移来实现。然而，BPSK波束形成由于粗相位量化以及最佳所需相位与实际相位之间的平均而言的较大差异而带来惩罚。平均而
言，BPSK波束形成生成大量的旁瓣，这些旁瓣可能耗散大约60％的发射能量。减少旁瓣需要对相位进行更细粒度的控制，例如每90度而不是180度。使用90度粒度的相位控制，只有20％的能量损失到旁瓣。
[0009]举例来说，在成像方面，发射天线可以在多个时间间隔内由各种码序列进行扫描(例如，随时间在天线之间切换，或通过Hadamard码对天线进行编码，或朝向特定方向波束形成)。方向特性可以通过后验波束形成结合编码矩阵的求逆来重构。来自移动目标的反射可能会在这些时间间隔内以不利于成像的方式产生相位旋转。生成良好的波束形成器的动机来自于在每个时间间隔内将能量集中到不同方向使相位旋转的影响降低这一事实。此外，在一个时段内对一定频率范围内的发射扫描进行发射、诸如上啁啾或下啁啾的情况下，时间间隔之间的延迟会进一步增加。
[0010]因此，准确地对目标的位置进行确定可能是非常困难的。
[0011]因此，仍然需要可以用于准确地对行驶车辆周围的区域中的物体进行感测的有效的雷达传感器。本文所描述的本专利技术解决了上述需求。

技术实现思路

[0012]根据当前公开的主题的一方面，介绍了一种用于对车辆的周围环境进行感测的系统。该系统可以包括车载雷达单元，该车载雷达单元包括：雷达发射单元，该雷达发射单元包括发射器天线的阵列，该发射器天线的阵列连接至振荡器并且被配置成将电磁波发射到车辆周围的区域中；以及雷达接收单元，该雷达接收单元包括至少一个接收器天线，该至少一个接收器天线被配置成接收由车辆周围的区域内的物体反射的电磁波并且可操作成生成原始数据。
[0013]该系统还可以包括处理器单元，该处理器单元与雷达接收单元通信并且被配置成接收来自雷达单元的原始数据，并且该处理器单元可操作成基于接收到的数据来生成环境信息。
[0014]根据需要，处理器可以包括各种附加模块，诸如：自速度计算模块，该自速度计算模块可操作成根据原始数据对车辆的速度进行计算；壁检测模块，该壁检测模块可操作成对车辆周围的区域中的平面表面进行检测；动态范围增强模块，该动态范围增强模块可操作成对同一附近区域内的弱反射物体与强反射物体进行区分；以及双反射识别模块，该双反射识别模块可操作成对对单反射电磁波与双反射电磁波进行区分，所述单反射电磁波是由物体朝向雷达接收单元直接反射的，所述双反射电磁波是从物体经由中间反射表面朝向雷达接收单元间接反射的。
[0015]在一些系统中，雷达发射单元还包括偏振器，该偏振器被配置和操作成生成圆偏振电磁波；以及/或者，雷达接收单元还包括偏振检测器，该偏振检测器被配置和操作成对接收到的电磁波的偏振进行检测。因此，双反射识别模块可以包括圆偏振器和偏振检测器。
[0016]在需要的情况下，该系统包括自速度计算模块，该自速度计算模块包括图像生成单元和储存器单元。图像生成单元可以被配置和操作成构建表示车辆周围的区域的三维图像，该三维图像包括体素的矩阵，每个体素由一组体素参数表征，该组体素参数包括：反射物体的沿与车辆的路径平行的轴线的水平空间坐标x；反射物体的沿与车辆的路径正交的竖向轴线的竖向空间坐标y；反射物体的沿从车辆径向发散的轴线的径向空间坐标R；强度
值；以及多普勒频移值，该多普勒频移值表示反射物体的视径向速度V
R
。存储器单元可以被配置成对至少与以下各者相关的数据进行存储：第一三维图像，该第一三维图像表示在第一时刻车辆周围的区域；以及第二三维图像，该第二三维图像表示在延迟时间dt之后的第二时刻车辆周围的区域。
[0017]附加地或替代地，该系统可以包括壁检测模块，该壁检测模块包括处理单元和存储器单元，该存储器单元存储可执行代码，该可执行代码旨在将虚拟框内的能量分布与指示二维反射体的参考能量分布进行比较。
[0018]因此，本公开的另一方面是教导一种用于对车辆的周围环境进行感测的方法：提供车载雷达单元，该车载雷达单元包括雷达发射单元和雷达接收单元，该雷达发射单元包括连接至振荡器的发射器天线的阵列，该雷达接收单元包括至少一个接收器天线；提供处理器单元，该处理器单元与雷达接收单元通信；将电磁辐射发射到车辆周围的区域中；接收从车辆周围的区域中的物体反射的电磁本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于对车辆的周围环境进行感测的系统，所述系统包括：车载雷达单元，所述车载雷达单元包括：雷达发射单元，所述雷达发射单元包括发射器天线的阵列，所述发射器天线的阵列连接至振荡器，并且所述发射器天线的阵列被配置成将电磁波发射到所述车辆周围的区域中，以及雷达接收单元，所述雷达接收单元包括至少一个接收器天线，所述至少一个接收器天线被配置成接收由所述车辆周围的区域内的物体反射的电磁波，并且所述至少一个接收器天线能够操作成生成原始数据；处理器单元，所述处理器单元与所述雷达接收单元通信，并且所述处理器单元被配置成接收来自所述雷达单元的原始数据，并且所述处理器单元能够操作成基于接收到的数据来生成环境信息；其中，所述处理器包括选自以下各者的至少一个模块：自速度计算模块，所述自速度计算模块能够操作成根据原始数据对所述车辆的速度进行计算；壁检测模块，所述壁检测模块能够操作成对所述车辆周围的区域中的平面表面进行检测；动态范围增强模块，所述动态范围增强模块能够操作成对同一附近区域内的弱反射物体与强反射物体进行区分；以及双反射识别模块，所述双反射识别模块能够操作成对单反射电磁波与双反射电磁波进行区分，所述单反射电磁波是由物体朝向所述雷达接收单元直接反射的，所述双反射电磁波是从物体经由中间反射表面朝向所述雷达接收单元间接反射的。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述雷达发射单元还包括偏振器，所述偏振器被配置且能够操作成生成圆偏振电磁波。3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述雷达接收单元还包括偏振检测器，所述偏振检测器被配置且能够操作成对接收到的电磁波的偏振进行检测。4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述双反射识别模块包括：圆偏振器，所述圆偏振器被配置且能够操作成生成圆偏振电磁波；以及偏振检测器，所述偏振检测器被配置且能够操作成对接收到的电磁波的偏振进行检测。5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述自速度计算模块包括图像生成单元、储存器单元，其中，所述图像生成单元被配置且能够操作成构建表示所述车辆周围的区域的三维图像，所述三维图像包括体素的矩阵，每个体素由一组体素参数表征，所述一组体素参数包括：反射物体的沿与所述车辆的路径平行的轴线的水平空间坐标x；所述反射物体的沿与所述车辆的路径正交的竖向轴线的竖向空间坐标y；所述反射物体的沿从所述车辆径向发散的轴线的径向空间坐标R；强度值；以及多普勒频移值，所述多普勒频移值指示所述反射物体的视径向速度v
R
；以及
其中，所述储存器单元被配置成对至少与下述各者相关的数据进行存储：第一三维图像，所述第一三维图像表示在第一时刻所述车辆周围的区域；以及第二三维图像，所述第二三维图像表示在延迟时间dt之后的第二时刻所述车辆周围的区域。6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述壁检测模块包括处理单元和存储器单元，所述存储器单元存储可执行代码，所述可执行代码旨在将虚拟框内的能量分布与指示二维反射体的参考能量分布进行比较。7.一种用于对车辆的周围环境进行感测的方法，所述方法包括：提供车载雷达单元，所述车载雷达单元包括雷达发射单元和雷达接收单元，所述雷达发射单元包括连接至振荡器的发射器天线的阵列，所述雷达接收单元包括至少一个接收器天线；提供处理器单元，所述处理器单元与所述雷达接收单元通信；将电磁辐射发射到所述车辆周围的区域中；接收从所述车辆周围的区域中的物体反射的电磁辐射；对接收到的电磁波的偏振进行检测；对所述车辆周围的区域内的二维延伸目标进行检测；通过应用动态范围增强滤波器组合来对同一附近区域内的弱反射物体与强反射物体进行区分；构建所述车辆周围的区域的一系列三维图像；以及对所述一系列三维图像进行分析以确定所述车辆的速度。8.根据权利要求7所述的方法，其中，对车辆周围的区域中的二维延伸目标进行检测的步骤包括：对反射的辐射中的光谱反射点进行检测；在包含候选壁物体的体积周围构建虚拟框；针对所述虚拟框内的雷达图像计算能量分布；对所述能量分布应用分类函数。9.根据权利要求8所述的方法，其中，应用分类函数的步骤包括对至少一个壁指示参数进行计算，所述至少一个壁指示参数选自以下各者：从虚拟框内反射的总能量；来自虚拟框段内的反射能量的分布；虚拟框内的具有高于阈值的能量值的体素的数量；以及上述各者的组合。10.根据权利要求7所述的方法，其中，构建一系列三维图像的步骤包括：构建至少第一三维图像，所述第一三维图像表示在第一时刻所述车辆周围的区域；等待延迟时间dt；以及构建第二三维图像，所述第二三维图像表示在第二时刻所述车辆周围的区域。11.根据权利要求10所述的方法，其中，对所述一系列三维图像进行分析以确定所述车辆的速度的步骤包括：对所述第一三维图像和所述第二三维图像中的共同的反射物体进行检测；确定检测到的共同的反射物体的水平位移dx；以及对所述反射物体的作为水平位移dx的函数的视径向速度v
R
的图的梯度进行计算。
12.根据权利要求7所述的方法，其中，构建一系列三维图像的步骤包括构建一系列体素的矩阵，每个体素由一组体素参数表征，所述一组体素参数包括：反射物体的沿与所述车辆的路径平行的轴线的水平空间坐标x；所述反射物体的沿与所述车辆的路径正交的竖向轴线的竖向空间坐标y；所述反射物体的沿从所述车辆径向发散的轴线的径向空间坐标R；强度值；以及多普勒频移值，所述多普勒频移值指示所述反射物体的视径向速度v
R
。13.根据权利要求11所述的方法，其中，确定所述水平位移dx的步骤包括：确定所述反射物体的x坐标x
n

【专利技术属性】
技术研发人员：马克，
申请(专利权)人：沃伊亚影像有限公司，
类型：发明
国别省市：