专利名称：用于检测目标方位的雷达设备的制作方法
技术领域：
概括地说，本发明公开内容涉及用于确定包括至少目标的方位(方向)信息的雷达设备。
背景技术：
通常将雷达设备使用为用于发动机车辆的驾驶支持设备。FM-CW(调频连续波)雷达设备公知为是这种雷达设备。一般情况下，FM-Cff雷达设备将连续雷达波发射成发射信号，其是将频率调制成具有随时间在上升段中增加，随时间在下降段中减少的频率；上升段和下降段组成一个调制周期。FM-CW雷达设备通过接收天线的各接收信道接收到达回波(到达波)，作为接收的信号；这些接收信道排列成一行。通过雷达波从目标(例如，对于雷达波进行反射的对象点)的反射来生成这些回波。 FM-CW雷达设备基于所接收的信号生成与反射雷达波的目标相关联的信息。例如，这种典型的FM-CW雷达设备在日本专利申请公报No. 2006-47282中进行了公开。具体而言，这种类型的FM-CW雷达设备将发射信号与接收信号(接收回波)进行混频以生成差拍信号。差拍信号中的每一个都具有与相应的接收信道的接收信号和发射信号之间的频率差相同的频率。FM-CW雷达设备在上升段和下降段的每一个中，对差拍信号的每一个执行频谱分析，以获得在上升段和下降段的每一个中强度的峰值的频率分量。这些峰值频率分量中的每一个意味着存在作为相应到达回波的源的目标候选者；峰值频率分量称为“频率峰值”。接着，FM-Cff雷达设备执行已知的方位估计算法中的一种(换言之，DOA (到达方向)估计算法)，估计到达回波的方位(方向)，也就是说，来自相对应的目标候选者的到达回波相对于每一个频率峰值的预定参考轴的角度。随后，FM-CW雷达设备针对每一个频率峰值，对来自该目标候选者的相应回波的接收功率进行估计。其后，FM-CW雷达设备执行公知的“配对匹配”任务，以从这些频率峰值中提取至少一对上升段中的频率峰值和下降段中的相应频率峰值；所述至少一对频率峰值满足下面两种条件第一条件在于与所述至少一对频率峰值中的一个相对应的到达回波和与另一个相对应的到达回波之间的方向差位于预定的角范围之内。第二条件在于与所述至少一对频率峰值中的一个相对应的到达回波和与另一个相对应的到达回波之间的接收功率差位于预定的功率范围之内。FM-CW雷达设备估计，所提取的至少一对频率峰值是否与反射了雷达波的至少一个相同目标候选者相对应。因此，FM-CW雷达设备基于所述至少一个提取的频率峰值对，计算该雷达设备和相应的至少一个目标候选者之间的距离和相对速度。因此，FM-CW雷达设备生成目标信息，后者包括该雷达设备和相应的至少一个目标候选者之间的距离和相对速度、相应的至少一个目标候选者的方位。作为方位估计算法的高分辨率算法是已知的。这些高分辨率算法中的一种是MUSIC (多重信号分类)算法，另一种是ESPRIT (旋转不变技术信号参数估计)算法。这些高分辨率算法生成来自各信道的接收信号的自相关矩阵，获得该自相关矩阵的特征值，基于该自相关矩阵的特征值对到达回波的数量进行估计。具体而言，MUSIC算法基于到达回波的数量和特征值获得MUSIC谱，提取该MUSIC谱中的尖锐峰值(深零点)。随后，MUSIC算法针对每一个尖锐峰值，估计相应的到达回波的方位，并针对每一个尖锐峰值，估计来自该目标的到达回波的接收功率。
发明内容
方位分辨率公知为是对于方位估计性能的测量。上面所述的雷达设备的方位分辨率，表示来自相邻目标(相邻目标候选者)的到达回波的方位之间的最小角度；直到相邻到 达回波之间的实际角度大于方位分辨率(最小角度)为止，这些到达回波才可以彼此完全地分离开。除基于雷达设备的信号处理性能之外，雷达设备的方位分辨率还基于其硬件性能来确定。例如，这种雷达设备的硬件性能取决于接收天线的物理特性；例如，接收天线的这些物理特性包括接收信道的特性和接收信道之间的间隔。例如，这种雷达设备的信号处理性能取决于安装在该雷达设备中的方位估计算法里的一种。这可以导致对下面参数进行估计的准确性降低取决于第一和第二目标候选者之间的位置关系的来自第一目标候选者的第一到达回波的方位和接收功率以及来自与第一目标候选者相邻的第二目标候选者的第二到达回波的方位和接收功率。具体而言，如果在来自第一和第二目标候选者的到达回波的相应方位的差小于方位分辨率的情况下，第一和第二目标候选者到达，则雷达设备不能完全地且稳定地将来自第一和第二目标候选者的到达回波分离开。例如，假定一个前方车辆(例如，重型卡车)在安装有这种雷达设备的车辆前面行驶，来自该前方车辆的其宽度(侧面)方向上的后面部分的两个端点的相应到达回波的差位于方位分辨率之内。在该假定下，该前方车辆的后面部分中的点(例如，对于从雷达设备发射的雷达波进行了反射的后面部分的左边缘、右边缘和中间)，可以在雷达波的一个调制周期的上升段和下降段之间变化。这意味着前方车辆中针对该雷达设备的目标在雷达波的一个调制周期的上升段和下降段之间变化。这可以导致上升段中的到达回波的数量和下降段中的到达回波的数量彼此之间不相同。这种上升段和下降段之间的到达回波的数量的不同可以导致与方位分辨率相比，来自与例如上升段中的一个频率峰值相对应的相邻目标候选者的相邻到达回波的方位之间的差更小。这可以导致在来自上升段中的相邻目标候选者的相邻到达回波之间的接收功率中发生变化。例如，虽然相邻到达回波中的每一个的实际电平是各相邻到达回波的接收功率的第一电平和第二电平之间的平均值，但相邻到达回波中的一个的接收功率的第一电平增加，而另一个的接收功率的第二电平减少。在该时刻，当来自与下降段中的替代频率峰值相对应的相邻目标候选者(同一目标候选者)中的一个的到达回波具有平均电平的接收功率时，则与所述一个频率峰值相对应的接收功率的第一电平和与该替代频率峰值相对应的接收功率的平均电平之间的差超过预定的功率范围。同样，与所述一个频率峰值相对应的接收功率的第二电平和与该替代频率峰值相对应的接收功率的平均电平之间的差可以超过预定的功率范围。因此，即使雷达设备执行配对匹配方法，其可能不能提取满足第二条件的适当的频率峰值对。这减少了雷达设备产生的目标信息的可靠性。在了解了上面所描述的环境之后，本发明的一个方面是寻求提供能解决上面所描述问题中的至少一个的雷达设备。具体而言，本发明的替代方面目标在于提供能够按高水平维持雷达设备生成的目标信息的可靠性的这种雷达设备。根据本发明的一个示例性方面，提供了一种雷达设备。该雷达设备包括发射雷达波的发射机，其中所述雷达波的频率是调制成具有随时间在上升段中增加且随时间在下降段中减少的频率。所述上升段和所述下降段组成雷达波的一个调制周期。该雷达设备包括具有多付接收天线的接收机，所述多付接收天线中的每一付接收至少一个到达回波作为接收信号。接收机配置为基于所述多付接收天线的接收信号和频率与所发射的雷达波的频率相同的本地信号，输出针对所述多付接收天线的每一付的差拍信号。该雷达设备包括频率峰值提取模块，后者用于在所述上升段和所述下降段中的每一个里，对所述多付接收天线的每一付的差拍信号执行频谱分析，以便从针对每一付天线的所述频谱分析的结果中提取所述上升段中的第一频率分量和所述下降段中的第二频率分量。所述第一频率分量中的每一个的强度在所述上升段中具有局部峰值，所述第二频率分量中的每一个的强度在所述下降段中具有局部峰值。该雷达设备包括方位估计模块，用于针对所述第一频率分量和所述第二频率分量中的每一个，产生所述各天线的接收信号的自相关矩阵。针对所述第一频率分量和所述第二频率分量中的每一个，所述方位估计模块基于所述自相关矩阵的特征值，估计所述至少一个到达回波的数量。针对所述第一频率分量和所述第二频率分量中的每一个，所述方位估计模块估计所述至少一个到达回波的到达方位和所述至少一个到达回波的接收功率作为到达功率。当所述至少一个到达回波是多个并且所述多个到达回波中的相邻到达回波的一个的到达方位和相邻到达回波的另一个的到达方位之间的角范围等于或者小于所述多付接收天线的预定方位分辨率时，所述方位估计模块针对所述第一频率分量和所述第二频率分量中的每一个，估计虚拟方位和虚拟功率。所述虚拟方位位于所述多个到达回波中的相邻到达回波的一个的到达方位和相邻到达回波的另一个的到达方位之间的角范围之内，所述虚拟功率是来自所述虚拟方位的虚拟到达回波的接收功率。针对所述第一频率分量和所述第二频率分量中的每一个，所述方位估计模块生成方位信息。所述方位信息针对所述第一频率分量和所述第二频率分量中的每一个包括所述至少一个到达回波的到达方位和到达功率、所述虚拟方位和所述虚拟功率。在本发明的一个不例性方面的第一实施例中，雷达设备包括匹配模块，后者用于判断针对所述第一频率分量的每一个的方位信息是否与针对所述第二频率分量的每一个的方位信息相匹配，以基于所述匹配的结果，提取所述第一频率分量中的一个和所述第二频率分量中的一个的至少一个频率分量对。此外，该雷达设备还包括目标信息生成模块，后者用于基于所述至少一个频率分量对，计算所述雷达设备和目标之间的距离和相对速度，生成针对所述至少一个频率分量对的目标信息，其中，所述目标与所述至少一个频率分量对相对应，对所述雷达波进行了反射，所述目标信息包括下面中的至少一个所述雷达设备和所述目标之间的距离、所述雷达设备和所述目标之间的相对速度、与所述至少一个频率分量对相对应的目标的方位。具体而言，当相邻到达回波中的一个的到达方位和相邻到达回波的另一个的到达方位之间的角范围等于或者小于所述多付接收天线的预定方位分辨率时，根据本发明的一个示例性方面的雷达设备针对所述第一频率分量和所述第二频率分量中的每一个，估计虚拟方位和虚拟功率。虚拟方位位于所述相邻到达回波中的一个的到达方位和相邻到达回波的另一个的到达方位之间的角范围之内，所述虚拟功率是来自该虚拟方位的虚拟到达回波的接收功率。这使得当相邻到达回波中的一个的到达方位和相邻到达回波的另一个的到达方位之间的角范围等于或者小于所述多付接收天线的预定方位分辨率时，可以使用更适合的方位信息来替代针对所述第一频率分量和第二频率分量中的每一个的方位信息。在结合附图了解下面具体实施方式
之后，将进一步理解本发明的各个方面的上面和/或其它特征、和/或优点。当适用时，本发明的各个方面可以包括和/或不包括不同的 特征和/或优点。此外，当适用时，本发明的各个方面可以对其它实施例的一个或多个特征进行组合。不应将具体实施例的特征和/或优点的描述解释为是对其它实施例或权利要求书的限制。
通过下面参照附图对实施例的描述，本发明的其它方面将变得显而易见，其中图I是根据本发明的实施例的示意性地描绘雷达设备的框图；图2是示意性地描绘图I中所示的信号处理器执行的目标识别任务的流程图；图3是示意性地描绘在目标识别任务的步骤S160中，信号处理器所执行的方位估计例程的流程图；图4是根据该实施例，基于MUSIC谱中的相邻到达方位，来示意性地描绘相邻到达方位、它们的接收功率、虚拟方位和作为谱强度的虚拟功率；将这些功率标注为谱强度(dB)，将这些到达方位标注为角度(度)；以及图5是根据本发明的该实施例的修改，示意性地描绘雷达设备的修改的接收系统的框图。
具体实施例方式下文将参照附图来描述本发明的实施例。在该实施例中，在冗余描述中省略或简化了分配相同附图标记的实施例之间的相同部件。图I中描绘了包括根据该实施例的雷达设备的驾驶支持系统I的整体结构的示例。根据该实施例的驾驶支持系统I安装在车辆V中，用于当驾驶员驾驶车辆V时执行驾驶支持任务。参见图1，驾驶支持系统I包括雷达设备30和驾驶支持E⑶10。雷达设备30放置在例如车辆V的前端(头部)上。雷达设备30用于发射雷达波，接收通过反射雷达波而生成的到达回波，基于到达回波检测对雷达波进行反射的目标，并生成与该目标相关联的信息。与对于从雷达设备30发射的雷达波进行反射的目标相关联的信息，将称为“目标信息”。基于雷达设备30所生成的目标信息，对驾驶支持ECU 10进行编程以控制车辆V。应当注意,在该实施例中的目标表示对象上的某个点,其对从雷达设备30发射的雷达波进行反射。通常，雷达设备30对来自一个对象的一个目标进行检测，但雷达设备30可以对来自一个对象的多个目标进行检测(如果该一个对象在体积上够大的话，如卡车)。该实施例中的目标信息至少包括从雷达设备30到检测目标的距离、检测目标相对于预定轴(例如，与雷达设备30的接收表面正交的轴)的方位(方向)、检测目标和雷达设备30之间的相对速度；检测目标的方位表示来自该检测目标的相应到达回波相对于预定轴的入射角。例如，驾驶支持E⑶10由至少装备有CPU的普通微计算机10a、包括易失性存储器与非易失性存储器的存储单元、10(输入和输出)接口等等组成。此外，驾驶支持ECU 10还包括总线控制器10b，后者允许微计算机IOa通过LAN通信总线B与其它设备12进行通信；这些其它设备12连接到总线B。警告蜂鸣器、监视器、巡航控制开关、目标距离设置开关等等连接到驾驶支持E⑶10。作为其它设备12，制动ECU 12a、发动机E⑶12b、安全带ECU 12c等等连接到总线B。制动ECU 12a用于对向车辆V的各个车轮提供的制动器(制·动传动装置)的操作进行控制，发动机ECU 12b用于对车辆V的内燃机的操作进行控制，安全带ECU 12c用于对车辆V中的乘坐人的安全带的张力进行控制。具体而言，驾驶支持E⑶10用于基于从雷达设备30发送的目标信息，执行驾驶支持任务，以便在车辆V的驾驶员驾驶车辆V时对驾驶员进行支持。根据该实施例的驾驶支持任务包括自适应巡航控制任务和预碰撞任务。自适应巡航控制任务对车辆V的速度进行自动控制，以使车辆与该车辆前面的前方车辆之间的距离保持在目标距离；驾驶员可以使用目标距离设置开关对该目标距离进行设置。例如，对驾驶支持E⑶10进行编程，以便在巡航控制开关为开启(ON)的情况下，协作发动机ECU 12b来执行自适应巡航控制任务。对驾驶支持ECU 10进行编程，以便当关闭巡航控制开关，或者驾驶员踩下刹车踏板或者离合器踏板时，取消自适应巡航控制任务。当车辆与该车辆V前面的前方车辆之间的距离等于或者小于预先设置的门限距离时，预碰撞任务对警告蜂鸣器和监视器进行控制，以向车辆V的驾驶员提供可听和/或可视的警告，对制动器进行控制以对车辆V施加完全的刹车，和/或收紧安全带。例如，对驾驶支持E⑶10进行编程，以便协作制动器E⑶12a和安全带E⑶12c来执行预碰撞任务。接着，下文将描述雷达设备30的结构的示例。例如，将雷达设备30设计成FM-CW毫米波雷达设备。参见图1，雷达设备30包括振荡器31、放大器32、分配器34、发射天线36和接收天线模块(天线阵)40。例如，振荡器31用于基于三角调制电压信号，生成毫米高频信号。毫米高频信号是频率调制成具有随时间在上升段中增加，随时间在下降段中减少的频率；上升段和下降段组成毫米高频信号的一个调制周期。也就是说，将毫米高频信号设计成正和负线性调频信号。放大器32用于对振荡器31所生成的毫米高频信号进行放大。分配器34用于按照功率将放大器32放大的毫米高频信号分发到正和负线性调频的发射信号Ss (参见图3)和本地信号Ls。
发射天线36用于基于发射信号Ss，在车辆V的前面发射正和负线性调频的毫米无线波。接收天线模块40由N付天线3%到39n(N是等于或者大于2的整数)组成。天线39:到39N排列成一行，也就是说，例如与车辆V的宽度(水平)方向平行。将信道CH1到CHn分别分配给天线3%到39n。此外，雷达设备30还包括接收开关41、放大器42、混频器43、滤波器44、A/D (模数)变换器45和信号处理器(处理器)46。接收天线模块40、接收开关41、放大器42、混频器43、滤波器44和A/D变换器45构成雷达设备30的接收系统RSl。接收开关41用于根据从信号处理器46提供的选择控制信号，从例如第一信道CH1到第N信道CHn中选择天线3%到39N (信道CH1到CHn)中的一个，以便向放大器23连续地提供从各个选定的信道CH1到CHn中发送的接收信号Sr。这些接收信号Sr是基于各个选定的信道CH1到CHnK接收的到达回波来生成的。也就是说，接收开关41用于根据从信号 处理器46提供的选择控制信号，来切换要选择的接收信道。放大器42用于对从信道CH1到CHn中的一个提供的接收信号Sr进行放大。混频器43用于将与选定的信道相对应的放大的接收信号与分配的本地信号L进行混频，以生成差拍信号BT ;差拍信号BT包括与下面二者之间的频率差相等的频率分量与选定的信道相对应的放大的接收信号Sr和本地信号L。滤波器44用于从差拍信号BT中消除不期望的信号分量。A/D变换器45用于将从滤波器44输出的滤波后的差拍信号BT的值采样成数字采样数据(数字采样值)，并将该采样的数据输出到信号处理器46。应当注意，A/D变换器45可以安装在信号处理器46中。信号处理器46用于基于每一个信道的差拍信号BT的采样数据来执行目标识别任务，因此检测对从发射天线36发射的雷达波进行了反射的一个或多个目标，生成与检测的一个或多个目标相关联的目标信息。例如，信号处理器46包括基本由下面各项组成的普通微计算机CPU46a、存储介质46b和用于对各接收信道的差拍信号BT的采样后数据执行FFT (快速傅里叶变换)操作的诸如DSP (数字信号处理器)46c之类的处理器。信号处理器46通信耦接到振荡器11、开关41和驾驶支持ECU 10。信号处理器46的CPU 46a用于指示振荡器31生成毫米高频信号，指示振荡器31停止毫米高频信号的生成。具体而言，振荡器31生成的毫米高频信号由放大器32进行放大，其后输入到分配器34。毫米高频信号由分配器34进行分发，使得生成正和负线性调频的发射信号Ss和本地信号L。车辆V前面的发射天线36将正和负线性调频的发射信号Ss发射成正和负线性调频的毫米无线波。由至少一个目标基于发射的无线波反射的回波，作为到达回波返回到雷达设备30，并由天线(信道)CH1到CHn中的每一个接收成接收信号Sr。放大器42对于接收开关41当前选择的从信道Chi (i = 1，2，，或者N)输出的接收信号Sr进行放大，放大后的接收信号Sr提供给混频器43。在混频器43处，放大后的接收信号Sr与本地信号L进行混频，使得生成与所选定的信道Chi相对应的差拍信号BT。在滤波器44已经从其消除了不期望的信号分量之后，差拍信号BT由A/D变换器45采样成数字采样数据，其后，该采样数据由信号处理器46捕获。信号处理器46的CPU 46a循环地生成选择控制信号,该信号使接收开关41对于所有信道CH1到CHn的连续选择进行重复循环。在雷达设备30发射的雷达波的一个调制周期中，对于所有信道CH1到CHn的连续选择的循环重复预先设置的数(例如，512)。也就是说，在雷达设备30发射的雷达波的一个调制周期中，对于信道CH1到CHn中的每一个选择预先设置的次数(例如，512)。A/D变换器45与信道CH1到CHn的一个信道到另一个信道的每一次切换相同步，对差拍信号BT的值进行采样。结果，信号处理器46捕获每一个信道的差拍信号BT的采样后数据(采样值)，以存储在存储介质46b中。针对每一个信道的差拍信号BT的采样后数据包括上升段中的采样数据和下降段中的采样数据。接着，下文将参照图2来描述信号处理器46与DSP 46c协作执行目标识别任务。 具体而言，对CPU 46a进行设计，以便在每一个测量循环，发起存储在存储介质46b中的目标识别程序，使得CPU 46a根据目标识别程序来执行目标识别任务。图2中描绘的目标识别任务操作中的至少一些，可以由处理器46c执行,也可以由CPU 46a和DSP 46c执行。在目标识别任务的步骤SllO中，CPU 46a激活振荡器31，以便在步骤SllO中，通过车辆V前面的发射天线36发射正和负线性调频的毫米无线波。其后，在步骤S120，CPU46a捕获各信道CH1到CHn的差拍信号BT的采样数据(数字采样值)，在步骤S130，当已捕获了信道CH1到CHn中的每一个的差拍信号BT的必需数量的数字采样值时，使振荡器31无效以停止发射正和负线性调频的毫米无线波。接着，在步骤S140，CPU 46a在上升段和下降段的每一个中，对于每一个信道的差拍信号BT的数字采样值执行频谱分析(也就是说，FFT)，以在上升段和下降段的每一个中，获得针对每一个信道的差拍信号BT的功率谱。差拍信号BT的功率谱说明了差拍信号BT的频率分量的强度。在步骤S150，CPU 46a从每一个信道的功率谱中，提取上升段中具有强度的局部峰值的频率分量fbUl到fbum，以及下降段中具有强度的局部峰值的频率分量Ad1到fbdm。所提取的频率分量Au1到fbu ^P Ifbd1到fbdm中的每一个意味着存在其是相应到达回波的源的目标候选者；将所提取的频率分量fbUl到fbum和Ad1到fbdm称为“频率峰值”。应当注意，在步骤S140和S150中CPU 46a执行的操作服务成频率峰值估计模块(参见图2);可以将频率峰值估计模块设计成类似该实施例的编程逻辑模块、硬连接逻辑模块或者硬连接逻辑和编程逻辑混合模块。具体而言，在步骤S150中，CPU 46a计算各信道CH1到CHn的差拍信号BT的功率谱的算术平均。随后，CPU 46a根据功率谱的算术平均，提取上升段中强度大于预先设置的门限的频率分量，作为步骤S150中的频率峰值fbUl到fbum。也就是说，所提取的频率峰值€13111到€1311111中的每一个在强度上具有局部峰值。同样，CPU 46a根据功率谱的算术平均，提取下降段中强度大于预先设置的门限的频率分量，作为步骤S150中的频率峰值Ad1到fbdm。也就是说，所提取的频率峰值Ad1到fbdm中的每一个在强度上具有局部峰值。在步骤S150中的操作之后，在步骤S160，CPU 46a执行方位估计算法来估计到达回波的方向(方位)(换言之，来自相应目标候选者的到达回波相对于频率峰值作1!1到€1311111和Ad1到fbdm中的每一个的参考轴的角度)，并针对频率峰值fbUl到fbum和Ad1到fbdm中的每一个，估计来自该目标候选者的相应到达回波的接收功率。其后，在步骤S170，CPU 46a执行公知的“配对匹配”任务，以从频率峰值fbUl到Ad1到fbct中提取上升段中的频率峰值和下降段中的相应频率峰值对；每一对的频
率峰值都满足下面条件第一条件在于与每一对频率峰值相对应的到达回波之间的方向差位于预定的角范围之内。第二条件在于与每一对频率峰值相 对应的到达回波之间的接收功率的差位于预定的功率范围之内。也就是说，CPU 46a估计在步骤S170提取的频率峰值对中的每一个是否与同一目标候选者相对应，其中该同一目标候选者对于从雷达设备30发射的雷达波进行了反射。在步骤S170，CPU 46a在存储介质46b中登记该频率峰值对。下文将登记在存储介质46b中的频率峰值对称为“候选频率对”。在步骤S170中的操作之后，在步骤S180，CPU 46a计算雷达设备30和与候选频率对中的每一个相对应的目标候选者之间的距离和相对速度。例如，CPU 46a根据该实施例，在步骤S180中另外地执行下面操作。首先，CPU 46a从例如发动机ECU接收车辆V的当前速度，基于车辆V (雷达设备30)和目标候选者中的每一个之间的相对速度以及车辆V的速度，来计算目标候选者中的每一个的速度。接着，CPU46a基于每一个目标候选者的速度，来判断目标候选者中的每一个是静止目标还是移动目标。第三，CPU 46a在存储介质46b中生成表示下面参数的目标信息车辆V和每一个目标候选者之间的距离和相对速度；每一个目标候选者的速度；表示每一个目标候选者是静止目标还是移动目标的信息；在步骤S160中估计的每一个目标候选者的方位(方向)。接着，CPU 46a在存储介质46b中登记该目标信息，使得该目标信息与候选频率对中的相应一个相关。应当注意，如上所述，CPU 46a在每一个测量循环，重复地执行目标识别任务。因此，当目标识别任务在当前测量循环期间在存储介质46b中登记了目标信息时，在前一测量循环中获得的目标信息已登记在存储介质46b中。因此，在步骤S180中的操作之后，在步骤S190，CPU 46a基于与在当前测量循环中登记的每一个候选频率对相关的目标信息，以及与在前一测量循环中登记的每一个候选频率对相关的目标信息，来执行历史跟踪任务。步骤S190中的历史跟踪任务用于检测与同一目标候选者相对应的至少一个候选频率对。下文将在当前测量循环中登记的候选频率对称为“当前循环候选频率对”，下文将前一测量循环中登记的候选频率对称为“前一循环候选频率对”。具体而言，CPU 46a根据该实施例，在步骤190中执行下面操作。首先，CPU 46a获得当前循环候选频率对和前一循环候选频率对的所有组合；下文将这些组合中的每一个称为“组合频率对组”。接着，CPU 46a提取这些组合频率对组中的一个。随后，CPU 46a基于所提取的组合频率对组的前一循环候选频率对，获得与该前一循环候选频率对相对应的第一目标候选者的预测位置，其中第一目标候选者在当前测量循环中位于该位置处。此外，CPU 46a基于所提取的组合频率对组的前一循环候选频率对，获得第一目标候选者的预测速度，其中第一目标候选者在当前测量循环中按该速度移动。如何获得第一目标候选者的预测位置和预测速度是公知的。由于该原因，省略了对于其的详细描述。作为一种典型方法，CPU 46a使用卡尔曼(Kalman)滤波器(线性二次估计算法)来预测与前一循环候选频率对相对应的第一目标候选者的行为，并使用这些预测结果获得第一目标候选者的预测位置和预测速度。接着，CPU 46a基于所提取的组合频率对组的当前循环候选频率对，获得与所提取的组合频率对组的当前循环候选频率对相对应的第二目标候选者的位置和速度。其后，CPU46a计算第一目标候选者的预测位置和第二目标候选者的预测位置之间的第一绝对差值，以及第一目标候选者的预测速度和第二目标候选者的预测速度之间的第二绝对差值。接着，CPU 46a判断与预先设置的门限距离相比，第一绝对差值是否更短，与预先设置的上限相比，第二绝对差值是否更小。仅当确定与预先设置的门限距离相比，第一绝对差值更短，并且与预先设置的上限相比，第二绝对差值更小时，CPU 46a才确定第二目标候选者与第一目标候选者相同(换言之，确定对所提取的组合频率对组中的同一目标候选者的历史跟踪进行维持)。随后，CPU 46a将提取的组合频率对组的当前循环候选频率对的硬件或软件计数器的统计值，更新为I与所提取的组合频率对组的前一循环候选频率对的硬件或软件计数器的统计值之和的值。 否则，当确定第一绝对差值等于或大于预先设置的门限距离，或者第二绝对差值等于或高于预先设置的上限时，CPU 46a确定第二目标候选者与第一目标候选者不同(换言之，确定对提取的组合频率对组中的同一目标候选者的历史跟踪进行中断)。随后，CPU46a将提取的组合频率对组的当前循环候选频率对的计数器的统计值，维持为提取的组合频率对组的前一循环候选频率对的计数器的统计值。CPU 46a针对组合频率对组中的每一个，执行这些操作。 也就是说，根据该实施例的历史跟踪任务在于用于对相应的前一频率对的历史进行跟踪的当前循环候选频率对，接管前一循环候选频率对的信息(即，其是前一循环候选频率对的计数器的统计值)；用于中断相应的前一频率对的历史的当前循环候选频率对，维持前一循环候选频率对的计数器的统计值。如上所述，CPU 46a在每一测量循环，重复地执行目标识别任务。因此，当执行下一个测量循环中的目标识别任务时，将当前测量循环中针对一个组合频率对组的当前循环候选频率对的计数器，替代为前一测量循环中针对所述一个组合频率对组的前一循环候选频率对的计数器。因此，在执行了给定数量的目标识别任务之后，如果当前测量循环中一个组合频率对组的当前循环候选频率对的统计值，等于或高于预先设置的识别门限，则在步骤S200，CPU 46a识别当前循环候选频率对是否与实际目标相对应，并将其登记在存储介质46b中。在步骤S200之后，在步骤S210，如果至少一个当前循环候选频率对自从中断以来的过去时间位于预先设置的外推时段之内，则CPU 46a执行公知的外推法，以便在存储介质46b中连续地登记至少一个当前循环候选频率对(其中已确定所述至少一个当前循环候选频率对，中断步骤S190中的相应前一频率对的历史)。在步骤S210，如果至少一个当前循环候选频率对自从中断以来的过去时间超过预先设置的外推时段，则CPU 46a去除所述至少一个当前循环候选频率对的登记。由于目标识别任务中的外推法是公知的，因此省略针对其的另外描述。
在步骤S210之后，在步骤S220，CPU 46a向驾驶支持ECU 10输出在存储介质46b中登记的至少一个目标的目标信息。应当注意，在步骤S220中，与目标信息中包括的在存储介质46b中登记的来自至少一个目标的到达回波的到达方向，与在步骤S160中估计的来自相应的至少一个目标候选者的到达回波的到达方向相对应。结果，驾驶支持ECU 10基于从CPU 46a输出的目标信息,执行驾驶支持任务，以支持上面所描述的车辆V的驾驶员。在步骤S220中的操作之后，CPU 46a终止目标识别任务，等待下一个测量循环。接着，下文将参照图3来详细地描述CPU 46a在步骤S160中执行的基于方位估计算法的方位估计例程。在该实施例中，作为方位估计算法，使用MUSIC算法。当在目标识别任务的步骤S160中调用与方位估计算法相对应的方位估计例程时，CPU 46a选择频率峰值fbUl到fbum和fbdi到fbdm中的一个频率峰值；不对所选定的频率峰值进行下面的步骤S310中的方位估计例程里的操作。 接着，在步骤S320中，CPU 46a从所有信道CH1到CHn的差拍信号BT的功率谱中，提取所选定的频率峰值的信号分量，使所选定的信号分量成为一行，从而生成如下面式(I)所表示的接收向量Xi (k)Xi (k) = [X1(k), X2(k), . . . , Xi(k)]T (I)其中，T表示向量的转置，Xi(k) (i = 1，2， ，N)表示各信道CH1到CHn在时间k时的信号分量。应当注意，对于接收向量Xi(k)的生成来说，可以将多个空值(也就是说，零值)作为虚拟数据添加到接收向量Xi (k)中。接着，在步骤S330，CPU 46a基于所生成的接收向量Xi (k)，生成具有N行和N列的自相关矩阵Rxx (k)，其表示成下面式(2):Rxx (k) = Xi (k)XiH(k)(2)其中，H表示复共轭的转置。接着，在步骤S340，CPU 46a获得自相关矩阵Rxx的N个特征值…，入N，使得它们满足式“ X1彡X/，并计算与各个特征值…，Xn相对应的特
征向量E1, E2,…，En。接着，在步骤S350，CPU 46a估计特征值A1, A2,…，^中等于或者小于预定的门限Th的特征值的数量，作为信道CH1到CHn所接收的至少一个到达回波的数量L ;将L规定为小于数量N。由于用于估计至少一个到达回波的数量L的各种方法是公知的，因此在该实施例中，省略了如何估计至少一个到达回波的数量L的详细描述。例如，根据该实施例的CPU 46a使用这些方法中的一个示例，将与热噪声功率相对应的值规定为门限Th。接着，在步骤S360中，CPU 46a根据下面式(3)来规定噪声向量Enq，后者包括与(N-L)个特征值\+1，Al+2,…，相对应的特征向量&，&，…，，其中这(N-L)个特征值的数值等于或者小于门限Th Eno — (eL+1，eL+2， ，sL+N)(3)当将关于方位参数0的天线阵(天线模块)40的复响应向量，规定为控制向量a( 9 )时，建立下面的式(3a)aH ( 0 ) En = 0(3a)
应当注意，方位参数0表示到达回波相对于与天线模块40的接收表面正交的轴的入射角。当控制向量a(e)针对于到达回波的方位时，式(3a)表示噪声特征向量Eito与控制向量a(0)正交。在步骤S360中，CPU 46a根据式(3a)推导MUSIC谱，后者规定为由下面式(4)给出的“性能函数Pm(e)”
权利要求
1.一种雷达设备，包括 发射雷达波的发射机，所述雷达波的频率是调制成具有随时间在上升段中增加且随时间在下降段中减少的频率，所述上升段和所述下降段组成所述雷达波的一个调制周期； 包括多付接收天线的接收机，所述多付接收天线中的每一付接收至少一个到达回波，作为接收信号，所述接收机被配置为基于所述多付接收天线的所述接收信号和具有与所发射的雷达波的频率相同的频率的本地信号，输出针对所述多付接收天线的每一付的差拍信号; 频率峰值提取模块，用于在所述上升段和所述下降段中的每一个里，对针对所述多付接收天线的每一付的差拍信号执行频谱分析，以便从针对每一付天线的所述频谱分析的结果中提取所述上升段中的第一频率分量和所述下降段中的第二频率分量，所述第一频率分量中的每一个的强度在所述上升段中具有局部峰值，所述第二频率分量中的每一个的强度在所述下降段中具有局部峰值；以及 方位估计模块用于 针对所述第一频率分量和所述第二频率分量中的每一个，产生各天线的接收信号的自相关矩阵； 针对所述第一频率分量和所述第二频率分量中的每一个，基于所述自相关矩阵的特征值，估计所述至少一个到达回波的数量； 针对所述第一频率分量和所述第二频率分量中的每一个，估计所述至少一个到达回波的到达方位和所述至少一个到达回波的接收功率作为到达功率； 当所述至少一个到达回波是多个并且所述多个到达回波中的相邻到达回波的一个的到达方位和相邻到达回波的另一个的到达方位之间的角范围等于或者小于所述多付接收天线的预定方位分辨率时，针对所述第一频率分量和所述第二频率分量中的每一个，估计虚拟方位和虚拟功率，其中所述虚拟方位位于所述多个到达回波中的相邻到达回波的一个的到达方位和相邻到达回波的另一个的到达方位之间的角范围之内，所述虚拟功率是来自所述虚拟方位的虚拟到达回波的接收功率；以及 针对所述第一频率分量和所述第二频率分量中的每一个，产生方位信息，所述方位信息包括针对所述第一频率分量和所述第二频率分量中的每一个的至少一个到达回波的到达方位和到达功率、虚拟方位和虚拟功率。
2.根据权利要求I所述的雷达设备，还包括 匹配模块，用于判断针对所述第一频率分量的每一个的方位信息是否与针对所述第二频率分量的每一个的方位信息相匹配，以基于所述匹配的结果，提取所述第一频率分量中的一个和所述第二频率分量中的一个的至少一个频率分量对；以及 目标信息生成模块，用于基于所述至少一个频率分量对，计算所述雷达设备和目标之间的距离和相对速度，并且生成针对所述至少一个频率分量对的目标信息，其中，所述目标与所述至少一个频率分量对相对应且对所述雷达波进行了反射，所述目标信息包括下面中的至少一个所述雷达设备和所述目标之间的距离、所述雷达设备和所述目标之间的相对速度、与所述至少一个频率分量对相对应的目标的方位。
3.根据权利要求I所述的雷达设备，其中，所述方位估计模块被配置为将所述多个到达回波中的相邻到达回波的一个的到达方位和相邻到达回波的另一个的到达方位之间的中间方位估计为所述虚拟方位。
4.根据权利要求2所述的雷达设备，其中，所述方位估计模块被配置为将所述多个到达回波中的相邻到达回波的一个的到达方位和相邻到达回波的另一个的到达方位之间的中间方位估计为所述虚拟方位。
5.根据权利要求I所述的雷达设备，其中，所述多付接收天线具有接收波束模式，所述方位估计模块被配置为当所述多付接收天线的接收波束模式朝向所述虚拟方位时，将所述接收机接收的功率获得为所述虚拟功率。
6.根据权利要求2所述的雷达设备，其中，所述多付接收天线具有接收波束模式，所述方位估计模块被配置为当所述多付接收天线的接收波束模式朝向所述虚拟方位时，将所述接收机接收的功率获得为所述虚拟功率。
7.根据权利要求I所述的雷达设备，其中，所述方位估计模块被配置为针对所述第一频率分量和所述第二频率分量的每一个，使用MUSIC算法和ESPRIT算法中的一种来估计所述至少一个到达回波的到达方位和到达功率。
8.根据权利要求2所述的雷达设备，其中，所述方位估计模块被配置为针对所述第一频率分量和所述第二频率分量的每一个，使用MUSIC算法和ESPRIT算法中的一种来估计所述至少一个到达回波的到达方位和到达功率。
全文摘要
一种用于检测目标方位的雷达设备。在雷达设备中，当存在多个到达回波，并且在多个到达回波中的相邻到达回波的一个的到达方位和相邻到达回波的另一个的到达方位之间的角范围等于或者小于多付接收天线的预定方位分辨率时，方位估计模块针对第一频率分量和第二频率分量中的每一个，估计虚拟方位和虚拟功率。该虚拟方位位于所述多个到达回波中的相邻到达回波的一个的到达方位和相邻到达回波的另一个的到达方位之间的角范围之内，虚拟功率是来自该虚拟方位的虚拟到达回波的接收功率。
文档编号G01S7/28GK102749617SQ20121011878
公开日2012年10月24日 申请日期2012年4月20日 优先权日2011年4月21日
发明者松冈圭司, 清水耕司 申请人:株式会社电装