PreScan传感器(二)——TIS传感器
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1. 简介
TIS(Technology independent sensor)传感器是一种通用的active scanning sensor，而不受特定技术(如radar, lidar or laser scanner)束缚。TIS传感器可帮助使用和理解其他active scanning传感器，是因为TIS传感器有较强的场景离散化，任何active scanning设备离散化有两种方式：
空间上，由于照射目标的光束数量有限，导致灰色区域”无法检测目标(除非发生多径反射，这是TIS无法处理的)；
时间上，由于照明和检测目标的持续时间有效。
(a) range,azimuth and elevation的定义 （b）ORM显示角度的定义
图2 输出参数的具体解释
2.TIS传感器的配置
(1) Basic Tab
光束配置：数量和方位角；
图3 Basic设置页面
1) 扫描模式：主要有line scan， 'Z'scan和Matrix scan
具体内容见PreScan传感器(零)——通用配置
2) 扫描参数：
- Field of VIew(FoV) in Azimuth and Elevation：从最终左光束的外边缘到右光束的外边缘的角度(不是从中心计算的)，azimuth的可输入范围0~360度，elevation的范围值是0~180度。
- Number of Beams in Azimuth and Elevation：FoV中光束的个数，所有光束的中心线将根据FoV和光束数等距间隔。
- Horizontal/vertical scan：用户可定义的扫描方向。
- Capture frequency FoV：执行速率。
- 每个光束的最终扫描频率信息：根据所选的扫描模式，方位角和仰角中的光束数以及所需的捕获频率来计算。
3) 光束特定设置：
- 光束范围：所有光束的有效范围，可在“Advanced tab”中设置光束方向指定范围。可输入的范围从最小检测范围(默认0.5m，可在Experiment->General Settings->Sensors更改)到1000m.
- 光束类型：
a) pyramid beam，基于最邻近距离来检测；
b) cone beam，基于最邻近距离来检测；
c) elliptical cone，基于嘴里案件距离来检测；
d) pencil beam，基于被照亮的单个点。
如图4，当障碍物(蓝色)放在TIS传感器面前时，它会给各个光束的读数留下印象，黑色菱形表示每个选定光束类型检索道的范围和角度信息的点。默认情况下，选择pencil beam.
图4 beam类型图示
- 光束
(azimuth方向上的宽度)和光束
(elevation方向上的高度)表示单个光束的有效FoV，单位为度。输入范围从0~FoV的门限值。
- 相干系统：可得到一个额外的输出，表示多普勒速度(m/s)，当光束击中移动目标时，此功能可模拟多普勒效应。
(2) System Tab
- 最大目标检测数：单光束至少可检测一个目标，最大值为100；
- 首先报告最近目标物体：若勾选，则会根据目标与传感器的距离进行排序，
- 系统分辨率：分辨率单元是空间中在任何一瞬间对TIS接收到的回波做出贡献的体积，在单个分辨率单元中，所有检测到的目标都聚集到一个量化读数中。分辨单元存在于距离方向，azimuth角和elevation角中。
注意：最大目标检测数目为灰色，不允许修改，此处不能修改是因为beam type为‘pencil’。
(3) ORM Assignment Tab
ORM(对象响应模型)，将目标与TIS配置联系起来。如图5所示，最上层一行是实验中所用车辆，最左侧一列是所用TIS传感器。第一辆车Toyata Yaris有两个不同的ORM模型，一个是TIS1得到的，一个是TIS2检测到的。第二辆车Mazda RX8有三个不同的ORM模型；第三辆车没有TIS可检测到，可被指定为默认的ORM模型；老房子有一个TIS4 ORM，但是不存在TIS4，因此任何TIS传感器都无法检测到。
关于将ORM分配到车辆：每个目标(或车辆)都有一个对话框，通过“传感器属性”选项可进行分配，默认情况下，对象的默认ORM始终存在，可将其替换为所需要的模型。
(4) Draft Tab & Noise Tab
Drift：是由于安装松动、振动或环境温度等因素，传感器的位置发生了变化。所有beam发生了偏移，导致方位角和仰角读数的偏移。目标的局部入射角(及ORM值)会产生影响。
Noise：检测器接收到目标信号流的波动和外部因素的增加而造成的，噪声源是可以随即提供的。在测量每个beam的方位角、仰角或距离时，会以任何随机或周期性的非数据信号形式出现。
在Drift tab中，可选择零均值高斯和单向漂移类型，不必输入高斯draft的均值，因为它与每个光束的位置一致；在Noise tab中，可输入类似的信号。
两者的区别在于：
Noise tab可以定义哪个噪声量分配给start of the illumination path('x%')，另一部分分配给start of the reflection path('100-x%')。
start of the illumination path的噪声是beam中的几何噪声，会影响beam的方向；end of the illumination path的噪声是测量噪声，应用于测量数据。
相同的drift可用于所有beams(相关)；noise应用在不同beams且不相关。
此外，噪声叠加的方式可进行选择，相加或相乘。
| 相加 | value=nominal value + n |
| 相乘 | value=nominal value *(1+n) |
其中，噪声项n是标准差为s的零均值高斯分布值。
(5) AdvanceTab
会覆盖掉Basic Tab中的配置，需要选中“beam wise”复选框，来自定义添加或删除光束。
3. TIS传感器在Simulink中的表示
根据用户选择，TIS传感器每个光束的输出目标上限是100个。
| signal name | Description | Note | signal name | Description | Note |
|---|---|---|---|---|---|
| Beam ID(-) |
当前仿真时间步长beam的ID号 0表示无检测 |
DropplerVelocity TranslationX/Y/Z(m/s) | 速度的平移分量，分解到X,Y,Z方向上 | 1,3 | |
| Range(m) | 检测到的目标距离 | DropplerVelocity Rotation X/Y/Z(m/s) | 速度的旋转分量，分解到X,Y,Z方向上 | 1,3 | |
| DopplerVelocity(m/s) | 相对于传感器，目标点沿传感器与目标点光线的速度 | 1 | DropplerVelocity X/Y/Z(m/s) | DopplerVelocity分解到XYZ方向上 | 1,3 |
| Theta(deg) | detected target在传感器坐标系中的Azimuth角 | Alpha(deg) | 传感器在target object上的方位入射角 | 2 | |
| Phi(deg) | detected target在传感器坐标系中的Elevation角 | Beta(deg) | 传感器在target object上的elevation入射角 | 2 | |
| TargetID(-) | detected target的ID号 | TargetTypeID(-) | detected object的类型ID | 3 | |
| EnergyLoss(dB) | 接收功率/发射功率的比 | 2 | TIS Data(-) | Bus信号包含所有输出 |
Note 1：传感器是“Coherent System”才可用
Note 2：传感器有“ORM Ports”使能才可用
Note 3：仅作为TIS数据信号的一部分使用
4. TIS传感器与AIR传感器的区别
(1) AIR检测bounding box的信息；
(2) TIS考虑目标遮挡。
图2 TIS传感器检测目标物