文章目录

About the TIS
TIS Nomenclature(TIS术语)
TIS Dialog Tabs(TIS对话框选项卡)
TIS Scan Patterns
- 行扫描
- Z扫描
- - Z扫描波束
- 矩阵扫描
TIS Computational Limitations（TIS计算限制）
TIS Accuracy（TIS Accuracy）
Sensor Assignment（传感器分配）
- Assignment Validity Check

About the TIS

TIS帮助用户增加对主动扫描传感器的一般知识和理解。它的操作与特定技术（如雷达、激光雷达或激光扫描仪）无关，但TIS确实根据这些设备的常见操作原理工作。
其操作与特定技术无关，这也解释了其名称：technology Independent Sensor（简称TIS）。
TIS可用于在系统级验证任何主动扫描传感器（如雷达和/或激光扫描仪）的标准性能规范。这些规格可以直接表示为“射程”、“视场”和发射的光束数，但也可以更复杂，如“测距精度”、“射程分辨率”、“角度精度”、”角度分辨率”和接收功率。有关定义，请参阅TIS术语。

TIS与可重复的交通场景相结合，应帮助用户选择适当的传感器，并帮助他理解传感器特性与例如所实现的跟踪和跟踪算法的性能之间的联系。其原因是TIS在场景离散化方面特别强大。注意，任何有源扫描设备的离散化以两种方式进行，即：
·在空间上，由于照射目标的光束数量有限，导致所谓的“灰色区域”，无法检测到任何物体（当然，除非出现多径反射率，这是TIS无法处理的）；
·由于目标被有效照明并可能被检测到的时间有限。下图显示了激活光束的开启和关闭机制。

Simulink中的TIS表示
根据用户选择，TIS传感器可以输出每束多达100个目标的数据。TIS传感器解复用模块可包含以下信号：

注1：这些信号仅在传感器为“相干系统”时可用。
注2：这些信号仅在传感器启用“ORM端口”时可用。
注3：这些信号仅作为TIS数据信号的一部分可用。

信号名称
描述

波束ID[-]
当前模拟时间步长中波束的ID。没有检测时，值为0。
范围[m]
检测到目标对象的范围。
倍率[m/s]
沿着传感器和目标点之间的视线，目标点相对于传感器的速度。

theta
传感器坐标系中检测目标的方位角。
Phi[deg]
传感器坐标系中检测目标的仰角。
目标ID[-]
检测目标的数字ID。
无能量[dB]
接收功率与发射功率之比。
alpha[度]
传感器在目标物体上的方位角入射角。

β
传感器在目标物体上的仰角入射角。

TIS数据[-]
包含所有传感器输出的总线信号
DopplerVelocityX/Y/Z[m/s]
目标点相对于传感器的速度，沿着传感器和目标点之间的视线，分解为传感器坐标系的X、Y、Z。

目标类型ID[-]
检测到的对象的类型ID。

DopplerVelocityTranslationX/Y/Z[m/s]
目标点相对于传感器的速度平移分量，分解为传感器坐标系的X、Y、Z。

DopplerVelocityRotationX/Y/Z[m/s]
目标点相对于传感器的速度旋转分量，分解为传感器坐标系的X、Y、Z。这些值表示由检测对象的旋转引起的相对速度。

注1：所有读数都是有源光束ID的函数。因此，无论使用的光束数量如何，汇编表中TIS输出端口的所有信号都具有信号尺寸“1”。如果光束检测到不止一个物体，则信号宽度会相应改变；因此，如果光束可以检测到100个目标，则信号宽度设置为100。有关如何更改要检测的最大目标数的信息，请参阅要检测的最多目标数。
注2：输出的读数未排序；它们以每束的随机顺序出现。因此，传感器的不同对象总数可能超过100个，即，如果将最大目标设置为100个，则可以获得最近100个对象的数据，但数据集输出本身不是按特定顺序排列的。使用PreScan Simulink块sortTISoutput。/toolbox/blocks/PreScanUsefulBlocks中的mdl，根据您自己的考虑对输出进行排序。
**注3：**如果在模拟模式下，MATLAB®声明“由于内存限制，无法初始化图像”，则使用的数据空间太大。为了解决这个问题，可以配置MATLAB®为Java虚拟机提供更多内存（堆空间）。如何做到这一点取决于MATLAB®版本。请访问MathWorks的网站：www.MathWorks.com。您可以使用首选项对话框更改此设置。有关更多信息，请参阅“Java堆内存首选项”上的文档页面。

为了生成上述数据，TIS实际扫描目标几何图形。这与检测所谓边界框信息的AIR不同。AIR的另一个不同之处是TIS考虑了阻塞，而AIR没有考虑阻塞。下图显示了遮挡原理。

注：构建区域中的预扫描组件和传感器波束方向表示不完全真实，因为俯视图中的2D表示是固定的。只有围绕z轴（航向）的旋转才是真实可视化的。对象表示无法正确显示围绕x轴（倾斜）和y轴（倾斜体）的旋转。只有轴系统表示始终正确。

能量损失图是沿到达目标和返回TIS的路径的波束功率损失的度量。它是照明路径和反射路径的长度以及沿其发生的大气衰减的函数。照明目标的反射截面-由3D查找表确定，也称为对象响应模型（ORM）-在计算能量损失图时也考虑在内。
注：能量损失图和入射角不是标准输出。标记复选框ORM端口以获得此输出，请参阅TIS ORM选项卡。

距离、方位角和仰角的定义
该图显示了用于定义距离、方位角（θ）和仰角（ψ）的轴系统。请注意，主轴由传感器的视轴和传感器顶部形成。星号表示目标。

ORM入射角的定义
该图显示了用于定义α（方位角）和β（仰角）的轴系统。注：这些角度是相对于其与目标质心的入射角定义的。

TIS Nomenclature(TIS术语)

传感器带有一些非常具体的术语。此处给出了考虑TIS的最重要定义。
与传感器技术相关的定义
·离散化：将连续值替换为有限离散量的过程。该术语大部分时间与采样（离散）结合使用。对于TIS，离散化发生在空间（由于光束数量有限；如果没有光束，则没有读数）和时间（因为并非所有光束同时激活）；
·误差：TIS指示的值与感测对象的真实值之间的差异，例如位置、方向等。；
·量化：将连续值替换为有限离散量的过程。该术语大部分时间与A/D转换结合使用，其中必须确定读数必须量化到哪个最接近的值。对于TIS，量化发生在将世界位置角度和距离转换为24比特数的过程中。有时，量化和离散化用于描述相同的过程，即采样过程。这里，量化指的是数量，而离散化指的是更二进制的运算类型；
·灵敏度：输出值与输入值的比率，或者一般来说，当实际存在条件时检测条件的能力；
·分辨率：可以区分和显示的最小值。注意，低分辨率导致低灵敏度；
·精度：测量值与真值的一致程度：精度=误差/真值*100%。

与系统规范/性能相关的定义
·漂移：由于安装松动、振动或环境温度影响等因素，传感器的标称位置在较长时间内发生变化。因此所有波束实际上偏离或改变预定执行，导致方位角和仰角读数漂移。传感器的秒表逻辑（如果传感器根据“飞行时间”工作原理）或频率比较（如果是FMCW雷达）中的漂移会导致距离漂移。由于漂移总是发生在照明路径的开始处，因此被照明的目标的局部入射角（因此ORM值）由于漂移而受到影响；
·噪声：噪声是检测器接收到的目标信息（信号）流中的波动和外部因素的增加。在大多数情况下，假设这仅仅是对预期操作的不希望的干扰。自然和故意噪声源可以提供随机干扰或图案化干扰。在每个波束的方位角、仰角和/或距离的测量中，噪声表现为任意随机或周期性非数据信号。取决于噪声发生的位置，即，在照明路径的起点或反射路径的起点，被照明的目标的局部入射角（以及因此的ORM值）可能由于噪声而受到影响；
·分辨率单元格：可区分和显示检测的最小单元格大小。此单元格的大小由宽度x、高度值（读取：角度方位角和仰角）和长度值（读取范围值）设置。

TIS传感器专用定义
·能量损失图：能量损失图是一种测量通往目标和返回TIS的路径上的功率损失的方法。它是照明路径和反射路径的长度以及沿它们发生的大气衰减的函数。被照明目标的反射截面（由3D查找表确定，也称为对象响应模型（ORM））在计算能量损失图时也被考虑在内。能量损失图以dBs表示；
·ORM：对象响应模型的缩写。ORM表示被照明目标的反射横截面（类似地定义为雷达的雷达横截面或简称RCS），以3D查找表的形式显示，反射横截面[dBsm]是方位角和仰角中局部入射角的函数。PreScan的默认ORM是基于雷达的，可以从文献中检索，也可以建模。它们可以很容易地用于给用户所遇到的衰减级别的感觉。有关PreScan ORM模型的更多信息，请参阅PreScan的对象响应模型；
·结果扫描频率：每束发射的频率。有关如何计算此数字的信息，请参阅TIS扫描模式。

TIS Dialog Tabs(TIS对话框选项卡)

TIS对话框有七个不同的选项卡，用于定义和配置TIS。它们在顶层提供以下主要功能：
·位置选项卡：使用此选项卡，用户可以轻松定位TIS相对于演员的位置；

注1：图形表示仅在变更生效后更新。
注2：所描述的传感器波束表示可能不反映实际情况，因为波束表示仅在2D中。这意味着仅考虑2D平面中的方向变化。E、 g.在俯视平面中，仅光束的方位角方向被正确显示。如果传感器倾斜90度，则表示与传感器未倾斜时相同。在构建区域也会出现类似的情况。
注3：如果大量光束配置为相对较窄的视场，则并非所有光束都将显示在2D查看器中。经验法则是，如果FoV角度（以度为单位）是波束数量的一半或更大，则配置的波束数量都是可见的（因此，当FoV=13度或更高时，25个波束是可见的）。

基本选项卡：这里配置了波束的设置：输入波束的数量，设置波束的方位间距和高程位置，以及波束的类型和视野（FoV）。在“高级”选项卡中，可以指定每个梁的梁梁数（梁方向）。高级用户还可以在“基本”选项卡中设置所需的扫描模式，并可以生成多普勒速度信号；

扫描模式字段用于定义行扫描、Z扫描或矩阵扫描的扫描模式。
扫描参数字段包括如下信息：
·方位角和仰角的视场（FoV）：是从最终左光束外缘到最终右光束外缘测量的角度（因此不是从中心线外光束左/上到中心线外波束右/下！）。可输入的方位角值范围为0至360度。对于高程，可能的值范围为0至180度；
·方位角和仰角中的波束数：这些是整数值，用于设置所声明FoV内的波束数。请注意，所有光束的中心线将根据FoV和输入的光束数量等距分布。通过预扫描自动计算间距，可以使用“高级”选项卡覆盖一个平面中梁的位置。可以输入的值取决于输入的梁类型，可以在TIS计算限制中找到；
·水平/垂直扫描：在这里，用户可以定义扫描的方向。更多信息，请参阅TIS扫描模式；
·捕获频率FoV：表示执行模式的速率。有关属于各种扫描模式的捕获频率的定义，请参阅TIS扫描模式。在行扫描的情况下，它仍然是众所周知的扫描频率。下图显示了包含5个波束的示例的扫描周期定义。在该示例中，光束从1到5（或从左到右）连续激活。如果它们应该从5向下激活为1，则扫描方向将从左向右更改为从右向左；

每个波束的最终扫描频率信息：根据所选扫描模式、方位角和仰角的波束数以及所需的捕获频率，计算最终扫描频率。有关如何计算此数字的更多信息，请参阅TIS扫描模式。

波束特定设置字段包括以下信息：
·射束范围：此处，在“基本”选项卡下为所有射束设置有效范围。可在“高级”选项卡下按射束指定范围。可输入的值范围从最小检测范围（默认为0.5米，可在“实验->常规设置->传感器”中更改）到1000米。该值也是可变的；
·光束类型：可以使用以下三种类型的光束照亮目标：
a）其检测基于找到的最近距离，
b）其检测基于找到的最近距离，
c）椭圆锥，其检测基于找到的最近距离，以及
d）铅笔束，其检测基于被照明的单个点。
下面的图片展示了这在实践中的含义；当障碍物（蓝色）放置在TIS前面时，它会显示各种光束的读数。黑色菱形表示为所选光束类型检索范围和角度信息的点。默认情况下，选择的梁类型为“铅笔”；

波束Δθ（方位角的波束宽度）和波束Δφ（仰角的波束高度）表示单波束的有效视场，单位为度。两种情况下输入的范围都可以从0扩展到方位角FoV/俯仰角FoV。
·相干系统：通过检查它，可以获得表示多普勒速度[m/s]的额外输出。该功能可用于模拟波束击中移动目标时的多普勒效应。

·系统选项卡：其中显示了TIS传感器使用的技术。传感器规格表中的分辨率单元大小数据可以输入此选项卡，从而量化方位角和仰角以及范围内的角度读数。此选项卡还具有字段，您可以在其中输入要检测的最大对象数；

在“系统设置”字段中，可以看到两个不同的参数，即要检测的对象的最大数量（可由用户设置）和所使用的技术，这是在“ORM分配”选项卡中进行选择的结果。
关于要检测的对象的最大数量：假设单个光束可以看到多个目标。要检测的最大对象数参数限制了要生成的数据集的数量。基于最近距离考虑进行选择（但是，数据集不按距离排序）。可以输入的最大值为100。

注：当输入字段变灰（因此不允许值修改）时，这是由于用户输入面板中实现的逻辑阻止输入值。此处无法输入参数“要检测的最大目标”，因为基本选项卡中设置的波束类型为“铅笔”。从本质上讲，铅笔束只能输出一个目标的读数！

这里显示了在该参数设置为3的情况下，每个梁检测到的行人。被检测到的被红色椭圆包围。

注：有时，虽然一个光束中有许多物体，但TIS传感器无法识别所有物体。当一个目标（视觉上）被另一个目标遮挡时，会发生这种情况。在样本中，跟踪部分处于光束中的红色汽车将不会被检测到！不是因为它没有完全在光束中（TIS可以处理这种情况），而是因为传感器对光束中的汽车部分的视图被遮挡。

关于首先报告最近的对象：假设TIS传感器看到多个目标。如果复选框“首先报告最近的对象”处于启用状态，则检测到的对象将根据TIS输出中与传感器的距离进行排序（距离较小的对象将出现在TIS输出向量（例如，对象ID向量）的较低“槽”中）。此行为与先前的预扫描版本一致。然而，一个可能的缺点（这对于先前的预扫描版本也是已知的）是，相同的检测对象可能在不同的输出向量时隙之间反弹。如果在MATLAB Simulink范围内可视化，同一对象可能会在不同的输出信号之间反弹，如下图左侧所示（顶部：检测到的对象范围；底部：对象ID）。当“首先报告最接近对象”复选框处于禁用状态时，输出将不排序，检测到的对象将保留在相同的输出槽中。如下图右侧所示。
当前预扫描版本中的默认值为启用。
注意：在未来的预扫描版本中，报告最接近对象优先复选框的默认值可能会更改为关闭！

关于此选项卡的“系统分辨率”字段：分辨率单元是空间中的体积，这些体积在任何一刻都会导致TIS接收到回波：在单个分辨率单元内，所有检测到的对象都聚集在一个量化读数中。分辨率单元存在于距离方向、方位角和仰角。下一张图片显示了距离和方位角分辨率有限的影响（此处未描述仰角情况，但与方位角情况类似）：尽管两个目标（θ4/R4和θ1/R4）在物理上位于不同的位置，但它们都将被分配到范围R4。当然，它们在方位角上具有不同的探测角度（在本例中为θ1和θ4）。

为角方位单元尺寸输入的值的允许范围为0到1.0*（所有波束方位角的最小波束宽度），角仰角单元尺寸的范围为0至1.0*（所有波束仰角中的最小波束高度），距离单元尺寸的允许范围是0至1。默认情况下，它们都设置为0，表示根本没有量化行为。

·ORM分配选项卡：此选项卡将可用的对象响应模型和分配给任何参与者的对象响应模式连接到正在配置的TIS。每个对象响应模型都应该针对特定的技术，如雷达或激光雷达。这些对象响应模型（ORM）是用户自制的，但一些标准模型——默认情况下是基于雷达技术的——已经被纳入；

ORM分配选项卡用于将目标（通过所谓的对象响应模型或简称ORM）链接到用户定义的TIS配置。

这个想法在上面的图片中有描述。在最上面一行，我们看到了一个实验中的各种演员。左栏显示了同一实验中定义的各种TIS传感器。第一个参与者——丰田Yaris——获得了两种不同类型的ORM模型，一种可由TIS使用技术“1”检测，另一种可通过TIS使用“2”检测。第二个参与者-马自达RX8-有三种不同的ORM车型，因此，TIS 1、2和3可以看到。雪铁龙C3完全没有ORM。这意味着任何可用的TIS传感器都无法看到它。当然，可以为雪铁龙C3分配默认ORM模型，但仍应存在能够识别该模型的TIS传感器（默认情况下，他们都可以：如果您将TIS传感器拖放到PreScan的构建区域，他们会自动调整默认ORM模式）。老房子有一个TIS 4 ORM，但由于没有TIS 4技术，所以现有的任何TIS传感器都看不到这个角色。您可以使用“实验->报告->传感器”选项轻松地对自己的实验进行概述。
关于将ORM分配给参与者：每个对象（或参与者）都有一个类似于下面描述的对话框。使用传感器属性选项卡，用户可以指定任何ORM、默认或用户定义。默认情况下，对象的默认ORM始终存在，但可以删除此模型并用用户指定的模型替换。重要的是要注意技术的名称；此名称用于显示和过滤现有技术。此处描述的标签属于奥迪A8的对象配置。分配的技术（读取：可以看到该对象的TIS传感器类型）被命名为“MyScanner”。

当查看TIS配置选项卡时，我们看到两个不同的东西，即a）将该TIS连接到Box_1的可能性，以及b）一旦选择，该技术的名称将出现在其系统选项卡中。

关于ORM Assigment选项卡中的大气衰减字段：在TIS的ORM Assignment选项卡中，我们还可以输入大气衰减的数字。天气设置不会自动影响结果。用户应通过衰减值模拟天气影响。
除了传输损耗（雷达的典型示例包括：功率传输效率、波导和天线损耗以及双工器损耗）和接收器损耗（雷达典型示例包括天线、波导、射频放大器、混频器和中频放大器损耗）之外，通过大气层的能量受到大气衰减的影响，大气衰减主要是由气体吸收引起的。对于较低频率（低于10 GHz），衰减是可以合理预测的。对于毫米波范围内的高频，衰减不仅增加，而且更加依赖于H2O、O2等的特殊吸收特性。下图显示了毫米波频谱中的峰值吸收面积[参考5]。

该图[参考文献5]显示了降水强度如何影响大气衰减。所见示例适用于雷达。

本示例适用于典型的激光雷达系统[参考文献4]。注意给定反射率水平的检测范围如何受雾影响（读取：在不同的标称能见度范围）。

注：在“ORM分配”选项卡中选择ORM端口可为用户提供Simulink中以dB表示的能量损失和物体入射角的输出。

·漂移标签：漂移可应用于传感器的位置和范围解释算法。可以选择单向漂移和高斯分布漂移模型；

·噪声选项卡：（高斯）噪声可应用于每个波束位置和距离解释算法；

有关噪声和漂移的定义，请参考TIS术语。实践中的基本区别如下所示：

注意，在漂移的情况下，读数Θ、Φ、R、α和β在一次扫描中确实相互关联（注意，能量损失数字并非由于方位角和仰角的高度非线性响应），而在噪声情况下则不相关。演示TIS漂移和噪声中显示了所看到的各种效果。
在漂移选项卡中，可以输入高斯和单向漂移类型。当然，您不需要输入高斯漂移的平均值，因为这与每个光束的光束位置一致。
在“噪波”选项卡中，可以输入类似的信息。此选项卡与漂移选项卡之间的一个明显区别在于，您可以定义要分配给照明路径起点（‘x%’）的噪声量，以及要分配给反射路径起点（‘100-x%’）。此外，可以选择加性或乘性噪声叠加方法。

其中噪声项n是具有标准偏差σ的零平均高斯（“正常”）分布值。

·高级选项卡：在这里可以输入每个梁的配置和设置，同时可以覆盖基本选项卡设置的值。

高级选项卡通常用于覆盖基本选项卡中定义的统一配置。为此，需要选中“波束方向”复选框。选中后，可以添加和删除自己的梁定义。“重新排序”按钮对输入的波束配置进行重新排序，使其以增加方位角的顺序显示。请注意，“高级”选项卡还允许您定义不同立面角下的梁。
此处显示的示例涉及具有Z扫描阵列定义的TIS。请注意，要编辑的阵列存在选择框。

注1：第2列和第3列中提到的位置是梁中心线的位置。
注2：实际数字的存储和处理比显示更精确（在GUI中限制为3位小数）。
注3：只能手动覆盖行扫描模式的光束位置（因此重新排序）。这不是一个bug，而是一个概念上的限制：想想如果您可以在仰角或方位角自由定位波束会发生什么。这将破坏数组或幻灯片的定义，甚至导致数组大小不同。

TIS Scan Patterns

PreScan提供三种基本扫描模式，即。
·行扫描模式：这是最常用的模式，其中连续发射光束并捕获信息。存在两种基本操作模式，即水平和垂直线扫描模式；
·Z扫描模式：这是一种鲜为人知的扫描模式。Z扫描是一种更复杂的扫描形式。Z扫描允许用户将光束扫过物体，就像电视角色佐罗将小花剑扫过潜在受害者一样。这里还存在两种基本操作模式，即光束Z扫描和切片Z扫描；
·矩阵扫描模式：矩阵扫描可以与使用PC屏幕捕获工具捕获图像进行比较：在用户指定的捕获频率下，捕获整个图像并检索信息。当然，这些信息不是bmp图像中的信息（RGB值），而是特定的TIS信息，例如方位角（θ）和仰角（

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