用于对车辆的周围环境进行感测的系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年11月8日提交的美国临时专利申请No.62/932,511、2019年12月31日提交的美国临时专利申请No.62/955,487、2020年6月10日提交的美国临时专利申请No.63/037,021和2020年6月10日提交的美国临时专利申请No.63/037026的优先权，这些专利申请的全部内容通过引用并入。

技术领域

本文的公开内容涉及用于对车辆的周围环境进行感测的系统和方法。特别地，描述了用于提供车载雷达传感器的系统和方法，所述车载雷达传感器可操作成对移动车辆周围的区域中的物体进行检测。

背景技术

各种传感器可以用于对物体进行感测。实际上，随着自动驾驶车辆诸如无人驾驶汽车等的使用的增加，大量的传感器被用于对行驶车辆的附近区域中的物体进行检测。例如，诸如摄像机、超声波传感器、红外线、LIDAR传感器之类的传感器可以被用于提供与车辆行驶通过的环境有关的信息。

随着RFIC和信号技术的发展，雷达的应用正变得越来越广泛。雷达传感器具有在完全黑暗、雾、水汽和雨中操作的优点。雷达是具有成本低、功耗低及精度高的优点的电子系统。它可以显著地应用于包括航天飞机地形任务、光学、岩土测绘、气象探测等的各种应用中。雷达系统的工作效率基于具有广覆盖、高方向性、高增益和低信噪比的可靠且稳定的雷达信号。

雷达作为车载传感器的有用性取决于它们对方向、范围及速度进行确定的分辨率和准确性。天线可实现的方向性取决于其相对于操作频率下的波长的物理尺寸。这对于机械操控和电子操控的波束都是如此。电子波束操控涉及在给定方向上对来自天线/到达天线的信号相位进行对准。天线阵列的波束形状取决于施加到阵列中的每个天线元件的相移。通常，每个天线元件具有与沿到天线元件的信号路径的发射线和放大器相关的先验实施相关相移。在不施加额外相移的情况下，所得到的波束通常没有明确限定的波束形状，使得难以对接收反射波束的方向进行确定。

实现高方向性波束的公知方法是沿到相应天线元件的每个路径施加相移，以使来自不同元件的发射在给定的传播方向上相干地组合。然而，施加任意的相移引发实施的复杂性，并且有时需要借助于粗相位控制。粗相位控制的示例是选择2个或4个可能相位中的一个相位，而更精细的控制可以允许在每个相位控制路径中选择8个或16个相位值中的一个相位值。

发射波束的方向性可以通过基于二进制相移键控(BPSK)的波束形成来实现。这可以通过对经由选定天线发射的信号施加0度或180度相移来实现。然而，BPSK波束形成由于粗相位量化以及最佳所需相位与实际相位之间的平均而言的较大差异而带来惩罚。平均而言，BPSK波束形成生成大量的旁瓣，这些旁瓣可能耗散大约60％的发射能量。减少旁瓣需要对相位进行更细粒度的控制，例如每90度而不是180度。使用90度粒度的相位控制，只有20％的能量损失到旁瓣。

举例来说，在成像方面，发射天线可以在多个时间间隔内由各种码序列进行扫描(例如，随时间在天线之间切换，或通过Hadamard码对天线进行编码，或朝向特定方向波束形成)。方向特性可以通过后验波束形成结合编码矩阵的求逆来重构。来自移动目标的反射可能会在这些时间间隔内以不利于成像的方式产生相位旋转。生成良好的波束形成器的动机来自于在每个时间间隔内将能量集中到不同方向使相位旋转的影响降低这一事实。此外，在一个时段内对一定频率范围内的发射扫描进行发射、诸如上啁啾或下啁啾的情况下，时间间隔之间的延迟会进一步增加。

因此，准确地对目标的位置进行确定可能是非常困难的。

因此，仍然需要可以用于准确地对行驶车辆周围的区域中的物体进行感测的有效的雷达传感器。本文所描述的本发明解决了上述需求。

发明内容

根据当前公开的主题的一方面，介绍了一种用于对车辆的周围环境进行感测的系统。该系统可以包括车载雷达单元，该车载雷达单元包括：雷达发射单元，该雷达发射单元包括发射器天线的阵列，该发射器天线的阵列连接至振荡器并且被配置成将电磁波发射到车辆周围的区域中；以及雷达接收单元，该雷达接收单元包括至少一个接收器天线，该至少一个接收器天线被配置成接收由车辆周围的区域内的物体反射的电磁波并且可操作成生成原始数据。

该系统还可以包括处理器单元，该处理器单元与雷达接收单元通信并且被配置成接收来自雷达单元的原始数据，并且该处理器单元可操作成基于接收到的数据来生成环境信息。

根据需要，处理器可以包括各种附加模块，诸如：自速度计算模块，该自速度计算模块可操作成根据原始数据对车辆的速度进行计算；壁检测模块，该壁检测模块可操作成对车辆周围的区域中的平面表面进行检测；动态范围增强模块，该动态范围增强模块可操作成对同一附近区域内的弱反射物体与强反射物体进行区分；以及双反射识别模块，该双反射识别模块可操作成对对单反射电磁波与双反射电磁波进行区分，所述单反射电磁波是由物体朝向雷达接收单元直接反射的，所述双反射电磁波是从物体经由中间反射表面朝向雷达接收单元间接反射的。

在一些系统中，雷达发射单元还包括偏振器，该偏振器被配置和操作成生成圆偏振电磁波；以及/或者，雷达接收单元还包括偏振检测器，该偏振检测器被配置和操作成对接收到的电磁波的偏振进行检测。因此，双反射识别模块可以包括圆偏振器和偏振检测器。

在需要的情况下，该系统包括自速度计算模块，该自速度计算模块包括图像生成单元和储存器单元。图像生成单元可以被配置和操作成构建表示车辆周围的区域的三维图像，该三维图像包括体素的矩阵，每个体素由一组体素参数表征，该组体素参数包括：反射物体的沿与车辆的路径平行的轴线的水平空间坐标x；反射物体的沿与车辆的路径正交的竖向轴线的竖向空间坐标y；反射物体的沿从车辆径向发散的轴线的径向空间坐标R；强度值；以及多普勒频移值，该多普勒频移值表示反射物体的视径向速度V

附加地或替代地，该系统可以包括壁检测模块，该壁检测模块包括处理单元和存储器单元，该存储器单元存储可执行代码，该可执行代码旨在将虚拟框内的能量分布与指示二维反射体的参考能量分布进行比较。

因此，本公开的另一方面是教导一种用于对车辆的周围环境进行感测的方法：提供车载雷达单元，该车载雷达单元包括雷达发射单元和雷达接收单元，该雷达发射单元包括连接至振荡器的发射器天线的阵列，该雷达接收单元包括至少一个接收器天线；提供处理器单元，该处理器单元与雷达接收单元通信；将电磁辐射发射到车辆周围的区域中；接收从车辆周围的区域中的物体反射的电磁辐射；对接收到的电磁波的偏振进行检测；对车辆周围的区域内的二维延伸目标进行检测；通过应用动态范围增强滤波器组合来对同一附近区域内的弱反射物体与强反射物体进行区分；构建车辆周围的区域的一系列三维图像进行；以及对该一系列三维图像进行分析以确定车辆的速度。

在适当的情况下，对车辆周围的区域中的二维延伸目标进行检测的步骤可以包括：对所反射的辐射中的光谱反射点进行检测；在包含候选壁物体的体积周围构建虚拟框；针对虚拟框内的雷达图像计算能量分布；以及对能量分布应用分类函数。

附加地或替代地，该方法可以包括应用分类函数，该分类函数包括对至少一个壁指示参数进行计算，所述至少一个壁指示参数选自以下各者：从虚拟框内反射的总能量；来自虚拟框段内的反射能量的分布；虚拟框内的具有高于阈值的能量值的体素的数量；以及上述各者的组合。

在需要的情况下，构建一系列三维图像的步骤包括：构建至少第一三维图像，该第一三维图像表示在第一时刻车辆周围的区域；等待延迟时间dt；以及构建第二三维图像，该第二三维图像表示在第二时刻车辆周围的区域。

因此，对该一系列三维图像进行分析以确定车辆的速度的步骤可以包括：对在第一三维图像和第二三维图像中的共同的反射物体进行检测；确定所检测到的共同的反射物体的水平位移dx；以及对反射物体的作为水平位移dx的函数的视径向速度vR的图的梯度进行计算。在适当的情况下，确定水平位移dx的步骤包括：确定反射物体的x坐标xn；确定反射物体的y坐标yn；通过计算反射物体的x坐标与反射物体的y坐标的比率(xn/yn)的反正切的角度来找到反射物体的天顶角θn；以及对天顶角的正弦值进行计算以使得dx＝sin(arctan(xn/yn))。

在又一方面，教导了一种用于在天线阵列中对正交相移键控(QPSK)波束形成进行模拟的方法。其中，阵列的每个天线经由二进制移相器连接至共同的发射器。该方法可以包括针对阵列的每个发射天线确定所需的复QPSK导向矢量。导向矢量通常具有选自0度和180度的实分量以及选自90度和270度的虚分量。

因此，发射器生成振荡信号。在第一时间间隔期间，对于具有实分量为180度的相关联的导向矢量的每个发射天线而言，所述二进制移相器向发射信号施加180度相移。在第二时间间隔期间，对于具有虚分量为180度的相关联的导向矢量的每个发射天线而言，所述二进制移相器向发射信号施加180度相移。可以使用后处理器向在第二时间间隔期间接收到的信号施加90度相移，并且后处理器可以对在第一时间间隔期间接收到的信号与在第二时间间隔期间接收到的90度相移的信号进行求和。可选地，发射器可以在每个时间间隔期间在一定频率范围内对振荡信号进行扫频。

附图说明

为了更好地理解实施方式并且示出可以如何实行所述实施方式，现在将仅以示例的方式来参考随附附图。

现在详细地具体参考附图，要强调的是，所示细节仅作为示例并且仅出于对选定的实施方式进行说明性讨论的目的，并且所示细节是为了提供被认为是对原理和概念方面最有用且易于理解的描述而呈现。就此而言，不试图示出比基本理解所必需的内容更详细的结构细节；通过附图所作的描述使可以如何将各种选定实施方式付诸实践对本领域技术人员来说变得明显。在随附附图中：

图1A示意性地表示被配置成对车辆周围的区域中的物体进行感测的车载雷达单元；

图1B是表示用于对车辆的周围环境进行感测的可能系统的选定元件的框图；

图2A至图2C是表示用于对车辆的周围环境进行感测的可能方法中的选定步骤的流程图；

图3A至图3D示意性地表示本公开的安装至移动车辆的对车辆周围的区域中的物体的视运动进行检测的雷达单元；

图4A至图4C是由安装至以不同速度行驶的车辆的雷达单元所测量的反射物体的作为水平位移dx的函数的视径向速度v

图5示意性地表示本公开的安装至移动车辆的对车辆周围的区域中的壁型二维延伸目标进行检测的雷达单元；

图6A示出了可以如何通过使选定天线的相位进行0度或180度的BPSK相移来生成导向矢量；

图6B示出了用于对至天线的信号进行180度相移的可能的BPSK机制；

图6C示出了可以如何通过对选定天线的相位进行0度、90度、180度或270度的BPSK相移来生成导向矢量；

图6D示出了用于对至天线的信号进行0度、90度、180度或270度相移的可能的正交调制机制；

图7A是示意性地表示用于对正交相移键控(QPSK)波束形成进行模拟的系统的第一实施方式的选定元件的框图；

图7B是表示如下一组可能的分布的一组图，所述一组可能的分布示出了来自第一实施方式的每个发射器天线的发射信号的相位可以如何随时间变化的示例；

图7C是表示用第一实施方式的系统来对正交位移键控(QPSK)波束形成进行模拟的方法中的选定步骤的流程图；

图8A是示意性地表示用于对正交相移键控(QPSK)波束形成进行模拟的系统的第二实施方式的选定元件的框图，其中，每个天线连接至增益控制单元；

图8B是表示如下一组可能的分布的一组图，所述一组可能的分布示出了来自第二实施方式的每个发射器天线的发射信号的相位可以如何随时间变化的示例；

图8C是表示用第二实施方式的系统来对正交相移键控(QPSK)波束形成进行模拟的方法中的选定步骤的流程图；

图9A是根据第三实施方式的包括由所有天线共享的共同的二进制移相器的系统的框图；

图9B是表示r如下一组可能的分布的一组图，所述一组可能的分布示出了来自第三实施方式的每个发射器天线的发射信号的相位可以如何随时间变化的示例；

具体实施方式

本公开的方面涉及用于对车辆的周围环境进行感测的系统和方法。特别地，描述了用于提供可操作成对移动车辆周围的区域中的物体进行检测的车载雷达传感器的系统和方法。此外，定向雷达阵列被描述为具有宽视场。

本文提出了可操作成对安装车载雷达单元的车辆周围的物体进行感测的车载雷达单元。雷达单元可以用于对与该雷达单元正在移动通过的环境有关的信息进行收集。本公开教导了雷达单元可以对所接收到的数据进行分析的各种技术，从而可以收集诸如车辆的相对速度和对车辆周围环境中的危险进行识别之类的有用信息。

具有足够方向性的雷达单元可以通过减少旁瓣来提供。为了减少旁瓣，由阵列的每个天线所发射的信号可以根据所需的时间相移分布进行二进制相移。后处理方法可以应用于在多个时段内接收到的反射信号，以对多相移波束形成、诸如例如正交相移键控(QPSK)波束形成进行模拟。通常，接收器和发射器可以同步，以便在将信号组合的时间间隔期间产生一致的结果。

根据需要，本文公开了本发明的详细实施方式；然而，应当理解的是，所公开的实施方式仅是本发明的示例，所述实施方式可以以各种形式和替代形式来实施。附图不一定按照比例绘制；一些特征可以被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文所公开的具体的结构和功能的细节不应被解释为限制，而仅作为用于教导本领域技术人员以各种方式来使用本发明的代表性基础。

在本公开的各种实施方式中，如本文所述的一个或更多个任务可以由数据处理器、诸如用于执行多个指令的计算平台或分布式计算系统来执行。可选地，数据处理器包括或访问用于对指令、数据等进行存储的易失性存储器。附加地或替代地，数据处理器可以访问例如磁性硬盘、闪存驱动器、可移动介质等的非易失性存储器以用于存储指令和/或数据。

要特别指出的是，本文所公开的系统和方法在其应用上可以不限于描述中阐述的或者附图和示例中示出的部件或方法的结构和布置的细节。本公开的系统和方法可以有其他实施方式，或者可以以各种方式和技术来实践或执行。

与本文所述的那些方法和材料类似或等同的替代方法和材料可以用于对本公开的实施方式进行实践和测试。然而，本文所述的方法和材料仅用于说明的目的。材料、方法和示例并非意在进行必要的限制。

与本文所述的那些方法和材料类似或等同的替代方法和材料可以用于对本公开的实施方式进行实践和测试。然而，本文所述的方法和材料仅用于说明的目的。材料、方法和示例并非意在进行必要的限制。因此，各种实施方式可以适当地省略、替换或增加各种程序或部件。例如，方法可以以与所述的顺序不同的顺序来执行，并且可以增加、省略或组合各种步骤。此外，针对某些实施方式描述的方面和部件可以组合在其他各种实施方式中。

现在参考图1A，图1A示意性地表示车载雷达单元100的示例，该车载雷达单元100被配置成对安装该车载雷达单元100的车辆的周围的区域120中的物体进行感测。雷达单元100可以根据需要而被安装至各种车辆，诸如汽车、卡车、自行车、拖车、篷车等之类的公路车辆和诸如挖掘机、起重机等之类的工作车辆，以及在适当的情况下被安装至航空器和水运工具。

举例来说，雷达单元100可以被安装至汽车并且用于对汽车附近区域中的各种物体进行检测，诸如其他车辆121、自行车122、行人123、路标124、壁125、路缘126、树木127。

因此，雷达单元100可以用于收集与车辆正在行驶通过的环境有关的信息。本公开教导了雷达单元可以对所接收到的数据进行分析的各种技术，从而可以对诸如车辆的相对速度和对车辆周围环境中的危险进行识别之类的有用信息进行收集。

现在参照图1B的框图，该框图呈现了用于对车辆的周围环境进行感测的可能的雷达系统的选定元件。该系统包括雷达单元110和控制器130。雷达单元110可以包括雷达发射单元112和雷达接收单元114。

雷达发射单元112包括发射器天线TX的阵列，该发射器天线TX的阵列连接至振荡器116并且被配置成将电磁波发射到车辆周围的区域中。雷达接收单元114包括至少一个接收器天线RX，所述至少一个接收器天线RX被配置成接收由车辆120周围的区域内的物体所反射的电磁波并且可操作成生成原始数据。

控制器130可以包括各种模块，诸如处理器单元132、自速度计算模块134、壁检测模块136、动态范围增强模块138、双反射检测模块139。

处理器单元132可以与雷达接收单元114通信，以接收来自雷达单元114的原始数据并且基于所接收到的数据生成环境信息。例如，可以提供自速度计算模块134，以根据原始数据对车辆的速度进行计算；可以提供壁检测模块136，以对车辆周围的区域中的平面表面进行检测；可以提供动态范围增强模块138，以对同一附近区域内的诸如行人123之类的弱反射物体与诸如壁125或路缘126之类的强反射物体进行区分。

可以提供双反射识别模块139，以对单反射电磁波与双反射电磁波进行区分，所述单反射电磁波是由物体朝向雷达接收单元114直接反射的，所述双反射电磁波是从物体经由中间反射表面朝向所述雷达接收单元114间接反射的。例如，雷达发射单元112可以包括圆偏振器，该圆偏振器被配置并且可操作成生成诸如申请人的共同未决的美国专利公开号16/802,610所述的圆偏振电磁波，该专利的全部内容并入本文。因此，雷达接收单元114可以包括偏振检测器，该偏振检测器被配置且可操作成对所接收到的电磁波的偏振进行检测。

圆偏振电磁波在反射时反转其极性，使得反射偶数次的波可以很容易地与反射奇数次的波区分开。如果所接收到的波的偏振与所发射的波的偏振相匹配，则可以认为所接收到的波是直接从反射物体接收的。如果所接收到的波的偏振是反转的，则可以认为该波是经由二次反射体而间接接收的。

现在参照图2A的流程图，该流程图表示用于对车辆的周围环境进行感测的可能的方法200中的选定步骤。该方法可以包括以下步骤中的任何一个步骤或所有步骤：提供车载雷达单元，该车载雷达单元包括雷达发射单元和雷达接收单元，该雷达发射单元包括连接至振荡器的发射器天线的阵列，该雷达接收单元包括至少一个接收器天线，并且提供处理器单元，该处理器单元与雷达接收单元通信210；将电磁辐射发射到车辆周围的区域中220；接收从车辆周围的区域中的物体所反射的电磁辐射230；对所接收到的电磁波的偏振进行检测240；对车辆周围的区域内的二维延伸目标进行检测250；可能通过应用动态范围增强滤波器组合来对同一附近区域内的弱反射物体与强反射物体进行区分260；构建车辆周围的区域的一系列三维图像270；以及对该一系列三维图像进行分析以确定车辆的速度280。

要指出的是，用于对车辆周围的周围环境进行感测的方法200的上述步骤可以根据需要以各种组合和各种顺序来执行。必要时，本领域技术人员还可以包括另外的步骤。

图2B和图2C呈现了用于执行构建一系列三维图像280和对车辆周围的区域中的二维延伸目标进行检测250的步骤中的步骤的可能方法的子步骤。

现在参考图2B的流程图，详细描述了用于执行构建一系列三维图像进的步骤280的可能方法的子步骤。所述子步骤包括：至少构建表示在第一时刻车辆周围的区域的第一三维图像281；等待延迟时间dt并且构建表示在第二时刻车辆周围的区域的第二三维图像282；对第一三维图像与第二三维图像中的共同的反射物体进行检测283；针对检测到的共同的反射物体确定水平位移dx 284；通过反射物体的作为水平位移dx的函数的视径向速度v

因此，自速度计算模块可以包括图像生成单元和存储器单元。图像生成单元被配置且可操作成构建表示车辆周围的区域的三维图像，并且存储器单元被配置且可操作成存储与如下系列有关的数据，所述系列至少包括表示在第一时刻车辆周围的区域的第一三维图像和表示在延迟时间dt之后的第二时刻车辆周围的区域的第二三维图像。

为了更好地示出自速度确定的方法，现在参考图3A至图3D，图3A至图3D示意性地表示本公开的安装至移动车辆310的对车辆310周围的区域中的物体322、324的视运动进行检测的雷达单元300。

如图3A和图3B所示，图3A和图3B示出了车辆的侧视图和俯视图，反射物体的位置320可以至少由水平空间坐标x、竖向空间坐标y和径向空间坐标R来限定。

因此，车辆周围的区域的三维图像可以通过构建体素的矩阵来构建，每个体素由一组体素参数表征，该组体素参数包括：反射物体的沿与车辆的路径平行的轴线的水平空间坐标x；反射物体的沿与车辆的路径正交的竖向轴线的竖向空间坐标y；反射物体的沿从车辆径向发散的轴线的径向空间坐标R。每个体素还可以与强度值和多普勒频移值相关联，该强度值指示从反射物体所反射的辐射能量，该多普勒频移值可以指示位于车辆周围区域中的那些坐标处的任何发射物体的视径向速度v

相对应的三维图像可以包括高强度体素的簇或形状，所述高强度体素是车辆周围的区域中的反射物体的特征。因此，可以针对每个三维图像中的每个反射物体确定x坐标x

因为生成了一系列这种三维的，并且每个三维图像都被存储在本地储存器单元中，所以共同的反射物体可以在两个或更多个三维图像中的不同坐标处被识别。因此，一对三维图像之间的水平位移dx可以通过以下方式来限定：通过计算反射物体的x坐标与反射物体的y坐标的比率(x

因此，水平位移限定为

如图3C和图3D中所示，位于相对靠近雷达单元300的点321处的静止反射物体通常具有较大的水平位移dx

可以显示的是，对每个静止反射物体而言，根据函数v

通过图示，图4A至图4C是由安装至以不同速度行驶的车辆的雷达单元所测量的反射物体的作为水平位移dx的函数的视径向速度V

图4B表示由以20kph行驶的车辆所记录的径向速度相对于水平位移的图，并且图4C表示由以40kph行驶的车辆所记录的径向速度相对于水平位移的图。要指出的是，因为车辆的速度v

现在返回参考图2C的流程图，详细描述了用于执行对车辆周围的区域中的二维延伸目标进行检测的步骤250的可能方法的子步骤。所述子步骤包括：对反射辐射中的光谱反射点进行检测251；在包含候选壁物体的体积周围构建虚拟框252；对虚拟框内的雷达图像的能量分布进行计算253；以及对能量分布应用分类函数254。举例来说，分类函数可以涉及对选自以下各者的至少一个壁指示参数进行计算：从虚拟框内反射的总能量；来自虚拟框段内的反射能量的分布；虚拟框内的具有高于阈值的能量值的体素的数量；以及以上各者的组合。

要指出的是，虽然对于车辆而言能够对车辆周围环境内的诸如壁等之类的长形物体进行检测很重要，但是基于雷达的远场传感器在表示这种延伸或复杂形状的尺寸时可能会遇到问题。

举例来说，从延伸的壁反射的信号可以包括来自单个镜面点的主反射，以及可能更难检测的更弱的衍射和“漫”反射。然而，估算所检测到的物体的尺寸的能力对于各种雷达应用来说是至关重要的，并且特别是在汽车雷达应用中是至关重要的——其中，长形障碍物的边缘可以与确定和保持安全的驾驶路线有关。

因此，本文所描述的系统中的系统可以包括壁检测模块，该壁检测模块可操作成通过应用对诸如壁、栅栏、路缘等之类的长形二维障碍物进行检测和分类的方法来对车辆区域中的平面表面进行检测。该模块还可操作成对这种障碍物与诸如行人、柱状物、路标等之类的单个局部物体进行区分。特别地，壁检测模块可以包括处理单元和存储可执行代码的存储器单元，该可执行代码旨在将虚拟框内的能量分布与指示二维反射体的参考能量分布进行比较。

方法可以包括对来自物体的最强反射进行检测以及根据沿物体的雷达图像能量分布来估算物体的尺寸。最强反射将从物体的镜面反射点检测到。

现在参考图5，本公开的安装至移动车辆510的雷达单元500可以通过对镜面点530进行识别来对车辆周围的区域中的壁型的二维延伸目标520进行检测。要特别指出的是，对于二维物体而言，镜面反射点通常与镜面点530相切并且垂直于传感器与镜面点之间的法线。对于毫米波范围的雷达而言，预期会有来自沿二维物体的延伸表面的多个弱反射。因此，可以构建虚拟框540以包含壁的预期体积，并且可以对虚拟框内的雷达图像的能量分布进行计算。

在对虚拟框内的雷达图像的能量分布进行计算之后，可以应用分类函数来确定物体是壁物体的可能性。例如，分类函数可以对各种壁指示参数进行计算和组合，所述壁指示参数诸如：针对包含有虚拟框体积的体积内的所有反射集成的总能量；针对虚拟框内的段内的所有反射集成的能量；框内的超过一定阈值的体素的数量；或者在框内使用诸如K-means、DBSCAN等之类的体素聚类。可以对提取的特征应用诸如硬阈值、SVM、NN\CNN等之类的各种分类方法。

要指出的是，候选壁物体的尺寸可以通过诸如以下示例的各种方法来评估。可以针对框内的能量分布来计算均方根值，从而可能排除镜面反射自身。附加地或替代地，可以对超过一定阈值的体素的连续性进行确定。另外，主簇的尺寸可以在对框内的体素应用聚类算法之后确定。

在适当的情况下，例如在沿水平轴线提供宽视场的情况下，沿长形目标的反射的速度分布可以使用诸如本文所述的自速度确定技术来确定。因此，可以通过参考历史和镜面反射相对于传感器的相对速度来提高壁物体检测的可靠性。例如，由移动传感器检测到的强反射的相对速度恒定为零，可能指示存在与车辆的运动平行的长形物体。

还要指出的是，不同的物体可以以不同的强度反射电磁辐射。因此，存在较弱反射的物体可能被同一附近区域中的强反射物体的更主要的反射遮蔽的危险。例如，停放的车辆的反射可能比行人更强，塑料管的反射可能比它所突出的结构壁更弱，在这种情况下，较弱的反射可能难以与较强的反射区分开。

因此，本文所述的系统可以包括动态范围增强模块，该动态范围增强模块被配置和操作成对同一附近区域内的弱反射物体与强反射物体进行区分。

增强较弱目标的一种方法可以是通过应用专用滤波器来匹配某个目标的预期属性。然而，这可能以牺牲其他关注目标为代价，从而可能削弱和降低其他关注目标的可检测性。

令人惊讶地发现的是，动态范围可以通过在同一图像上组合多个滤波器来增强。例如，未滤波的图像可以与已滤波的图像合并以增强弱反射。

根据一种可能的组合，有限脉冲响应(FIR)滤波或无限脉冲响应(IIR)滤波可以与多帧上没有时间滤波器的雷达图像合并。这种组合可以用于使较弱但动态的物体增强。这种动态物体包括行人、自行车或运动可以是固有的其他车辆。其他动态物体可以是其视运动是由移动的车载检测器引起的静止物体，例如诸如塑料管之类的薄且局部的物体对诸如可能看起来相对于车辆是静止的半静态壁之类的延伸表面。

根据另一种可能的增强技术，可以在多个帧上应用各种高通滤波器或带通滤波器以便生成多个图像，每个图像预期对应于不同的时标。

又一种增强技术可以包括多普勒域滤波。在多普勒分辨率可能的情况下，与大静态物体的运动相关联的预期的多普勒直方图可以在其预测的体积上被移除。这可以留下较弱但更动态的目标(如行人)的微多普勒特征。

因此，可以引入包括多个层的多层图像，每个层对应于不同的滤波器。因此，各层可以以各种组合方式进行组合。还要指出的是，在需要的情况下，可以针对每个层单独执行特征提取，诸如通过生成点云图像并且对点云图像中的特征进行检测，诸如在申请人的共同未决的美国临时专利申请号62/955482中所述，该申请通过引用全部内容并入本文。附加地或替代地，在优选的情况下，可以同时在多个层上执行共同特征提取程序。类似地，来自一个层的数据可以根据需要用于支持来自其他层的数据处理，例如以用于目标检测加强。

现在参考图6A和图6B。图1A示出了可以如何通过BPSK相移来生成导向矢量。在没有人工相移的情况下，由于电子电路性质等，加上由波传播到所需导向方向所生成的相位(称为“阵列因子”)，天线的阵列可以产生一系列的相移。这一系列的相移被表示在图6A(i)的圆形范围内。该图中所示的向量没有相干地相加。通过选择性地向产生圆左侧内的相位的所有天线增加180度相移，可以将这些向量部分地对准，如图6A(ii)所示，从而朝向所需导向方向发射能量。因此，阵列的每个天线1116可以经由二进制移相器1114连接至信号生成振荡器1112，如图6B中所示。尽管BPSK机制确实可以生成导向矢量1110，但所得的波束遭受显著的旁瓣和较大的损失。

更有效的导向矢量可以通过提供另外的相移选项来生成。参考图6C和图6D，诸如图6C(iii)中所示的一系列相位可以通过根据需要选择性地将每个发射信号相移0度、90度、180度或270度(QPSK)而转换成诸如图1C(iv)所示的净导向矢量1130。

图6D示出了用于在阵列的天线1148中产生这种相移的可能的硬件布置1140。阵列的每个天线1148可以经由相移机构而连接至信号生成振荡器1142，所述相移机构具有两个平行臂——同相臂(Re)和正交臂(Im)。

同相臂(Re)包括第一二进制移相器1144，该第一二进制移相器1144可以被选择性地激活以根据需要向振荡信号增加180度相移。可替代地，通过不激活第一二进制移相器，信号被同相地传输到发射天线。

正交臂(Im)包括第二二进制移相器1146和四分之一周期移相器1145。四分之一周期移相器1145被配置成向振荡信号增加90度相移。因此，如果第二二进制移相器1146未激活，则90度相移被施加至要传输到天线的信号。可替代地，如果根据需要第二二进制移相器被激活以增加另外的180度相移，则270度的总相移被施加至要传输到天线的信号。

应当理解的是，诸如图6D中所示的这种硬件正交调节机制可以显著地改善总导向矢量。然而，该布置比图6B的简单的二进制移相器1120需要明显更多的硬件元件。针对每个天线增加正交臂，包括可能需要在物理上定位成靠近天线自身的四分之一周期移相器，对天线阵列电路的设计者造成了较大的硬件限制。

此处对仅使用二进制移相器元件来生成改善的导向矢量的可能解决方案进行了描述。

现在参考图7A的框图，选定元件表示用于对在天线阵列1200中的正交相移键控(QPSK)波束形成进行模拟的系统的第一实施方式。该系统包括发射器1250、天线阵列1210、与每个发射天线相关联的二进制移相器1220、控制器1230、接收天线1240以及后处理器1260。

发射器1250被配置且可操作成生成振荡信号以由天线阵列1210发射。要指出的是，在适当的情况下，发射器1250还可操作成生成在一系列频率或啁啾上进行扫频的信号。

天线阵列1210包括多个天线A1至An。每个天线都可操作成将由振荡器1270生成的信号发射，该信号同时具有所需的相移。将指出的是，来自阵列中的所有天线的发射信号的叠加产生具有特征形状的总信号波束。

与每个发射天线An相关联的二进制移相器1220被配置和操作成根据需要选择性地向振荡信号施加180度相移。可替代地，如果二进制移相器1220未被激活，则不向振荡信号施加相移。因此，由相关联的天线所发射的信号根据需要与由振荡器1270所产生的振荡信号同相或反相。

控制器1230被配置成向二进制移相器1220发送激活指令，使得只有所需天线发射已相移的信号。

(一个或更多个)接收天线1240被配置成接收从目标反射的返回信号。

后处理器1260可操作成对所接收信号进行操纵并且包括存储器元件1280和处理单元1290。存储器元件1280可操作成保存所接收到的信号。处理单元可操作成向存储在存储器1280中的选定的接收信号施加相移，并且还可操作成对存储在存储器1280中的接收信号进行求和。

在特定的示例中，处理单元可以向选定的接收信号施加90度相移，并且将这些信号与其他接收信号进行求和以产生所需的输出信号。

因此，控制器可操作成针对阵列的每个天线确定所需的复数导向矢量C＝R+jI。复数导向矢量C包括从+1和-1中选择的二进制实分量R以及从+1和-1中选择的二进制虚分量I。值为+1指示不需要相移并且分量为-1指示需要相移。因此，实分量可以表示从0度180度中选择的所需相移，而虚分量可以表示从90度和270度中选择的所需相移，所有这些都是参考R＝+1、I＝+1的组合。

现在参考图7B的图，该图指示如下一组可能的分布，所述分布示出了来自第一实施方式的每个发射器天线A1至An的发射信号S1至Sn的相位可以如何随时间变化的示例。

要指出的是，每个天线的相移在给定的时间间隔Δt内保持固定。每个天线An接收由当时的所需导向矢量Ci所确定的唯一分布。每个复数导向矢量Ci可以针对两个连续时间间隔Δti、Δti+1确定所需的相移。

在第一时间间隔Δti期间，控制器指示具有实分量Ri为-1的相关联的导向矢量Ci的天线A1至An的二进制移相器1220向发射信号施加180度相移。

在第二时间间隔Δti+1期间，控制器指示具有虚分量I为-1的相关联的导向矢量Ci的天线的二进制移相器1220向发射信号施加180度相移。

因此，后处理器1260可操作成将在第一时间间隔和第二时间间隔期间接收到的反射信号存储在存储器中。然后，在对第一时间间隔期间接收到的信号与第二时间间隔期间接收到的90度相移的信号进行求和之前，处理器单元可以向在第二时间间隔期间接收到的信号施加90度相移。

来自后处理器的所得到的输出信号将具有正交相移的信号的特性。

现在参考图7C的流程图，选定的步骤指示用图7A的系统对正交相移键控(QPSK)波束形成进行模拟的方法1400，其中，阵列1210的天线各自经由二进制移相器1220连接至共同的发射器。

针对阵列的每个发射天线确定所需复数QPSK导向矢量C 1410，该所需复数QPSK导向矢量C包括从+1和-1中选择的实分量R以及从+1和-1中选择的二进制虚分量I。

发射器生成振荡信号1420，该振荡信号经由二进制移相器传递至每个天线。可选地，每个发射信号可以在每个时间间隔期间在一系列频率上进行扫频。

在第一时间间隔期间1430，对于具有实分量R为+1的相关联的导向矢量的每个发射天线而言，相关联的二进制移相器向发射信号施加180度相移1432，天线发射信号1434，并且接收信号被存储在后处理器的存储器中1436。

在第二时间间隔期间1440，对于具有虚分量I为+1的相关联的导向矢量的每个发射天线而言，相关联的二进制移相器向发射信号施加180度相移1442，天线发射信号1444，并且接收信号被存储在后处理器的存储器中1446。

然后，后处理器可以向在第二时间间隔期间1440接收到的信号施加90度相移1450，并且对在第一时间间隔期间接收到的信号与在第二时间间隔期间接收到的90度相移的信号进行求和1460。

本文所述的系统和方法的特定特征是在多个时间间隔内对接收信号进行线性组合，以便以模拟的方式模拟增强的波束形成器的优点并从中受益。该特征可以以各种形式进行扩展，这对本领域技术人员来说是清楚的并且在此作为示例提及。

在发射器已经支持使用某种相位选择(例如4相位QPSK、8相位8-PSK等)或增益的波束形成的一个扩展中，可以使用M个时间间隔上的M个码字(两个或更多个)的组合，以便通过因子M来产生更大的相位选择(例如，使用4个BPSK时间间隔或2个QPSK时间间隔来产生模拟的8-PSK)。

可替代地，模拟的QPSK方案可以描述为：每个发射天线取一个所需的相量C；发射X＝Sgn(Re{C·e

在本发明的另一扩展中，M个间隔内的接收信号与不必具有单位增益的任意相量a

通过使用二进制移相器和两个时间间隔来实现QPSK(4相位)波束形成的上述方法仅出于说明性目的而呈现。该方法还可以推广到在n个时间间隔内实现偶数2n个相位。例如，通过三个时间间隔，可以实现6-PSK调制。

对于N个时间间隔，可以实现发射器根据以下条件选择性地向特定天线施加180度相移的方法。在第n个时间间隔中，如果旋转了-n*180/N度的导向矢量的实值为负，则向第k个天线施加180度相移。因此，对于第k个天线，如果以下公式为真，则施加180度相移：

其中，C

因此，在适当情况下，在后处理器中，在对所有时间间隔中的接收信号进行求和之前，可以对第n个时间间隔施加φn弧度的旋转。

通过选择一组N个相移序列以使得N个时间间隔内的发射信号的平均值满足所需标准，如本文所述的方法可以被扩展以并入所需波束成形器的另外标准。例如，特定发射器天线的有效衰减对于变迹(apodization)和发射器增益均衡的增益控制可能是必须的。即使没有模拟增益控制，这也可以通过针对特定的发射天线使用特定的旋转序列来实现，例如，每个天线的导向矢量可以旋转角步(1-a)*φn，即，其中a的值专门选择成适合于每个发射器天线)。

应用所述方法所需的多个时间间隔还可以用于其他目的。在一个可能的实施方式中，多个时间间隔可以用于允许在每个帧内进行多普勒处理，以便允许可以比信道相干时间更长的积分时间以及允许获得关于目标速度的信息。每个要扫描的空间发射器方向可以包括N个时间间隔，并且多普勒后处理可以搜索间隔之间的可以对应于径向速度的线性相移。这可以例如在时间间隔内使用快速傅里叶变换(FFT)来实现。

要指出的是，在适当的情况下，每个时间间隔自身可以包括在时间间隔的持续时间内使用步进频率连续波、Chirp(啁啾)或一些其他频率函数来在多个频率上对发射信号进行扫频。因此，通过如上所述的在时间间隔之间改变波束形成器，旁瓣电平将通常由于在任何给定速度下的相位量化而降低。然而，相关联的波束成形量化误差可能会在其他速度下产生旁瓣。

本方法的另一特征是，生成的旁瓣的频谱形状可以通过针对时间间隔选择特定顺序来进行控制，使得生成旁瓣的大部分量化噪声限于高频，所述高频对应于比特定应用中的那些期望的径向速度更高的径向速度。在需要的情况下，第n个时间间隔(其中，n可以取从0至N-1的任何整数值)的相位旋转φn可以选择成使得：

其中“mod”是将除以给定整数的余数返回的模运算并且假定N是4的整数倍。如上所述，仅当

将理解的是，可以使用其他结构来选择相位旋转序列或导向矢量的序列中的顺序，从而根据需要对量化噪声的频谱形状进行优化。

在上述结构中，已知的所需导向矢量被旋转φn以用于二进制相位选择。一种替代方法，例如在所需的导向矢量未知的情况下，可以涉及在发射器处搜索

时间间隔的数量可以选择成在例如旁瓣电平、信噪比(SNR)(可以通过增加间隔来使用更长的积分时间)和多普勒估计分辨率方面实现所需的波束成形精确度。另一方面，时间间隔的数量可以被诸如电子部件的存储器容量和处理能力以及避免帧中的模糊之类的其他因素限制。因此，所选择的时间间隔的实际数量可以是所有这些考虑的折衷。

由于一些空间方向可能比其他空间方向更重要，就所需的SNR和多普勒分辨率而言，可以优选的是，将较多的时间间隔分配到那些优选方向并且将较少的时间间隔分配到其他较低优先级的方向。

这种扫描方案可以用于各种应用，诸如用于ADAS(高级驾驶员辅助系统)或自动驾驶的外部汽车雷达传感器。在这种应用中，将理解的是，关注的水平角度范围(方位角范围)通常比关注的竖向角度范围(仰角范围)宽。这是因为汽车雷达传感器通常不需要对道路表面下方进行扫描。因此，可以优选的是，将发射器天线排列成竖向线性阵列，使得旁瓣位于高优先级的仰角范围之外。接收器天线可以布置成正交定向的水平线性阵。

其他可能的应用可以包括对诸如房间之类的封闭空间、运动场、球门线等进行监测。另外的其他应用还可以涉及对目标区域内的物体进行追踪、可能使用大型阵列进行本体扫描。本领域技术人员还将想到其他应用。

现在参考图8A的方框图，该框图示意性地表示系统的第二实施方式的选定元件，其中，每个天线连接至增益控制单元1550，使得可以对正交幅度调制(QAM)波束形成进行模拟。

除了图7A的第一实施方式的系统中所示的部件外，专用的增益控制单元1530还与每个发射天线相关联。因此，控制器还被配置成指示增益控制单元通过由复数导向矢量所确定的所需增益来放大发射信号。

控制器可再次操作成针对阵列的每个天线确定所需的复数导向矢量C＝R+jI。然而，这里，导向矢量可以具有从+1>R>-1的范围内选择的连续实分量R和从+1>I>-1的范围内选择的连续虚分量I。

因此，控制器还可操作成：针对相关联的导向矢量的实分量选择所需的幅度R，并且在第一时间间隔期间指示相关联的增益控制单元向发射信号施加相关联的第一增益GR。类似地，控制器可操作成：针对相关联的导向矢量的虚分量选择所需的幅度I，并且在第二时间间隔期间指示相关联的增益控制单元向发射信号施加第二增益GI，其中，第二增益GI等于GR和I与R的绝对比率的乘积。

参考图8B所示的一组图，由每个天线在每个时段期间产生的所得到的信号可以因此进行幅度调制和相位调制。

现在参考图8C的流程图，选定的步骤指示用图8A的系统来对正交幅度调制(QAM)波束形成进行模拟的方法，其中，阵列的天线各自经由相关联的二进制移相器和增益控制单元1530连接至共同的发射器。

针对阵列的每个发射天线确定所需的复数QPSK导向矢量C 1610，该复数QPSK导向矢量C包括从+1>R>-1的范围内选择的实分量R和从+1>I>-1的范围内选择的虚分量I。

发射器生成振荡信号，1620，该振荡信号1620经由二进制移相器传递至每个天线。可选地，每个发射信号可以在每个时间间隔期间在一系列频率上进行扫频。

在第一时间间隔期间1630，对于具有负实分量R的相关联的导向矢量的每个发射天线而言，相关联的二进制移相器向发射信号施加180度相移1632。相关联的增益控制单元将信号放大第一值GR＝|R|G0 1633，天线发射放大的信号1634，并且接收信号被存储在后处理器的存储器中1636。

在第二时间间隔期间1640，对于具有负虚分量I的相关联的导向矢量的每个发射天线而言，相关联的二进制移相器向发射信号施加180度相移1642。相关联的增益控制单元将信号放大第二值GI＝|I|G0 1643。然后，天线发射放大的信号1644，并且接收信号再次被存储在后处理器的存储器中1646。

因此，当后处理器可以向在第二时间间隔期间1640接收到的信号施加90度相移1650，并且对这些信号与在第一时间间隔期间接收到的信号进行求和1660时，所得到的信号可以具有任何所需值的虚拟相移。

还要指出的是，尽管本文所述的系统包括用于每个天线的专用二进制移相器，但是替代系统可以在没有移相器的情况下通过使用附加的时间间隔来操作，如图9A中所示。

使用这种系统可以通过以下方式实现：在第一时段内只激活那些具有+1的实分量的天线，而不进行相移；在第二时段内只激活那些具有-1的实分量的天线，其中，180度的相移被施加在接收器处；在第三时段内只激活那些具有+1的虚分量的天线，而不进行相移；在第四时段内只激活那些具有-1的虚分量的天线，并且将180度相移施加在接收器处。

还要指出的是，只要系统的每个天线具有诸如图9A中所示的独立可控的连接开关1740，就可以直接从振荡器1770或在后处理期间施加这种相移。附加地或替代地，共同的二进制移相器可以根据需要连接至多个发射天线。

图4B中呈现了由这种系统的示例所产生的信号分布的示例。后处理器可以将来自第一时段、第二时段、第三时段和第四时段中的每个时段的接收信号存储在存储器中。

在对第一步骤、第二步骤、第三步骤和第四步骤分别施加0度、180度、90度、270度相移后，这四个信号可由接收器进行求和。通过对所有这些信号进行求和，可以在没有移相器的系统中实现模拟的QPSK导向矢量。

本领域的技术人员还将会想到在多个时间间隔内对接收信号进行线性组合的另外的扩展。

技术说明

本文所使用的技术和科学术语应当具有与本公开所属领域的普通技术人员的通常理解相同的意义。然而，预计在从本申请成熟的专利有效期期间，将开发许多相关的系统和方法。因此，诸如计算单元、网络、显示器、存储器、服务器等的术语的范围意在先验地包括所有这些新技术。

如本文所所用的，术语“约”指代至少±10％。

术语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”及其共轭词意为“包括但不限于”，并指示所列部件被包括在内，但一般不排除其他部件。这种术语包括术语“由……组成”和“基本上由……组成”。

短语“基本上由……组成”意为组合物或方法可以包括附加的成分和/或步骤，但前提是附加的成分和/或步骤不会实质性地改变所要求保护的组成部分或方法的基本特性和新特性。

如本文所使用的，单数形式“一”、“一种”和“该”可以包括复数引用，除非上下文另有明确规定。例如，术语“一种化合物”或“至少一种化合物”可以包括多种化合物，包括其混合物。

词语“示例性”在本文中用于表示“用作示例、实例或说明”。被描述为“示例性”的任何实施方式不一定被解释为优于或更有利于其他实施方式或者排除来自其他实施方式的特征的结合。

词语“可选地”在本文中用于表示“在一些实施方式中提供而在其他实施方式中不提供”。本公开的任何特定实施方式可以包括多个“可选的”特征，除非这些特征冲突。

无论何时在本文中指示数值范围，其意在包括在所指示的范围内的任何引用的数字(分数或整数)。短语“在”第一指示数字与第二指示数字“之间的范围变动/变化”以及“从”第一指示数字“到”第二指示数字“的范围变动/变化”在本文中可互换使用并且意在包括第一指示数字和第二指示数字以及它们之间的所有分数和整数。因此，应当理解的是，范围形式的描述仅仅是为了方便和简洁，而不应被解释为对本公开范围的不灵活限制。因此，范围的描述应当被认为具有特定公开的所有可能的子范围以及该范围内的各个数值。例如，诸如从1至6的范围描述应当被认为具有特定公开的子范围，诸如从1至3、从1至4、从1至5、从7至4、从7至6、从3至6等，以及在该范围内的各个数字，例如1、7、3、4、5和6以及非整数中间值。无论范围的广度如何，这都适用。

应当理解的是，为了清楚起见在单独实施方式的上下文中所描述的本公开的某些特征还可以在单个实施方式中被组合地提供。相反地，为了简洁起见，在单个实施方式的上下文中所描述的本公开的各种特征还可以被单独提供或者以任何合适的子组合提供或作为适合于本公开的任何其他描述的实施方式来提供。在各种实施方式的上下文中所描述的某些特征不应被认为是那些实施方式的基本特征，除非该实施方式在没有那些元素的情况下是无效的。

尽管已经结合了本公开的特定实施方式对本公开进行了描述，但显然，许多替代、改型和变型对于本领域技术人员来说将是明显的。因此，意在包括落入所附权利要求的精神和广泛范围内的所有这些替代、修改和变型。

本说明书中提及的所有出版物、专利和专利申请在本文中通过引用全部内容并入本说明书中，其程度与每个单独的出版物、专利或专利申请被特定地和单独地指示为通过引用并入本文一样。此外，本申请中任何参考的引用或标识不应被解释为承认该参考可以作为本公开的现有技术获得。就使用的章节标题而言，它们不应被解释为必然的限制。

本公开的主题的范围由所附权利要求限定并且包括本领域技术人员在阅读上述描述后会想到的上文所述的各种特征的组合和子组合以及其变型和修改。