專利名稱：利用雷達(dá)數(shù)據(jù)融合估計(jì)目標(biāo)仰角的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石並撞避免(collision avoidance )與目標(biāo)識(shí)別系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
常規(guī)的碰撞避免和目標(biāo)識(shí)別系統(tǒng)一般采用雷達(dá)技術(shù)，因?yàn)槔走_(dá)仍然 提供了一種更加易于實(shí)現(xiàn)和可更加高效操作的檢測(cè)手段。短程雷達(dá)(SRR)和遠(yuǎn)程雷達(dá)(LRR)在諸如汽車(chē)安全系統(tǒng)之類的許多產(chǎn)業(yè)中獲得 了廣泛的應(yīng)用，并且通常用于重疊配置中。在這些系統(tǒng)中， 一個(gè)或多個(gè) 橫向掃描傳感器被定向并且配置成對(duì)周?chē)h(huán)境執(zhí)行單維掃描，以便檢測(cè) 可操作范圍(operable range)內(nèi)的地表物體。在其中檢測(cè)物體的一些 配置中，評(píng)估一定時(shí)段內(nèi)雷達(dá)返回信號(hào)強(qiáng)度的變化趨勢(shì)，以便確定目標(biāo)(即^皮檢測(cè)物體)正在接近還是正在離開(kāi)。常規(guī)雷達(dá)系統(tǒng)中的一個(gè)主要困擾是它們通常產(chǎn)生大量的虛警(即與 不是真正威脅的物體即將發(fā)生碰撞的警告)。這種困擾特別是因?yàn)樗?雷達(dá)系統(tǒng)不能區(qū)分位于不同仰角的物體而持續(xù)存在。例如，在汽車(chē)安全 應(yīng)用中，路障的虛警通常由諸如高架標(biāo)志和天橋之類的高仰角(hyper-elevated)物體造成，因?yàn)镾RR和LRR傳感器兩者都不能確定 目標(biāo)的仰角。由于標(biāo)志和天橋一般沿著州際高速公路或者其他干道大量 存在，因而由此產(chǎn)生的虛警數(shù)量會(huì)給司機(jī)帶來(lái)很大的煩擾。類似地，諸 如坑洞和4夾軌之類的許多低仰角(hypo-elevated)或低位置(low-lying)特征也產(chǎn)生虛警。在需要諸如目標(biāo)的高度、幅度(amplitude)或仰角之類的三維信息 的情況下，碰撞避免系統(tǒng)結(jié)合了立體視覺(jué)、二維掃描激光雷達(dá)、二維掃 描雷達(dá)或者使用單脈沖、多波束、相控陣列或數(shù)字波束技術(shù)的具有方位 和仰角分辨率的雷達(dá)。然而，所有這些選項(xiàng)使得實(shí)現(xiàn)和操作成本高昂， 并且有些選項(xiàng)具有基于環(huán)境的性能限制。因此，本領(lǐng)域中仍然需要能夠有效估計(jì)目標(biāo)仰角以便減少由高仰角 和低仰角物體產(chǎn)生的虛警數(shù)量的碰撞避免和目標(biāo)識(shí)別系統(tǒng)。發(fā)明內(nèi)容響應(yīng)于這些和其他困擾，本發(fā)明提供了一種改進(jìn)的碰撞避免和目標(biāo) 識(shí)別系統(tǒng)，其利用單維掃描雷達(dá)技術(shù)和數(shù)據(jù)融合來(lái)估計(jì)目標(biāo)的仰角尺寸(elevation dimension)和/或沖莫式。本發(fā)明適用于與各種要求物體檢測(cè) 能力(例如自動(dòng)制動(dòng)、全速范圍自適應(yīng)行駛控制、智能恐慌剎車(chē)輔助、 預(yù)防碰撞等)的安全系統(tǒng)一起使用。對(duì)公眾特別有益的是，本發(fā)明可用 于減少由諸如天橋的高仰角物體和諸如鐵軌的低仰角設(shè)施造成的虛警 數(shù)量。本發(fā)明的第一方面涉及用于利用常規(guī)的單維雷達(dá)技術(shù)估計(jì)至少一個(gè) 目標(biāo)的仰角的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括第一雷達(dá)傳感器，該第一雷達(dá)傳感器具 有第一可操作范圍和第一波束傾角，并且被配置成基于該第一傳感器和 所迷至少一個(gè)目標(biāo)的每一個(gè)之間的相對(duì)距離、所述可操作范圍和所述傾 角來(lái)產(chǎn)生笫一返回信號(hào)。還包括第二雷達(dá)傳感器，該第二雷達(dá)傳感器具 有不同于所述第一范圍的第二可操作范圍以及不同于所述笫一傾角的 第二波束傾角。該第二傳感器被配置成基于該第二傳感器和所述至少一 個(gè)目標(biāo)的每一個(gè)之間的相對(duì)距離、所述可操作范圍和所述傾角來(lái)產(chǎn)生第 二返回信號(hào)。最后，提供了通信地耦合到所述第一和第二傳感器并且被 配置成基于所述笫一和笫二返回信號(hào)確定相對(duì)信號(hào)值的數(shù)字融合處理 器，以自主地執(zhí)行本發(fā)明的預(yù)期功能。該處理器進(jìn)一步被配置成基于所 述相對(duì)信號(hào)值來(lái)估計(jì)所述至少一個(gè)目標(biāo)的所述每一個(gè)的仰角。本發(fā)明的第二方面涉及一種利用單維掃描雷達(dá)技術(shù)和數(shù)據(jù)融合來(lái)估 計(jì)至少一個(gè)目標(biāo)的仰角的方法。首先，從第一操作高度朝著目標(biāo)引出 (direct)具有第一傾角和第一范圍的短程雷達(dá)波束。從第二操作高度 朝著所述目標(biāo)引出具有小于所述第一傾角的笫二傾角以及長(zhǎng)于所述第 一范圍的第二范圍的較遠(yuǎn)程(longer range)雷達(dá)波束。當(dāng)該目標(biāo)位于 所述第一和第二范圍之內(nèi)時(shí)，接收來(lái)自所述短程和較遠(yuǎn)程波束的返回信 號(hào)。對(duì)基于所述波束傾角的目標(biāo)仰角信息進(jìn)行融合以確定相對(duì)返回信號(hào) 值或者組合模式。最后，將該相對(duì)返回信號(hào)值或者組合模式與多個(gè)預(yù)定 的目標(biāo)仰角識(shí)別類別進(jìn)行比較，以便確定匹配類別。當(dāng)確定了真正的路中(in-path)目標(biāo)時(shí)，所產(chǎn)生的優(yōu)選輸出是警告 或者自動(dòng)響應(yīng)的發(fā)布。本發(fā)明的其他方面包括添加用于使得能夠進(jìn)行物體跟蹤和趨勢(shì)分析的記憶存儲(chǔ)設(shè)備、通信地耦合到處理器并被配置為確 定操作角度的傾角計(jì)，以及進(jìn)一步被配置成確定總的相對(duì)返回信號(hào)值的 處理器。應(yīng)當(dāng)理解和意識(shí)到的是，本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)可以提供許多優(yōu)點(diǎn)， 包括例如利用了現(xiàn)有主動(dòng)安全系統(tǒng)中遍布市場(chǎng)的單維掃描雷達(dá)傳感器， 以及提供了對(duì)于真實(shí)路中物體的更加有效、可靠和精確的確定。更特別 地，本發(fā)明減少了虛警，提高了主動(dòng)安全系統(tǒng)的性能并且擴(kuò)展了操作區(qū)域(envelope of operation)。最后，本發(fā)明給出了對(duì)于目標(biāo)仰角特 性的穩(wěn)健且精確的估計(jì)，而不需要額外的硬件。根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例和附圖 的以下詳細(xì)描述本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見(jiàn)。


下面參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，在附圖中圖1為檢測(cè)接近物體(天橋)的車(chē)輛的后視圖，其特別示出了 SRR 和LRR傳感器的重疊覆蓋區(qū)域；圖2為圖1中示出的車(chē)輛和物體的俯視圖，其進(jìn)一步示出了物體在 (1)處由LRR傳感器檢測(cè)并且隨后在(2)處由SRR傳感器檢測(cè)；圖3為該主車(chē)輛的正^L圖，其特別示出了 GPS定位器的操作、SRR 波束的覆蓋范圍以及LRR波束的覆蓋范圍；圖3a為在豎直方向上彎曲的公路上檢測(cè)低位置物體的主車(chē)輛的正 視圖，其特別示出了更短的不精確檢測(cè)范圍和返回信號(hào)；圖4為依照本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例的主車(chē)輛俯^L圖，其示意性地呈 現(xiàn)了第一和第二雷達(dá)傳感器、定位器設(shè)備、記憶存儲(chǔ)設(shè)備、數(shù)字融合處 理器(電子控制單元)、傾角計(jì)和監(jiān)視器；圖5為包括監(jiān)視器的車(chē)內(nèi)儀表板的正視圖，其特別示出了監(jiān)視器上 的警告標(biāo)記；圖6為依照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的操作方法的流程圖，其中在數(shù)據(jù)融 合模塊中組合來(lái)自第 一和第二雷達(dá)傳感器的數(shù)據(jù)，并且在確定天橋之前 考慮最小計(jì)數(shù)；圖7為由記憶存儲(chǔ)設(shè)備存儲(chǔ)的、依照?qǐng)D2的示例性軌跡記錄的圖表 表示；以及圖8為依照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的第二操作方法的流程圖，其中還考慮了返回信號(hào)強(qiáng)度和傳感操作角度的趨勢(shì)分析。
具體實(shí)施方式
如圖解說(shuō)明的實(shí)施例所示，本發(fā)明涉及適于與主車(chē)輛12 —起并且由 操作員14 (圖1-4)使用的碰撞避免系統(tǒng)10,所述主車(chē)輛12例如但不 限于車(chē)、船和飛行器。 一般情況下，系統(tǒng)IO對(duì)至少兩個(gè)雷達(dá)傳感器16、 18的返回信號(hào)進(jìn)行融合以估計(jì)至少一個(gè)目標(biāo)(或被檢測(cè)物體)20的仰 角信息，所述目標(biāo)例如所圖解說(shuō)明的實(shí)施例中的天橋。如圖4所示，數(shù)字融合處理器(DFP) 22包括被可編程地裝備成執(zhí) 行這里描述的各種算法和功能的電子控制單元，或者更優(yōu)選地，包括被 配置成作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的一部分而執(zhí)行并行計(jì)算的多個(gè)通信地耦合的(即 通過(guò)硬連線或者通過(guò)無(wú)線通信子系統(tǒng)連接的)控制單元?？商鎿Q地，可 以在遞送給串聯(lián)的DFP 22之前通過(guò)中間控制單元執(zhí)行特定的子例程。 例如，傳感器16、 18中的每一個(gè)還可以包括被配置成在DFP 22處進(jìn)行 融合之前構(gòu)造返回信號(hào)模式的電子控制單元；或者單獨(dú)的威脅評(píng)估控制 器(未示出)可以被通信地耦合并且被配置成在接收到來(lái)自DFP 22的 融合數(shù)據(jù)之后執(zhí)行威脅評(píng)估。因此應(yīng)當(dāng)理解的是，主車(chē)輛12包括實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)10的預(yù)期效益所需的足夠的電氣、軟件處理和通信總線子系統(tǒng)能 力。所述結(jié)構(gòu)配置可易于由本領(lǐng)域技術(shù)人員確定，因而將不作進(jìn)一步的 討論。A.結(jié)構(gòu)配置和功能如所圖解說(shuō)明和描述的，系統(tǒng)10包括兩個(gè)雷達(dá)傳感器16、 18，其 中每一個(gè)傳感器被配置成以單自由度橫向掃描前面的環(huán)境(圖4);然 而,利用定向在多個(gè)前向投影(in multiple forward projections) 的傳感器陣列以便提供更穩(wěn)健的前向檢測(cè)系統(tǒng)顯然也處于本發(fā)明范圍 內(nèi)。同樣處于本發(fā)明范圍內(nèi)的是，利用如這里進(jìn)一步所描述的、能夠發(fā) 射多個(gè)不同波束的單一傳感器。優(yōu)選地，系統(tǒng)10包括至少一個(gè)短程雷 達(dá)(SRR)傳感器16和至少一個(gè)較遠(yuǎn)程雷達(dá)(LRR)傳感器18,其中"短 程"可以定義為例如具有0-30m的一般操作范圍，"較遠(yuǎn)程，，可以定義 為具有0-250m的可操作范圍。將傳感器16、 18定位在優(yōu)選的離地高度(例如45cm)并且定向到 希望的操作角度Y,以促進(jìn)最大的覆蓋范圍。為了簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)處理，SRR和LRR傳感器優(yōu)選地通常給出平面上的水平操作角度(圖3);然而， 應(yīng)當(dāng)理解的是，傳感器16、 18不必被一致地定向。例如，具有不同的 操作角度顯然處于本發(fā)明范圍內(nèi)，其中傳感器16、 18之一相對(duì)于另一 個(gè)傾斜。在這種配置中，還應(yīng)當(dāng)理解的是，傳感器16、 18可以具有相 同的(congruent)范圍；即它們兩者都可以提供SRR或LRR傳感器。 最后，可以可調(diào)節(jié)地將優(yōu)選傳感器16、 18安裝到車(chē)輛12上，以便實(shí)現(xiàn)多個(gè)操作角度或者離地高度。如圖3中很好地示出的，SRR傳感器16產(chǎn)生具有第一傾角a的第一 波束24，所述第一傾角a等于由線性發(fā)散外波束邊界26所形成的角度 的一半。例如，對(duì)于通常的凈空高度(clearance height)而言，a可 以位于10-30度的范圍內(nèi)。不過(guò)，圖1和3中示出的覆蓋區(qū)域24a、 28a 并不像所示的那樣突然變化，而是大體上表示傳感器16、 18的靈敏度 下降3dB的位置。在優(yōu)選實(shí)施例中，可以使用卡爾曼濾波器來(lái)建模和估 計(jì)由傳感器16、 18的靈敏度所引起的覆蓋區(qū)域的變化(variance), 以便更精確地確定所述傾角以及從而確定目標(biāo)仰角數(shù)椐。當(dāng)目標(biāo)20處 于范圍之內(nèi)時(shí)，SRR傳感器16被配置成基于傳感器16和目標(biāo)20之間的 相對(duì)距離以及a來(lái)產(chǎn)生第一返回信號(hào)(Pm)。類似地，LRR傳感器18產(chǎn)生具有第二傾角p的第二更窄波束28,所 述第二傾角卩明顯小于a (圖3)。例如，卩可以處于l-5度的范圍內(nèi)。 當(dāng)目標(biāo)20處于其范圍內(nèi)時(shí)，LRR傳感器18被配置成基于傳感器18和目 標(biāo)20之間的相對(duì)距離以及卩來(lái)產(chǎn)生第二返回信號(hào)(Pm)。如圖3所示，其中例如a為16度并且p為3度，SRR傳感器波束24 的4. 5m的覆蓋高度在與SRR傳感器16相距30m的距離處產(chǎn)生，而LRR 傳感器波束28的1.2m的覆蓋高度在同一距離處產(chǎn)生；并且在150m處， LRR傳感器18產(chǎn)生4. 2m的覆蓋高度。因此，在這個(gè)所圖解說(shuō)明的實(shí)施 例中，位于地面上0. 45m處的目標(biāo)對(duì)于兩個(gè)傳感器16、 18將具有強(qiáng)返 回信號(hào)，而位于地面上4m處的目標(biāo)對(duì)于SRR傳感器16將比對(duì)于LRR傳 感器18具有大得多的相對(duì)返回。在圖7中，對(duì)這種高仰角物體進(jìn)行了 建模；在(2)處，SRR傳感器16表現(xiàn)出強(qiáng)返回信號(hào)(Pm),而LRR傳 感器18未能記錄(register)返回信號(hào)(PLRR )。進(jìn)一步考慮傳感器16、 18，應(yīng)當(dāng)理解的是，SRR傳感器16的可操作 范圍必須提供最大覆蓋長(zhǎng)度，該最大覆蓋長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于提供安全碰撞避免警告時(shí)段所需的最小警告距離闊值。例如，基于其中給出30m的SRR 可操作范圍的車(chē)輛制動(dòng)能力和操作員反應(yīng)時(shí)間，優(yōu)選的是，維持導(dǎo)致 20-25m之間的警告距離閾值的速度極限。本發(fā)明用于融合從具有不同波束傾角和范圍的多個(gè)單維雷達(dá)傳感器 中獲得的信息，以便估計(jì)目標(biāo)的仰角；從而可以與具有各種帶寬、分辨 率、環(huán)境應(yīng)用、精度、功率效率和靈敏度的不同類型雷達(dá)傳感器一起使 用。適于與本發(fā)明一起使用的示例性傳感器包括TycoM/A-COM的24GHz 超寬帶(UWB )短程雷達(dá)(SRR )和Tyco M/A-COM的77GHz遠(yuǎn)程雷達(dá)(LRR )。DFP 22被配置成操縱返回信號(hào)數(shù)據(jù)(PSRR、 P固)以便獲得相對(duì)返回 信號(hào)值。通過(guò)校準(zhǔn)Psrh和Plrr的函數(shù)(with calibration a function of PSRRand PLRR )，可以將特定目標(biāo)20的范圍信息(range information) 用于確定目標(biāo)20是否給出了 "路中"物體。例如，信號(hào)之間的簡(jiǎn)單比值(例如Pm/Pm )或者信號(hào)之間的差值(Pm-PuK )可以用來(lái)計(jì)算相對(duì)值。 在該值超過(guò)最小閾值的情況下，即在短程雷達(dá)信號(hào)明顯大于遠(yuǎn)程雷達(dá)信號(hào)的情況下，DFP 22將基于f (Pm,P磁)大致確定出很可能檢測(cè)到天橋目標(biāo)。下面更詳細(xì)地描述操作模式。為了實(shí)現(xiàn)絕對(duì)目標(biāo)跟蹤，優(yōu)選系統(tǒng)10還包括被配置成定位當(dāng)前位置 坐標(biāo)CP (例如緯度、經(jīng)度和高度)以及優(yōu)選地主車(chē)輛12的前行方向的 定位器設(shè)備30。如圖3和4所示，該優(yōu)選定位器設(shè)備30包括通信地耦 合到軌道衛(wèi)星的全球定位系統(tǒng)(GPS)接收器32以及航位推算系統(tǒng)?？?替換地，定位器設(shè)備30可以利用蜂窩電話網(wǎng)絡(luò)或者4吏用射頻識(shí)別(RFID ) 的系統(tǒng)。定位器設(shè)備30通過(guò)接收器32通信地耦合到DFP 22，并且被配 置成確定以及向DFP 22傳送車(chē)輛12的當(dāng)前位置坐標(biāo)。DFP 22反過(guò)來(lái)被 配置成基于目標(biāo)20的所檢測(cè)的范圍和方位以及Cp來(lái)確定目標(biāo)的絕對(duì)位 置。進(jìn)一步考慮跟蹤，優(yōu)選系統(tǒng)IO還包括通信地耦合到DFP 22的記憶 存儲(chǔ)設(shè)備34,以便從DFP 22接收數(shù)據(jù)并且可以由DFP 22進(jìn)行查詢(圖 4)。存儲(chǔ)設(shè)備34被配置成通過(guò)在以前未輸入的位置坐標(biāo)處檢測(cè)到物體 的時(shí)候創(chuàng)建新的記錄并且通過(guò)在被檢測(cè)物體的位置坐標(biāo)大致匹配先前 輸入的目標(biāo)的時(shí)候修改現(xiàn)有記錄來(lái)保留給定目標(biāo)的軌跡記錄(圖7)。 在圖7中，例如當(dāng)確定大致匹配(例如在包括傳感器16、 18的誤差裕 度加上安全因子的半徑內(nèi))的位置坐標(biāo)時(shí)，記錄在(1. 5)和(2)處的軌跡的后續(xù)條目。應(yīng)當(dāng)理解的是，維持目標(biāo)20的軌跡允許執(zhí)行時(shí)間相 關(guān)統(tǒng)計(jì)分析，其中分析過(guò)去的數(shù)據(jù)以便能夠?qū)π聰?shù)據(jù)進(jìn)行概率決策。如 這里進(jìn)一步所討論的，可以執(zhí)行返回信號(hào)強(qiáng)度的趨勢(shì)分析，以便例如區(qū) 分接近的物體和離開(kāi)的物體?？商鎿Q地，存儲(chǔ)設(shè)備34可以直接耦合到 其中維持了相對(duì)定位軌跡的傳感器16、 18。最后，傾角計(jì)36也包括在優(yōu)選系統(tǒng)10中并且通信地耦合到DFP 22 (圖4)。在這種配置中，DFP 22進(jìn)一步被配置成考慮如可通過(guò)測(cè)量車(chē) 輛12的坡度來(lái)確定的、傳感器16、 18的操作角度y的絕對(duì)變化(圖3a)。 當(dāng)車(chē)輛12處理顯著的豎直彎曲時(shí)(例如當(dāng)Y的變化超過(guò)最小閾值時(shí))， 優(yōu)選的DFP 22使得融合模塊終止或者進(jìn)行修改；因?yàn)樵谶@些情況下， 認(rèn)為融合模塊會(huì)接收錯(cuò)誤的范圍數(shù)椐并且產(chǎn)生不精確的目標(biāo)仰角估計(jì)。 例如，在圖3a中LRR傳感器18能夠檢測(cè)低位置物體20;但是由于公路 的豎直彎曲，該范圍(range)短于實(shí)際的中間行駛距離，返回信號(hào)強(qiáng) 度很可能大于其在可比平面上的強(qiáng)度，并且在那個(gè)距離處的波束高度的 外推將導(dǎo)致目標(biāo)仰角的不精確估計(jì)。 B.操作方法一旦適當(dāng)定位了傳感器16、 18并且校準(zhǔn)了系統(tǒng)10,那么優(yōu)選的操 作方法開(kāi)始于從傳感器16、 18接收返回信號(hào)數(shù)據(jù)(Pm、 P磁)并且將該 數(shù)據(jù)傳送到由DFP 22自主執(zhí)行的數(shù)據(jù)融合模塊。該融合模塊被配置成 基于由傳感器16、 18接收的返回信號(hào)(PSRR、 PuR)來(lái)確定至少一個(gè)相對(duì) 信號(hào)值。DFP22進(jìn)一步被配置成基于所確定的一個(gè)(或多個(gè))相對(duì)信號(hào) 值來(lái)估計(jì)目標(biāo)20的仰角。將該相對(duì)值與優(yōu)選地也存儲(chǔ)于DFP 22中的多 個(gè)預(yù)定類別進(jìn)行比較以便確定匹配物體類型。例如，在信號(hào)強(qiáng)度比 (P /Puu)大于5的情況下，可以確定"天橋，，物體，并且在所述比值 在0. 5和2之間(包括0. 5和2 )的情況下，可以得到"路中，，物體。如果數(shù)據(jù)融合模塊確定了真正的路中物體，那么系統(tǒng)10進(jìn)一步被配 置成執(zhí)行威脅評(píng)估模塊。當(dāng)滿足威脅評(píng)估模塊時(shí)，則促使產(chǎn)生諸如圖5 中的監(jiān)視器40上所示的可見(jiàn)標(biāo)記38之類的警告，和/或啟動(dòng)諸如激勵(lì) 制動(dòng)模塊(未示出)之類的減速控制。應(yīng)當(dāng)理解的是，威脅評(píng)估模塊尤 其考慮主車(chē)輛12和目標(biāo)20之間的相對(duì)間距以及主車(chē)輛12的速度。如果最初在警告距離內(nèi)檢測(cè)到新的物體20,那么優(yōu)選系統(tǒng)10被配 置成立即發(fā)布警告，以便足夠的距離將車(chē)輛12與目標(biāo)20分開(kāi)(圖6和8)。應(yīng)當(dāng)理解的是，在這種情況下，物體20可能呈現(xiàn)出新引入的、側(cè) 面接近的細(xì)長(zhǎng)(slender)或其他狀況，例如遠(yuǎn)距離車(chē)輛橫穿未受遠(yuǎn)程 檢測(cè)的主車(chē)輛路徑。一旦短程或遠(yuǎn)程傳感器16、 18檢測(cè)到目標(biāo)20，那么就確定出傳感 器檢測(cè)的范圍和相對(duì)物體位置。DFP 22和定位器設(shè)備30被協(xié)同地配置 成通過(guò)將接收器32的坐標(biāo)位置歸屬于傳感器16、 18來(lái)大致確定傳感器 16、 18的絕對(duì)位置坐標(biāo)。更優(yōu)選地，預(yù)定并且考慮主車(chē)輛12的長(zhǎng)度和 寬度尺寸以及傳感器16、18相對(duì)于接收器32的位置，使得可以由DFP22 確定傳感器16、 18的實(shí)際坐標(biāo)位置。根據(jù)傳感器16、 18的位置坐標(biāo)，' 可以通過(guò)用三角學(xué)方法考慮傳感器16、 18和目標(biāo)20之間的方位和范圍 (range )或者相對(duì)距離矢量來(lái)計(jì)算目標(biāo)20的絕對(duì)位置坐標(biāo)。如前所述， 需要確定目標(biāo)20的定位以便編輯軌跡記錄、準(zhǔn)備趨勢(shì)分析以及總計(jì)針 對(duì)特定目標(biāo)而導(dǎo)出的相對(duì)信號(hào)值。 C.包括計(jì)數(shù)器的操作方法圖6中給出了更詳細(xì)的操作方法，該方法在做出最終決策之前利用 計(jì)數(shù)器來(lái)確定多個(gè)天橋確定結(jié)果。在步驟100中正確定位了傳感器16、 18并且校準(zhǔn)了系統(tǒng)IO之后，在步驟102中一旦由任何一個(gè)傳感器檢測(cè) 到物體，那么就開(kāi)始該方法。同樣在步驟102中，在檢測(cè)到物體的時(shí)刻 獲取主車(chē)輛位置坐標(biāo)Cp。接著在步驟104中，基于所接收的返回信號(hào)數(shù) 椐確定目標(biāo)20的范圍(range)和方位；并且基于Cp確定目標(biāo)20的絕 對(duì)位置坐標(biāo)以及物體20處的傾角高度。在步驟106中，威脅評(píng)估模塊確定所述范圍是否在立即警告距離之 內(nèi)。如果不在，那么在步驟108中融合;f莫塊通過(guò)將目標(biāo)20的位置坐標(biāo) 與現(xiàn)有軌跡進(jìn)行比較來(lái)確定目標(biāo)20是否是現(xiàn)存的。如果不是現(xiàn)存物體， 那么在步驟110b中創(chuàng)建新的軌跡記錄并且將與該軌跡關(guān)聯(lián)的y值設(shè)置 為"0";否則在步驟110a中將每個(gè)傳感器16、 18的檢測(cè)時(shí)間、范圍、 方位和傾角高度存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。接著在步驟112中，考慮多個(gè)天橋預(yù) 測(cè)關(guān)系(圖6)。如果滿足至少一個(gè)以及更優(yōu)選地滿足兩個(gè)關(guān)系，那么 在步驟114中計(jì)數(shù)器遞增計(jì)數(shù)并且隨后返回到步驟102;否則，該方法 直接前進(jìn)到步驟102而不用遞增計(jì)數(shù)器。如果在步驟106中確定所述范圍處于立即警告距離之內(nèi)，那么在步 驟116中融合模塊確定物體是否為現(xiàn)存的。如果目標(biāo)20是現(xiàn)存物體，那么在步驟118a中檢索該軌跡的y值并且將其與最小計(jì)數(shù)(例如2)進(jìn) 行比較；否則在步驟118b中發(fā)布警告。如果y值大于所述最小計(jì)數(shù)， 那么在步驟120中認(rèn)為目標(biāo)為天橋物體并且不發(fā)布警告?？商鎿Q地，可 以在步驟120中代之以產(chǎn)生"天橋物體，，的通告。否則，該方法前進(jìn)到 步驟118b,其中發(fā)布潛在"路中物體"的警告。 D.包括趨勢(shì)分析的操作方法在圖8中，給出了第二優(yōu)選操作方法，其中在確定威脅評(píng)估中進(jìn)一 步考慮了返回信號(hào)強(qiáng)度的趨勢(shì)以及操作角度的變化。除了在步驟202中 還獲取在物體檢測(cè)期間由傾角計(jì)36測(cè)量的瞬時(shí)操作角度y之外，該方 法的步驟200-206類似于部分C的方法的步驟100-106。同樣，步驟 210-216與步驟108-114匹配。在新步驟208中，將Y的函數(shù)與最大閾 值進(jìn)行比較，以便確定車(chē)輛是否在處理顯著的豎直彎曲。如果Y的變化 表明豎直彎曲大于最小閾值，那么就忽略該讀數(shù)，該方法直接返回到步 驟202;否則該方法繼續(xù)到步驟210。在步驟218中，如果認(rèn)為警告距離之內(nèi)的目標(biāo)是現(xiàn)存的物體，那么 該方法繼續(xù)到步驟220a，其中考慮了返回信號(hào)強(qiáng)度(PsRR和PuK)中的立 即趨勢(shì)(immediate trend)，以確定目標(biāo)(不管是路中的還是天橋) 正在離開(kāi)還是正在接近；否則，該方法繼續(xù)到步驟220b,其中發(fā)布警告。 如果在步驟220a中認(rèn)為離開(kāi)(即Pm(t(x))-Pm(t(x-l))為負(fù)),那么 該方法直接前進(jìn)到其中不發(fā)布警告的步驟224。如果在220a中所述趨勢(shì) 指示正在接近的物體，那么該方法繼續(xù)到步驟222,其中檢索y值并且 將其與最小計(jì)數(shù)進(jìn)行比較以確定天橋條件。在y值大于所述計(jì)數(shù)的情況 下，在步驟224中認(rèn)為目標(biāo)是天橋并且不發(fā)布警告。然而，在y值小于 或等于所述計(jì)數(shù)的情況下，該方法返回到步驟220b并且發(fā)布警告。 ，上面描述的本發(fā)明的優(yōu)選形式僅用作說(shuō)明，不應(yīng)當(dāng)在限制意義下用 于解釋本發(fā)明的范圍。本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神的情況下 可以容易地對(duì)本文所闡述的示例性實(shí)施例和操作方法做出明顯的修改。 發(fā)明人因此聲明其目的是根據(jù)等同性原則來(lái)確定和評(píng)定本發(fā)明的合理 范圍為任何本質(zhì)上未脫離、但是處于下列權(quán)利要求書(shū)中闡述的本發(fā)明字 面范圍之外的任何系統(tǒng)或方法。參考標(biāo)記10碰撞避免系統(tǒng)12主車(chē)輛14操作員16 SRR傳感器18 LRR傳感器20物體，目標(biāo)，天橋22 DFP24 SRR波束24a SRR覆蓋區(qū)域26外邊緣(SRR)28 LRR波束28a LRR覆蓋區(qū)域30定位器設(shè)備32 GPS接收器34記憶存儲(chǔ)i殳備36傾角計(jì)38標(biāo)記40監(jiān)視器100第一實(shí)施例方法的步驟l 102第一實(shí)施例方法的步驟2 104第一實(shí)施例方法的步驟3 106第一實(shí)施例方法的步驟4 108第一實(shí)施例方法的步驟5 110a第一實(shí)施例方法的步驟6a 110b第一實(shí)施例方法的步驟6b 112第一實(shí)施例方法的步驟7 114第一實(shí)施例方法的步驟8 116第一實(shí)施例方法的步驟9 118a第一實(shí)施例方法的步驟10a 118b第一實(shí)施例方法的步驟10b 120第一實(shí)施例方法的步驟ll200第二實(shí)施例方法的步驟l 202第二實(shí)施例方法的步驟2 204第二實(shí)施例方法的步驟3 206第二實(shí)施例方法的步驟4 208第二實(shí)施例方法的步驟5 210第二實(shí)施例方法的步驟6 212a第二實(shí)施例方法的步驟7a 212b第二實(shí)施例方法的步驟7b 214笫二實(shí)施例方法的步驟8 216笫二實(shí)施例方法的步驟9 218第二實(shí)施例方法的步驟10 220a第二實(shí)施例方法的步驟lla 220b第二實(shí)施例方法的步驟lib
權(quán)利要求
1.一種用于利用單維掃描雷達(dá)和數(shù)據(jù)融合來(lái)估計(jì)至少一個(gè)目標(biāo)的仰角的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括第一單維雷達(dá)傳感器，其具有第一可操作范圍和第一波束傾角，并且被配置成基于該第一傳感器和所述至少一個(gè)目標(biāo)的每一個(gè)之間的相對(duì)距離、所述可操作范圍和所述傾角來(lái)產(chǎn)生第一返回信號(hào)；第二單維雷達(dá)傳感器，其具有第二可操作范圍和第二波束傾角，并且被配置成基于該第二傳感器和所述至少一個(gè)目標(biāo)的每一個(gè)之間的相對(duì)距離、所述可操作范圍和所述傾角來(lái)產(chǎn)生第二返回信號(hào)；以及至少一個(gè)數(shù)字融合處理器，其通信地耦合到所述第一和第二傳感器并且被配置成基于所述第一和第二返回信號(hào)來(lái)確定相對(duì)信號(hào)值，所述處理器進(jìn)一步被配置成基于所述相對(duì)信號(hào)值來(lái)估計(jì)所述至少一個(gè)目標(biāo)的所述每一個(gè)的仰角。
2. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述數(shù)字融合處理器被配置成 基于所述笫一返回信號(hào)與所述第二返回信號(hào)的簡(jiǎn)單比來(lái)確定所述相對(duì) 信號(hào)值。
3. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述數(shù)字融合處理器被配置威 基于所述第一與第二返回信號(hào)之差來(lái)確定所述相對(duì)信號(hào)值。
4. 如權(quán)利要求1所迷的系統(tǒng)，其中多個(gè)數(shù)字融合處理器相互通信 并且被協(xié)同地配置成作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)確定所述相對(duì)信號(hào)值。
5. 如權(quán)利要求1所迷的系統(tǒng)，其中所述數(shù)字融合處理器包括卡爾 曼濾波器并且被配置成通過(guò)將該濾波器施加到所述第一和第二返回信 號(hào)來(lái)確定所述相對(duì)信號(hào)值。
6. 如權(quán)利要求l所迷的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括記憶存儲(chǔ)設(shè)備，其通信地耦合到所迷處理器并且可操作來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，所述傳感器和處理器被協(xié)同地配置成在一定時(shí)段內(nèi)為所述至少一 個(gè)目標(biāo)的每一個(gè)順序地確定多個(gè)相對(duì)返回信號(hào)值，以便跟蹤所述至少一 個(gè)目標(biāo)的每一個(gè)，所述處理器被配置成向所述存儲(chǔ)設(shè)備傳送并且從所述存儲(chǔ)設(shè)備中 檢索所述多個(gè)相對(duì)返回信號(hào)值，并且基于所述相對(duì)信號(hào)值的總計(jì)來(lái)估計(jì) 所述至少一個(gè)目標(biāo)的所述每一個(gè)的仰角。
7. 如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括定位器設(shè)備，其被配置成大致確定所述傳感器的當(dāng)前位置坐標(biāo)， 所述傳感器的每一個(gè)和處理器被協(xié)同地配置成確定該傳感器和目標(biāo)之間的目標(biāo)范圍(target range)并且基于該傳感器的當(dāng)前位置坐標(biāo)和目標(biāo)范圍大致確定該目標(biāo)的絕對(duì)位置坐標(biāo)。
8. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括記憶存儲(chǔ)設(shè)備，其通信地耦合到所述處理器并且可操作來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，所述傳感器利用雷達(dá)技術(shù)并且被配置成在一定時(shí)段內(nèi)檢測(cè)目標(biāo)，以 便根據(jù)所述目標(biāo)的檢測(cè)來(lái)確定多個(gè)返回信號(hào)強(qiáng)度，所述處理器被配置成確定連續(xù)強(qiáng)度之差的趨勢(shì)，其中從隨后的強(qiáng)度 中減去前一個(gè)強(qiáng)度，并且所述處理器被配置成僅當(dāng)所述趨勢(shì)為正時(shí)確定 所述相對(duì)信號(hào)值。
9. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括至少一個(gè)傾角計(jì)，其被配置成測(cè)量所述第一和第二傳感器的笫一和 第二豎直操作角度，所述處理器通信地耦合到所述傾角計(jì)并且被配置成基于所述操作角度來(lái)確定所述相對(duì)信號(hào)值。
10. 如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述第一和第二可操作范圍以 及所述第一和第二波束傾角是相同的(congruent),并且所述第一和 第二豎直操作角度是不相同的(non-congruent)。
11. 如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括記憶存儲(chǔ)設(shè)備，其進(jìn)一步通信地耦合到所述處理器并且可操作來(lái)存 儲(chǔ)數(shù)據(jù)，所述傾角計(jì)、傳感器和處理器被協(xié)同地配置成在一定時(shí)段內(nèi)為每個(gè) 目標(biāo)順序地確定多個(gè)相關(guān)操作角度以及相對(duì)返回信號(hào)值，所述處理器^皮配置成向所述設(shè)備傳送并且從所迷設(shè)備中檢索所述 多個(gè)相關(guān)操作角度和相對(duì)返回信號(hào)值，所述處理器進(jìn)一步被配置成基于所述相關(guān)操作角度以及相對(duì)信號(hào) 值來(lái)估計(jì)所述至少一個(gè)目標(biāo)的所述每一個(gè)的仰角。
12. 如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述處理器進(jìn)一步被配置成 僅當(dāng)連續(xù)操作角度的變化率不超過(guò)預(yù)定鬮值時(shí)估計(jì)所迷目標(biāo)的仰角。
13. —種用于利用單維掃描雷達(dá)和數(shù)據(jù)融合來(lái)估計(jì)至少一個(gè)目標(biāo)的 仰角的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括第一單維雷達(dá)傳感器，其具有第一可操作范圍和第一波束傾角，并 且被配置成基于該笫一傳感器和所述至少一個(gè)目標(biāo)的每一個(gè)之間的相 對(duì)距離、所述可操作范圍和所述傾角來(lái)產(chǎn)生第一返回信號(hào)；第二單維雷達(dá)傳感器，其具有不同于所述第一范圍的第二可操作范 圍以及不同于所述第一傾角的第二波束傾角，并且被配置成基于該第二 傳感器和所述至少一個(gè)目標(biāo)的每一個(gè)之間的相對(duì)距離、所迷可操作范圍 和所述傾角來(lái)產(chǎn)生第二返回信號(hào)；數(shù)字融合處理器，其通信地耦合到所述第一和第二傳感器，包括卡 爾曼濾波器并且被配置成基于所述第一和第二返回信號(hào)來(lái)確定相對(duì)信 號(hào)值；定位器設(shè)備，其通信地耦合到所迷處理器并且被配置成大致確定所 述傳感器的當(dāng)前位置坐標(biāo)；以及記憶存儲(chǔ)設(shè)備，其通信地耦合到所述處理器并且可操作來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，所述定位器設(shè)備和處理器被協(xié)同地配置成確定所述目標(biāo)的絕對(duì)位 置坐標(biāo)，所述傳感器和處理器被協(xié)同地配置成在一定時(shí)段內(nèi)為所述至少一 個(gè)目標(biāo)的每一個(gè)順序地確定并且向所述設(shè)備傳送多個(gè)相對(duì)返回信號(hào)值，以^更if艮蹤所述至少一個(gè)目標(biāo)的每一個(gè)，所述處理器被配置成從所述存儲(chǔ)設(shè)備中檢索所述多個(gè)相對(duì)返回信 號(hào)值并且基于所述相對(duì)信號(hào)值的總計(jì)來(lái)估計(jì)所述至少一個(gè)目標(biāo)的所述 每一個(gè)的仰角。
14. 一種利用單維掃描雷達(dá)和數(shù)據(jù)融合來(lái)估計(jì)至少一個(gè)目標(biāo)的仰角 的方法，所述系統(tǒng)包括以下步驟a) 從第一操作高度朝著目標(biāo)引出具有第一傾角和第一范圍的單維 短程雷達(dá)波束；b) 從第二操作高度朝著所述目標(biāo)引出具有小于所述第一傾角的第 二傾角以及長(zhǎng)于所述第一范圍的笫二范圍的單維較遠(yuǎn)程雷達(dá)波束；c) 當(dāng)該目標(biāo)位于所述第一和第二范圍之內(nèi)時(shí)，接收來(lái)自所述短程 和較遠(yuǎn)程波束的返回信號(hào)；d) 基于所述笫一和第二返回信號(hào)，對(duì)由所述返回信號(hào)提供的并且 基于所述波束傾角的目標(biāo)仰角信息自主地進(jìn)行融合以便確定相對(duì)返回 信號(hào)值或者組合模式；以及e) 將該相對(duì)返回信號(hào)值或者組合模式與多個(gè)預(yù)定目標(biāo)仰角識(shí)別類 別進(jìn)行比較，以便確定匹配類別。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中該方法由具有操作員的主車(chē) 輛來(lái)才丸行，所述類別包括天橋和同一平面上(at-grade)目標(biāo)確定，該 方法進(jìn)一步包括步驟f) 當(dāng)所述車(chē)輛在與所述目標(biāo)相距預(yù)定最小范圍之外時(shí)通過(guò)產(chǎn)生輸 出來(lái)自主地向所述操作員通知所述匹配類別。
16. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述第一和第二操作高度為 45cm，所述第一傾角為16度，所述第一范圍為30m,所述第二傾角為3 度并且所述第二范圍為150m。
全文摘要
本發(fā)明涉及利用雷達(dá)數(shù)據(jù)融合估計(jì)目標(biāo)仰角的方法。一種通過(guò)估計(jì)目標(biāo)仰角來(lái)減少虛警的碰撞避免系統(tǒng)包括具有不同范圍和波束傾角的短程和遠(yuǎn)程單維掃描雷達(dá)傳感器以及數(shù)字融合處理器，并且優(yōu)選地包括被協(xié)同地配置成進(jìn)一步執(zhí)行趨勢(shì)分析和目標(biāo)跟蹤的定位器設(shè)備、傾角計(jì)和記憶存儲(chǔ)設(shè)備。
文檔編號(hào)G01S17/66GK101334475SQ200810128550
公開(kāi)日2008年12月31日 申請(qǐng)日期2008年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月27日
發(fā)明者H·-P·蘇, J·S·科爾伯恩, K·吉爾里, O·D·阿爾坦 申請(qǐng)人:通用汽車(chē)環(huán)球科技運(yùn)作公司