TWI791313B - 雷達自我校正裝置及雷達自我校正方法 - Google Patents

雷達自我校正裝置及雷達自我校正方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種雷達自我校正裝置及雷達自我校正方法，雷達自我校正裝置包含有一天線收發模組以及一處理器；天線收發模組具有一偵測範圍；處理器與天線收發模組耦接而取得物體在一段時間內相對天線收發模組之一相對速度以及一相對角度，相對角度為物體與車體行駛方向之間的夾角，處理器依據一檢測模型確認相對角度是否等於一理想角度；其中，檢測模型之檢測條件中包含：當相對速度為0時，理想角度為90度；藉此，可透過檢測模型確認天線收發模組所偵測角度的正確性，並在偵測角度有誤時，即時進行處理。

Description

雷達自我校正裝置及雷達自我校正方法
本發明係關於一種自我校正技術，尤指一種雷達自我校正裝置及雷達自我校正方法。
車載雷達在安裝於車體前會事先進行雷達角度的校準，然而，實際上雷達安裝車載雷達時，由於雷達安裝初始作業發生的精度差，導致雷達基準軸偏離原本設想的方向，進而產生雷達回波訊號處理後所取得之物體方位角有誤的問題。
此外，即使初始安裝階段並沒有發生雷達基準軸的偏差，在後續雷達的使用上，由於車體長時間的行駛、車齡、車體發生擦撞等問題，都會對雷達造成影響，導致雷達的基準軸偏移造成偵測異常。
當物體偵測異常時，因為對物體的狀態判斷錯誤並且無法得到正確的觀測值，除了靜止物可能被偵測成移動物外，也因物體相對於車體的位置錯誤，在雷達的盲點偵測(Blind Spot Detection，BSD)、倒車側向來車警示(Rear Cross Traffic Alert，RCTA)及開門警示(Door Open Warning，DOW)等應用上，發生誤告警、漏告警、告警即時性異常的現象。
本發明主要目的在於提供一種雷達自我校正裝置與雷達自我校正方法，能夠即時察覺雷達角度發生偏差，並進行校正處理。
為達上述目的，本發明之一項實施例提供一種雷達自我校正裝置，其設置於一車體上，並根據車側的一物體進行角度檢錯，雷達自我校正裝置包含：一天線收發模組以及一處理器；天線收發模組具有一偵測範圍；處理器與天線收發模組耦接而取得物體在一段時間內相對天線收發模組之一相對速度以及一相對角度，相對角度為物體與車體行駛方向之間的夾角，處理器依據一檢測模型確認相對角度是否等於一理想角度；其中，檢測模型之檢測條件中包含：當相對速度為0時，理想角度為90度。
本發明之一項實施例提供一種雷達自我校正方法，一車體設有一天線收發模組，天線收發模組用以偵測車體車側之一物體，雷達自我校正方法包含下列步驟：一擷取步驟、一處理步驟以及一判斷步驟；擷取步驟：一處理器取得物體在一段時間內相對天線收發模組之一相對速度以及一相對角度，相對角度為物體與車體行駛方向之間的夾角；處理步驟：處理器將相對速度以及相對角度輸入至一檢測模型；判斷步驟：處理器依據檢測模型確認相對角度是否等於一理想角度，以確認天線收發模組之偵測角度的正確性，其中，檢測模型之檢測條件包含：當相對速度為0時，理想角度為90度。
藉此，本發明之雷達自我校正裝置取得物體在一段時間內相對天線收發模組之相對速度以及相對角度後，可透過檢測模型確認天線收發模組所偵測角度的正確性，並在發現偵測角度有誤時，即時做後續處理，而避免因天線收發模組基準軸偏移所造成的偵測異常，而可確實判斷偵測物體的狀態，且取得正確的觀測值，以保障行車之安全。
為便於說明本發明於上述發明內容一欄中所表示的中心思想，茲以具體實施例表達。實施例中各種不同物件係按適於說明之比例、尺寸、變形量或位移量而描繪，而非按實際元件的比例予以繪製，合先敘明。
請參閱圖1至圖6所示，本發明提供一種雷達自我校正裝置100及雷達自我校正方法200；雷達自我校正裝置100設置於一車體1上，並根據車側的一物體2進行角度檢錯。
雷達自我校正裝置100包含：一天線收發模組10、一處理器20及一紀錄模組30，其中，天線收發模組10、處理器20以及紀錄模組30相互耦接，處理器20與車體1之處理器區域網路(Controller Area Network bus，CAN bus)通訊連接；於本實施例中，天線收發模組10裝設於車體1之車側面，天線收發模組10亦可以裝設於車體1前面或車體1後面，但只要能向側面進行雷達偵測即可；處理器20為數位訊號處理器(Digital Signal Processor，DSP)，亦可以是其他可進行訊號運算的晶片或模組。
天線收發模組10具有一偵測範圍，如圖3A所示，行駛方向D2為車體1之行進方向，垂直偵測方向D1為天線收發模組10之偵測範圍中垂直行駛方向D2之偵測方向；天線收發模組10向偵測範圍發射一電磁波訊號，並接收由偵測範圍內物體2所反射的回波訊號。
處理器20取得物體2在一段時間內相對天線收發模組10之一相對速度
Figure 02_image001
以及一相對角度
Figure 02_image003
，並依據一檢測模型21確認相對角度
Figure 02_image003
是否等於一理想角度。
檢測模型21預存於處理器20，檢測模型21於本實施例中為
Figure 02_image007
，其中，相對速度
Figure 02_image001
代表車體1與物體2之間考慮方向性之後的相對速度；平行速度
Figure 02_image005
代表物體2相對車體1平行行駛方向D2的速度；相對角度
Figure 02_image003
為物體2相對車體1行駛方向D2之間的夾角。
於本實施例中，很明顯的，可以從上述檢測模型21之檢測條件中設定：當相對速度
Figure 02_image001
為0時，理想角度為90度。換句話說，當車體1經過物體2旁的瞬間，而使
Figure 02_image001
的方向等於垂直偵測方向D1時，也就是相對角度
Figure 02_image003
為90度時，
Figure 02_image001
理論上是不應該有速度的。因此，可以利用此一特性，來判斷天線收發模組10的偵測角度是否正確。
另外，紀錄模組30例如可以為儲存硬碟、快閃記憶體(flash memory)等，其用以紀錄在該段時間內，相對速度
Figure 02_image001
以及相對角度
Figure 02_image003
的瞬間數值，處理器20可以藉由紀錄模組30而取得車體1與物體2相對的一行車模型22，藉由行車模型22所提供之資訊可與檢測模型21進行比對，而可確認天線收發模組10之偵測角度的正確性。
上述內容，為說明本發明所提供一種雷達自我校正裝置100之一具體實施例，以下進一步說明雷達自我校正裝置100之雷達自我校正方法200，如圖2所示，包含一擷取步驟S1、一處理步驟S2、一判斷步驟S3以及一校正步驟S4，且本實施例中進一步包括一紀錄步驟P1。
在擷取步驟S1中，處理器20取得物體2在一段時間內天線收發模組10之相對速度
Figure 02_image001
以及相對角度
Figure 02_image003
；進一步說明，車體1行駛的過程中，天線收發模組10透過天線向偵測範圍發射一電磁波訊號，並接收由偵測範圍內物體2所反射的回波訊號，處理器20取得天線收發模組10的回波訊號，並對回波訊號進行類比數位轉換、傅立葉轉換等處理，進而取得相對速度
Figure 02_image001
以及相對角度
Figure 02_image003
。
於本實施例中，假設物體2為靜止物，且車體1的行駛方向D2不與物體2在同一條直線上，此時處理器20能夠依據車體1是否經過物體2的情況，而分別利用兩種檢錯方式以確認天線收發模組10偵測角度的正確性。
在車體1會經過物體2的情況(如圖3A至圖3C所示)，於擷取步驟S1中，處理器20取得物體2在一段時間內相對天線收發模組10之相對速度
Figure 02_image001
以及相對角度
Figure 02_image003
。
在處理步驟S2中，處理器20將相對速度
Figure 02_image001
以及相對角度
Figure 02_image003
輸入至檢測模型21，而繪出一實際檢測曲線L’；本實施例在處理步驟S2中，在天線收發模組10正確安裝而未有角度誤差的情況下，處理器20根據預存之檢測模型21所繪出的實際檢測曲線L’為一理想檢測曲線L(如圖4所示)。
其中，處理器20繪出之檢測曲線，相對速度
Figure 02_image001
會依據車體1相對物體2的角度不同，而會有對應速度的變化，根據檢測模型21之檢測條件設定：當車體1經過物體2旁的瞬間，而使
Figure 02_image001
的方向等於垂直偵測方向D1時(如圖3B所示)，理想的相對角度
Figure 02_image003
為90度，相對速度
Figure 02_image001
將等於0。
也就是說，實際上若處理器20取得之相對速度
Figure 02_image001
為0時，理論上所取得之相對角度
Figure 02_image003
必須等於理想角度90度，因此，若處理器20取得之相對速度
Figure 02_image001
為0時，對應的相對角度
Figure 02_image003
不等於90度，代表天線收發模組10所偵測的角度有誤。
在判斷步驟S3中，處理器20依據檢測模型21在車體1經過物體2旁的瞬間，實際檢測曲線L’中相對速度
Figure 02_image001
為0時，確認對應相對角度
Figure 02_image003
是否等於理想角度90度，即可判斷天線收發模組10有無角度誤差，若相對角度
Figure 02_image003
不為理想角度90度，代表天線收發模組10偵測角度有誤，進行後續校正步驟S4。
另外，也可能有一種狀況是：車體1不會經過物體2的情況下。由於車體1可能在經過物體2前已經轉向，或者有其他狀況，本實施例亦可在不經過物體2的狀況下，進行角度偵錯，其中係可透過在擷取步驟S1後進一步增加一紀錄步驟P1，在紀錄步驟P1中，紀錄模組30紀錄在一段時間內，處理器20所取得物體2相對速度
Figure 02_image001
以及相對角度
Figure 02_image003
的瞬間數值，藉此由建立行車模型22的方式來進行角度偵錯。
在處理步驟S2中，處理器20藉由紀錄模組30所紀錄之相對速度
Figure 02_image001
以及相對角度
Figure 02_image003
輸入至檢測模型21，進而取得車體1與物體2相對的行車模型22。
於本實施例中，處理器20可根據紀錄模組30所紀錄的一定相對角度
Figure 02_image003
範圍內的相對速度
Figure 02_image001
，將相對速度
Figure 02_image001
以及相對角度
Figure 02_image003
繪出形成一線性曲線而建立行車模型22（如圖5所示），並透過行車模型22以推估相對速度
Figure 02_image001
為0時，相對角度
Figure 02_image003
的數值；其中，行車模型22之x軸為相對角度
Figure 02_image003
，y軸為相對速度
Figure 02_image001
。
接著，在判斷步驟S3中，處理器20藉由行車模型22所提供之資訊與檢測模型21進行比對，以確認天線收發模組10之偵測角度的正確性，若對應的相對角度
Figure 02_image003
不為理想角度90度，代表天線收發模組10偵測角度有誤，進行後續校正步驟S4。
舉例來說，車體1未經過物體2，在紀錄步驟P1中，紀錄模組30紀錄車體1行駛過程中的5秒內，以0.1秒為單位，每0.1秒紀錄一次車體1與物體2實際測量之相對速度
Figure 02_image001
以及相對角度
Figure 02_image003
；在處理步驟S2中，處理器20根據紀錄模組30，將所紀錄的50度~70度相對角度
Figure 02_image003
範圍內的相對速度
Figure 02_image001
瞬間數值繪出形成一線性曲線而建立行車模型22(如圖5所示)，透過此行車模型22，可推估車體1經過物體2旁的瞬間，而使
Figure 02_image001
的方向等於垂直偵測方向D1時，也就是相對速度
Figure 02_image001
為0時，對應的相對角度
Figure 02_image003
的數值，此行車模型22推估相對速度
Figure 02_image001
為0時，對應的相對角度
Figure 02_image003
的數值為90度；在判斷步驟S3中，處理器20藉由行車模型22可知，相對速度
Figure 02_image001
為0時對應的相對角度
Figure 02_image003
的數值為90度，與檢測模型21比對後，可確認天線收發模組10為正確安裝而未有角度誤差。
另外，若假設物體2為移動物，車體1的行駛方向D2與物體2的移動方向為平行，且不在同一條直線上，此時處理器20同樣能夠依據車體1是否經過物體2的情況，而利用前述兩種檢錯方式來確認天線收發模組10偵測角度的正確性。
在車體1會經過物體2的情況(如圖3A至圖3C所示)，在擷取步驟S1中，處理器20取得物體2在一段時間內相對天線收發模組10之相對速度
Figure 02_image001
以及相對角度
Figure 02_image003
。
在處理步驟S2中，處理器20將相對速度
Figure 02_image001
以及相對角度
Figure 02_image003
輸入至檢測模型21，而繪出一實際檢測曲線L’。
在判斷步驟S3中，處理器20依據檢測模型21之檢測條件，即便物體2為移動狀態，只要車體1與物體2具有速度差，在車體1經過物體2旁的瞬間，使
Figure 02_image001
的方向等於垂直偵測方向D1時(如圖3B所示)，確認實際檢測曲線L’中相對速度為0時，對應的相對角度
Figure 02_image003
是否等於理想角度90度，即可判斷天線收發模組10有無角度誤差。若相對角度不為理想角度90度，代表天線收發模組10偵測角度有誤，進行後續校正步驟S4。
即便車體1與物體2的在一段時間內的速度差不足以使車體1得以經過物體2旁，本實施例亦可透過在擷取步驟S1後進一步增加一紀錄步驟P1，在紀錄步驟P1中，紀錄模組30紀錄在一段時間內，處理器20所取得物體2相對速度
Figure 02_image001
以及相對角度
Figure 02_image003
的瞬間數值，藉此可藉由建立行車模型22的方式來進行角度偵錯，詳如下述。
在處理步驟S2中，處理器20藉由紀錄模組30所紀錄之相對速度以及相對角度輸入至檢測模型21，進而取得車體1與物體2相對的行車模型22(如圖6所示)。
於本實施例中，考量到移動的物體2本身的平行速度
Figure 02_image005
並非維持不變，處理器20可根據紀錄模組30所紀錄的物體2移動時一定相對角度
Figure 02_image003
範圍內的相對速度
Figure 02_image001
，將相對速度
Figure 02_image001
以及相對角度
Figure 02_image003
繪出，形成複數線性曲線而建立行車模型22；其中，行車模型22之x軸為相對角度
Figure 02_image003
，y軸為相對速度
Figure 02_image001
。
其中，此行車模型22中複數線性曲線的相對速度
Figure 02_image001
會依據其相對物體2的本身的平行速度
Figure 02_image005
變化，而會有對應斜率的線性曲線呈現，由於處理器20是經由同一天線收發模組10而取得相對角度
Figure 02_image003
，理論上每一線性曲線所推估車體1經過物體2旁的瞬間，也就是相對速度
Figure 02_image001
為0時，對應的相對角度
Figure 02_image003
的數值為相同，也就是說，每一線性曲線在相對速度
Figure 02_image001
為0時會交會在同一相對角度
Figure 02_image003
上。
接著，在判斷步驟S3中，處理器20藉由行車模型22所提供之資訊與檢測模型21進行比對，以確認天線收發模組10之偵測角度的正確性，若對應的相對角度
Figure 02_image003
不為理想角度90度，代表天線收發模組10偵測角度有誤，進行後續校正步驟S4。
舉例來說，假設物體2在車體1逐漸接近物體2的過程中，以時速30m/s移動一段時間，再加速到40m/s並移動一段時間，之後又減速為20m/s並移動一段時間，在紀錄步驟P1中，紀錄模組30紀錄車體1逐漸接近物體2的過程的5秒內，以0.1秒為單位，每0.1秒紀錄一次車體1與物體2實際測量之相對速度
Figure 02_image001
以及相對角度
Figure 02_image003
；在處理步驟S2中，如圖6所示，處理器20可根據紀錄模組30所紀錄50度~80度相對角度
Figure 02_image003
範圍內物體2在三種移動速度下的相對速度
Figure 02_image001
瞬間數值，將相對速度
Figure 02_image001
以及相對角度
Figure 02_image003
繪出，形成三條線性曲線而建立行車模型22，透過此行車模型22，可推估車體1經過物體2旁的瞬間，也就是相對速度
Figure 02_image001
為0時，對應的相對角度
Figure 02_image003
的數值為94度；在判斷步驟S3中，處理器20藉由行車模型22可知，相對速度
Figure 02_image001
為0時三條線性曲線交會的相對角度
Figure 02_image003
的數值為94度，與檢測模型21比對後，對應的相對角度
Figure 02_image003
不為理想角度90度，因此，判斷天線收發模組10偵測角度有誤，需進行後續校正步驟S4。
在校正步驟S4中，處理器20將理想角度90度與相對速度
Figure 02_image001
為0時所取得之相對角度
Figure 02_image003
相減，以取得一偏移量
Figure 02_image009
，並根據偏移量
Figure 02_image009
進行偵測角度之校正。
於本實施例中，偵測角度之校正包括被動式校正以及主動式校正：
被動式校正為處理器20根據偏移量
Figure 02_image009
以軟體的方式進行自我補償，以使後續取得之相對角度
Figure 02_image003
為正確的角度；舉例來說，如圖4所示，處理器20根據實際檢測曲線L’所取得之相對角度
Figure 02_image003
為85度，將90度與85度相減而得到偏移量
Figure 02_image009
為5度，處理器20後續擷取步驟S1中，取得相對角度
Figure 02_image003
後會立即加上5度，使相對角度
Figure 02_image003
為正確的偵測角度。
主動式校正為處理器20透過物理性的調整方式，利用陀螺儀、伺服馬達搭配活動支架，根據偏移量
Figure 02_image009
旋轉天線收發模組10之基準軸，利用機械調整的方式改變天線收發模組10的偵測角度，使相對角度
Figure 02_image003
為正確的偵測角度。
綜合上述，本發明能夠達成之功效如下：
一、本發明透過檢測模型21，若處理器20取得之相對速度
Figure 02_image001
為0時，對應的相對角度
Figure 02_image003
不等於90度，即可判斷天線收發模組10所偵測的角度有誤，在天線收發模組10偵測角度是否有誤的判斷上快速且準確。
二、本發明除了用於偵錯之物體2不限於靜止物外，由於檢測模型21之理想角度為唯一解，只要車體1行駛方向D2與物體2之移動方向為平行，且不在同一條直線上，即可進行角度偵錯。
三、再者，處理器20在判斷天線收發模組10偵測角度有誤的狀況下，能立即進行校正處理，藉此，避免因天線收發模組10基準軸偏移所造成的偵測異常，而可確實判斷偵測物的狀態，取得正確的觀測值，進而保障行車之安全。
以上所舉實施例僅用以說明本發明而已，非用以限制本發明之範圍。舉凡不違本發明精神所從事的種種修改或變化，俱屬本發明意欲保護之範疇。
1:車體 2:物體 100:雷達自我校正裝置 10:天線收發模組 20:處理器 21:檢測模型 22:行車模型 30:紀錄模組 200:雷達自我校正方法 S1:擷取步驟 P1:紀錄步驟 S2:處理步驟 S3:判斷步驟 S4:校正步驟 D1:垂直偵測方向 D2:行駛方向 L:理想檢測曲線 L’:實際檢測曲線
Figure 02_image001
:相對速度
Figure 02_image003
:相對角度
Figure 02_image005
:平行速度
Figure 02_image009
:偏移量
圖1係本發明實施例之雷達自我校正裝置架構方塊圖。 圖2係本發明實施例之雷達自我校正方法步驟流程圖。 圖3A係本發明實施例之車體與物體相對位置示意圖(一)，用於表示車體未經過物體。 圖3B係本發明實施例之車體與物體相對位置示意圖(二)，用於表示車體經過物體旁，且物體位於車體的正側邊。 圖3C係本發明實施例之車體與物體相對位置示意圖(三)，用於表示車體已經過物體。 圖4係本發明實施例之檢測曲線示意圖。 圖5係本發明實施例之行車模型示意圖(一)。 圖6係本發明實施例之行車模型示意圖(二)。
1:車體
2:物體
10:天線收發模組
D1:垂直偵測方向
D2:行駛方向
V r (θ):相對速度
θ:相對角度
V obj :平行速度

Claims (15)

  1. 一種雷達自我校正裝置，其設置於一車體上，並根據車側的一物體進行角度檢錯，該雷達自我校正裝置裝置包含： 一天線收發模組，其具有一偵測範圍；以及 一處理器，其與該天線收發模組耦接而取得該物體在一段時間內相對該天線收發模組之一相對速度以及一相對角度，該相對角度為該物體與該車體行駛方向之間的夾角，該處理器依據一檢測模型確認該相對角度是否等於一理想角度； 其中，該檢測模型之檢測條件中包含：當該相對速度為0時，該理想角度為90度。
  2. 如請求項1所述之雷達自我校正裝置，其中，該檢測模型為
    Figure 03_image007
    ，其中
    Figure 03_image001
    為該相對速度，
    Figure 03_image003
    為該相對角度，
    Figure 03_image005
    為一平行速度，該平行速度代表該物體相對該車體平行行駛方向之速度。
  3. 如請求項1所述之雷達自我校正裝置，其中，該物體為靜止物，且該車體之行駛方向不與該物體在同一條直線上。
  4. 如請求項1所述之雷達自我校正裝置，其中，該物體為移動物，該車體之行駛方向與該物體之移動方向為平行移動，且不在同一條直線上。
  5. 如請求項1所述之雷達自我校正裝置，其中，更包含一與該處理器及該天線收發模組耦接的紀錄模組，其用以紀錄在該段時間內，該相對速度以及該相對角度的瞬間數值，該處理器藉由該紀錄模組而取得該車體與該物體相對的一行車模型，藉由該行車模型與該檢測模型進行比對，而可確認該天線收發模組之偵測角度的正確性。
  6. 如請求項1所述之雷達自我校正裝置，其中，當該處理器判斷該天線收發模組偵測角度有誤，將該理想角度與該相對角度相減以取得一偏移量，並根據該偏移量進行角度校正。
  7. 如請求項1所述之雷達自我校正裝置，其中，該天線收發模組裝設於該車體之車側面。
  8. 一種雷達自我校正方法，一車體設有一天線收發模組，該天線收發模組用以偵測該車體車側之一物體，該雷達自我校正方法包含下列步驟： 一擷取步驟：一處理器取得該物體在一段時間內相對該天線收發模組之一相對速度以及一相對角度，該相對角度為該物體與該車體行駛方向之間的夾角； 一處理步驟：該處理器將該相對速度以及該相對角度輸入至一檢測模型；以及 一判斷步驟：該處理器依據該檢測模型確認該相對角度是否等於一理想角度，以確認該天線收發模組之偵測角度的正確性，其中，該檢測模型之檢測條件包含：當該相對速度為0時，該理想角度為90度。
  9. 如請求項8所述之雷達自我校正方法，其中，該檢測模型為
    Figure 03_image007
    ，其中
    Figure 03_image001
    為該相對速度，
    Figure 03_image003
    為該相對角度，
    Figure 03_image005
    為一平行速度，該平行速度代表該物體相對該車體平行行駛方向之速度。
  10. 如請求項8所述之雷達自我校正方法，其中，該物體為靜止物，且該車體之行駛方向不與該物體在同一條直線上。
  11. 如請求項8所述之雷達自我校正方法，其中，該物體為移動物，該車體之行駛方向與該物體之移動方向為平行移動，且不在同一條直線上。
  12. 如請求項8所述之雷達自我校正方法，其中，更包括一紀錄步驟：一紀錄模組紀錄在該段時間內，該相對速度以及該相對角度的瞬間數值；於該處理步驟中，依據所紀錄之該相對速度以及該相對角度，進而取得該車體與該物體相對的一行車模型；於該判斷步驟中，比對該行車模型與該檢測模型，以確認該天線收發模組之偵測角度的正確性。
  13. 如請求項8所述之雷達自我校正方法，其中，更包括一校正步驟：該處理器將該理想角度與該相對角度相減以取得一偏移量，並根據該偏移量進行角度校正。
  14. 如請求項13所述之雷達自我校正方法，其中，於該校正步驟中，該處理器以該偏移量進行自我補償，以使後續取得之該相對角度為正確的角度。
  15. 如請求項13所述之雷達自我校正方法，其中，於該校正步驟中，旋轉該天線收發模組之基準軸以改變該天線收發模組的偵測角度。
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