[发明专利]用于表征用户平台的环境的方法和设备

说明书

提出了用于表征用户平台的环境的设备和方法。在某些实施例中，通过具有按预定顺序激活的多个元件的天线阵列发射和接收RF信号，并且用往返路径校正对接收的信号进行操纵以提高所述阵列在一个或多个方向上的增益。从发射信号的返回的接收检测这些方向上的物体，并且对经操纵的接收的信号进行处理以估计到这些物体的范围。在其他实施例中，接收一个或多个外部发射机发射的RF信号，并且对这些RF信号进行操纵以提高与所述一个或多个发射机相关联的本地天线阵列或多个天线阵列的增益从而提高所述阵列在一个或多个方向上的增益。从来自发射机的反射的信号的接收检测这些方向上的物体，并且对经操纵的接收的信号进行处理以估计到这些物体的范围。

技术领域

本发明涉及用于表征用户平台的环境的方法和设备，所述方法和设备特别地用于确定或估计在用户平台(诸如自主车辆)的环境中到一个或多个物体的方向或范围。然而，将意识到，本发明不限于这个特定的使用领域。

相关申请

本申请要求2017年5月12日提交的澳大利亚临时专利申请No.2017901780的优先权，该申请的内容整个地通过引用并入本文。

背景技术

在整个本说明书中对现有技术的任何讨论绝不应被认为是承认这样的现有技术形成本领域中的公知常识的一部分。

用户平台(诸如电动车)可以被配置为通过采集关于车辆的环境的信息以帮助导航来自主地(即，在很少有或没有来自人类操作者的输入的情况下)操作。信息可以由各种传感器系统(包括激光雷达、雷达、相机和麦克风)采集。自主车辆通常还配备有用于确定车辆的位置(一般用于与存储的地图进行比较)的定位系统，诸如GPS。一般优选的是使自主车辆具有多个传感器系统以用于冗余性和交叉检查。

激光雷达通过重复地扫描一个或多个激光束以产生车辆的环境中的反射物体的图片来进行操作，其中到物体的范围是从发射的脉冲和返回的反射脉冲之间的时间延迟确定的。激光雷达在许多方面是用于在自主车辆中进行检测和测距的首选的系统，因为激光束的方向性极其好并且能够产生短的大带宽脉冲用于精确的测距。然而，如美国专利No.9,097,800(Zhu)中所公开的，可能需要辅以雷达来区分可能需要被避免的固体物体和流体物体(诸如排气尾流和轮胎喷雾剂)。目前的自主车辆激光雷达系统的一些缺点是，范围一般限于100m以下，它们需要激光器的机械旋转，并且如果完全在雾中或下大雨，则它们不能很好操作。

几种类型的雷达可以被用于自主车辆中，包括脉冲式频率调制连续波(FMCW)和扩频雷达，参见例如美国专利No.7,969,350(Winstead等人)、5,268,692(Grosch等人)和6,801,153(Rauch等人)。脉冲式雷达以与激光雷达类似的方式通过飞行时间技术来确定范围，而FMCW雷达通过对发射信号施加周期性频率调制并且测量发射信号和返回信号之间的频率差来确定范围。扩频雷达以与GPS类似的方式进行操作，通过对发射信号施加伪随机(PRN)码并且将返回信号与PRN码的内部产生的副本相关来确定范围。目前的自主车辆雷达系统的显著缺点是定向扫描能力有限，大多数系统是固定方向，例如，向前或向后查看。具有宽扫描范围的相控阵列雷达系统被用于军事应用中，但是对于车辆中的一般使用，太复杂，而且昂贵。

本领域中已知的另一种形式的雷达是“被动”雷达。不同于其中设备既发射、又接收射频(RF)能量的“主动”雷达，在被动雷达中，接收机尝试通过查找来自一个或多个外部发射机的信号的反射来确定其环境中的物体的存在。在一些被动雷达系统中，接收机和外部发射机受到联合控制，而在“机会信号”系统中，接收机使用它可以找到的任何合适的信号，例如，商业电视、无线电或移动电话传输。被动雷达避免了使单独的车辆辐射RF能量的需要和相关联的干扰风险，但是一般来说，检测和范围的确定比主动雷达中更复杂。机会信号的变化莫测使自主车辆中的被动雷达的应用迄今为止是不切实际的。

虽然重要的是使自主车辆具有采集不同类型的信息的几个传感器系统以及交叉检查，但是如果给定的传感器系统可以被配置为采集对于导航有用的两种或更多种类型的信息，则对于降低的复杂度和成本将是有利的。