阅读说明：本技术 车辆雷达传感器和操作方法 (Vehicle radar sensor and method of operation ) 是由 E·塞勒 于 2019-08-23 设计创作，主要内容包括：本公开涉及车辆雷达传感器和操作方法。本文描述一种用于车辆中的雷达传感器(300)。所述雷达传感器包括：至少一个发射器(308)和至少一个接收器(302),用于发射和接收所述雷达传感器(300)的雷达信号；加速度传感器(200),用于测量所述雷达传感器或所述车辆的加速度；处理器(320),联接到所述加速度传感器(200)以使用所述所测量加速度计算从所述车辆投射的雷达信号的倾斜；存储器(330),用于存储所述所计算的雷达倾斜。(The present disclosure relates to vehicle radar sensors and methods of operation. A radar sensor (300) for use in a vehicle is described herein. The radar sensor includes: at least one transmitter (308) and at least one receiver (302) for transmitting and receiving radar signals of the radar sensor (300); an acceleration sensor (200) for measuring an acceleration of the radar sensor or the vehicle; a processor (320) coupled to the acceleration sensor (200) to calculate a tilt of a radar signal projected from the vehicle using the measured acceleration; a memory (330) for storing the calculated radar tilt.)

车辆雷达传感器和操作方法

技术领域

本发明涉及一种用于车辆中以测量和/或校正由于驾驶条件而可能引起的雷达波束的任何倾斜的雷达系统。

背景技术

对用于车辆的主动安全系统的需求日益增加。主动安全系统每车需要多个雷达传感器，每个雷达传感器通常利用特定雷达技术工作。在汽车应用中，主要使用多个集成电路(IC)，有时被称作‘芯片’来构建雷达传感器。当前趋势是提供一种芯片上雷达系统(SOC，使用射频(RF)CMOS工艺技术)解决方案以便降低成本和功率消耗。

商用汽车雷达传感器通常包括实施为相控阵列雷达系统的多个接收器和发射器(其组合称为收发器(TRX))，以便提高输出功率、接收器灵敏度和角度分辨率。微控制器(MCU)对收发器电路执行数字控制，并对数字化数据执行数字信号处理(例如，快速傅立叶变换(FFT)和数字信号处理)，以便将处理后的雷达数据输出到车辆的中央处理单元(CPU)。

此外，存在少数雷达传感器技术，供领先车辆制造商采用和安装。这些技术中的每一个都在操作原理上有所不同，并且通常每个雷达传感器架构(和相关联的雷达技术)都由专用IC组支持。已知具有被配置成并行工作的大量收发器单元的雷达系统提供了更好的角度估计准确度和检测范围。还已知，雷达客户希望雷达收发器IC可支持多芯片级联，以增强目标定位的精度和其系统的路径预测。

现今，许多车辆将使用雷达系统提供有关周围条件的信息、检测道路上的其它车辆或行人，或车辆行进的道路上的其它物体。雷达还可用于检测车辆行进道路的总体条件。这如图1所说明。一般来说，雷达安装在车辆100的前部和/或后部，且通常相对于车辆行进方向垂直定位，当车辆沿道路102行驶时(行进方向如箭头A所示)，雷达将以已知角度投射波束。假定车辆在平坦的路面上行进，且车辆100在沿道路行驶时保持稳定位置，则雷达将在车辆104前方具有标准已知投影。当车辆后部低于前部时(例如，如果车辆后部承载重物)，则车辆前部将高于后部，且因此车辆前部的雷达将具有向上倾斜。相反，如果车辆100急速制动，则车辆前部将向下倾斜，且车辆前部的雷达将具有向下倾斜106。例如，在一些情况下，如果车辆沿着不平坦的路面行进，则车辆前部将根据路面而上下移动，且来自车辆前部的雷达波束的角度将随着路面的变化而变化108。这些可能的替代方案在图1中示出。

如图1所示，当车辆100制动时，波束会向下倾斜，而当车辆加速时，向上倾斜(图中未示出)。还如图1所示，当车辆在不平坦的路面上行驶时，波束可能以任意方式上下倾斜。倾斜也会根据加速度或制动速度而变化，且还可能受车辆尺寸、轮胎弹簧和与车辆相关的其它参数的影响。然而，这些不如速度对倾斜的影响大。这些“车辆”参数可能因车辆而异，例如，与较基本的车辆相比，较昂贵的车辆可能具有能够补偿不平坦路面的悬架。

当前，汽车行业存在一种需求，即使得车辆上的雷达系统能够执行具有良好分辨率的仰角测量。当前系统的分辨率通常为1°。

车辆行进时例如由于道路颠簸、加速、刹车等造成的车辆移动可能会导致发射的雷达信号的倾斜度发生变化。这适用于具有人类驾驶员的普通车辆以及自动驾驶车辆。这可能会导致雷达信号的仰角测量误差较大。行进大距离也可能加剧这个问题。雷达波束的小倾斜可能会导致所测量仰角的显著差异，且此将随着距离的增大而增大。例如，在200m的距离上倾斜1.4度的波束将导致所测量高度相差5m，而倾斜2.8度的波束将产生相同的5m高度差异，但在100m的距离上。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种用于车辆中的雷达传感器，包括：

至少一个发射器和至少一个接收器，用于发射和接收所述雷达传感器的雷达信号；

加速度传感器，用于测量所述雷达传感器或所述车辆的加速度；

处理器，联接到所述加速度传感器以使用所述所测量加速度计算从所述车辆投射的雷达信号的倾斜；

存储器，用于存储所述所计算的雷达倾斜；

其中所述传感器能够处理所述所测量加速度，并响应于所述所测量加速度调整所述雷达信号的所述倾斜或对所述所测量数据进行分类。

在一个或多个实施例中，所述加速度传感器联接到所述雷达传感器的所述发射器。

在一个或多个实施例中，所述加速度传感器测量所述雷达传感器在与所述车辆的行进方向成30°与150°之间的角度的方向上的加速度。

在一个或多个实施例中，所述加速度传感器的所述方向与所述行进方向成75°与105°之间的角度。

在一个或多个实施例中，所述雷达传感器进一步包括波束校正器，其中所述波束校正器将所述所计算的雷达倾斜与预设参考倾斜进行比较，且如果预设值与参考值之间的差超过设定阈值，则将所述倾斜调整为所述预设值。

在一个或多个实施例中，所述阈值基于行驶条件动态地调整。

在一个或多个实施例中，所述波束校正器是波束转向器或相位旋转器。

在一个或多个实施例中，所述波束校正器位于所述至少一个发射器内。

在一个或多个实施例中，所述雷达信号的所述倾斜经由软件控制在所述接收器中进行调整。

在一个或多个实施例中，所述雷达传感器进一步包括用于校准所述雷达信号的校准单元。

在一个或多个实施例中，所述校准单元位于所述处理器内。

在一个或多个实施例中，所述处理器能够结合所述所计算的雷达倾斜处理来自所述雷达信号的所述所分类数据。

根据本发明的第二方面，提供一种用于调整从车辆发射的雷达信号的方法，包括：

从所述车辆发射雷达信号；

量测所述车辆的加速度；

使用所述所测量加速度来计算所述雷达信号的倾斜；

将所述所计算倾斜与所存储的参考倾斜进行比较；

如果所述所计算倾斜与所述参考倾斜的所述比较超过预定值，则调整所述雷达信号的所述倾斜。

在一个或多个实施例中，所述雷达信号使用相位旋转器进行调整。

在一个或多个实施例中，所述雷达信号使用软件进行调整。

本发明的这些和其它方面将根据下文中所描述的实施例显而易见，且参考这些实施例予以阐明。

附图说明

将参考图式仅借助于例子来描述本发明的另外的细节、方面和实施例。在图式中，相同参考数字用于识别表示相同或功能上类似的元件。图式中的元件为简单和清楚起见被示出并且不必按比例绘制。

图1说明在不同条件下行驶的车辆的雷达信号的例子；

图2说明用于本发明中的加速度传感器；

图3是本发明的雷达装置的例子；

图4是本发明的雷达装置的替代例子；

图5是说明本发明的方法的流程图。

具体实施方式

因为本发明的所说明的例子实施例可大部分使用本领域的技术人员已知的电子组件和电路实施，为了本发明的基础概念的理解和了解并且为了不混淆本发明的教示或从本发明的教示转移，将不以与如下文所示出的视作必需的程度相比的任何更大程度来解释细节。

发明人已认识到并了解，改进雷达装置的分辨率是合乎需要的。随着汽车雷达传感器的发展，它们将被要求具有更高的分辨率，例如，改进的分辨率可能有助于决定车辆是否有可能越过道路上的障碍物。障碍物可能是减速带、冲沟或排水沟盖。如果障碍物使得雷达波束由于车辆制动或道路上存在孔洞而朝向街道倾斜，这可能导致车辆例如进行紧急制动，或车辆减速，从而可能影响总体驾驶，或导致行程延误，特别是对于自主车辆。

使用加速度测量和雷达信息来校正波束倾斜或获得系统信息将导致系统总体性能的改进。

图2是可以用于本发明中的加速度传感器200的例子。加速度传感器200包括电压调节器202、可编程数据阵列204、参考振荡器206、主振荡器208、时钟监视器210、内部时钟212、控制逻辑214、串行***接口(SPI)216、脉冲编码调制器(PCM)218、数字信号处理器(DSP)220、温度传感器222、sinc滤波器224和236、转换器226和234、离子光电池(g-cell)228和232、自检接口230。在本发明的例子中，加速度传感器200测量当车辆移动时车辆上的雷达传感器在竖直方向上的加速度，但在一些例子中，传感器可以测量雷达传感器在相对于车辆移动方向的其它方向上的加速度。一般来说，加速度将以与车辆行进方向成30°与150°之间的角度测量，或更具体地说，以75°与105°之间的角度测量。在本发明的另一优选例子中，加速度在与车辆行进方向基本垂直的方向上测量。例如，雷达传感器或车辆底盘在竖直方向上的加速度测量可以基于雷达传感器的加速度诱发运动产生的差分电容原理来实现。

图3是实施本发明的例子的电路例子的说明，该电路包括雷达300传感器、加速度传感器200、汽车雷达微控制器350，该汽车雷达微控制器350包括处理器320和存储器330。处理器320还可以包括校准单元322。雷达传感器300包括接收器阵列302、接收器天线304、发射器阵列308，该发射器阵列包括波束校正器360(在本发明的例子中，波束校正器可以是波束转向器或相位旋转器)、发射器天线306、输出阵列310、啁啾发生器312、内部平衡-不平衡变压器314、外部平衡-不平衡变压器318和旁路316。加速度传感器200联接到汽车雷达微控制器350。雷达传感器产生射频，该射频被发射、由物体反射，且随后经由RX天线接收。接收到的信号被混合到较低频率且数字化，以用于在微控制器中进一步处理。

在本发明的此例子中，此电路使用波束校正器功能性来调整和/或校正由车辆底盘移动造成的雷达传感器发射的波束中的波束倾斜误差。传感器的所计算波束倾斜将与波束倾斜的预设参考值进行比较，且如果这两个测量值之间的差异超过预设阈值，则将波束倾斜调整为预设值，以将波束倾斜校正回所需值。在本发明的实施例中，当雷达传感器最初安装在车辆上时，可以设定预设参考阈值，或可以根据驾驶条件或其它外部因素随时改变预设参考阈值。在相控阵列天线设置中，所测量的加速度值用于使用波束校正器360调整所发射雷达波束的倾斜。在本发明的例子中，所测量的加速度与倾斜角度之间将为简单的关系，以使得如果加速度超过值x，则雷达波束被校正到角度y°。在本发明的例子中，加速度越大，则校正的倾斜角度就越大。此外，这种关系还将考量雷达波束的延迟。

图4示出用于校正波束倾斜的替代方法中的电路。来自图3的相同元件已被给出相同的参考编号。在本发明的此例子中，电路不包括波束校正器，而是使用汽车雷达微控制器350内的软件来处理来自加速度传感器200的信息以计算波束倾斜，且微控制器将与雷达传感器300通信以根据与阈值的比较来校正雷达波束的倾斜。

在本发明的例子中，图3和4的电路可用以(i)基于车辆运动时雷达传感器的所测量加速度校正雷达波束仰角和/或(ii)对接收到的雷达数据进行分类。一般来说，分类后的所接收数据将用于雷达波束倾斜的后续校正，但分类数据也可用于其它目的，例如雷达数据的后期软件分类。

在本发明的例子中，加速度传感器200将在车辆底盘例如由于车辆在颠簸道路上行进、车辆加速或刹车而移动时测量雷达传感器300的竖直移动。加速度传感器200可以直接联接到雷达传感器300，或可替代地安装在车辆底盘的某个位置，以测量底盘的加速度。所测量的竖直加速度可用来校正由于车辆底盘移动(例如颠簸道路、加速、刹车)引起的汽车雷达波束在仰角上的倾斜，或用来对底盘移动期间接收到的数据进行分类。所有所测量数据将存储在存储器330中，且处理器320将分析所测量数据，且执行波束校正和或数据评估。

汽车雷达微控制器350的存储器330将具有用于确定雷达的波束角度是否需要校正的竖直倾斜阈值的详情。阈值可基于车辆的各种参数(包括车辆加速度)加以计算，且在本发明的一些例子中，阈值可根据当时的具体驾驶条件进行动态调整。通常，阈值预先计算且存储在微控制器350中。在雷达传感器的操作中，阈值与如上文描述的所测量倾斜角度进行比较。

在本发明的例子中，倾斜校正可作为校准校正的一部分而进行。在一个例子中，每个车辆的雷达传感器都将在生产工厂被校准到设定的标准。校准可能针对车辆软件，在这种情况下，特定生产运行中的所有车辆都将具有相同的校准标准。在本发明的例子中，校准过程可以针对传感器的所测量加速度值校准校正因数。这可以通过测量雷达传感器相对于所测量加速度的波束倾斜来进行。接着可以使用这些测量值将倾斜校正回预期的校准测量值。

图5是示出本发明的方法的例子中的步骤的流程图400。在402处，通过加速度传感器测量车辆上的雷达传感器的竖直加速度，此输出传递到404，且计算由于车辆运动变化而从车辆延伸的雷达波束的倾斜，在406处，将雷达波束倾斜校正回标准值(通过将倾斜与存储在微控制器350中的竖直阈值限值进行比较)，或使用倾斜信息来评估雷达数据，且不发生雷达波束调整。可以使用波束校正器或如上文所论述的软件控制执行此校正。在本发明的例子中，倾斜校正角度corr(t)等于所测量的竖直加速度a(t)'乘以校正因数m加上延迟函数f(t)，如下文的等式1所示：

corr(t)＝a(t)*m+f(t)； 等式1

例如，如果406导致通过波束转向技术校正了雷达波束倾斜，则此校正可能发生在传感器300的发射器或接收器侧。在本发明的例子中，对于发射侧的校正，这将是使用例如图3所示的相位旋转器360对波束的物理校正，而接收器侧的雷达波束的校正或调整将经由汽车雷达微控制器350内的软件控制来进行，如图4所示。

如果使用406来评估所量测的雷达加速度而非校正倾斜，则数据可用于软件处理，以评估/分类/加权传感器数据。这可用来提高自主驾驶车辆的可靠性，因为所评估数据可反馈到自主车辆的开发中。

尽管本发明的例子是参考适用于汽车应用的雷达单元来描述的，但可设想本文所述的概念可适用于其它应用，例如：MR3003雷达收发器、TEF810X雷达收发器；微控制器：S32R27:S32R雷达微控制器；MMA69XX汽车加速度计。

在前述说明书中，已参考本发明的实施例的具体例子描述了本发明。然而，将明显的是，可在不脱离如所附权利要求书中所阐述的本发明的范围的情况下对所述特定例子作出各种修改和改变，且权利要求书并不限于上文所描述的特定例子。如本文中所论述的连接可以是适合于从相应节点、单元或集成电路装置发射信号或将信号发射到所述相应节点、单元或集成电路装置的任何类型的连接。因此，除非以其它方式暗示或陈述，否则连接可以是例如直接连接或间接连接。另外，多个连接可换为串行或以时分复用的方式传送多个信号的单个连接。同样，携载多个信号的单一单个连接可以被分成携载这些信号的子集的各种不同连接。因此，存在用于传递信号的许多选择方案。

本领域的技术人员应认识到，本文中所描绘的架构仅为示例性的，且实际上，可实施实现相同功能性的许多其它架构。因此，本文中组合以实现特定功能性的任何两个组件都可以被视为彼此‘相关联’，使得所要功能性得以实现，而不管架构或中间组件如何。因此，本文中经组合以实现特定功能性的任何两个组件都可以被视为‘相关联’，以便实现所要的功能性，而不管架构或中间组件如何。同样，如此相关联的任何两个组件还可被视为彼此“可操作地连接”或“可操作地耦合”以实现所要功能性。

此外，本领域技术人员应认识到，上述操作之间的界限仅仅是说明性的。多个操作可组合成单个操作，单个操作可分散于额外的操作中，并且操作的执行可在时间上至少部分地重合。此外，替代性实施例可包括特定操作的多个例子，并且操作的次序可以在不同其它实施例中进行更改。

在权利要求书中，放置在圆括号之间的任何附图标记不应被解释为限制该权利要求。词语‘包括’不排除除了权利要求中所列的那些元件或步骤之外的其它元件或步骤的存在。此外，如本文中所使用，术语“一(a或an)”被定义为一个或多于一个。而且，权利要求书中对例如‘至少一个’和‘一个或多个’的介绍性短语的使用不应被解释为暗示由不定冠词‘一’引入的另一权利要求要素将包括此类所引入的权利要求要素的任何特定权利要求限制为仅包括一个此类要素的发明，即使是在同一权利要求包括介绍性短语‘一个或多个’或‘至少一个’和例如‘一’的不定冠词时也如此。定冠词的使用也是如此。除非另有陈述，否则例如‘第一’和‘第二’等术语用于任意地区别此类术语所描述的元件。因此，这些术语未必意图指示此些元件的时间上的优先级或其它优先级。在彼此不同的权利要求项中叙述某些措施这一单纯事实并不指示不能使用这些措施的组合来获得优势。