相位单脉冲雷达系统和目标检测方法
【专利摘要】一种相位单脉冲雷达系统，包括：发射天线，其发射传输信号；多个接收天线，其接收传输信号的反射波作为接收信号；目标方位检测单元，其基于所述多个接收天线接收到的接收信号的相位差来检测目标的方位；倒相判断单元，其判断：在所述接收信号的频谱的峰值频率附近，倒相是否发生于所述接收信号中的任何一个信号；以及检测对象排除单元，当所述倒相判断单元判断倒相发生时，所述检测对象排除单元不将基于相位差的方位用作目标方位。
【专利说明】相位单脉冲雷达系统和目标检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明大致涉及一种相位单脉冲雷达系统，以及一种目标检测方法。特别地，本发 明涉及一种适于基于分别由两个或多个接收天线接收的接收信号的相位差来检测目标的 方位的相位单脉冲雷达系统，以及目标检测方法。
【背景技术】
[0002] 这样的相位单脉冲雷达系统是已知的：其包括发射传输信号的传输天线、以及接 收由目标所反射的传输信号的反射波的两个或多个接收天线(参见，例如，日本专利申请公 开号2003-248054(JP2003-248054))。相位单脉冲雷达系统以所述两个或多个接收天 线接收传输信号的反射波，计算由所述两个或多个接收天线所接收到接收信号之间的相位 差，从而基于计算出的相位差来检测目标的方位。
[0003] 与此同时，当传输信号在同一目标的两个或多个不同反射点（例如，两个反射点） 处被反射时，每个接收天线从这些反射点接收反射波，作为接收信号。在这种情形中，由所 述两个或多个接收天线接收的各个接收信号是各个反射点的反射波的合成。如果来自各 接收点的反射波被转换为低频差拍信号，该低频差拍信号随后接受经过快速傅里叶变换 (FFT)，则在各频谱内反射波的差拍信号的信号幅值到达最大值时的峰值频率是彼此各异 的。
[0004] 当从雷达系统到各反射点之间的距离等于或小于雷达系统的距离分辨率时，来自 各反射点的反射波的差拍信号的幅值的频谱区域彼此重叠。在这种情形中，难以将来自两 个或多个反射点的反射波的差拍信号彼此区分开来。即，看起来来自于接收天线侧的反射 波似乎是从两个或多个反射点之间的一个中点反射或传输来的。
[0005] 然而，在反射点与雷达系统（即，接收天线）之间的距离改变时，来自两个或多个反 射点的反射波可能会相互干扰；在这种情形中，由于反射波的干扰，看起来来自于接收天线 侧的反射波似乎是从方位与两个或多个反射点之间的中点的方位有极大不同的点反射或 传输来的。在这种情形中，目标的位置可能会错检，而无法正确地进行后续操作。
【发明内容】
[0006] 本发明提供了一种相位单脉冲雷达系统和一种目标检测方法，其确保对目标方位 的检测有改善的准确度。
[0007] 根据本发明第一方面的相位单脉冲雷达系统包括：发射天线，其发射传输信号； 多个接收天线，其接收传输信号的反射波作为接收信号；目标方位检测部分，其基于所述多 个接收天线接收到的接收信号的相位差来检测目标的方位；倒相判断部分，其判断在所述 接收信号的频谱的峰值频率附近，倒相是否发生于所述接收信号中的任何一个信号；以及 检测对象排除部分，当所述倒相判断部分判断倒相发生时，所述检测对象排除部分不将基 于相位差的方位用作目标方位。
[0008] 根据本发明第二方面的相位单脉冲雷达系统包括：发射部分，其发射传输信号； 多个接收部分，其分别接收反射波作为接收信号，所述反射波包括从目标反射回来的所述 传输信号；差拍信号生成部分，其从所述接收信号生成差拍信号；频谱生成部分，其从所述 差拍信号生成多个频谱；方位检测部分，其基于所述多个频谱之间的相位差来检测目标的 方位；以及倒相判断部分，其判断：在预定频率范围内，倒相是否发生于所述接收信号中的 任何一个信号，所述预定频率范围包括所述接收信号的幅值达到对应频谱中的最大值时的 频率。在相位单脉冲雷达系统中，当所述倒相判断部分判断倒相发生时，所述方位检测部分 不使用所述相位差来检测目标的方位。
[0009] 根据本发明第三方面的目标检测方法包括以下步骤：发射传输信号；接收反射波 作为接收信号，所述反射波包括从目标反射回来的所述传输信号；从所述接收信号生成差 拍信号；从所述差拍信号生成多个频谱；基于所述多个频谱之间的相位差，检测目标的方 位；并且判断在一预定频率范围内倒相是否发生于所述接收信号中的任何一个信号，所述 预定频率范围包括所述接收信号的幅值达到对应频谱中的最大值时的频率。在该方法中， 当判断倒相发生于所述接收信号中的任何一个信号时，所述相位差不被用于检测目标的方 位。
[0010]根据本发明的上述方面，可提高对目标的方位进行检测的精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0011] 以下将结合附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点、技术和工业意义，其中 相似的附图标记指代相似元件，其中： 图1是根据本发明第一实施例的相位单脉冲雷达系统的框图； 图2A是展示在图1的实施例的相位单脉冲雷达系统的检测过程中相位差与方位的关 系的图不； 图2B是在图1的实施例的单相位雷达系统的检测过程中相位差的矢量图； 图3是用于解释相位单脉冲雷达系统中的方位检测中误差产生的图示； 图4是展示在对传输信号进行反射的目标上存在两个反射点的情形中，通过从各个反 射点接收反射波而获得的接收信号的差拍信号的振幅和相位，以及来自各反射点的接收信 号合成所至的合成波的振幅和相位； 图5是展示本实施例的相位单脉冲雷达系统执行的控制例程的一个例子的流程图； 图6A是展示当接收信号的峰值频率附近没有产生倒相时，相对于所述频率、在两个接 收天线之间、接收信号的相位差的变化的图示，来自各反射点的反射波被合成到所述接收 信号中； 图6B是展示当接收信号的峰值频率附近发生倒相时、相对于频率的相位差的变化的 图示； 图7A是展示作为比较系统的相位单脉冲雷达系统获得的目标方位检测的结果的图 示； 图7B是展示图1的实施例的相位单脉冲雷达系统获得的目标方位检测的结果的图 示； 图8是根据本发明第二实施例的相位单脉冲雷达系统的框图； 图9A是展示当接收信号的峰值附近处没有倒相发生时，相对于峰值频率附近的频率， 来自各个反射点的反射波合成所至的、并由接收天线接收的接收信号的相位的差异的矢量 图； 图9B是展示当接收信号的峰值频率附近发生倒相时，相对于所述频率、接收信号的相 位差异的相位图。
【具体实施方式】
[0012] 以下将结合附图，描述作为相位单脉冲雷达系统形式的本发明的具体实施例。
[0013] [第一实施例] 图1是作为本发明第一实施例的相位单脉冲雷达系统10的框图。本发明的相位单脉 冲雷达系统10安装在例如车辆上，并可操作以检测车辆与车辆周围(例如，位于车辆前方、 后方或侧方）存在的对象（目标）之间的距离，以及对象的方位(角度）Θ。所述相位单脉冲 雷达系统10应用于例如FM-CW型毫米波雷达系统，其检测目标相对于车辆的位置(距离和 方位)。
[0014] 如图1所示，相位单脉冲雷达系统10包括发射传输信号的发射天线12,以及接收 所述传输信号的反射波作为接收信号的两个接收天线14-1，14-2。信号产生电路18通过 振荡器16连接至传输天线12。所述信号产生电路18控制振荡器16,以产生想要的传输信 号，并使由此产生的传输信号从发射天线12中发射出去。传输信号从发射天线12发射至 车辆周围给定区域内。如果在车辆周围的给定检测区域中存在着目标，则从发射天线12发 射的传输信号被所述目标反射，并返回至相位单脉冲雷达系统10。
[0015] 相位单脉冲雷达系统10包括两个接收天线14-1，14-2。如果从发射天线12发射 的传输信号被目标反射，则反射波作为接收信号被两个接收天线14-1，14-2接收。
[0016] 高频（RF)电路20-1连接至接收天线14-1，高频（RF)电路20-2连接至接收天线 14-2。每个高频电路20-1，20-2使用传输信号将接收天线14-1，14-2中的相应的一个接收 的接收信号转换为低频差拍信号。一个FFT操作单元(信号分析单元）22-1连接至高频电 路20-1，一个FFT操作单元22-2连接至高频电路20-2。每个FFT操作单元22-1，22-2对 来自高频电路20-1，20-2中的相应的一个电路的差拍信号进行FFT(快速傅里叶变换)。利 用对差拍信号进行的FFT，产生频谱，所述频谱表示相对于频率的、差拍信号的振幅|u|和 相位Zu。
[0017] 目标检测单元24连接至FFT操作单元22-1，22-2。该目标检测单元24具有峰值 检测单元26和相位差检测单元28。所述峰值检测单元26的输入是表示振幅|u|相对于频 率的频谱数据，该数据是由各个FFT操作单元22-1，22-2获得的。所述峰值检测单元26基 于接收天线14-1，14-2接收的接收信号的频谱数据，检测接收天线14-1，14-2接收的各接 收信号的差拍信号的相对于频率的振幅|u|，并计算振幅|u|达到其最大值时的频率(峰值 频率)。
[0018] 相位差检测单元28的输入是表示相对于频率的相位ZU的频谱数据，该数据是由 各个操作单元22-1，22-2获得的。所述相位差检测单元28基于针对接收天线14-1，14-2 接收的各接收信号的频谱数据，接收计算接收天线14-1，14-2接收的各接收信号的差拍信 号的相位差Λφ。
[0019]目标检测单元24基于接收天线14-1，14-2接收的接收信号的差拍信号的峰值频 率，检测车辆与目标的距离，并基于接收天线14-1，14-2接收的各接收信号的差拍信号的 相位差△Φ，检测车辆周围存在的目标的方位(角）。
[0020] 目标检测单元24还包括连接至峰值检测单元26和相位差检测单元28的倒相检 测单元30。所述倒相检测单元30的输入是接收天线14-1，14-2处的接收信号的峰值频率数 据，和这些接收信号的相位差△Φ数据。该倒相检测单元30基于峰值频率和相位差Λφ， 判断倒相是否在峰值频率附近处发生于两个接收信号中的任何一个信号。
[0021] 图2Α和图2Β是用于解释本实施例的相位单脉冲雷达系统10进行的方位检测操 作的图示。图2Α展示了两个接收天线14-1，14-2之间的相位差Λφ，以及方位Θ。图2Β 是两个接收天线14-1，14-2之间的接收相位差Λφ的矢量图。
[0022] 接收天线14-1，14-2处的两个差拍信号的相位差Λφ由下式（1)表示。在式（1) 中，λ是无线电波的波长，d是接收天线14-1，14-2之间的距离：
【权利要求】
1. 相位单脉冲雷达系统，包括： 发射天线，其发射传输信号； 多个接收天线，其接收传输信号的反射波作为接收信号； 目标方位检测部分，其基于所述多个接收天线接收到的接收信号的相位差来检测目标 的方位； 倒相判断部分，其判断：在所述接收信号的频谱的峰值频率附近，倒相是否发生于所述 接收信号中的任何一个信号；以及 检测对象排除部分，当所述倒相判断部分判断倒相发生时，所述检测对象排除部分不 将基于相位差的方位用作目标方位。
2. 根据权利要求1所述的相位单脉冲雷达系统，其特征在于，当所述峰值频率附近的 相位差的变化量等于或大于一预定值时，所述倒相判断部分判断倒相发生。
3. 根据权利要求2所述的相位单脉冲雷达系统，其特征在于，当所述峰值频率附近一 预定频率范围内的相位差的最大值与最小值之间的差值等于或大于所述预定值时，所述倒 相判断部分判断倒相发生。
4. 根据权利要求1所述的相位单脉冲雷达系统，其特征在于，当所述接收天线之间、在 所述峰值频率附近的一预定频率范围内、各接收天线接收到的接收信号中的相位变化的积 分值的差值等于或大于一预定值时，所述倒相判断部分判断倒相发生。
5. 根据权利要求1到4中任一项所述的相位单脉冲雷达系统，其特征在于，当所述倒相 判断部分判断倒相发生时，所述检测对象排除部分排除所述多个接收天线从对象处接收到 的接收信号，其中，所述目标方位检测部分基于所述对象来检测所述目标的方位。
6. 根据权利要求1到5中任一项所述的相位单脉冲雷达系统，其特征在于，所述相位单 脉冲雷达系统进一步包括目标距离检测部分，该目标距离检测部分用于基于所述峰值频率 来检测从所述系统到所述目标的距离。
7. 相位单脉冲雷达系统，包括： 发射部分，其发射传输信号； 多个接收部分，其分别接收反射波作为接收信号，所述反射波包括从目标反射回来的 所述传输信号； 差拍信号生成部分，其从所述接收信号生成差拍信号； 频谱生成部分，其从所述差拍信号生成多个频谱； 方位检测部分，其基于所述多个频谱之间的相位差来检测目标的方位；以及 倒相判断部分，其判断：在预定频率范围内，倒相是否发生于所述接收信号中的任何一 个信号，所述预定频率范围包括所述接收信号的幅值达到对应频谱中的最大值时的频率， 其中 当所述倒相判断部分判断倒相发生时，所述方位检测部分不使用所述相位差来检测目 标的方位。
8. 目标检测方法，包括： 发射传输信号； 接收反射波作为接收信号，所述反射波包括从目标反射回来的所述传输信号； 从所述接收信号生成差拍信号； 从所述差拍信号生成多个频谱； 基于所述多个频谱之间的相位差，检测目标的方位；并且 判断在一预定频率范围内倒相是否发生于所述接收信号中的任何一个信号，所述预定 频率范围包括所述接收信号的幅值达到对应频谱中的最大值时的频率，其中当判断倒相发 生于所述接收信号中的任何一个信号时，所述相位差不被用于检测目标的方位。
【文档编号】G01S13/44GK104380135SQ201380018843
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2013年4月2日 优先权日:2012年4月4日
【发明者】佐藤洋, 柳内昭宏, 永宫清美, 西田一道, 山田隆志, 小川胜 申请人:丰田自动车株式会社