使用机动车辆雷达系统确定物体目标的至少一个仰角变量的方法与流程

本发明涉及一种用于确定物体的物体目标相对于仰角参考平面的至少一个仰角变量的方法，所述物体由雷达系统检测，特别是车辆的雷达系统，其中：使用雷达系统发射雷达信号并且接收在物体目标处反射的雷达信号的回波信号，确定雷达系统的行进速度，使用雷达系统借助于接收的回波信号来确定至少一个物体目标相对于雷达系统的径向速度，使用雷达系统借助于接收的回波信号来确定表征物体目标相对于第一参考区域的方向的第一方向变量，第一参考区域相对于雷达系统固定，借助于第一方向变量、径向速度和行进速度确定表征物体目标相对于第二参考区域的方向的第二方向变量，第二参考区域相对于雷达系统固定，借助于至少一个方向变量确定物体目标的至少一个仰角变量。此外，本发明涉及一种雷达系统，特别是车辆的雷达系统，包括：用于发射雷达信号的至少一个天线，用于从在物体目标处反射的雷达信号接收回波信号的至少一个天线，以及用于确定使用雷达系统检测的物体的物体目标相对于仰角参考平面的至少一个仰角变量的装置，其中该装置具有：用于借助于接收的回波信号来确定检测到的物体目标相对于雷达系统的径向速度的装置，用于借助于接收的回波信号来确定表征物体目标相对于第一参考区域的方向的第一方向变量的装置，第一参考区域相对于雷达系统固定，用于借助于雷达系统的第一方向变量、径向速度和行进速度确定表征物体目标相对于第二参考区域的方向的第二方向变量的装置，第二参考区域相对于雷达系统固定，以及用于借助于至少一个方向变量确定物体目标的至少一个仰角变量的装置。此外，本发明涉及一种具有至少一个雷达系统的车辆，其中至少一个雷达系统包括：用于发射雷达信号的至少一个天线，用于从在物体目标处反射的雷达信号接收回波信号的至少一个天线，以及用于确定使用雷达系统检测的物体的物体目标相对于仰角参考平面的至少一个仰角变量的装置，其中该装置具有：用于借助于接收的回波信号来确定检测到的物体目标相对于雷达系统的径向速度的装置，用于借助于接收的回波信号来确定表征物体目标相对于第一参考区域的方向的第一方向变量的装置，第一参考区域相对于雷达系统固定，用于借助于雷达系统的第一方向变量、径向速度和行进速度确定表征物体目标相对于第二参考区域的方向的第二方向变量的装置，第二参考区域相对于雷达系统固定，以及用于借助于至少一个方向变量确定物体目标的至少一个仰角变量的装置。

背景技术：

1、从de102018000517a1中已知一种用于对车辆环境中的物体进行基于雷达的测量和/或分类的方法，其中借助于布置在车辆上的至少一个雷达传感器来检测车辆环境，并且在基于对雷达传感器发射的雷达信号和物体反射的雷达信号之间的多普勒频率偏移的评估来确定和/或分类物体高度时产生多普勒信息项。在车辆的精确运动信息项可用的假设下，可以确定物体的高度，因为已经确定的关于物体方位角的信息与接收到的多普勒信息一起用于精确计算仰角。物体的方位角通过雷达传感器的多个水平天线处的数字波束形成来确定。如果物体的仰角已经计算过一次，则可以根据物体的仰角和从雷达传感器到物体的径向距离来确定物体的高度，如方程中指定。

2、本发明的目的是设计开头所述类型的方法、雷达系统和车辆，其中可以更有效地确定检测到的物体目标相对于仰角参考平面的至少一个仰角变量。特别地，至少一个仰角变量能够更精确和/或更容易地确定，特别是使用更简单和/或节省空间的装置。

技术实现思路

1、根据本发明的方法实现了该目的，因为：

2、使用雷达系统的至少一个天线发射雷达信号，并且使用雷达系统的至少两个天线接收回波信号，其中天线的相应相位中心沿着平行于仰角参考平面延伸的假想天线轴布置，

3、相对于作为参考区域的相对于雷达系统固定的第一参考轴确定第一方向变量，相对于作为参考区域的相对于雷达系统固定的第二参考轴确定第二方向变量。

4、根据本发明，使用天线发射和接收雷达信号，天线的相位中心沿着天线轴布置。天线轴平行于仰角参考平面延伸。这样，雷达系统的天线布置可以简单和节省空间的方式线性地构造。平行于仰角参考平面的天线布置简化了方向变量的分配。

5、根据本发明，第一方向变量和第二方向变量均相对于相关的参考轴来确定。因此，可以使用一维线性天线布置来确定方向变量。为此目的不需要二维平面天线布置。为了能够直接相对于仰角参考平面确定至少一个仰角变量，需要二维平面天线布置。本发明能够使用节省空间且设计简单的线性天线布置相对于物体目标的仰角参考平面确定至少一个仰角变量。

6、仰角参考平面相对于雷达系统(尤其是车辆)的法线方向水平延伸。已知方位角位于平行于仰角参考平面延伸的平面中，或者是仰角参考平面。相对于其定义方位角的方位角参考平面垂直于仰角参考平面。

7、物体目标的径向速度是物体目标和雷达系统之间在物体目标和雷达系统参考点之间的假想连接轴方向上的相对速度。雷达系统的参考点可以有利地是至少两个参考轴的交点。

8、参考点，特别是至少两个参考轴的交点，或者参考点在垂直于仰角参考平面的方向上的投影可以有利地位于天线的相位中心之间，特别是在雷达系统的假想天线轴上。

9、参考点，特别是至少两个参考轴的交点，可以有利地位于由车辆车轮在地面上的接触面积限定的平面上。以这种方式，具有用于方向变量的参考轴的参考系统可以朝向车辆的道路。

10、雷达系统的行进速度是雷达系统在空间中移动的速度。雷达系统的行进速度可以有利地是车辆的行进速度。行进速度可被指定为地面上的速度等。行进速度可以有利地使用速度测量系统来确定，特别是车辆的速度测量系统。

11、该方法用于确定物体目标相对于仰角参考平面的至少一个仰角变量。仰角变量可以有利地是仰角高度。可替代地或另外，仰角变量可以是仰角。仰角高度是物体目标和仰角参照平面之间的距离。仰角是一方面物体目标和雷达系统参考点之间的假想连接轴与另一方面仰角参考平面之间的角度。

12、此外，使用该方法可以确定物体目标的方位。这样，使用该方法可以更精确地确定至少一个仰角变量和方位角。

13、在与车辆结合使用时，可以使用本发明来确定物体目标的仰角高度，该物体目标尤其位于车辆行进方向的前方。如果仰角高度是已知的，则尤其可以使用车辆的驾驶员辅助系统来确定物体目标是否布置得足够低以使车辆能够驶过它，或者物体目标是否布置得足够高以使车辆能够在物体目标下方驶过。

14、通常，使用仅具有多个天线(特别是发射天线和接收天线)的线性布置的雷达系统，仅能够确定检测到的物体目标的方位。这里可以根据回波信号的相移来假设方位角。这里使用不同的接收天线检测回波信号。只有在物体目标具有与天线(尤其是接收天线)的相位中心相同的仰角高度的情况下，才能使用这种雷达系统精确地确定方位。如果物体目标位于与天线不同的仰角高度，则方位角被不准确地确定。为了能够精确地确定方位角和仰角变量，通常使用以平面方式布置的发射天线和接收天线的配置。在这种情况下，额外的发射通道和接收通道是必要的，仅使用它们来执行仰角变量的确定。这增加了所用雷达系统的复杂性和成本支出。这在本发明中可以省去。

15、使用根据本发明的方法和根据本发明的雷达系统，可以在二维平面中确定物体目标相对于雷达系统、特别是相对于车辆的距离和方向。通过精确确定至少一个仰角变量，可以在三维空间中表征物体目标。总的来说，本发明使得能够准备雷达系统尤其是车辆的环境的完整三维地图。本发明使得使用一维线性天线布置来确定方位角和确定至少一个仰角变量得以改进，而不需要为此目的而特别以平面方式布置的额外天线，特别是接收天线。

16、雷达系统可以有利地用于车辆中，尤其是机动车辆中。雷达系统可以有利地用于陆地车辆，特别是客车、卡车、公共汽车、摩托车等，飞机，特别是无人驾驶飞机和/或船只。雷达系统还可以用于可以自主或至少半自主操作的车辆。然而，雷达系统不限于车辆。它还可以用于固定操作、机器人和/或机器，特别是建筑或运输机械，例如起重机、挖掘机等。

17、雷达系统可以有利地连接到车辆或机器的至少一个电子控制设备，特别是驾驶员辅助系统和/或底盘控制系统和/或驾驶员信息设备和/或停车辅助系统和/或手势识别系统等，或者可以是这种设备或系统的一部分。这样，车辆或机器的至少一些功能可以自主或半自主地执行。

18、在该方法的有利设计中，可以根据使用各种天线接收的同一雷达信号的回波信号之间的相移来确定第一方向变量。这样，可以更准确地确定第一方向变量。

19、在该方法的一个有利实施例中，第二方向变量可以使用第一方向变量、径向速度和行进速度从数学关系、特别是三角关系来计算，特别是第二方向角度形式的第二方向变量作为径向速度与行进速度和第一方向角形式的第一方向变量的余弦的乘积的商的反正弦。以这种方式，可以根据已经确定的变量，特别是第一方向变量、径向速度和行进速度，更精确地计算第二方向变量。因此可以更精确地单独确定第二方向变量。为此目的不需要相应的转换表。

20、第二方向变量可以有利地以第二方向角的形式计算为径向速度与行进速度和第一方向角形式的第一方向变量的余弦的乘积的商的反正弦。这样，可以直接以方向角的形式计算方向变量。

21、第二方向角可以有利地根据以下公式计算：

22、

23、在该方法的另一有利实施例中，第二方向变量可以取自转换表，该转换表包含第一方向变量、第二方向变量、径向速度和行进速度的关联，特别地，第二方向变量可以取自对应于相应行进速度的转换表，该转换表包含作为第一方向变量和径向速度的函数的第二方向变量。以这种方式，可以快速地确定第二方向变量，而无需根据已经确定的变量进行额外的计算。

24、至少一个转换表可以预先确定，特别是在雷达系统的校准过程中，特别是在雷达系统或可能的车辆的生产线末端确定，并存储在雷达系统的相应存储介质中，特别是控制和评估装置中。

25、可以有利地分别为不同的行进速度提供转换表，该转换表包含第一方向变量、第二方向变量和相应行进速度的径向速度之间的关系。这样，可以根据相应的行进速度使用适当的转换表。

26、转换表可以有利地具有多个三元组，每个三元组具有第一方向变量、径向速度和对应的第二方向变量。三元组可以容易地保存，特别是存储，特别是在软件中。

27、在该方法的另一有利实施例中，第一方向变量和第二方向变量可以角度的形式实现。以这种方式，可以更容易地确定检测到的物体目标的至少一个仰角变量和/或方位角。

28、在该方法的另一有利实施例中，可以指定两个参考轴，使得它们跨越平行于仰角参考平面或在其中延伸的平面。这样，用于方向变量的参考系统和用于至少一个仰角变量和方位角的参考系统可以具有共同的取向。因此，可以从方向变量中更容易地确定至少一个仰角变量和/或方位角。

29、在另一有利实施例中，可以在确定第二方向变量之前检查所检测的物体目标是否静止，如果物体目标不静止，则可以结束用于确定该物体目标的至少一个仰角变量的方法，否则可以继续用于确定至少一个仰角变量的方法。以这种方式，仅使用静止物体目标来确定至少一个仰角变量。使用静止物体目标可以更精确地确定至少一个仰角变量。

30、在结束之后，用于确定物体目标的至少一个仰角变量的方法可以有利地使用另一个物体目标再次开始。

31、在该方法的另一有利实施例中，为了检查物体目标是否静止，可以计算径向速度和行进速度与第一方向变量的余弦的乘积之间的差值，

32、可以将该差值与至少一个极限值进行比较，并且根据比较的结果可以假设物体目标是静止的，并且可以继续用于确定至少一个仰角变量的方法，否则可以针对该物体目标结束该方法，

33、和/或

34、可以将该差值与两个指定的极限值进行比较，并且如果该差值在这两个极限值之间，则可以假设物体目标是静止的，并且可以继续用于确定至少一个仰角变量的方法，否则可以针对该物体目标结束该方法。以这种方式，可以在考虑行进速度、径向速度和第一方向变量的情况下以数学方式，特别是通过三角学来确定物体目标在空间中的速度。

35、径向速度和行进速度与第一方向变量的余弦的乘积之间的差值可以有利地与至少一个极限值进行比较，并且可以根据比较结果假设物体目标是静止的。这里可以假设，如果差值小于或小于/等于极限值，则物体目标是静止的。可替代地或另外，如果差值大于或大于/等于极限值，则可以假设物体目标是静止的。

36、两个极限值可以有利地具有不同的符号。以这种方式，物体目标在朝向雷达系统的方向上的运动可以具有与物体目标远离雷达系统的运动具有不同符号的极限值。可以规定这两个极限值，从而可以在公差范围内确定被检测物体目标的可能运动，特别是雷达系统和/或行进速度的测量公差。

37、在该方法的另一有利实施例中，物体目标的至少一个仰角变量和/或方位角可以借助于第一方向变量和第二方向变量来计算和/或取自至少一个转换表。以这种方式，所确定的方向变量可以较小的努力转换成至少一个仰角变量和/或方位角。

38、从第一方向变量和第二方向变量可以有利地计算物体目标的至少一个仰角变量和/或方位角。数学关系，特别是三角关系可以用于此目的。

39、作为仰角变量的仰角高度的计算可根据以下公式进行：

40、

41、在这种情况下，α是方向角形式的第一方向变量，β是方向角形式的第二方向变量，r是物体目标距雷达系统的距离，h是仰角高度。

42、使用雷达系统可以有利地确定物体目标的距离。以这种方式，可以使用单次雷达测量来确定与物体目标相关的并且确定至少一个仰角变量所需的所有变量。

43、可替代地或另外，至少一个仰角变量和/或方位角可以取自至少一个转换表。这样，可以更快地确定至少一个仰角变量和/或方位角，而无需额外的计算工作。

44、具有可能的仰角变量和相应的第一方向变量和第二方向变量的三元组可以有利地存储在至少一个转换表中。至少一个转换表可以预先确定，特别是在雷达系统的校准过程中，特别是在生产线的末端，并存储在相应的存储介质中，特别是雷达系统的存储介质中。

45、此外，根据本发明在雷达系统中实现了该目的，因为：

46、该雷达系统具有：

47、至少一个天线，使用该天线可以发射雷达信号；以及至少两个天线，使用该天线可以从在物体目标处反射的雷达信号接收回波信号，其中天线的相应相位中心沿着平行于仰角参考平面延伸的假想天线轴布置，

48、用作第一方向变量的参考区域的相对于雷达系统固定的第一参考轴和用作第二方向变量的参考区域的固定第二参考轴。

49、根据本发明，雷达系统的天线沿着假想天线轴线性布置。以这种方式可以节省空间和简单的方式设计天线布置。此外，天线布置可以相对于仰角参考平面以定义的方式定向。因此可以更容易地确定至少一个仰角变量。雷达系统具有固定第一参考轴和固定第二参考轴，它们用作第一方向变量和第二方向变量的参考区域。

50、此外，根据本发明在车辆中实现了该目的，因为：

51、至少一个雷达系统具有：

52、至少一个天线，使用该天线可以发射雷达信号；以及至少两个天线，使用该天线可以从在物体目标处反射的雷达信号接收回波信号，其中天线的相应相位中心沿着平行于仰角参考平面延伸的假想天线轴布置，

53、用作第一方向变量的参考区域的相对于至少一个雷达系统固定的第一参考轴和用作第二方向变量的参考区域的固定第二参考轴。

54、有利地，至少一个参考轴可以在车辆的至少一个定义的假想轴上对齐，特别是车辆纵轴、车辆横轴和/或车辆竖轴和/或车辆行驶方向轴。这样，使用至少一个雷达系统获得的信息项可以更容易地用作车辆的环境信息项。

55、车辆可以有利地具有至少一个驾驶员辅助系统。在驾驶员辅助系统的帮助下，车辆可以自主或半自主地操作。

56、至少一个雷达系统可以有利地与至少一个驾驶员辅助系统功能性连接。以这种方式，使用至少一个雷达系统获得的关于车辆环境的信息项可被至少一个驾驶员辅助系统用于车辆的自主或半自主操作。

57、至少一个雷达系统可以有利地特别是车辆的驾驶员辅助系统和/或自动驾驶系统的构成部分。雷达系统的优点是可以利用它们直接确定检测到的物体目标的径向速度。

58、此外，结合根据本发明的方法、根据本发明的雷达系统和根据本发明的车辆及其相应的有利实施例指出的特征和优点在这里以相互对应的方式适用，反之亦然。各个特征和优点当然可以相互结合，其中可以产生超过各个效果总和的进一步有利效果。