JP7008826B2 - 自律車両の３ｄ環境イメージングを可能にする高度の位相角測定のための垂直オフセットを有するアンテナアレイを備えた自動車用レーダ - Google Patents

自律車両の３ｄ環境イメージングを可能にする高度の位相角測定のための垂直オフセットを有するアンテナアレイを備えた自動車用レーダ Download PDF

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Description

無線検出および測距（ＲＡＤＡＲ）システムを使用して、無線信号を発信し、戻ってくる反射信号を検出することにより、環境の特徴までの距離を能動的に推定することができる。電波反射特徴物までの距離は、送信と受信との間の時間遅延に従って判定することができる。レーダシステムは、時変周波数ランプを有する信号など、時間とともに周波数が変化する信号を発信して、発信された信号と反射された信号との間の周波数の差を距離推定に関連付けることができる。一部のレーダシステムは、受信した反射信号のドップラー周波数シフトに基づいて反射物体の相対運動を推定する場合もある。
指向性アンテナを信号の送信および／または受信に使用して、各距離推定を方位に関連付けることができる。より一般的には、指向性アンテナを使用して、放射エネルギーを対象の与えられた視野に集中させることもできる。測定された距離と方向情報とを組み合わせると、周囲の環境特徴をマッピングすることが可能になる。
本明細書では、環境の２次元（２Ｄ）レーダ測定に基づいて、環境を表す三次元（３Ｄ）点群を判定することに関する実施形態が開示されている。レーダシステムは、アンテナの千鳥状線形アレイで構成されたレーダユニットを使用して、最初に近くの環境の測定値を受信し得る。入ってくる測定値を処理することによって、レーダシステムは、環境内に位置する物体や他の表面に関する高度情報を含む測定された環境の３Ｄ表現を判定し得る。
一態様では、本出願は方法を説明する。本方法は、環境内の車両に結合されたレーダユニットで、複数のレーダ反射信号を受信すること、および複数のレーダ反射信号を引き起こす環境内の１つ以上の表面に対する方位角および距離を判定することを含む。本方法はさらに、複数のレーダ反射信号の位相情報に基づいて、複数のレーダ反射信号を引き起こす１つ以上の表面に対する仰角を判定すること、および複数のレーダ反射信号を引き起こす１つ以上の表面に対する方位角、距離、および仰角に少なくとも部分的に基づいて車両を制御することを含む。
別の態様では、本出願はシステムを説明する。本システムは、複数のレーダ反射信号を受信するように構成されたレーダユニットと、複数のレーダ反射信号を引き起こす環境内の１つ以上の表面に対する方位角および距離を判定し、複数のレーダ反射信号の位相情報に基づいて、複数のレーダ反射信号を引き起こす１つ以上の表面に対する仰角を判定するように構成されたプロセッサとを備える。プロセッサは、複数のレーダ反射信号を引き起こす１つ以上の表面に対する方位角、距離、および仰角に少なくとも部分的に基づいて車両を制御するようにさらに構成されている。
さらに別の例では、本出願は、１つ以上のプロセッサを備えるコンピューティングシステムによって実行されたときに、コンピューティングシステムに動作を行わせる命令を格納するように構成された非一時的なコンピュータ可読媒体について説明する。動作は、環境内の車両に結合されたレーダユニットで、複数のレーダ反射信号を受信すること、および複数のレーダ反射信号を引き起こす環境内の１つ以上の表面に対する方位角および距離を判定することを含む。動作は、複数のレーダ反射信号の位相情報に基づいて、複数のレーダ反射信号を引き起こす１つ以上の表面に対する仰角を判定すること、および複数のレーダ反射を引き起こす１つ以上の表面に対する方位角、距離、および仰角に少なくとも部分的に基づいて車両を制御することをさらに含む。
別の態様では、本出願は、環境内の車両に結合されたレーダユニットで、複数のレーダ反射信号を受信するための手段と、複数のレーダ反射信号を引き起こす環境内の１つ以上の表面に対する方位角および距離を判定するための手段とを備えるシステムを説明する。本システムは、複数のレーダ反射信号の位相情報に基づいて、複数のレーダ反射信号を引き起こす１つ以上の表面に対する仰角を判定するための手段と、複数のレーダ反射信号を引き起こす１つ以上の表面に対する方位角、距離、および仰角に少なくとも部分的に基づいて車両を制御するための手段とをさらに備える。
上記の概要は、単に例証であり、多少なりとも限定することを意図するものではない。上記の理解を助ける態様、実施形態、および特徴に加えて、さらなる態様、実施形態、および特徴が、図面および以下の「発明を実施するための形態」を述べることによって、明らかになってくるであろう。
例示的な実施形態による、車両を図解する機能ブロック図である。 例示的な実施形態による、車両の物理的構成を図解する。 例示的な実施形態による、レーダセクタのレイアウトを図解する。 例示的な実施形態による、レーダユニットのセクタのビームステアリングを図解する。 例示的な実施形態による、千鳥状線形アレイで構成されたレーダユニットを図解する。 例示的な実施形態による、千鳥状線形アレイで構成されたレーダユニットの一部を図解する。 例示的な実施形態による、レーダユニットを車両に結合するためのマウントを図解する。 例示的な実施形態による、レーダ測定を使用した三次元（３Ｄ）情報の判定を図解する。 例示的な実施形態による、レーダを使用して交通標識の存在を測定することを含むシナリオを図解する。 例示的な実施形態による、図７Ａのレーダを使用して測定された交通標識の三次元（３Ｄ）表現を図解する。 例示的な実施形態による、レーダを使用してトラフィックコーンの存在を測定することを含む別のシナリオを図解する。 例示的な実施形態による、図７Ｃのレーダを使用して測定されたトラフィックコーンの三次元（３Ｄ）表現を図解する。 例示的な実施形態による、レーダを使用して測定されたシーンの三次元（３Ｄ）表現を図解する。 例示的な実施形態による、方法のフローチャートである。 例示的な実施形態による、コンピュータプログラムの概略図を図解する。
以下の詳細な説明では、本明細書の一部を形成する添付の図面を参照する。図では、特に文脈によって説明しない限り、同様の記号は通常、同様の構成素子を指している。詳細な説明、図、および特許請求の範囲に記載されている例示的な実施形態は、限定することを意味するものではない。本明細書において提示される主題の範囲から逸脱することなく、他の実施形態を利用することができ、他の変更を行なうことができる。本明細書で概して説明され、かつ図に例証されている、本開示の態様は、多種多様な異なる構成で配置、置換、結合、分離、および設計することができ、そのすべてが本明細書で明示的に企図されることは容易に理解されよう。
レーダシステムは、送信アンテナを使用して、レーダ信号を所定の方向に発信（送信）して、環境の態様を測定することができる。環境内の表面に接触すると、発信されたレーダ信号は複数の方向に反射または散乱することができ、一部のレーダ信号はある程度表面内に侵入する。しかしながら、一部のレーダ信号は、環境の様々な表面で反射してレーダシステムに戻り、レーダシステムの受信アンテナが反射したレーダ信号を捕捉することを可能にする。次いで、受信した反射信号を処理して、レーダシステムに対する環境内の表面の場所を判定することができる。特に、反射信号を処理すると、環境内の物体や他の表面の位置、向き、および潜在的な動きを示す情報を含む、環境の態様の二次元（２Ｄ）測定が可能になる。
レーダシステムは、環境内の物体までの距離並びに移動する物体の動きを測定することができるため、レーダシステムは、車両のナビゲーションおよび安全性の支援にますます使用されている。特に、車両レーダシステムは、システム（例えば、車両制御システム）が、車両を取り巻く環境内の他の特徴の中でもとりわけ、近くの車両、道路境界、気象条件、交通標識および交通信号機、および歩行者を検出し、潜在的に識別することを可能にすることができる。結果として、車両制御システムは、自律的または半自律的ナビゲーションのための制御戦略（例えば、経路計画および障害物回避）を決定するときにレーダを使用し得る。したがって、レーダシステムを使用する車両の数が増え続けるにつれて、車両の周囲環境を正確に測定することができる手頃に入手可能なレーダシステムが求められている。
車両ナビゲーションシステムの一部として動作する車両レーダシステムを含めて、多くのレーダシステムは、レーダシステムを取り巻く環境の２Ｄ測定値を取得するように構成されていることがよくある。特に、レーダは、レーダシステムの位置と向きに対する、環境内の物体および他の表面の位置に関する情報を含む、環境の２Ｄ理解を検出、測定、および提供することができる。例えば、車両レーダシステムは、レーダが車両に対する物体（例えば、車両、道路境界）の距離、並びに近くの移動する物体（例えば、他の車両）の動きを判定するために使用されることを可能にする方向で、車両の様々な場所に位置付けされる（または車両の側面に組み込まれる）レーダユニットを有し得る。レーダシステムの構成および動作は、環境内の所望の領域の２Ｄ測定値を捕捉するために、一部がアンテナの線形アレイで構成されたレーダユニットで構成されて、実装形態内で異なる場合がある。
環境の３Ｄ表現を取得するために、レーダシステムは、３Ｄ表現を形成するために異なる方向に配置された複数のレーダユニットからの測定値に依存する場合がある。特に、各レーダユニットが一つの線形アレイのみを有する、または複数の線形アレイが同じ構成で整列されている場合、特定のエリアを測定する複数のレーダユニットが、そのエリアについての３Ｄ情報を判定するために十分な測定値を捕捉する必要がある場合がある。しかしながら、複数のレーダユニットのセットアップは、３Ｄ情報を形成するために環境の同じ方向で複数の測定値を捕捉するように配置された複数のレーダユニットが必要になるため、レーダシステム全体のコストを増加し得る。加えて、複数のレーダユニットレーダシステムは、異なるレーダユニットからの測定値を調整して環境の領域の３Ｄ表現をおおよそ見積るために、複雑な処理ソフトウェアとリソース（例えば、電力）とを必要とする場合がある。
本明細書に提示される例示的な実施形態は、千鳥状線形アレイに配置されたアンテナを備えた１つ以上のレーダユニットを使用して３Ｄ情報を判定することを含む。特に、異なる方向に配置された複数のレーダユニットおよび測定値を調整して環境の３Ｄ表現を形成するための複雑な処理が必要になるのではなく、アンテナの千鳥状線形アレイで構成されたレーダユニットは、位置および方向の情報に加えて、システムが高度情報（すなわち、レーダユニットに対する表面および物体の高さ）を抽出することを可能にし得る測定値を捕捉し得る。その結果、千鳥状線形アレイレーダユニットを使用して捕捉した測定値を使用して、複数のレーダユニットが異なる方向から同じ領域を測定することを必要とすることなく、環境内のエリアを表す３Ｄ点群を判定することができる。
千鳥状線形アンテナアレイは、線形アレイに類似しているが、アレイの中心線からオフセットされた１つ以上のアンテナを含む。特に、アレイの中心線は、すべてのアンテナがオフセットなしの線形アレイの一部である場合に、アレイの各アンテナが整列する場所の仮想的な位置を表す。そのようにして、中心線は、垂直または水平位置のレーダユニットの中央に沿って、レーダユニットの一部の中央に沿って（すなわち、中心線がレーダユニット全体の中心からオフセットされている）延在する場合がり、またはレーダユニットに対して他の向き（例えば、傾斜角度）に延在する場合がある。線形アレイ構成内で１つまたは複数のアンテナ（すなわち、放射素子）を千鳥状にすることによって、アレイは、わずかにオフセットされたレーダ信号を送信（または受信）し得る。
いくつかの例では、千鳥状線形アンテナアレイは、線形アレイの中心線からオフセットされた１つ以上のアンテナを備えた単一アンテナの線形アレイを含み得る。レーダユニットは、上記の構成を有する複数の千鳥状線形アンテナアレイを含み得る。他の例では、千鳥状線形アンテナアレイは、線形アンテナアレイ内の他のアンテナアレイに対してオフセットされた１つまたは複数のアンテナアレイを有する全体的な線形アンテナアレイを形成する複数のアンテナアレイを含み得る。示されるように、千鳥状線形アンテナアレイは、他のアンテナに対して（または他のアンテナアレイに対して）オフセットされた１つまたは複数のアンテナ（またはアンテナのアレイ）を含むことができる。
加えて、少なくとも１つのアンテナアレイをオフセットすることによって、オフセットされたアンテナアレイの位相中心は、千鳥状線形アンテナアレイの残りを構成する複数のアンテナアレイの中心線からシフトされ得る。オフセット送信アンテナによって送信されたレーダ信号および／またはオフセット受信アンテナによって受信された反射レーダ信号は、次いで、レーダを使用して捕捉された空間情報を補足するための高度情報を追加することを含めて、測定された近くの環境を表す多くの３Ｄデータポイントを判定するために使用することができる。位相中心をシフトすることによって、位相情報を使用して３Ｄデータポイントを判定するのを助け得る。例えば、受信アレイのオフセット受信アンテナと中央の受信アンテナとによって取得された測定値を比較することによって取得された位相情報は、システムが環境の測定領域を表す３Ｄ点群を形成するのに役立ち得る。
いくつかの実施形態では、システムは、レーダユニット上の千鳥状線形アレイを介して取得された測定値を処理して、周囲環境の３Ｄ点群表現を生成し得る。特に、測定値の処理には、入って来る測定値とともに、千鳥状線形アレイの放射アンテナ間の位置合わせの違いをファクタリングして、環境内の表面の位置、高度（すなわち、高さ）、および向きを表すことができる３Ｄデータポイントを判定することが含まれ得る。例えば、車両制御システムはレーダシステムを使用して、環境内の他の特徴の中でも、近くの歩行者、道路要素（例えば、縁石、道路、近くの境界）、交通信号機、および他の車両の位置を指定する３Ｄ点群を判定し得る。その結果、千鳥状線形アンテナアレイで構成されたレーダユニットを使用するレーダシステムは、車両による自律ナビゲーションを可能にするために使用されるレーダユニットの数を減らすことができる。
したがって、いくつかの例示的な実装形態では、車両レーダシステムは、線形アンテナアレイのみで構成されたレーダユニットのセットを、千鳥状線形アンテナアレイを有するレーダユニットと置き換えることができる。一方で、変更されたレーダシステムは、近くの物体の位置、向き、および高さ、交通信号機、等などの、環境に関する３Ｄ情報を判定する能力も有しながら、従来のシステムよりもコストを抑えることができる。さらに、千鳥状線形アンテナアレイを用いて設計されたレーダユニットは、レーダシステム全体のさらなる機能を可能にし得る。特に、これらのレーダユニットは、他のタイプのレーダユニットが取得することのできない測定値（例えば、環境内の表面に関する高度データ）を捕捉し得る。
以下の詳細な説明は、単一入力単一出力単一入力、複数出力（ＳＩＭＯ）、複数入力単一出力（ＭＩＳＯ）、複数入力複数出力（ＭＩＭＯ）、および／または合成開口レーダ（ＳＡＲ）レーダアンテナアーキテクチャの形態をとり得る１つまたは複数のアンテナアレイを有する装置で使用され得る。
いくつかの例のレーダシステムは、レーダシステムが、自律または半自律車両の周囲の環境などの高精度の環境を測定することを可能にするために、放射エネルギーをビームに集束することができるアンテナを使用する場合がある。このようなアンテナは、コンパクト（典型的には、長方形のフォームファクタを備える）、効率的（すなわち、７７ＧＨｚエネルギーのほとんどがアンテナ内で熱に失われない、または送信機の電子機器に反射して戻る）、および低コストかつ製造が容易（すなわち、これらのアンテナを備えたレーダシステムは大量生産が可能）であり得る。
いくつかの実施形態では、レーダアンテナアーキテクチャは、複数の「デュアルオープンエンド導波管」（ＤＯＥＷＧ）アンテナを含み得る。いくつかの例では、「ＤＯＥＷＧ」という用語は、水平導波路チャネルプラス２つの部分に分かれる垂直チャネルの短いセクションを指す場合があり、垂直チャネルの２つの部分の各々は、アンテナに入る電磁波の少なくとも一部を放射するように構成された出力ポートを含む。加えて、複数のＤＯＥＷＧアンテナは、１つ以上のアンテナがオフセットされた送信および／または受信アンテナの千鳥状線形アレイなどのアンテナアレイに配置されてもよい。
例示的なアンテナアーキテクチャは、例えば、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）で機械加工され、適切に位置合わせされ、一緒に接合され得る複数の金属層（例えば、アルミニウムプレート）を備え得る。第１の金属層は、入力導波路チャネルの前半を含み得、第１の導波路チャネルの前半は、電磁波（例えば、７７ＧＨｚミリ波）を第１の導波路チャネルに受信するように構成され得る入力ポートを含む。第１の金属層はまた、複数の波分割チャネルの前半を含み得る。
複数の波分割チャネルは、入力導波路チャネルから分岐し、かつ入力導波路チャネルから電磁波を受信し、電磁波を電磁波の複数の部分に分割し（すなわち、電力分割器）、電磁波のそれぞれの部分を複数の波放射チャネルのそれぞれの波放射チャネルに伝搬するように構成され得る、チャネルのネットワークを備え得る。いくつかの実施形態では、導波管アンテナ要素および／または導波管出力ポートは、形状が長方形であってもよい。いくつかの代替の実施形態では、導波管アンテナ要素および／または導波管出力ポートは、形状が円形であってもよい。他の形状も可能である。
丸みを帯びた長方形のチャネルは、入ってくる電磁波の偏波を変えることができる共鳴チャンバとして機能し得る。例えば、１つの偏波から別の偏波への（例えば、水平ＴＥ１０偏波から垂直ＴＥ１０偏波への）高エネルギー漏れは、チャンバ内で発生する可能性がある。多くの波長距離にわたって発生する導波管内の物理的なねじれを利用する導波管内の偏波を変更する別の方法とは異なり、偏波フィルタの厚さは、十分な偏波変換を達成しながら、波長よりも小さくすることができる（例えば、対応する入力電磁波の半波長と全波長の間）。丸みを帯びた長方形の偏波修正チャネルは、チャネルから発散するエバネッセント導波管モードがチャネルから離れるように伝搬するときに十分に速く消滅するように設計することもできる。これらの両方の要因により、偏波変換中に発生するエネルギー損失が少なくなり、偏波を回転／変更する別の方法と比較するときにエネルギー効率の向上がもたらされる。
対応する偏波修正チャネルおよび導波管の形状並びに材料に基づいて、例えば、伝搬エネルギーの分布は、アンテナ内の異なる場所で変化する可能性がある。偏波修正チャネルおよび導波管の形状並びに材料は、電磁エネルギーの境界条件を定義する。境界条件は、偏波修正チャネルおよび導波管のエッジでの電磁エネルギーの既知の条件である。例えば、金属導波管では、偏波修正チャネルおよび導波管壁がほぼ完全に導電性である（すなわち、導波管壁は完全な電気導体－ＰＥＣとして近似できる）と仮定すると、境界条件は、いずれの壁側にも接線方向に（すなわち、導波管壁の平面内に）方向付けられた電界がないことを指定する。境界条件が判明したら、マクスウェルの方程式を使用して、電磁エネルギーが偏波修正チャネルおよび導波管を通ってどのように伝搬するかを判定することができる。
マクスウェルの方程式は、任意の与えられた偏波修正チャネルまたは導波管に対していくつかの動作モードを定義し得る。各モードには、電磁エネルギーが偏波修正チャネルまたは導波管を通って伝搬することができる１つの特定の方法がある。各モードには、関連するカットオフ周波数がある。電磁エネルギーがカットオフ周波数を下回る周波数を有する場合、モードは偏波変更チャネルまたは導波管ではサポートされていない。（ｉ）寸法および（ｉｉ）動作周波数の両方を適切に選択することによって、電磁エネルギーは、特定のモードで偏波修正チャネルおよび導波管を通して伝搬し得る。偏波修正チャネルおよび／または導波管は、１つの伝搬モードのみが設計周波数でサポートされるように設計され得る。
導波管伝搬モードには、４つの主なタイプがあり、横電気（ＴＥ）モード、横磁気（ＴＭ）モード、横電磁（ＴＥＭ）モード、およびハイブリッドモードである。ＴＥモードでは、電磁エネルギーは、電磁エネルギー伝搬の方向に電界を有さない。ＴＭモードでは、電磁エネルギーは、電磁エネルギー伝搬の方向に磁界を有さない。ＴＥＭモードでは、電磁エネルギーは、電磁エネルギー伝搬の方向に電界も磁界も有さない。ハイブリッドモードでは、電磁エネルギーは、電磁エネルギー伝搬の方向に電界および磁界の両方の一部を有する。
ＴＥ、ＴＭ、およびＴＥＭモードは、幅方向および高さ方向など、伝搬方向に直交する２つの方向に対応する２つのサフィックス番号を使用してさらに指定され得る。非ゼロのサフィックス番号は、それぞれの偏波修正チャネルまたは導波管（例えば、長方形の導波管を想定）の幅と高さに等しい電磁エネルギーの半波長のそれぞれの数を示す。しかしながら、サフィックス番号０は、その方向に関して場の変化がないことを示す。例えば、ＴＥ１０モードは、偏波修正チャネルまたは導波管の幅が半波長で、高さ方向に電界の変化がないことを示す。典型的には、サフィックス番号がゼロに等しいとき、それぞれの方向における導波管の寸法は、波長の半分未満である。別の例では、ＴＥ２１モードは、導波管の幅が１波長（すなわち、２つの半波長）であり、高さが１／２波長であることを示す。
導波管をＴＥモードで動作させる場合、サフィックス番号はまた、導波管のそれぞれの方向に沿った最大電界の数を示す。例えば、ＴＥ１０モードは、導波管が幅方向に１つの電界最大値を有し、高さ方向に電界最大値を有さないことを示す。別の例では、ＴＥ２１モードは、導波管が幅方向に２つの電界最大値と高さ方向に１つの最大値を有することを示す。
追加または代替として、異なる偏波を使用する異なるレーダユニットは、レーダシステム内の異なるレーダ間の干渉を防ぎ得る。例えば、レーダシステムは、ＳＡＲ機能を介して自律車両の進行方向に垂直な方向に問い合わせる（すなわち、レーダ信号を送信および／または受信する）ように構成され得る。このため、レーダシステムは、車両が通過する路側の物体に関する情報を判定することができる場合がある。いくつかの例では、この情報は二次元（例えば、路側に沿った様々な物体までの距離および方向）であってもよい。他の例では、この情報は三次元（例えば、検出された物体の様々な部分の点群）であってもよい。このため、車両は、例えば、道路を走行するときに道路の側面を「マッピング」することができ得る。
いくつかの例では、送信アンテナが垂直方向にオフセットされたＭＩＭＯアーキテクチャに構成されたアンテナアレイを有するレーダユニットを使用する場合がある。送信アンテナによって発信されたレーダ信号は互いに直交しており、１つまたは複数の対応する受信アンテナによって受信することができる。そのようにして、レーダシステムまたは関連する信号プロセッサは、３Ｄ整合フィルタと共に２ＤＳＡＲ画像形成を実施して、処理されたレーダ信号に基づいて形成された２ＤＳＡＲマップのピクセルの高さを推定することができる。例えば、ＳＡＲは、ターゲット領域にわたるレーダアンテナ（またはレーダアンテナのアレイ）の動きを使用して、環境の領域の空間分解能を提供し得る。
２台の自律車両が類似のレーダシステムを使用して環境に問い合わせる場合（例えば、上記のＳＡＲ技法を使用して）、それらの自律車両が異なる偏波（例えば、直交偏波）を使用して問い合わせを行うことも有益であり得、それによって干渉を避け得る。加えて、単一の車両が、直交する偏波を有する２つのレーダユニットを動作させてもよく、それにより各レーダユニットは他のレーダユニットと干渉しない。
いくつかの例示的な自動車レーダシステムは、Ｗバンド内の電磁波周波数で動作するように構成され得、例えば、周波数は７７ギガヘルツ（ＧＨｚ）であってもよく、それはミリ（ｍｍ）波の電磁波に対応する。
ここで図を参照すると、図１は、自律モードで完全にまたは部分的に動作するように構成され得る、例示的な車両１００を図解する機能ブロック図である。より具体的には、車両１００は、コンピューティングシステムから制御命令を受信することを通して、人間の相互作用なしに（または人間の相互作用を低減して）自律モードで動作し得る。自律モードでの動作の一部として、車両１００は、安全なナビゲーションを可能にするために、センサを使用して、周囲環境の物体を検出し、場合によっては識別し得る。いくつかの実装形態では、車両１００はまた、運転者が車両１００の動作（または、動作のサブセット）を制御することを可能にするサブシステムを含み得る。
図１に示すように、車両１００は、推進システム１０２、センサシステム１０４、制御システム１０６、１つ以上の周辺機器１０８、電源１１０、コンピュータシステム１１２、データストレージ１１４、およびユーザインターフェース１１６などの様々なサブシステムを含み得る。他の例では、車両１００は、各々複数の要素を含むことができるより多いまたはより少ないサブシステムを含んでもよい。車両１００のサブシステムおよび構成要素は、様々な方法（例えば、有線または無線接続）で相互接続され得る。加えて、本明細書で説明する車両１００の機能は、追加の機能的または物理的構成要素に分割するか、または実装形態内でより少ない機能的もしくは物理的構成要素に組み合わせることができる。
推進システム１０２は、車両１００に対して動力付き運動を提供するように動作可能な１つ以上の構成要素を含み得、他の可能な構成要素の中でも、エンジン／モータ１１８、エネルギー源１１９、トランスミッション１２０、および車輪／タイヤ１２１を含み得る。例えば、エンジン／モータ１１８は、エネルギー源１１９を機械的エネルギーに変換するように構成され得、他の可能なオプションの中でも、内燃エンジン、電気モータ、蒸気エンジン、またはスターリングエンジンのうちの１つまたは組み合わせに対応し得る。例えば、いくつかの実装形態では、推進システム１０２は、ガソリンエンジンおよび電気モータなどの複数のタイプのエンジンおよび／またはモータを含み得る。
エネルギー源１１９は、完全にまたは部分的に、車両１００の１つ以上のシステム（例えば、エンジン／モータ１１８）に動力を供給し得るエネルギー源を表す。例えば、エネルギー源１１９は、ガソリン、ディーゼル、他の石油ベースの燃料、プロパン、他の圧縮ガスベースの燃料、エタノール、ソーラパネル、電池、および／または他の電力源に対応することができる。いくつかの実装形態では、エネルギー源１１９は、燃料タンク、電池、コンデンサ、および／またはフライホイールの組み合わせを含み得る。
トランスミッション１２０は、エンジン／モータ１１８からの機械動力を、車輪／タイヤ１２１および／または車両１００の他の可能なシステムに伝達し得る。したがって、トランスミッション１２０は、他の可能な構成要素の中でもとりわけ、ギアボックス、クラッチ、ディファレンシャル、および駆動シャフトを含み得る。駆動シャフトは、１つ以上の車輪／タイヤ１２１に接続する車軸を含み得る。
車両１００の車輪／タイヤ１２１は、例示的な実装形態内で様々な構成を有し得る。例えば、車両１００は、他の可能な構成の中でも、一輪車、自転車／オートバイ、三輪車、または自動車／トラックの四輪車の形式で存在し得る。したがって、車輪／タイヤ１２１は、様々な方法で車両１００に接続することができ、金属およびゴムなどの異なる材料で存在することができる。
センサシステム１０４は、他の可能なセンサの中でも、全地球測位システム（ＧＰＳ）１２２、慣性測定ユニット（ＩＭＵ）１２４、レーダユニット１２６、レーザ距離計／ＬＩＤＡＲユニット１２８、カメラ１３０、ステアリングセンサ１２３、およびスロットル／ブレーキセンサ１２５などの様々なタイプのセンサを含むことができる。いくつかの実装形態では、センサシステム１０４はまた、車両１００の内部システムを監視するように構成されたセンサ（例えば、Ｏ２モニタ、燃料計、エンジンオイル温度、ブレーキの状態）を含み得る。
ＧＰＳ１２２は、地球に対する車両１００の位置に関する情報を提供するように動作可能なトランシーバを含み得る。ＩＭＵ１２４は、１つ以上の加速度計および／またはジャイロスコープを使用する構成を有し得、慣性加速度に基づいて車両１００の位置および向きの変化を感知し得る。例えば、ＩＭＵ１２４は、車両１００が静止しているかまたは動いている間に車両１００のピッチおよび偏揺れを検出することができる。
レーダユニット１２６は、物体の速さおよび方位を含めて、無線信号を使用して、車両１００のローカル環境内の物体を感知するように構成された１つ以上のシステムを表すことができる。したがって、レーダユニット１２６は、上述のようにレーダ信号を送信および受信するように構成されたアンテナを含み得る。いくつかの実装形態では、レーダユニット１２６は、車両１００の周囲環境の測定値を取得するように構成された搭載可能なレーダシステムに対応し得る。
レーザ距離計／ＬＩＤＡＲ１２８は、他のシステム構成要素の中でも、１つ以上のレーザ源、レーザスキャナ、および１つ以上の検出器を含み得、コヒーレントモード（例えば、ヘテロダイン検出を使用）または非コヒーレント検出モードで動作し得る。カメラ１３０は、車両１００の環境の画像を捕捉するように構成された１つ以上のデバイス（例えば、スチルカメラまたはビデオカメラ）を含み得る。
ステアリングセンサ１２３は、車両１００のステアリング角度を感知し得、これは、ステアリングホイールの角度を測定すること、またはステアリングホイールの角度を表す電気信号を測定することを含み得る。いくつかの実装形態では、ステアリングセンサ１２３は、車両１００の前方軸に対する車輪の角度を検出するなど、車両１００の車輪の角度を測定し得る。ステアリングセンサ１２３はまた、ステアリングホイールの角度、ステアリングホイールの角度を表す電気信号、および車両１００の車輪の角度の組み合わせ（またはサブセット）を測定するように構成され得る。
スロットル／ブレーキセンサ１２５は、車両１００のスロットル位置またはブレーキ位置のいずれかの位置を検出し得る。例えば、スロットル／ブレーキセンサ１２５は、アクセルペダル（スロットル）およびブレーキペダルの両方の角度を測定してもよく、または、例えば、アクセルペダル（スロットル）の角度および／もしくはブレーキペダルの角度を表すことができる電気信号を測定してもよい。スロットル／ブレーキセンサ１２５はまた、エンジン／モータ１１８（例えば、バタフライバルブまたはキャブレタ）にエネルギー源１１９のモジュレーションを提供する物理的メカニズムの一部を含み得る、車両１００のスロットルボディの角度を測定してもよい。加えて、スロットル／ブレーキセンサ１２５は、車両１００のロータ上の１つ以上のブレーキパッドの圧力、またはアクセルペダル（スロットル）およびブレーキペダルの角度の組み合わせ（またはサブセット）、アクセルペダル（スロットル）およびブレーキペダルの角度を表す電気信号、スロットルボディの角度、および少なくとも１つのブレーキパッドが車両１００のロータに加える圧力、を測定し得る。他の実施形態では、スロットル／ブレーキセンサ１２５は、スロットルまたはブレーキペダルなどの車両のペダルに加えられた圧力を測定するように構成されてもよい。
制御システム１０６は、ステアリングユニット１３２、スロットル１３４、ブレーキユニット１３６、センサ融合アルゴリズム１３８、コンピュータビジョンシステム１４０、ナビゲーション／経路探索システム１４２、および障害物回避システム１４４など、車両１００をナビゲートするのを助けるように構成された構成要素を含み得る。より具体的には、ステアリングユニット１３２は、車両１００の進行方向を調整するように動作可能であり得、スロットル１３４は、エンジン／モータ１１８の動作スピードを制御して、車両１００の加速を制御し得る。ブレーキユニット１３６は、車両１００を減速することができ、これは、摩擦を使用して車輪／タイヤ１２１を減速することを含み得る。いくつかの実施態様では、ブレーキユニット１３６は、車両１００のシステムまたはシステム（複数）によるその後の使用のために、車輪／タイヤ１２１の運動エネルギーを電流に変換し得る。
センサ融合アルゴリズム１３８は、カルマンフィルタ、ベイジアンネットワーク、またはセンサシステム１０４からのデータを処理することができる他のアルゴリズムを含み得る。いくつかの実装形態では、センサ融合アルゴリズム１３８は、個々の物体および／もしくは特徴の評価、特定の状況の評価、ならびに／または所与の状況内の潜在的な影響の評価など、入ってくるセンサデータに基づくアセスメントを提供し得る。
コンピュータビジョンシステム１４０は、物体、環境物体（例えば、停止信号、道路の境界など）、および障害物を判定しようとする際に画像を処理および分析するように動作可能なハードウェアおよびソフトウェアを含み得る。したがって、コンピュータビジョンシステム１４０は、物体認識、Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｆｒｏｍ Ｍｏｔｉｏｎ（ＳＦＭ）、ビデオ追跡、および、例えば、物体を認識し、環境をマッピングし、物体を追跡し、物体の速さを推定するためなどにコンピュータビジョンで使用される他のアルゴリズムを使用し得る。
ナビゲーション／経路探索システム１４２は、車両１００の運転経路を判定することができ、これは、動作中にナビゲーションを動的に調整することを含み得る。したがって、ナビゲーション／経路探索システム１４２は、他の情報源の中でもとりわけ、センサ融合アルゴリズム１３８、ＧＰＳ１２２、および地図からのデータを使用して、車両１００をナビゲートし得る。障害物回避システム１４４は、センサデータに基づいて潜在的な障害物を評価し、車両１００のシステムに潜在的な障害物を回避または別の方法で通り抜けさせ得る。
図１に示されるように、車両１００はまた、無線通信システム１４６、タッチスクリーン１４８、マイクロフォン１５０、および／またはスピーカ１５２などの周辺機器１０８を含み得る。周辺機器１０８は、ユーザがユーザインターフェース１１６と相互作用するための制御または他の要素を提供し得る。例えば、タッチスクリーン１４８は、車両１００のユーザに情報を提供し得る。ユーザインターフェース１１６はまた、タッチスクリーン１４８を介してユーザからの入力を受け入れ得る。周辺機器１０８はまた、車両１００が、他の車両のデバイスなどのデバイスと通信することを可能にし得る。
無線通信システム１４６は、１つ以上のデバイスと直接または通信ネットワークを介して無線で通信し得る。例えば、無線通信システム１４６は、ＣＤＭＡ、ＥＶＤＯ、ＧＳＭ／ＧＰＲＳなどの３Ｇセルラ通信、またはＷｉＭＡＸもしくはＬＴＥなどの４Ｇセルラ通信を使用することができる。あるいは、無線通信システム１４６は、ＷｉＦｉまたは他の可能な接続を使用して無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）と通信し得る。無線通信システム１４６はまた、例えば、赤外線リンク、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、またはＺｉｇＢｅｅを使用してデバイスと直接通信し得る。様々な車両通信システムなどの他の無線プロトコルが、本開示の文脈内で可能である。例えば、無線通信システム１４６は、車両および／または道路沿いの給油所間の公共および／または私的データ通信を含み得る１つ以上の専用狭域通信（ＤＳＲＣ）デバイスを含み得る。
車両１００は、構成要素に電力を供給するための電源１１０を含み得る。電源１１０は、いくつかの実装形態では、再充電可能なリチウムイオンまたは鉛蓄電池を含み得る。例えば、電源１１０は、電力を提供するように構成された１つ以上の電池を含み得る。車両１００はまた、他のタイプの電源を使用してもよい。例示的な実装形態では、電源１１０およびエネルギー源１１９は、単一のエネルギー源に統合されてもよい。
車両１００はまた、そこに記載されている動作などの動作を行うためのコンピュータシステム１１２を含み得る。したがって、コンピュータシステム１１２は、データストレージ１１４などの非一時的なコンピュータ可読媒体に格納された命令１１５を実行するように動作可能な少なくとも１つのプロセッサ１１３（少なくとも１つのマイクロプロセッサを含むことができる）を含み得る。いくつかの実装形態では、コンピュータシステム１１２は、車両１００の個々の構成要素またはサブシステムを分散して制御するように機能し得る複数のコンピューティングデバイスを表してもよい。
いくつかの実装形態では、データストレージ１１４は、図１に関連して上述したものを含めて、車両１００の様々な機能を実行するためにプロセッサ１１３によって実行可能な命令１１５（例えば、プログラム論理）を含み得る。データストレージ１１４は、推進システム１０２、センサシステム１０４、制御システム１０６、および周辺機器１０８のうちの１つ以上にデータを送信する、データを受信する、相互作用する、および／または制御する命令を含む追加の命令も含み得る。
命令１１５に加えて、データストレージ１１４は、他の情報の中でもとりわけ、道路地図、経路情報などのデータを格納し得る。そのような情報は、自律モード、半自律モード、および／または手動モードでの車両１００の動作中に、車両１００およびコンピュータシステム１１２によって使用され得る。
車両１００は、車両１００のユーザに情報を提供するか、または車両１００のユーザから入力を受信するためのユーザインターフェース１１６を含み得る。ユーザインターフェース１１６は、タッチスクリーン１４８上に表示され得るコンテンツおよび／またはインタラクティブ画像のレイアウトを制御することができるか、または制御を可能にし得る。さらに、ユーザインターフェース１１６は、無線通信システム１４６、タッチスクリーン１４８、マイクロフォン１５０、およびスピーカ１５２などの周辺機器１０８のセット内の１つ以上の入力／出力デバイスを含むことができる。
コンピュータシステム１１２は、様々なサブシステム（例えば、推進システム１０２、センサシステム１０４、および制御システム１０６）から、ならびにユーザインターフェース１１６から受信した入力に基づいて、車両１００の機能を制御し得る。例えば、コンピュータシステム１１２は、推進システム１０２および制御システム１０６によって生成された出力を推定するために、センサシステム１０４からの入力を利用してもよい。実施形態に応じて、コンピュータシステム１１２は、車両１００およびそのサブシステムの多くの態様を監視するように動作可能であり得る。いくつかの実施形態では、コンピュータシステム１１２は、センサシステム１０４から受信した信号に基づいて、車両１００の一部またはすべての機能を無効にし得る。
車両１００の構成要素は、それらのそれぞれのシステム内またはシステム外の他の構成要素と相互接続された方法で機能するように構成され得る。例えば、例示的な実施形態では、カメラ１３０は、自律モードで動作している車両１００の環境の状態に関する情報を表すことができる複数の画像を捕捉することができる。環境の状態は、車両が動作している道路のパラメータを含むことができる。例えば、コンピュータビジョンシステム１４０は、道路の複数の画像に基づいて、傾斜（勾配）または他の特徴を認識することができ得る。加えて、ＧＰＳ１２２とコンピュータビジョンシステム１４０によって認識された特徴との組み合わせは、特定の道路パラメータを判定するために、データストレージ１１４に格納された地図データと共に使用され得る。さらに、レーダユニット１２６はまた、車両の周囲についての情報を提供し得る。
言い換えると、様々なセンサ（入力指標センサおよび出力指標センサと呼ぶことができる）とコンピュータシステム１１２との組み合わせが相互作用して、車両を制御するために提供される入力の指標または車両の周囲の指標を提供することができる。
いくつかの実施形態では、コンピュータシステム１１２は、無線システム以外のシステムによって提供されるデータに基づいて、様々な物体に関する判定を行い得る。例えば、車両１００は、車両の視野内の物体を感知するように構成されたレーザまたは他の光学センサを有し得る。コンピュータシステム１１２は、様々なセンサからの出力を使用して、車両の視野内の物体に関する情報を判定し得、様々な物体までの距離および方向情報を判定し得る。コンピュータシステム１１２はまた、様々なセンサからの出力に基づいて、物体が望ましいか望ましくないかを判定し得る。
図１は、車両１００の様々な構成要素、すなわち、無線通信システム１４６、コンピュータシステム１１２、データストレージ１１４、およびユーザインターフェース１１６を車両１００に統合されているものとして示しているが、これらの構成要素のうちの１つ以上は、車両１００とは別個に取り付けまたは関連付けることができる。例えば、データストレージ１１４は、部分的または完全に、車両１００とは別個に存在することができる。したがって、車両１００は、別個にまたは一緒に位置付けられ得るデバイス要素の形態で提供され得る。車両１００を構成するデバイス要素は、有線および／または無線方式で一緒に通信可能に結合され得る。
図２は、図１を参照して説明された車両１００の１つの可能な物理的構成を表し得る車両２００の物理的構成を図解する。実施形態に応じて、車両２００は、他の可能な構成要素の中でもとりわけ、センサユニット２０２、無線通信システム２０４、無線ユニット２０６、偏向器２０８、およびカメラ２１０を含み得る。例えば、車両２００は、図１に記載された構成要素のうちの一部またはすべての要素を含み得る。車両２００は図２では自動車として示されているが、車両２００は、他の可能な例の中でもとりわけ、トラック、バン、セミトレーラートラック、オートバイ、ゴルフカート、オフロード車両、または農業用車両などの例内の他の構成を有することができる。
センサユニット２０２は、車両２００の周囲環境の情報を捕捉するように構成された１つ以上のセンサを含み得る。例えば、センサユニット２０２は、他の可能なタイプのセンサの中でもとりわけ、カメラ、レーダ、ＬＩＤＡＲ、距離計、無線デバイス（例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈおよび／または８０２．１１）、および音響センサの任意の組み合わせを含み得る。いくつかの実装形態では、センサユニット２０２は、センサユニット２０２内のセンサの向きを調整するように動作可能な１つ以上の可動マウントを含み得る。例えば、可動マウントは、車両２００周辺の各方向から情報を取得するためにセンサを走査することができる回転プラットフォームを含み得る。センサユニット２０２の可動マウントはまた、特定の範囲の角度および／または方位角内の走査方式で可動であってもよい。
いくつかの実装形態では、センサユニット２０２は、センサユニット２０２が自動車のルーフの頂上に取り付けられることを可能にする機械的構造を含み得る。加えて、例の範囲内で他の取り付け場所も可能である。
無線通信システム２０４は、図２に示されるように、車両２００に対して相対的な場所を有し得るが、実装形態内で異なる場所を有することもできる。無線通信システム２００は、他の外部または内部デバイスと通信し得る１つ以上の無線送信機および１つ以上の受信機を含み得る。例えば、無線通信システム２０４は、他の可能なエンティティの中でもとりわけ、ユーザのデバイス、他の車両、および道路要素（例えば、標識、交通信号機）と通信するための１つ以上のトランシーバを含み得る。したがって、車両２００は、専用狭域通信（ＤＳＲＣ）、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）、および高度道路交通システムを対象とする他の提案された通信規格などの通信を容易にするための１つ以上の車両通信システムを含み得る。
カメラ２１０は、車両２００のフロントガラス上の場所など、車両２００に対して様々な位置を有し得る。そのようにして、カメラ２１０は、車両２００の環境の画像を捕捉し得る。図２に図示されるように、カメラ２１０は、車両２００に対して前向きのビューから画像を捕捉し得るが、カメラ２１０の他の取り付け場所（可動マウントを含む）および視野角が、実装形態内で可能である。いくつかの例では、カメラ２１０は、１つ以上の可視光カメラに対応し得る。代わりに、または追加して、カメラ２１０は、赤外線感知機能を含み得る。カメラ２１０はまた、調整可能な視野を提供し得る光学系を含み得る。
図３は、自律車両２００のレーダセクタの例示的なレイアウトを図解する。図３に示すように、各レーダセクタは、（図４Ａに関して説明されるように）レーダユニットの走査範囲にほぼ等しい角度幅を有し得る。例えば、図３のセクタは、自律車両２００の周りの方位角平面を複数の９０度のセクタに分割する。しかしながら、レーダユニットが９０度とは異なる角度（図示せず）にわたってレーダビームを走査するように構成されている例では、セクタの幅および数は変化する可能性がある。図３は自動車を示しているが、本明細書に提示されている例示的な方法およびシステムは、航空機、ボート、等などの他の車両システムでも使用され得る。
図３に示すように、レーダセクタは、車両２００の軸（３０２および３０４）と整列することができる。例えば、車両２００の中点によって定義された左前、右前、左後、および右後のセクタが存在し得る。各セクタは１つのレーダユニットに対応するため、各レーダユニットは１つのセクタにわたって走査するように構成され得る。さらに、図３の各例示的なレーダユニットは、約９０度の走査角を有するので、各レーダユニットは、他のレーダユニットの走査角とほぼ重ならない領域を走査する。図３に示すレーダセクタのレイアウトは一例である。レーダセクタの他の可能なレイアウトも可能である。
車両２００の中点によって定義されるレーダセクタを達成するために、各レーダユニットは、車両２００の２つの軸に対して４５度の角度で取り付けられてもよい。各レーダユニットを車両２００の２つの軸に対して４５度の角度で取り付けることによって、レーダユニットの９０度走査は、１つの車両軸から他の車両軸まで走査する。例えば、サイドミラーユニット２１２の軸に４５度の角度で取り付けられたレーダユニットは、左前部セクタを走査することが可能となり得る（すなわち、垂直軸３０２から車両２００の前部を通り、車両の側面を通る水平軸３０４まで）。
追加のレーダユニットは、サイドミラーユニット２１４の軸に４５度の角度で取り付けられてもよく、右前部セクタを走査することが可能となり得る。右後方セクタを走査するために、レーダユニットがテールライトユニット２１８に取り付けられてもよい。加えて、左後方セクタを走査するために、レーダユニットがテールライトユニット２１６に取り付けられてもよい。図３に示されているレーダユニットの配置は、単に１つの可能な例を示すためのものである。
様々な他の例では、レーダユニットは、車両の頂部または他の部分に沿って、または他の車両構成要素内または背後など、他の場所に配置されてもよい。さらに、セクタはまた、様々な実施形態において異なって定義されてもよい。例えば、セクタは、車両に対して４５度の角度であってもよい。この例では、１つのレーダユニットが前方を向き、別のものが後方を向き、他の２つが車両の側面を向いている。
いくつかの例では、車両２００のすべてのレーダユニットは、同じ走査角度で構成され得る。車両周囲の方位角平面は、完全な３６０度に等しい場合がある。このため、各レーダユニットが同じ走査角度で構成されている場合、レーダユニットの走査角度は、約３６０を車両のレーダユニットの数で割った値に等しくなる。したがって、完全な方位角平面走査の場合、１つのレーダユニットを備えた車両２００は、そのレーダユニットが完全な３６０度にわたって走査できる必要がある。
車両２００が２つのレーダユニットを有する場合、各々が約１８０度走査する。３つのレーダユニットの場合、各々が１２０度を走査するように構成される。４つのレーダユニットの場合、図３に示すように、各々がおよそ９０度走査し得る。５つのレーダユニットが車両２００上に構成されてもよく、各々が７２度を走査することができる。さらに、６つのレーダユニットが車両２００上に構成されてもよく、各々が約６０度を走査することができる。他の例も可能である。
さらなる例では、レーダユニットの数は、レーダユニットの製造の容易さ、車両の配置、または他の基準など、多数の基準に基づいて選択され得る。例えば、いくつかのレーダユニットは、十分に小さい平面構造で構成されてもよい。平面レーダユニットは、車両の様々な位置に搭載可能であり得る。例えば、車両は、車両の頂部に取り付けられた専用のレーダハウジング（または複数のレーダハウジング）を有してもよい。レーダハウジングには、様々なレーダユニットが含まれている場合がある。他の実施形態では、レーダユニットを車両構造内に配置され得る。
レーダユニットが車両構造内に位置付けられている場合、車両の部品を取り外さないと、各々は車両の外側から見えない場合がある。このため、車両は、レーダユニットを追加することから美的、外観的、または空気力学的に変えられなくてもよい。例えば、レーダユニットは、車両のトリムワークの下、バンパーの下、グリルの下、ライトのハウジング内、サイドミラー内、または他の場所にも配置され得る。いくつかの実施形態では、レーダユニットを覆う物体がレーダに対して少なくとも部分的に透過的である位置にレーダユニットを配置することが望ましい場合がある。例えば、様々なプラスチック、ポリマー、およびその他の材料は、レーダ信号を通過させながら、車両構造の一部を形成し、かつレーダユニットを覆い得る。
加えて、いくつかの実施形態では、レーダユニットは、異なるレーダユニットに対して異なる走査範囲で構成されてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、広い走査角度を有する特定のレーダユニットは、車両の適切な場所に配置できない場合がある。このため、より小さな走査角度を有するより小さなレーダユニットがその場所に配置され得る。しかしながら、他のレーダユニットは、より大きな走査角度を有することができる場合がある。したがって、レーダユニットの合計走査角度は、合計で３６０度（またはそれ以上）になり、完全な３６０度の方位角走査を提供し得る。例えば、車両は、各々が１００度を走査する３つのレーダユニット、および６０度を走査する４番目のレーダユニットを有してもよい。これにより、レーダユニットは方位角平面全体を走査することができるかもしれないが、走査セクタの角度サイズは等しくない場合がある。
図４Ａは、レーダユニット４００のセクタの例示的なビームステアリングを図解する。レーダユニット４００は、ステアリング可能なビームで構成され得、すなわち、レーダユニット４００は、ビームが放射される方向を制御することができ得る。レーダユニット４００は、例示的な実装形態における様々なタイプのレーダ構成を表すことができる。例えば、レーダユニット４００は、送信アンテナおよび／または受信アンテナの千鳥状線形アレイを有するレーダユニットを表してもよい。
図４Ａに示されるように、レーダユニット４００は、特定の方向における環境の測定値を取得し得る。ビームが伝搬される方向を制御することによって、レーダユニット４００は、具体的な方向に放射を向け、その方向のレーダ反射（したがって物体）を判定することができ得る。いくつかの実施形態では、レーダユニット４００は、方位角平面の様々な角度にわたって連続的な様態でレーダビームを走査することができ得る。他の実施形態では、レーダユニット４００は、方位角平面の様々な角度にわたって離散的なステップでレーダビームを走査することができ得る。
図４Ａに示されるように、レーダユニット４００は、複数の異なる角度にわたって操向され得るレーダビーム４０６を生成することができる。図４Ａにも示されるように、レーダビーム４０６は、約２２．５度のハーフパワービーム幅を有し得る。ハーフパワービーム幅は、レーダビーム４０６の最大値の振幅の半分に対応する２点間のレーダビーム４０６のメインローブの幅を度単位で測定したものである。
様々な実施形態において、レーダビーム４０６のハーフパワービーム幅は、２２．５度とは異なってもよい。加えて、いくつかの実施形態では、レーダビーム４０６のハーフパワービーム幅は、レーダビーム４０６が向けられる角度に応じて変化してもよい。例えば、レーダビーム４０６が放射面に対して直交する４０４Ａ（すなわちブロードサイド）方向により近く向けられると、レーダビーム４０６のハーフパワービーム幅は狭くなり、レーダビーム４０６が直交方向４０４Ａから離れるように操向されると広がる場合がある。
図４Ａにさらに示されるように、レーダユニット４００は、レーダビーム４０６を異なる角度（例えば、４つの異なる角度）に操向するように構成され得る。ステアリング角度は、放射面に対して直交する４０４Ａ（すなわち、ブロードサイド）方向に関して測定され得る。レーダビーム４０６はまた、例えば、４０４Ｃで＋３６度および４０４Ｅで－３６度に操向され得る。また、レーダビーム４０６は、４０４Ｂで＋１２度および４０４Ｄで－１２度に操向され得る。４つの異なる角度は、レーダビーム４０６が操向され得る個別の角度を表し得る。
いくつかの追加の例では、レーダユニット４００は、レーダビーム４０６を同時に２つの角度に操向し得る。例えば、レーダユニット４００は、レーダビーム４０６を同時に＋１２度および－１２度の両方に操向し得る。これは、角度の合計の方向に全体的に操向されるビームをもたらし得る（例えば、－１２＋１２＝０、したがって、この例のビームは、ブロードサイド方向４０４ａとなる）。しかしながら、レーダビームが同時に２方向に操向される場合、レーダビームのハーフパワービーム幅が広くなることがある。このため、レーダの分解能が低下することがある。
レーダビーム４０６を角度４０４Ｂ～４０４Ｅの各々に操向することによって、９０度視野全体が走査され得る。例えば、レーダビーム４０６が＋３６度の４０４Ｃに操向されるとき、レーダビーム４０６のハーフパワービーム幅は、＋４７．２５度から＋２４．７５度（ブロードサイド方向４０４Ａから測定して）をカバーする。加えて、レーダビーム４０６が－３６度の４０４Ｅに操向されるとき、レーダビーム４０６のハーフパワービーム幅は－４７．２５度から－２４．７５度までカバーすることができる。さらに、レーダビーム４０６が＋１２度の４０４Ｂに操向されるとき、レーダビーム４０６のハーフパワービーム幅は、＋２３．２５度から＋０．７５度をカバーする。最後に、レーダビーム４０６が－１２度の４０４Ｄに操向されるとき、レーダビーム４０６のハーフパワービーム幅は、－２３．２５度から－０．７５度をカバーする。したがって、レーダビーム４０６は、９５度の範囲をカバーして、－４７．２５から＋４７．２５度まで効果的に走査することができる（すなわち、角度幅にまたがって４つのビームを選択的に有効または無効にする）。ステアリング角度の数、ステアリング角度の方向、およびレーダビーム４０６のハーフパワービーム幅は、具体的な例に応じて変化し得る。
例えば、以下でさらに説明するように、レーダユニットのレーダビームは、６０度の領域のみを走査するように構成され得る。レーダユニットが６０度の領域を走査できる場合、６つのレーダユニットを使用して３６０方位角平面全体を走査し得る。しかしながら、レーダユニットが９０度を走査できる場合、４つのレーダユニットが３６０方位角平面全体を走査し得る。
図４Ｂは、千鳥状線形アレイで構成されたレーダユニット４１０を図解する。図４Ｂに示されるように、レーダユニット４１０は、アンテナアレイ４１２、４１４、４１８、および４２０（例示目的のために示される）などの複数のアンテナアレイを含む。他の例では、レーダユニット４１０は、構成、サイズ、レーダユニット４１０上の位置、各アレイ内のアンテナの数、および他の可能なパラメータが異なり得る、より多いまたはより少ないアンテナアレイを含み得る。加えて、レーダユニット４１０は、他の例では他の構成（例えば、曲率、異なる寸法）を有することができる。
レーダユニット４１０は、レーダシステム（例えば、車両レーダシステム）の一部として、または独立型レーダシステムとして動作し得るレーダユニットを表す。例えば、レーダユニット４１０は、車両の一部に結合（または車両構成要素の一部を形成）してもよい。そのようにして、レーダユニット４１０の構成、材料、動作、および他の可能なパラメータは、実施例の中で変化する可能性がある。例えば、レーダユニット４１０は、いくつかの例では異なる材料から生成されてもよく、１つ以上の特定の偏波（例えば、水平直線偏波、垂直直線偏波、斜め偏波）で動作するように構成されてもよい。
図４Ｂに示されるように、レーダユニット４１０は、各々が送信アレイ、受信アレイ、または送信および受信アンテナの組み合わせとして動作し得る複数のアンテナアレイを含む。一例として、アレイ４１２は送信アンテナアレイであってよく、アレイ４１４は受信アンテナアレイであってよい。
レーダユニット４１０の複数のアンテナアレイが、千鳥状線形アレイの例を形成して示されている。アレイ（例えば、アレイ４１８、アレイ４２０）は、図解の目的で図４Ｂに示されている中心線４１６に沿ってほぼ中心が合わされている千鳥状線形アレイを形成する（すなわち、中心線４１６はレーダユニットに現れない場合がある）。図４Ｂにさらに示されるように、アレイ４１８およびアレイ４２０の両方は、千鳥状線形アレイの中心（すなわち、中心線４１６）からオフセットしている。より具体的には、アレイ４１８は、中心線４１６からレーダユニット４１０の外縁に向かってオフセットして示され、アレイ４１８が、千鳥状線形アレイの他のアンテナアレイと比較してレーダユニット４１０の外縁に近い位置を有するようにさせている。同様に、アレイ４２０もまた、千鳥状線形アレイの中心線４１６からオフセットして示されている。しかしながら、アレイ４２０は、アレイ４１８のオフセットと比較して反対方向にオフセットして示されている。その結果、アレイ４２０は、千鳥状線形アレイ内の他のアンテナアレイと比較して、レーダユニット４１０の全体の中央部分により近い位置を有する。
中心線４１６は、１つ以上のアレイが千鳥状線形アレイ内で有する可能性がある潜在的なオフセットを図解するのを助けるために図解目的で図４Ｂに示されている。そのようにして、中心線４１６は、レーダユニット４１０の非中心部分に位置決めされて示されているが、実施例において他の位置を有することができる（例えば、中心線４１６は、レーダユニットの中心部分に沿って延びてもよい）。加えて、アレイ４１８およびアレイ４２０のオフセットは、例示の目的で図４Ｂに示されているが、オフセットの程度は、他の実装形態では異なることができる。例えば、千鳥状線形アレイの一部である第１のアンテナアレイは第１のオフセットを有してもよく、やはり千鳥状線形アレイの一部である第２のアンテナアレイは第１のオフセットとは異なる第２のオフセットを有してもよい。示されているように、千鳥状線形アンテナアレイ内のオフセットの程度は、実施例の中で異なることができる。
加えて、他の例示的な千鳥状線形アレイは、より多いまたはより少ないオフセットアンテナ（またはアンテナアレイ）を含み得る。例えば、別の千鳥状線形アレイは、線形アレイの中心線からオフセットされた数十のアンテナを有してもよい。さらなる例では、オフセットアンテナまたはアンテナアレイはまた、千鳥状線形アレイ内の他のアンテナ（またはアンテナアレイ）に対して、整列または配向の変化を有してもよい。
さらに、いくつかの例では、レーダユニットは、線形ラインからオフセットされた１つまたは複数のアンテナを有する線形ラインに配置された単一のアンテナアレイを含む千鳥状線形アンテナアレイを含んでもよい。いくつかの例では、プロセッサが、線形アレイ（または千鳥状線形アレイ）内の１つまたは複数のアンテナ（またはアンテナアレイ）に仮想オフセットを適用することもできる。仮想オフセットは、千鳥状線形アレイ内のいくつかのアンテナのオフセットを強調し得、レーダを介して測定された環境内の表面に対する高度情報を判定するために使用することができる。
図４Ｃは、千鳥状線形アレイで構成されたレーダユニット４３０の一部を図解する。特に、部分４３０は、中心線４３２（図解の目的で示される）を中心とする例示的な千鳥状線形アレイを含む。図４Ｃに示されるように、複数の放射素子（すなわち、アンテナ）は、中心線４３２に沿って線形構成で整列され、アンテナ４３４、アンテナ４３６、およびアンテナ４３８は、中心線４３２からオフセットされている。他の例では、レーダユニットは、他の構成で配置される可能性があるより多いまたはより少ないアンテナを備えた千鳥状線形アレイを含み得る。
アンテナ４３４は、中心線４３２から第１の方向にオフセットして示され、アンテナ４３６、４３８は、第２の方向にオフセットして示されている。他の例では、千鳥状線形アンテナアレイは、中心線から単一の方向にオフセットされたアンテナを含み得る。
加えて、中心線４３２からのアンテナ４３４、４３６、４３８の例示的なオフセットは、部分４３０に示されるように等しくない。しかしながら、他の千鳥状線形アレイは、中心線から等しくオフセットされたアンテナを有することができる。
さらに、オフセットアンテナ４３６は、千鳥状線形アレイの他のアンテナと比較して異なる構成（すなわち、変更された向き）を有するように示されている。他の例では、線形千鳥状アレイ（オフセットアンテナを含む）におけるアンテナの構成は、千鳥状線形アレイおよびレーダユニット全般の所望の性能に応じて、均一にすることも異なることもできる。
図５は、取り付けベースプレート５０２および関連する取り付け場所５０４を含むことができる例示的なレーダユニット取り付け構造５００を図解する。示されるように、取り付け構造５００は、１つまたは複数のレーダユニットを車両または他のエンティティの一部に結合するための１つの潜在的な構成を表す。他の例では、取り付け構造５００は、より多いまたはより少ない構成要素を含む他の構成を有することができる。
取り付け構造５００は、レーダユニット１２６を車両（例えば、車両２００）上の様々な位置および向きに位置付けることができる。場合によっては、取り付け構造５００は、車両に対して垂直の向きを有するようにレーダユニット１２６を構成し得る。他の用途では、取り付け構造５００は、車両に対して他の向き（例えば、水平、斜め）を有するようにレーダユニット１２６を位置付けることができる。そのようにして、取り付け場所５０４は、レーダユニット１２６を取り付けベースプレート５０２に結合するための場所を表す。
図５にさらに示されるように、取り付けベースプレート５０２は、レーダユニット１２６を整列および結合するように構成された取り付け穴を含み得る。図５の取り付けベースプレート５０２は、様々なレーダユニットが自律車両に取り付けられ得る方法の一例である。レーダユニット１２６が取り付けベースプレート５０２に取り付けられているとき、レーダユニット１２６は、設計どおりに正確に位置合わせされていない場合がある。このミスアライメントは、所望の取り付け位置からのオフセットとして顕在化する。例えば、レーダユニット１２６は、仰角オフセット５０６ａ、ロール角オフセット５０６ｂ、および方位角オフセット５０６ｃの点から、取り付けベースプレート５０２に結合されたときにオフセットを有し得る。
加えて、レーダユニット１２６は、取り付けベースプレート５０２に結合されたときにオフセットを有し得る。例えば、一部の例では、オフセットは、Ｘオフセット、Ｙオフセット、Ｚオフセットの点で異なる場合がある。オフセットは、レーダユニット１２６が所望の方向の周りの閾値範囲内に取り付けられることに対する要望など、様々な要因に依存する可能性がある。したがって、レーダユニットが既知の閾値範囲内に取り付けられているとき、レーダユニットのオフセットを計算して、オフセットを考慮してレーダ信号が処理されることが可能になる。例えば、仰角５０６Ａ、ロール角５０６Ｂ、および方位角５０６Ｃの各々は、所望の仰角、ロール角、および方位角から±１度の閾値範囲を有し得る。オフセットを判定することにより、処理システムは、所望のアライメントと実際のアライメントとの間の差異を数学的に補正することができる。
図６は、レーダ測定を使用した三次元（３Ｄ）情報の判定を図解する。図６に示されるように、レーダユニット６０２は、地平座標系６０６に従ってレーダビーム６０４を送信することができる千鳥状線形アンテナアレイで構成されたレーダユニットを表す。特に、レーダユニット６０２は、所与の位置に対して高度（すなわち、仰角）および方位角が異なる方向を含めて、環境内の様々な方向にレーダビーム６０４を送信および反射を受信する所与の位置に示されている。車両（例えば、車両２００）またはレーダユニット６０２が結合されている別のエンティティからの干渉を除いて、レーダユニット６０２は、図６に示されるように、非常に多数の方向、角度、および距離における測定値を捕捉するために使用され得る。
一部の例では、レーダ信号をレーダシステムに反射して返す表面に対する方位角は、北に対するレーダビームの角度を表す場合がある。地面に対するレーダビームの角度は、反射表面の仰角に対応し得る。さらに、距離（または範囲）は、レーダユニットから反射表面まで（または反射表面からレーダユニットまで）の距離を表し得る。
さらに、いくつかの例では、表面は、表面の構成に応じて、複数の仰角、方位角、および距離を含む場合がある。例えば、背の高い物体は、レーダユニットに対して同様の距離を有し得るが、物体の頂部部分を表す仰角と比較して異なる仰角を持つベース部分を有することができる。そのようにして、環境内の表面で反射するレーダ信号を処理するとき、一部の例では、処理により、同じ物体の一部である表面に対応するデータポイントを示す結果を生成することができる。
図７Ａは、レーダを使用して交通標識７０４の存在を測定することを含むシナリオ７００を図解する。シナリオ７００は、交通標識７０４を含む環境内で動作する車両２００を含む。車両２００がナビゲートするとき、車両２００のレーダシステムは、周囲環境の測定値を捕捉することができる。例えば、レーダシステムは、千鳥状線形アレイに配置されたアンテナを含む、車両２００に結合された１つまたは複数のレーダユニットを含み得る。そのようにして、レーダシステムは、交通標識７０４を含む領域７０２を含めて、近くの環境の測定値を捕捉することができる。領域７０２のサイズおよび位置は、例示目的で７Ａに示されているが、とりわけ、レーダユニットの位置および向き、レーダユニットによって送信されるビームの幅および出力などの様々な要因に応じて異なり得る。
車両２００のレーダシステムは、環境を示す領域７０２の測定値を分析して、交通標識７０４を検出し、潜在的に識別することができる。特に、本明細書で説明する技法を使用して、レーダシステムは、車両２００に対する環境内の交通標識７０４の構造、高度、位置、および向きを示すデータポイントを含む、領域７０２の３Ｄ表現を判定し得る。
いくつかの例では、車両２００のレーダシステムは、ＭＩＭＯアーキテクチャのアンテナアレイで構成された１つまたは複数のレーダユニットを含み得る。特に、送信アンテナはオフセットされた垂直整列を持つことができ、その結果、送信されたレーダ信号は互いに直交する。したがって、これらのレーダ信号の反射を受信すると、レーダシステム（または別の信号プロセッサ）は２Ｄ画像形成を実施して、レーダ信号によって測定された環境の領域の２Ｄマップを開発できる。レーダシステム（または信号プロセッサ）は、３Ｄ整合フィルタをさらに使用して、領域の２Ｄマップ内の各ピクセルの高さを推定し得る。その結果、レーダシステム（または信号プロセッサ）は、車両２００での動作を支援することができる車両２００を取り巻く物体の３Ｄマップを作成することができる。いくつかの例では、生成された３Ｄマップは、とりわけ、雨、嵐、雨と雪の状態を含む様々な気象条件で使用することができる。
図７Ｂは、図７Ａに示されるようにレーダを使用して測定された交通標識７０４の３Ｄ表現７０６を図解する。示されるように、３Ｄ表現７０６は、図７Ａに示されるようにレーダを使用して測定された交通標識７０４を示すデータポイントのクラスタ７０８を含む。データポイントのクラスタ７０８は、車両２００のレーダシステムを使用して測定された交通７０４の顔および境界を形成する。
図７Ｃは、レーダを使用してトラフィックコーン７１４の存在を測定することを含むシナリオ７１０を図解する。シナリオ７１０は、トラフィックコーン７１４を含む環境で動作する車両２００を含む。車両２００がナビゲートするとき、車両２００のレーダシステムは、周囲環境の測定値を捕捉することができる。例えば、レーダシステムは、千鳥状線形アレイに配置されたアンテナを含む、車両２００に結合された１つまたは複数のレーダユニットを含み得る。そのようにして、レーダシステムは、交通標識７１４を含む領域７１２を含めて、近くの環境の２Ｄ測定値を捕捉することができる。領域７１２のサイズおよび位置は、例示目的で７Ｃに示されているが、他の要因の中でもとりわけ、レーダユニットの位置および向き、レーダユニットによって送信されるビームの幅および出力などの様々な要因に応じて異なり得る。
図７Ｄは、図７Ｃに図解されているようにレーダを使用して測定されたトラフィックコーン７１４を示す３Ｄ表現７１６を図解する。特に、３Ｄ表現７１６は、図７Ｂに示されるようにレーダを使用して測定されたトラフィックコーン７１４を示すデータポイントのクラスタ７１８を含む。データポイントのクラスタ７０８は、車両２００のレーダシステムを使用して測定されたトラフィックコーン７１４の顔および境界を形成する。
図８は、レーダを使用して測定されたシーンの三次元（３Ｄ）表現を図解する。空間的点群は、千鳥状線形レーダアレイを有する１つまたは複数のレーダユニットを使用するレーダシステムによって生成され得る。図８に示されるように、シナリオ８００は、環境内の他の可能な特徴（例えば、交通信号機、他の車両、等）の中でも、予定地８０２の表現を含み得る。
レーダシステムは、シナリオ８００に示すように、１つまたは複数のレーダユニットを使用して、環境の測定値を捕捉し得る。レーダ測定は、環境内の特徴の位置、向き、および動きの２Ｄ表示を提供し得る。そのようにして、システムは、入ってくる測定値を処理して、環境を示す３Ｄ点群データを開発し得る。
上記のように、いくつかの例は、複数のアンテナで構成されたレーダを使用すること含む。例えば、レーダユニットは、送信および／または受信アンテナが垂直に（物理的または仮想的に）オフセットされたＭＩＭＯアーキテクチャに構成されたアンテナアレイを含み得る。その結果、レーダユニットは、レーダユニットがｘｙ平面内の環境全体を移動するときに、直交レーダ信号を送信することができる。レーダユニットが環境全体を移動するとき、垂直方向に整列したアンテナにわたって位相進行があり、そのような位相進行の速度は散乱体（例えば、反射表面）の高さに比例する。垂直チャネルで２Ｄ画像を形成する場合、２Ｄ画像内のすべてのｘｙピクセル（またはｘｙピクセルのサブセット）について、そのｘｙピクセルで散乱体のｚ位置に依存する位相の進行を有する複素数値のスタックが存在する。以下は、２Ｄ ＳＡＲ画像内の各ｘｙピクセルのｚ位置を判定するための関係およびフィルタを導出するための実装形態例である。
例示すると、Ｎｒは、空間を移動する例示的なレーダシステムの受信チャネルの数を表し、Ｎｔは、送信チャネルの数を表す。レーダシステムが動作しているとき、Ｎｐは、レーダシステムによって実施されるパルスの数を表し、Ｎｋはパルスごとのアナログデジタル変換（ＡＤＣ）サンプルの数を表す。さらに、異なるタイプのレーダシステムを使用できるが、本実施例のレーダシステムは、チャネル内パルス繰り返し周波数ｆｐおよびパルス間周期（Ｉｐ）を有するパルス－ドップラーストレッチ線形周波数変調（ＬＦＭ）波形を使用し得る。そのようにして、レーダシステムは、送信チャネルによる送信間の所与の間隔が間隔（Ｉｃ）によって表されるように、各パルスの後に順次作動するように構成された送信チャネルで動作し得る。場合によっては、パルス間周期（Ｉｐ）は、式［１］に示すように、送信チャネル間の間隔（Ｉｃ）にレーダシステムの送信チャネルの総数（Ｎｔ）を掛けたものに等しい（またはほぼ等しい）場合がある。
［１］Ｉｐ＝Ｉｃ＊Ｎｔ
さらに、ｎはパルスインデックス変数を表し、ｐはレーダユニットに関連付けられた送信チャネルインデックス変数を表す。したがって、ｖｐはアンテナフレーム内のｐｔｈ送信チャネルの場所を表し、ｑは受信チャネルインデックス変数を表し、ｖｑはアンテナフレーム内のｑｔｈ受信チャネルの場所を表す。
遠方界で離散する単一の散乱をモデル化するために、動的な量をレーダベースで表し得る。特に、レーダベースは、アンテナボアサイトに沿ったｘ軸と、アンテナアレイの平面に右回りで埋め込まれたｙおよびｚ軸とを有するアンテナ面上のどこかの点に中心があり得る。アンテナボアサイトは、指向性アンテナの最大放射電力の軸を表し得る。
そのようにして、コヒーレント処理間隔（ＣＰＩ）は時間（ｔ＝０）で始まり、ｇ０はｔ＝０におけるレーダベースでの散乱の位置を表す。散乱体はローカル慣性フレーム（ＥＮＵ）内で静止している可能性があるが、レーダベースにおいて動きがあってもよい。さらに、ｈは、ｚ成分がゼロであるという仮定でレーダベースで表されたローカル慣性フレーム内のレーダ速度（ＣＰＩ全体で一定と見なされる）を表す。加えて、ｗは、レーダで表現されたローカル慣性フレーム内の角速度を表し、角速度のｘおよびｙ成分がゼロであるという仮定で行われ得る。範囲がアンテナのベースラインよりもはるかに長く、動的な量がパルス中は一定であるが、パルス間およびチャネル間で異なるという他の仮定も同様に行うことができる。したがって、時間ｔにおける散乱体の位置は、次の式［２］～［５］で表される。
［２］ｇ（ｔ）＝［ｇｘ（ｔ），ｇｘ（ｔ），ｇｚ（ｔ）］Ｔ
［３］ｇｘ（ｔ）＝［ｃｏｓ（ｗｚｔ），－ｓｉｎ（ｗｚｔ）］Ｔ・（ｇ０－ｈｔ）
［４］ｇｙ（ｔ）＝［ｓｉｎ（ｗｚｔ），ｃｏｓ（ｗｚｔ）］Ｔ・（ｇ０－ｈｔ）
［５］ｇｚ（ｔ）＝ｇ０ｚ
パルスｎにおいて、アンテナｐから散乱体へ、そしてアンテナｑへ戻る双方向の範囲は、式［６］で表される。
［６］ｒｎ，ｐ，ｑ＝｜ｇ（ｎＩｐ＋ｐＩｃ）－ｖｐ｜＋｜ｇ（ｎＩｐ＋ｐＩｃ）－ｖｑ｜
測定された位相履歴のコンテキストに範囲を配置するために、パルス－ドップラーストレッチＬＦＭシステムがモデリングに使用され得る。潜在的なノイズ、反射の大きさ、および何か未知の一定の位相を無視すると、デジタル化後の信号の位相は式［７］で表すことができる。
Figure 0007008826000001
式［７］で、ｃは伝搬速度を表し、ｆｓはＡＤＣサンプリング周波数を表し、ｆはＲＦ中心周波数を表し、ｋはＡＤＣインデックス変数を表す。式［７］に示すように、範囲変数は双方向の範囲を表すため、通常の係数４は２に変わる。さらに、式［７］の第３項は、残差ビデオ位相に対応し、典型的には小さい。その結果、第３項は無視することができ式［８］を生成する。
［８］ｐｋ，ｎ，ｐ，ｑ＝２πγｋｒｎ，ｐ，ｑ／（ｃｆｓ）＋２πｆｒｎ，ｐ，ｑ／ｃ
式［８］は位相履歴を表す。したがって、基本的な単一チャネルＩＦＰでは、単一の送信および受信チャネルがレーダの原点（またはレーダの別の場所）に併置されていると想定できる。その結果、双方向の範囲は、簡略化されて式［９］を生成し得る。
［９］ｒｎ＝２｜ｇ０－ｎＩｐｈ｜
アルゴリズムは、遅い時間を通して範囲の線形近似をさらに行うことができ、その結果、式［１０］が得られる。式［１０］において、
Figure 0007008826000002
は、式［１１］に示すように、元の量の単位ベクトルを表す。
Figure 0007008826000003
その結果、レーダの位相履歴は、式［１２］で表すことができる。
Figure 0007008826000004
ｎｔｈパルスで、場所
Figure 0007008826000005
（レーダベースで表されるＥＮＵ内の静止場所）の整合フィルタは、高速時間インデックスに沿ってＦＦＴを実施する。したがって、レーダの動きを想定することができ、式［１３］に示されるように、フィルタは方位角依存の範囲移行補正を含むことができる。
Figure 0007008826000006
整合フィルタの第１のステージの出力は、式［１４］に簡略化される。
Figure 0007008826000007
真の散乱体（例えば、環境の表面）および整合フィルタの正規化された高速周波数は、式［１５］と式［１６］で表すことができる。
Figure 0007008826000008
マッチフィルタの第２のステージは、式［１７］で表されるようにゆっくりした時間を介する。
Figure 0007008826000009
式［１７］は、式［１８］で表されるように、次のｓｉｎ関数と範囲依存の位相の積にさらに簡略化することができる。
Figure 0007008826000010
ここで真の散乱体および整合フィルタの正規化されたドップラー周波数は、式［１９］および式［２０］で表される。
Figure 0007008826000011
これは、三次元ＩＦＰを構築するために開発された２Ｄモデルである。このフィルタは、ＳＮＲの意味で最適に機能することを留意されたい（例えば、ホワイトノイズを想定）、しかし実際には、実装するのに非常にコストがかかる可能性がある。この派生には存在しないエラー項を導入する実装においてはショートカットを取る場合がある。
上記のように、双方向の範囲の完全な表現は、式［６］で表された。この関数の線形近似を式［２１］に示す。
Figure 0007008826000012
｜ｖｐ｜≪｜ｇ０｜の場合、
Figure 0007008826000013
となり、式［２２］が生成される。
Figure 0007008826000014
同様に、小さな角度近似は、範囲を式［２３］にさらに減らす。
Figure 0007008826000015
ｗのｚ成分のみが非ゼロであるため、これは方程式［２４］になる。
Figure 0007008826000016
参考までに、位相履歴を式［２５］に示す。
Figure 0007008826000017
２Ｄ整合フィルタの第１のステージの対応する位相履歴への適用は、式［２６］に示されている。
Figure 0007008826000018
ＴＤＭＡ ＭＩＭＯ位相履歴に上記の範囲の簡略化された表現を適用すると、式［２７］が得られる。式［２７］において、εｘは、式［２８］で定義されるような決定論的周波数誤差を表す。
Figure 0007008826000019
式［２８］において、元のＴＤＭＡ ｍｏｃｏｍｐ分析は、εｘ≪１を示し、無視しても問題ない。次に、式［２９］に示すように、遅い時間にわたる整合フィルタが適用される。
Figure 0007008826000020
これは方程式［３０］に縮小する。
Figure 0007008826000021
この時点で、非圧縮信号には、プラットフォームの動きによって引き起こされるＤＯＡ成分および妨害成分が含まれる。前者についていくつかの直感を発展させるには、式［３１］および［３２］に示すように、仰角θおよび方位角
Figure 0007008826000022
ポインティングベクトルを定義する。
Figure 0007008826000023
したがって、式［３３］を形成することができる。
Figure 0007008826000024
ｖｐｘ＝ｖｑｘ＝０なので、式［３４］を形成することができる。
Figure 0007008826000025
これを整合フィルタの第２のステージの出力に代入すると、式［３５］となる。
Figure 0007008826000026
上記の式を操作して、垂直分解能を開発できる。２番目の指数項は既知であり、式［３６］として定義することができる。
Figure 0007008826000027
この項の共役は、動き補償信号である。
Figure 0007008826000028
この処理ステージの最初の指数項は、フィルタのＭＩＭＯ要素を表す。次の式［３８］は、垂直分解能を提供する。
Figure 0007008826000029
最終的な整合フィルタの式［３９］が提供される。
Figure 0007008826000030
項を展開すると、式［４０］が生成される。
Figure 0007008826000031
示されているように、式［４０］並びに上記の他の式を使用して、物理的または仮想的にオフセットされた垂直に整列した送信アンテナで構成されたレーダシステムによって捕捉された処理測定値を介して形成された２Ｄ画像内の同じ表面を表すｘｙピクセルでの環境内の表面のｚ位置（高さ）を関連付けることができる。
図９は、レーダを使用して環境の３Ｄ表現を判定するための例示的な方法９００のフローチャートである。方法９００は、ブロック９０２、９０４、９０６、および９０８のうちの１つ以上によって示されるような、１つ以上の動作、機能、またはアクションを含み得る例示的な方法を表し、その各々は、他の可能なシステムの中でも、図１～図８、および図１０に示されたシステムのいずれかによって実行され得る。
当業者は、本明細書で説明されるフローチャートが、本開示の特定の実装形態の機能および動作を例証することを理解するであろう。これに関して、フローチャートの各ブロックは、プロセス内の特定の論理機能またはステップを実施するための１つ以上のプロセッサによって実行可能な１つ以上の命令を含む、プログラムコードのモジュール、セグメント、または一部を表すことができる。プログラムコードは、例えば、ディスクまたはハードドライブを含むストレージデバイスのような任意のタイプのコンピュータ可読媒体に格納することができる。
加えて、各ブロックは、プロセス内の具体的な論理機能を行うために配線された回路を表す場合がある。代替的な実装形態が、本出願の例示的な実装形態の範囲内に含まれ、当業者によって理解されるように、機能は、実質的に同時または逆の順序を含めて、関連する機能に応じて図示または説明したものとは異なる順序で実行されてもよい。例において、コンピューティングシステムは、レーダシステムに、方法９００のうちの１つ以上のブロックを行わせ得る。
ブロック９０２で、方法９００は、複数のレーダ反射信号を受信することを含む。例えば、レーダ反射信号は、車両レーダシステムの一部であるレーダユニットで受信され得る。特に、受信レーダユニットは、１つ以上の千鳥状線形アレイを含み得る。その結果、千鳥状線形アレイの受信アンテナは、レーダ反射信号を受信し得る。いくつかの例では、レーダユニット（または複数のレーダユニット）は、千鳥状線形アンテナアレイを使用してレーダ信号を送信し、それに応答してレーダ信号の反射を受信し得る。
ブロック９０４で、方法９００は、複数のレーダ反射信号を引き起こす環境内の１つ以上の表面に対する方位角および距離を判定することを含む。いくつかの例では、方位角は、北に対するレーダビームの角度を表す場合がある。さらに、環境内の１つ以上の表面に対する距離は、レーダユニットと、レーダ信号をレーダユニットに向けて反射した表面との間の距離を表し得る。上述のように、距離は、時間に速度（すなわち、光の速度）を掛けたものに等しいという関係を使用して、レーダ信号のパルスがレーダユニットから環境内の表面まで往復して帰るのに必要とされる時間を測定することによって判定され得る。
ブロック９０６で、方法９００は、複数のレーダ反射信号の位相情報に基づいて、複数のレーダ反射信号を引き起こす１つ以上の表面に対する仰角を判定することを含む。仰角は、地面に対するビームの角度（すなわち、レーダ信号をレーダユニットに反射して返す表面の高さ）を表し得る。そのようにして、計算された距離、方位角、および仰角を使用して、反射表面の正確な場所を判定することができる。
いくつかの例では、仰角は、レーダユニットの高さに対する反射表面の高さを表し得る。そのようにして、レーダ反射信号の処理では、仰角が、地面に対する反射表面の高さを表すか、レーダユニットの高さに対する反射表面の高さを表すかが要因として含められる。
追加の例では、レーダ反射信号の位相情報は、レーダ反射信号を引き起こす環境内の表面の仰角に依存し得る。例えば、高さが異なる物体は、レーダユニットで受信されたレーダ反射信号に異なる位相情報を持つようにさせる可能性がある。特に、異なる位相情報は、物体の高さの違いに基づいて変化し得る。例示的例証として、環境内の車両の一部で反射するレーダ反射は、道路の一部や地面の近くに位置する道路境界（例えば、縁石、フェンス）で反射するレーダ反射信号の位相情報と比較して、異なる位相情報を有する場合がある。
さらなる例において、レーダ反射信号の位相情報は、レーダユニットの千鳥状線形アレイの１つまたは複数の放射素子のそれぞれのオフセットに依存する。例えば、位相情報は、各放射素子のレーダユニットの中心線からのオフセットの程度に依存し得る。特に、いくつかの例では、いくつかの放射素子（例えば、送信および／または受信アンテナ）は、各放射素子が線形アレイの中心線からオフセットされている量が異なる場合がある。
加えて、場合によっては、位相情報は、レーダユニットの千鳥状線形アレイにおいてオフセットされた放射素子の量に依存し得る。例えば、いくつかのレーダユニットは、千鳥状線形アレイにおいてオフセットされたより多いまたはより少ない放射素子を含み得る。一方で、受信される位相情報は、レーダユニットの千鳥状線形アレイの構成に応じて変わり得る。
ブロック９０８で、方法９００は、複数のレーダ反射信号を引き起こす１つ以上の表面に対する方位角、距離、および仰角に少なくとも部分的に基づいて車両を制御することを含む。例えば、車両制御システムは、情報（例えば、方位角、距離、仰角）を使用して、エリア内の制御戦略を策定するときに、車両に対する環境内の物体の位置および向きを判定し得る。加えて、車両制御システムはまた、情報を使用して、物体が車両に向かって移動しているか、または車輌から離れているか、並びに１つ以上の物体の位置の変化速度を判定し得る。例えば、車両制御システムは、レーダを使用して検出された近くの車両および歩行者の動きに基づいて、動作を監視および調整し得る。
いくつかの例では、方法９００は、レーダ反射信号を引き起こす１つまたは複数の表面に対する方位角、距離、および仰角に基づいて、車両を取り巻く環境の３Ｄマップを判定することをさらに含み得る。例えば、３Ｄマップは、レーダユニットを使用する車両に対してレーダユニットからのレーダ信号を反射する表面の距離、高度、および位置を示す点群に構成されたデータポイントを含み得る。そのようにして、３Ｄマップを使用して、他の可能な用途の中でも、ナビゲーション戦略を策定し、ナビゲーションに干渉する可能性のある潜在的な物体を検出し、車両の周囲を監視し得る。例えば、システムはさらに３Ｄマップを使用して他のセンサ測定値を補足し、車両を自律的にナビゲートし得る。
いくつかの実施形態では、受信したレーダ反射に基づいて３Ｄマップを判定することは、レーダ反射を反射した表面に対する方位角、距離、および仰角に基づいて３Ｄマップを生成することを含み得る。３Ｄマップは、車両に対する環境における表面の位置および高さを表すピクセルを含み得る。例えば、３Ｄマップは、レーダ反射が取得され、車両が環境をナビゲートするときに３Ｄマップを開発するために使用されるように、レーダユニットの視点から環境内の物体およびその他の表面の高さ、位置、および構成（例えば、形状、寸法）を表してもよい。そのようにして、３Ｄマップは、環境の他の態様の中でも、交通信号機、交通標識、歩行者の位置および動き、車両、および車両に対して移動する他の物体に関する空間的情報を表し得る。
いくつかの例では、３Ｄマップは、ナビゲーション戦略を判定するための情報も提供しながら、気象条件（例えば、雪または雨の状態）を判定することをさらに支援し得る。さらなる例では、システムは、レーダ測定を使用して生成された３Ｄマップを編集して、環境の拡大されたエリアを示すマップを形成し得る。車両制御システムは、エリア内をナビゲートするときに、編集されたマップにアクセスしてもよい。場合によっては、システムは、エリアを走行する車両など、他の車両と生成された３Ｄマップを共有してもよい。
さらなる例では、方法９００は、環境内で動作する車両に結合されたレーダユニットでレーダ信号を送信することを含み得る。例えば、レーダユニットは、送信アンテナの千鳥状線形アレイを使用して線形周波数変調レーダ信号を送信し得る。そのようにして、レーダユニットは、方法９００を実施するために線形周波数変調レーダ信号の反射を受信し得る。さらなる例として、方法９００を実施するために使用されるレーダユニットは、送信アンテナの千鳥状線形アレイおよび受信アンテナの千鳥状線形アレイを含み得る。他の例では、レーダユニットは、送信アンテナの線形アレイおよび受信アンテナの千鳥状線形アレイを含み得る。さらに別の例では、レーダユニットは、送信アンテナの千鳥状線形アレイおよび受信アンテナの線形アレイを含み得る。
図１０は、本明細書に提示される少なくともいくつかの実施形態に従って構成された、コンピューティングデバイス上でコンピュータプロセスを実行するためのコンピュータプログラムを含む例示的なコンピュータプログラム製品の概念的な部分図を図解する概略図である。いくつかの実施形態では、開示された方法は、機械可読フォーマットの非一時的なコンピュータ可読記憶媒体上、または他の非一時的な媒体または製造物品上に符号化されたコンピュータプログラム命令として実装され得る。
一実施形態では、例示的コンピュータプログラム製品１０００は、信号担持媒体１００２を使用して提供され、それは、１つ以上のプロセッサによって実行されるときに、図１～６に関して上記で説明した機能または機能の一部を提供し得る１つ以上のプログラミング命令１００４を含み得る。いくつかの例では、信号担持媒体１００２は、限定はしないが、ハードディスクドライブ、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）、デジタルテープ、メモリ、等の非一時的なコンピュータ可読媒体１００６を包含し得る。いくつかの実装形態では、信号担持媒体１００２は、限定はしないが、メモリ、読み取り／書き込み（Ｒ／Ｗ）ＣＤ、Ｒ／Ｗ ＤＶＤ、等のコンピュータ記録可能媒体１００８を包含し得る。いくつかの実装形態では、信号担持媒体１００２は、限定はしないが、デジタルおよび／またはアナログ通信媒体（例えば、ファイバ光ケーブル、導波管、有線通信リンク、無線通信リンク、等）などの通信媒体１０１０を包含し得る。このため、例えば、信号担持媒体１００２は、無線形態の通信媒体１０１０によって伝達されてもよい。
１つ以上のプログラミング命令１００４は、例えば、コンピュータ実行可能および／または論理実装された命令であってもよい。いくつかの例では、図１のコンピュータシステム１１２などのコンピューティングデバイスは、コンピュータ可読媒体１００６、コンピュータ記録可能媒体１００８、および／または通信媒体１０１０のうちの１つ以上によってコンピュータシステム１１２に伝達されるプログラミング命令１００４に応答して、様々な動作、機能、またはアクションを提供するように構成され得る。
非一時的なコンピュータ可読媒体はまた、互いに遠隔して位置付けることができる複数のデータストレージ要素の間に（例えば、遠隔で）分散させることもできる。格納された命令の一部またはすべてを実行するコンピューティングデバイスは、図２に図解された車両２００などの車両であり得る。あるいは、格納された命令の一部またはすべてを実行するコンピューティングデバイスは、サーバなどの別のコンピューティングデバイスであり得る。
上記の詳細な説明は、添付の図面を参照して、開示されたシステム、デバイス、および方法の様々な特徴および機能を説明している。本明細書では様々な態様および実施形態が開示されてきたが、他の態様および実施形態は明らかであろう。本明細書に開示される様々な態様および実施形態は、例証を目的とするものであり、限定することを意図するものではなく、真の範囲は、以下の特許請求の範囲によって示される。
本明細書において説明される構成は、例示のみを目的としていることを理解されたい。したがって、当業者であれば、他の配置および他の要素（例えば、機械、装置、インターフェース、機能、順序、および機能のグループ化、等）を代わりに使用することができ、いくつかの要素が所望の結果に応じて一括して省略され得ることを理解するであろう。さらに、説明される要素の多くは、個別のまたは分散した構成要素として、あるいは他の構成要素と併せて、任意の適切な組み合わせおよび場所で実装され得る機能エンティティである。

Claims (20)

  1. 方法であって、
    環境内の車両に結合されたレーダユニットで、千鳥状線形アレイを使用して複数のレーダ信号を送信することであって、前記千鳥状線形アレイは、前記千鳥状線形アレイの中心線から第１の方向にオフセットされている１つ以上の放射素子と、前記中心線から第２の方向にオフセットされている１つ以上の放射素子と、オフセットされていない１つ以上の放射素子とを含む、ことと、
    前記レーダユニットで、前記複数のレーダ信号に対応する複数のレーダ反射信号を受信することと、
    前記複数のレーダ反射信号を引き起こす前記環境内の１つ以上の表面に対する方位角および距離を判定することと、
    前記複数のレーダ反射信号の位相情報に基づいて、前記複数のレーダ反射信号を引き起こす前記１つ以上の表面に対する仰角を判定することと、
    前記複数のレーダ反射信号を引き起こす前記１つ以上の表面に対する前記方位角、前記距離、および前記仰角に少なくとも部分的に基づいて前記車両を制御することと、を含む、方法。
  2. 方法であって、
    環境内の車両に結合されたレーダユニットで、千鳥状線形アレイを使用して複数のレーダ信号を送信することであって、前記千鳥状線形アレイは、前記千鳥状線形アレイの中心線から第１のオフセットを有する１つ以上の放射素子と、前記中心線から第２のオフセットを有する１つ以上の放射素子とを含み、前記第１のオフセットと前記第２のオフセットの程度は異なる、ことと、
    前記レーダユニットで、前記複数のレーダ信号に対応する複数のレーダ反射信号を受信することと、
    前記複数のレーダ反射信号を引き起こす前記環境内の１つ以上の表面に対する方位角および距離を判定することと、
    前記複数のレーダ反射信号の位相情報に基づいて、前記複数のレーダ反射信号を引き起こす前記１つ以上の表面に対する仰角を判定することと、
    前記複数のレーダ反射信号を引き起こす前記１つ以上の表面に対する前記方位角、前記距離、および前記仰角に少なくとも部分的に基づいて前記車両を制御することと、を含む、方法。
  3. オフセットされた１つ以上の放射素子の少なくとも１つは、前記千鳥状線形アレイの他の放射素子と比較して異なる向きを有する、請求項１又は２に記載の方法。
  4. 前記複数のレーダ反射信号の前記位相情報が、前記複数のレーダ反射信号を引き起こす前記環境内の前記１つ以上の表面のそれぞれの高度に依存する、請求項１～３のいずれか１項に記載の方法。
  5. 前記複数のレーダ反射信号の前記位相情報が、前記レーダユニットの前記千鳥状線形アレイの１つ以上の放射素子のそれぞれのオフセットにさらに依存する、請求項４に記載の方法。
  6. 二次元画像形成を実施して、前記複数のレーダ反射信号を引き起こす前記１つ以上の表面に対する前記方位角および前記距離に基づいて二次元マップを生成すること、をさらに含み、
    前記仰角を判定することは、三次元整合フィルタを使用して前記二次元マップ内の各ピクセルの高さを推定することを含み、
    前記複数のレーダ反射信号を引き起こす前記１つ以上の表面に対する前記方位角、前記距離、および前記仰角に基づいて、前記車両を取り巻く前記環境の三次元マップを判定すること、をさらに含む、請求項１又は２に記載の方法。
  7. 前記複数のレーダ信号を送信することが、
    線形周波数変調レーダ信号を送信することを含む、請求項１又は２に記載の方法。
  8. システムであって、
    千鳥状線形アレイを使用して複数のレーダ信号を送信し、前記複数のレーダ信号に対応する複数のレーダ反射信号を受信するように構成されたレーダユニットであって、前記千鳥状線形アレイは、前記千鳥状線形アレイの中心線から第１の方向にオフセットされている１つ以上の放射素子と、前記中心線から第２の方向にオフセットされている１つ以上の放射素子と、オフセットされていない１つ以上の放射素子とを含む、レーダユニットと、
    前記複数のレーダ反射信号を引き起こす環境内の１つ以上の表面に対する方位角および距離を判定することと、
    前記複数のレーダ反射信号の位相情報に基づいて、前記複数のレーダ反射信号を引き起こす前記１つ以上の表面に対する仰角を判定することと、
    前記複数のレーダ反射信号を引き起こす前記１つ以上の表面に対する前記方位角、前記距離、および前記仰角に少なくとも部分的に基づいて車両を制御することと、を行うように構成された、プロセッサと、を備える、システム。
  9. システムであって、
    千鳥状線形アレイを使用して複数のレーダ信号を送信し、前記複数のレーダ信号に対応する複数のレーダ反射信号を受信するように構成されたレーダユニットであって、前記千鳥状線形アレイは、前記千鳥状線形アレイの中心線から第１のオフセットを有する１つ以上の放射素子と、前記中心線から第２のオフセットを有する１つ以上の放射素子とを含み、前記第１のオフセットと前記第２のオフセットの程度は異なる、レーダユニットと、
    前記複数のレーダ反射信号を引き起こす環境内の１つ以上の表面に対する方位角および距離を判定することと、
    前記複数のレーダ反射信号の位相情報に基づいて、前記複数のレーダ反射信号を引き起こす前記１つ以上の表面に対する仰角を判定することと、
    前記複数のレーダ反射信号を引き起こす前記１つ以上の表面に対する前記方位角、前記距離、および前記仰角に少なくとも部分的に基づいて車両を制御することと、を行うように構成された、プロセッサと、を備える、システム。
  10. 前記複数のレーダ反射信号の前記位相情報が、前記複数のレーダ反射信号を引き起こす前記環境内の前記１つ以上の表面のそれぞれの高度に依存する、請求項８又は９に記載のシステム。
  11. 前記複数のレーダ反射信号の前記位相情報が、前記レーダユニットの前記千鳥状線形アレイの１つ以上の放射素子のそれぞれのオフセットにさらに依存する、請求項１０に記載のシステム。
  12. 前記複数のレーダ反射信号の前記位相情報が、前記レーダユニットの前記千鳥状線形アレイの１つ以上の放射素子に対して判定されたそれぞれの仮想オフセットにさらに依存する、請求項１０に記載のシステム。
  13. 前記プロセッサが、
    二次元画像形成を実施して、前記複数のレーダ反射信号を引き起こす前記１つ以上の表面に対する前記方位角および前記距離に基づいて二次元マップを生成するようにさらに構成され、
    前記仰角を判定することは、三次元整合フィルタを使用して前記二次元マップ内の各ピクセルの高さを推定することを含み、
    前記プロセッサが、
    前記複数のレーダ反射信号を引き起こす前記１つ以上の表面に対する前記方位角、前記距離、および前記仰角に基づいて三次元マップを生成するようにさらに構成されている、請求項８又は９に記載のシステム。
  14. 前記レーダユニットが、線形周波数変調レーダ信号を送信するようにさらに構成されている、請求項８又は９に記載のシステム。
  15. 前記複数のレーダ反射信号を受信するように構成された前記レーダユニットが、前記車両に結合されたレーダユニットのセットの一部であり、前記レーダユニットのセットの各レーダユニットが、約９０度の領域にわたって動作するように構成されている、請求項８又は９に記載のシステム。
  16. 前記車両に結合された前記レーダユニットのセットが、前記車両の周りの３６０度の方位角平面にわたって動作するように構成されている、請求項１５に記載のシステム。
  17. 前記プロセッサが、
    前記レーダユニットのセットを使用して、前記車両の周りの前記３６０度方位角平面にわたって前記車両を取り巻く前記環境を表す三次元マップを生成するようにさらに構成されており、前記レーダユニットのセットの各レーダユニットが、放射素子の千鳥状線形アレイを備える、請求項１６に記載のシステム。
  18. 命令を格納するように構成された非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記命令は、１つ以上のプロセッサを備えるコンピューティングシステムによって実行されるとき、前記コンピューティングシステムに、
    環境内の車両に結合されたレーダユニットで、千鳥状線形アレイを使用して複数のレーダ信号を送信することであって、前記千鳥状線形アレイは、前記千鳥状線形アレイの中心線から第１の方向にオフセットされている１つ以上の放射素子と、前記中心線から第２の方向にオフセットされている１つ以上の放射素子と、オフセットされていない１つ以上の放射素子とを含む、ことと、
    前記レーダユニットで、前記複数のレーダ信号に対応する複数のレーダ反射信号を受信することと、
    前記複数のレーダ反射信号を引き起こす前記環境内の１つ以上の表面に対する方位角および距離を判定することと、
    前記複数のレーダ反射信号の位相情報に基づいて、前記複数のレーダ反射信号を引き起こす前記１つ以上の表面に対する仰角を判定することと、
    前記複数のレーダ反射を引き起こす前記１つ以上の表面に対する前記方位角、前記距離、および前記仰角に少なくとも部分的に基づいて前記車両を制御することと、を含む動作を行うようにさせる、非一時的コンピュータ可読媒体。
  19. 命令を格納するように構成された非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記命令は、１つ以上のプロセッサを備えるコンピューティングシステムによって実行されるとき、前記コンピューティングシステムに、
    環境内の車両に結合されたレーダユニットで、千鳥状線形アレイを使用して複数のレーダ信号を送信することであって、前記千鳥状線形アレイは、前記千鳥状線形アレイの中心線から第１のオフセットを有する１つ以上の放射素子と、前記中心線から第２のオフセットを有する１つ以上の放射素子とを含み、前記第１のオフセットと前記第２のオフセットの程度は異なる、ことと、
    前記レーダユニットで、前記複数のレーダ信号に対応する複数のレーダ反射信号を受信することと、
    前記複数のレーダ反射信号を引き起こす前記環境内の１つ以上の表面に対する方位角および距離を判定することと、
    前記複数のレーダ反射信号の位相情報に基づいて、前記複数のレーダ反射信号を引き起こす前記１つ以上の表面に対する仰角を判定することと、
    前記複数のレーダ反射を引き起こす前記１つ以上の表面に対する前記方位角、前記距離、および前記仰角に少なくとも部分的に基づいて前記車両を制御することと、を含む動作を行うようにさせる、非一時的コンピュータ可読媒体。
  20. 前記動作が、
    二次元画像形成を実施して、前記複数のレーダ反射信号を引き起こす前記１つ以上の表面に対する前記方位角および前記距離に基づいて二次元マップを生成すること、をさらに含み、
    前記仰角を判定することは、三次元整合フィルタを使用して前記二次元マップ内の各ピクセルの高さを推定することを含み、
    前記動作が、
    前記複数のレーダ反射信号を引き起こす前記１つ以上の表面に対する前記方位角、前記距離、および前記仰角に基づいて三次元マップを判定することをさらに含む、請求項１８又は１９に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
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