车辆用雷达设备及去除其重影的方法与流程

文档序号：11580222阅读：722来源：国知局

本发明涉及车辆用雷达设备以及去除该车辆用雷达设备的重影的方法，更具体地讲，涉及一种基于通过线性地和相等地间隔开的接收天线以及不相等地间隔开的接收天线接收的接收信号来确定栅瓣重影从而去除重影的雷达设备和方法。

背景技术：

近来，使用基于雷达的驾驶员安全系统来防止车辆的碰撞并且用于安全驾驶已逐渐普及。驾驶员安全系统应该高精度地测量驾驶员安全系统所需的诸如各个目标的距离和速度的信息，尽管存在多个目标。

通常，由于在车辆中安装雷达设备的空间有限，驾驶员安全系统中所使用的车辆用雷达设备使用相控阵列天线技术。

在相控阵列天线中，数字波束成形和角度估计方法使用这样的方法，其利用根据接收天线和目标所形成的角度而不同的各个信道的相位。

然而，当接收天线之间的间隔高于半波长时，目标的角度可根据相位的重复而不确定。因此，如图1所示，除了角度估计之外，fov之外的目标具有等于fov中的目标的增益以及与fov中的目标相似的角功率谱(aps)形式，因此fov之外的目标被检测为重影目标。这被称作栅瓣重影。

在车辆用雷达设备中，如图2所示的栅瓣重影可导致驾驶期间的目标感测中的误差。

尽管根据发送天线和接收天线的方向性，fov中的目标的接收功率不同于fov之外的目标的接收功率，对于现有车辆用雷达设备而言确定栅瓣重影不容易，因为道路上存在从行人到卡车的具有各种rcs的目标。

现有车辆用雷达设备具有诸如由fov之外的杂波引起的snr降低以及角分辨率性能降低的问题，因为在波束成形的情况下当天线的间隔变窄以接近半波长以便去除栅瓣重影时主波束变宽。

[引用列表]

[专利文献]

(专利引用1)韩国专利公布2014-0142014(2014.12.11)“雷达设备和天线设备”

技术实现要素：

本发明的一方面在于提供一种车辆用雷达设备以及去除该车辆用雷达设备的重影的方法，其能够基于通过线性地和相等地间隔开的接收天线以及不相等地间隔开的接收天线接收的接收信号确定栅瓣重影来去除重影。

根据本发明的一方面，提供了一种车辆用雷达设备，该车辆用雷达设备通过包括设置在基板上的多个发送天线和多个接收天线来感测位于车辆前面的目标并且另外包括具有与基板上的所述多个接收天线之间的间隔不同的间隔的接收天线，该车辆用雷达设备包括：发送单元，其被配置为通过所述多个发送天线向车辆的前面发送预定发送信号；接收单元，其被配置为通过所述多个接收天线和另外包括的接收天线来接收从由发送单元发送并且被位于车辆前面的目标反射并返回的发送信号生成的接收信号；以及信号处理单元，其被配置为利用通过经由所述多个接收天线接收的接收信号和经由另外包括的接收天线接收的接收信号相加的数字波束成形结果获得的增益差来去除栅瓣重影。

根据本发明的一方面，提供了一种车辆用雷达设备，该车辆用雷达设备利用包括至少一个长距离发送天线和至少一个短距离发送天线的发送天线以及包括多个长距离接收天线和多个短距离接收天线的接收天线来感测位于车辆前面的目标，该车辆用雷达设备包括：发送单元，其被配置为通过发送天线向车辆的前面发送预定发送信号；接收单元，其被配置为通过接收天线来接收从由发送单元发送并且被位于车辆前面的目标反射并返回的发送信号生成的接收信号；以及信号处理单元，其被配置为利用通过经由接收天线中的所述多个长距离接收天线接收的接收信号和经由按照与所述多个长距离接收天线之间的间隔不同的间隔设置的所述多个短距离接收天线当中的一个短距离接收天线接收的接收信号相加的数字波束成形结果获得的增益差来去除栅瓣重影。

根据本发明的一方面，提供了一种车辆用雷达设备，该车辆用雷达设备通过包括设置在基板上的多个发送天线和多个接收天线来感测位于车辆前面的目标并且另外包括具有与基板上的所述多个接收天线之间的间隔不同的间隔的接收天线，该车辆用雷达设备包括：发送单元，其被配置为通过所述多个发送天线向车辆的前面发送预定发送信号；接收单元，其被配置为通过所述多个接收天线和另外包括的接收天线来接收从由发送单元发送并且被位于车辆前面的目标反射并返回的发送信号生成的接收信号；以及信号处理单元，其被配置为去除利用基于通过所述多个接收天线接收的接收信号和通过另外包括的接收天线接收的接收信号生成的角功率谱(aps)的宽度以及预定基准宽度确定的栅瓣重影。

根据本发明的一方面，提供了一种车辆用雷达设备，该车辆用雷达设备利用包括至少一个长距离发送天线和至少一个短距离发送天线的发送天线以及包括多个长距离接收天线和多个短距离接收天线的接收天线来感测位于车辆前面的目标，该车辆用雷达设备包括：发送单元，其被配置为通过发送天线向车辆的前面发送预定发送信号；接收单元，其被配置为通过接收天线来接收从由发送单元发送并且被位于车辆前面的目标反射并返回的发送信号生成的接收信号；以及信号处理单元，其被配置为去除利用角功率谱(aps)的宽度以及预定基准宽度确定的栅瓣重影，所述aps是基于通过接收天线中的所述多个长距离接收天线接收的接收信号以及通过按照与所述多个长距离接收天线之间的间隔不同的间隔设置的所述多个短距离接收天线当中的一个短距离接收天线接收的接收信号来生成的。

根据本发明的一方面，提供了一种去除车辆用雷达设备的重影的方法，该车辆用雷达设备通过包括设置在基板上的多个发送天线和多个接收天线来感测位于车辆前面的目标并且另外包括具有与基板上的所述多个接收天线之间的间隔不同的间隔的接收天线，该方法包括以下步骤：通过所述多个发送天线向车辆的前面发送预定发送信号；通过所述多个接收天线和另外包括的接收天线来接收从由发送单元发送并且被位于车辆前面的目标反射并返回的发送信号生成的接收信号；以及利用通过经由所述多个接收天线接收的接收信号和经由另外包括的接收天线接收的接收信号相加的数字波束成形结果获得的增益差来去除栅瓣重影。

根据本发明的一方面，提供了一种去除车辆用雷达设备的重影的方法，该车辆用雷达设备利用包括至少一个长距离发送天线和至少一个短距离发送天线的发送天线以及包括多个长距离接收天线和多个短距离接收天线的接收天线来感测位于车辆前面的目标，该方法包括以下步骤：通过发送天线向车辆的前面发送预定发送信号；通过接收天线来接收从由发送单元发送并且被位于车辆前面的目标反射并返回的发送信号生成的接收信号；以及利用通过经由接收天线中的所述多个长距离接收天线接收的接收信号和经由按照与所述多个长距离接收天线的间隔不同的间隔设置的所述多个短距离接收天线当中的一个短距离接收天线接收的接收信号相加的数字波束成形结果获得的增益差来去除栅瓣重影。

根据本发明的一方面，提供了一种去除车辆用雷达设备的重影的方法，该车辆用雷达设备通过包括设置在基板上的多个发送天线和多个接收天线来感测位于车辆前面的目标并且另外包括具有与基板上的所述多个接收天线之间的间隔不同的间隔的接收天线，该方法包括以下步骤：通过所述多个发送天线向车辆的前面发送预定发送信号；通过所述多个接收天线和另外包括的接收天线来接收从由发送单元发送并且被位于车辆前面的目标反射并返回的发送信号生成的接收信号；以及去除利用基于通过所述多个接收天线接收的接收信号和通过另外包括的接收天线接收的接收信号生成的角功率谱(aps)的宽度以及预定基准宽度确定的栅瓣重影。

根据本发明的一方面，提供了一种去除车辆用雷达设备的重影的方法，该车辆用雷达设备利用包括至少一个长距离发送天线和至少一个短距离发送天线的发送天线以及包括多个长距离接收天线和多个短距离接收天线的接收天线来感测位于车辆前面的目标，该方法包括以下步骤：通过发送天线向车辆的前面发送预定发送信号；通过接收天线来接收从由发送单元发送并且被位于车辆前面的目标反射并返回的发送信号生成的接收信号；以及去除利用角功率谱(aps)的宽度以及预定基准宽度确定的栅瓣重影，所述aps是基于通过接收天线中的所述多个长距离接收天线接收的接收信号以及通过按照与所述多个长距离接收天线之间的间隔不同的间隔设置的所述多个短距离接收天线当中的一个短距离接收天线接收的接收信号来生成的。

根据本方面，可通过基于通过线性地和相等地间隔开的接收天线以及不相等地间隔开的接收天线接收的接收信号确定栅瓣重影来去除重影。

另外，根据本方面，计算通过经由多个线性地和相等地间隔开的长距离接收天线接收的接收信号相加的数字波束成形结果获得的增益差、以及通过经由多个长距离接收天线以及按照与多个长距离接收天线之间的间隔不同的间隔设置的多个短距离接收天线当中的一个短距离接收天线接收的接收信号相加的数字波束成形结果获得的增益差，从而可确定真实fov中的目标是真实目标或栅瓣重影。因此，在车辆的恒定速度驾驶控制期间可防止由栅瓣重影目标导致的问题。

另外，根据本方面，可通过将本方面应用于在维持与前方车辆的适当距离的同时自主地驾驶的驾驶员便利设备(例如，scc)来确保自主车辆的驾驶安全。

附图说明

本发明的以上和其它目的、特征和优点将从以下结合附图进行的详细描述而更显而易见，附图中：

图1和图2是用于描述现有车辆用雷达设备的示图。

图3是用于描述根据示例性实施方式的车辆用雷达设备的框图。

图4是用于描述图3所示的信号处理单元的框图。

图5是用于描述根据另一示例性实施方式的去除车辆用雷达设备的重影的方法的流程图。

图6是用于描述根据另一示例性实施方式的去除车辆用雷达设备的重影的方法的流程图。

图7是示出设置在基板上的多个长距离接收天线和多个短距离接收天线的示图。

图8是示出从具有第一间隔的多个长距离接收天线接收的接收信号相加的数字波束成形结果的曲线图。

图9是示出从按照与多个长距离接收天线之间的第一间隔不同的间隔设置的多个短距离接收天线当中的设置在多个长距离接收天线的右端的一个短距离接收天线接收的接收信号相加的数字波束成形结果的曲线图。

图10是示出从多个长距离接收天线和一个短距离接收天线接收的接收信号相加的数字波束成形结果的曲线图。

图11是示出当目标被确定为真实目标时的角功率谱的曲线图。

图12是示出当目标被确定为栅瓣重影目标时的角功率谱的曲线图。

具体实施方式

以下，将参照附图详细描述本发明的示例性实施方式。

图3示出用于描述根据示例性实施方式的车辆用雷达设备的框图。图4示出用于描述图3所示的信号处理单元的框图。

参照图3，根据本发明的实施方式的车辆用雷达设备1可被安装在车辆的前面并且可感测位于车辆前面的目标。

车辆用雷达设备包括发送天线10、接收天线20、发送单元30、接收单元40和信号处理单元50。

发送天线10的数量为多个。发送天线10包括至少一个长距离发送天线和至少一个短距离发送天线。

发送单元30通过发送天线10发送预定发送信号。特别是，发送单元30生成要发送给车辆前面的对象的连续波发送信号，并且通过发送天线10发送所生成的连续波发送信号。这里，发送单元30可包括将数字信号转换为模拟信号的d/a转换器。

接收天线20使用包括多个元件天线的阵列天线。从各个元件天线接收的接收信号被传送至信号处理单元50。

接收单元40通过接收天线20来接收从被目标反射并返回的发送信号生成的接收信号。特别是，当连续波发送信号被反射并返回时，接收单元40接收返回的连续波反射信号。这里，接收单元40可包括将所接收的模拟信号转换为数字信号的a/d转换器。

接收天线20包括多个长距离接收天线和多个短距离接收天线。在本实施方式中，例如，描述了接收天线20使用四个长距离接收天线和四个短距离接收天线。

在阵列天线中，由于设计特性，生成旁瓣和栅瓣。这里，旁瓣是由远场的辐射图案形成的信号，被称作非主瓣的信号。栅瓣是特定形式的旁瓣的信号，并且具有周期性。另外，栅瓣的生成位置由阵列天线的天线间隔确定。

为了改进雷达设备的性能，当天线的间隔变宽时，栅瓣向中心区域移动。旁瓣的接收大小小于主瓣的接收大小。然而，栅瓣的接收大小等于主瓣的接收大小。因此，当不去除栅瓣时，可感测到重影目标。这里，重影目标实际上不存在，重影目标被称作在信号处理中检测并生成的误差。

在本示例性实施方式中为了去除栅瓣，增加具有与设置在基板(未示出)上的接收天线20的间隔不同的间隔的接收天线。另选地，如图7所示，使用按照与多个长距离接收天线的间隔不同的间隔设置的多个短距离接收天线当中的与所述多个长距离接收天线最相邻设置的一个短距离接收天线。

例如，如图7所示，多个长距离接收天线按照第一间隔设置，多个短距离接收天线按照不同于第一间隔的第二间隔设置在基板上。第二间隔小于第一间隔。所述多个长距离接收天线当中的设置在右端的长距离接收天线与多个短距离接收天线当中的设置在左端的短距离接收天线的间隔大于或小于第一间隔。例如，多个长距离接收天线当中的设置在右端的长距离接收天线与多个短距离接收天线当中的设置在左端的短距离接收天线的间隔可不为第一间隔的整数倍。

信号处理单元50可去除利用通过数字波束成形获得的增益差确定的栅瓣重影，在数字波束成形中，从设置在基板上的接收天线20以及具有与接收天线20的间隔不同的间隔的增加的接收天线接收的接收信号被相加，或者从多个长距离接收天线以及具有与所述多个长距离接收天线的间隔不同的间隔的多个短距离接收天线当中的与所述多个长距离接收天线最相邻的一个短距离接收天线接收的接收信号被相加。例如，信号处理单元50可通过针对通过从多个接收天线接收的接收信号相加的数字波束成形结果获得的角功率谱以及通过从多个接收天线和增加的接收天线接收的接收信号相加的数字波束成形结果获得的角功率谱的增益值被计算为等于或高于预定增益值的增益值的波瓣计算各个波瓣的增益差来利用各个波瓣的增益差去除栅瓣重影。

以下，描述了利用从按照第一间隔设置在基板上的多个长距离接收天线以及按照不同于所述多个长距离接收天线的间隔设置的多个短距离接收天线当中的与所述多个长距离接收天线最相邻的一个短距离接收天线(以下，称作“重影去除天线”)接收的接收信号来去除栅瓣重影。

另外，信号处理单元50可去除利用角功率谱的宽度确定的栅瓣重影，角功率谱指示基于通过接收天线20接收的接收信号当中的从多个长距离接收天线和重影去除天线接收的接收信号生成的目标的各个角度的增益，信号处理单元50甚至不使用上述增益差。

参照图4，信号处理单元50包括计算单元51、角度估计单元52和目标确定单元53。

信号处理单元50处理发送单元30的发送信号和接收单元40所接收的接收信号。即，信号处理单元50可通过处理从由发送单元30发送并且被反射并返回的发送信号生成的多个接收信号来估计多个距离，并且可将位于多个估计的距离当中的最近的距离的目标确定为真实目标。

计算单元51计算从接收单元40所接收的多个接收信号相加的数字波束成形结果获得的各个增益差。更具体地讲，从多个长距离接收天线接收的多个接收信号被相加，并且从接收单元40所接收的多个接收信号相加的数字波束成形结果获得增益差。更具体地讲，从多个长距离接收天线和重影去除天线接收的多个接收信号被相加。

另选地，计算单元51确定从接收自多个长距离接收天线的多个接收信号相加的数字波束成形结果获得的角功率谱中被计算为等于或高于预定增益值的增益值的多个波瓣，并且计算从接收自多个长距离接收天线和重影去除天线的多个接收信号相加的数字波束成形结果获得的角功率谱中多个确定的波瓣的增益差。如果对应波瓣是栅瓣重影，则增益差等于或高于基准差，如果对应波瓣是由目标导致的主瓣，则增益差被计算为“零”。

另外，计算单元51计算从多个长距离接收天线和重影去除天线相加的数字波束成形结果获得的第二增益差，即，在车辆前面感测到的目标之间的增益差。

此外，计算单元51计算通过基于接收自多个长距离接收天线和重影去除天线的接收信号估计目标的角度而生成的角功率谱(aps)的fov中的预定点之间的宽度。此时，所述预定点可以是与峰点间隔开预定间隔的点、等于峰点或者比峰点低10％或更小的点、或者距峰点-3db的点，但是本发明不限于此。

确定单元52确定由计算单元51计算的各个波瓣的增益差是否高于预定基准差，并且根据确定结果来确定车辆前面的目标是栅瓣重影还是真实目标。

更具体地讲，当所计算的各个波瓣的增益差高于预定基准差时，确定单元52确定位于车辆前面的对应波瓣的目标是栅瓣重影，当所计算的各个波瓣的增益差不高于预定基准差时，确定单元52确定位于车辆前面的对应波瓣的目标是真实目标。

作为确定单元52的结果，当目标是栅瓣重影时，重影去除单元53去除栅瓣峰以使得栅瓣重影目标不被感测到。

另外，确定单元52可通过由计算单元51将aps的特定波瓣宽度与预定基准宽度进行比较来确定对应的特定波瓣是否为栅瓣重影。更具体地讲，当aps的特定波瓣宽度高于预定基准宽度时，确定单元52确定对应的特定波瓣是栅瓣重影。或者，确定单元52确定对应的特定波瓣是真实目标。

当根据确定单元52的确定结果，对应的特定波瓣被确定为栅瓣重影时，重影去除单元53去除栅瓣峰以使得栅瓣重影目标不被选为追尾控制对象。

参照图5描述去除具有上述配置的车辆用雷达设备的重影的方法。

图5示出用于描述根据本发明的另一示例性实施方式的去除车辆用雷达设备的重影的方法的流程图。

参照图5，包括在车辆用雷达设备1中的发送单元30生成要发送给车辆前面的对象的发送信号(例如，连续波发送信号)，并且通过发送天线10发送所生成的发送信号(s11)。此时，例如，发送天线10包括一个长距离发送天线和一个短距离发送天线。

包括在车辆用雷达设备1中的接收单元40通过接收天线20接收从通过发送天线10发送并且被目标反射并返回的发送信号生成的接收信号(s13)。

此时，如上面的示例性实施方式中所述，例如，接收天线20包括按照第一间隔(例如，2λ)设置的四个长距离接收天线以及按照不同于第一间隔(例如，2λ)的第二间隔(例如，1.5λ)设置在四个长距离接收天线的右端的四个短距离接收天线。

包括在车辆用雷达设备1中的信号处理单元50计算通过接收自接收天线20(更具体地讲，多个线性地和相等地间隔开的长距离接收天线)的接收信号相加的波束成形结果获得的角功率谱(s15)。

图8是示出按照第一间隔设置的长距离接收天线的接收信号相加的数字波束成形结果的曲线图。通过数字波束成形结果获得的位于车辆前面的目标的所有增益被计算为0。这里，三个目标中的每一个的增益被计算为0。图8是通过数字波束成形结果获得的角功率谱。这里，被计算为等于或高于预定增益值的增益值的波瓣是0度、+30度和-30度的三个波瓣。但是，各个波瓣的增益相同，因此难以确定各个波瓣是主瓣还是栅瓣重影。

图9是示出从重影去除天线接收的接收信号相加的数字波束成形结果的曲线图。

图10示出从图8所示的多个长距离接收天线接收的接收信号以及从图9所示的重影去除天线接收的接收信号相加的数字波束成形结果。

信号处理单元50计算通过接收自接收天线20的接收信号相加的数字波束成形结果获得的角功率谱。更具体地讲，按照第一间隔设置的多个长距离接收天线和上述重影去除天线被相加(s17)。

信号处理单元50计算通过数字波束成形结果获得的位于车辆前面的目标之间的增益差。即，信号处理单元50利用图8和图10的角功率谱计算各个波瓣的增益差。这里，位于–30度处的目标的增益差被计算为约-2.499，位于0度处的目标的增益差被计算为约0，位于30度处的目标的增益差被计算为约-2.499。

接下来，信号处理单元50确定各个波瓣的增益差是否高于预定基准差(s19)。

作为步骤s19的结果，当所计算的增益差小于预定基准差时，信号处理单元50将对应波瓣角度的目标确定为真实目标(s22)。接下来，信号处理单元50控制车辆的运动以使得车辆在维持距所确定的真实目标的适当距离的同时自主地驾驶。

作为步骤s19的结果，当所计算的增益差高于预定基准差时，信号处理单元50将位于对应波瓣角度的车辆前面的目标确定为栅瓣重影(s21)。

信号处理单元50去除栅瓣峰(s23)。因此，信号处理单元50确定对应波瓣的前方目标是栅瓣重影目标，以使得前方目标不被选为追尾控制目标。

因此，可确定真实fov中的目标是真实目标还是栅瓣重影。因此，可在车辆的恒定速度驾驶控制期间防止由于栅瓣重影目标而生成的问题。

以下，参照图6来描述与图5的示例性实施方式的方法不同的方法中的去除重影的方法。

图6示出用于描述根据本发明的另一示例性实施方式的去除车辆用雷达设备的重影的方法的流程图。

参照图6，包括在车辆用雷达设备1中的发送单元30生成要发送给车辆前面的对象的发送信号(例如，连续波发送信号)，并且通过发送天线10发送所生成的发送信号(s51)。此时，例如，发送天线10包括一个长距离发送天线和一个短距离发送天线。

包括在车辆用雷达设备1中的接收单元40通过接收天线20接收从通过发送天线10发送并且被目标反射并返回的发送信号生成的接收信号(s53)。此时，如上面的示例性实施方式所述，例如，接收天线20包括按照第一间隔(例如，2λ)设置的四个长距离接收天线以及按照不同于第一间隔(例如，2λ)的第二间隔(例如，1.5λ)设置在四个长距离接收天线的右端的四个短距离接收天线。

包括在车辆用雷达设备1中的信号处理单元50通过接收自接收天线20的接收信号来生成角功率谱。更具体地讲，通过从按照第一间隔设置的多个长距离接收天线和重影去除天线接收的接收信号来生成角功率谱(s55)。在估计目标的角度的处理中生成角功率谱。

图11示出当目标被确定为真实目标时的角功率谱。图12示出当目标被确定为栅瓣重影目标时的角功率谱。

信号处理单元50计算所生成的角功率谱的fov中的预定点之间的宽度(s57)。

信号处理单元50确定所计算的宽度是否比预定基准宽度宽(s59)。

作为步骤s59的结果，当所计算的宽度比预定基准宽度窄时，信号处理单元50将位于对应波瓣角度处的前方目标确定为真实目标(s60)。

接下来，信号处理单元50控制车辆的运动以使得车辆在维持距所确定的真实目标的适当距离的同时自主地驾驶。

作为步骤s59的结果，当所计算的宽度比预定基准宽度宽时，信号处理单元50将位于对应波瓣角度处的前方目标确定为栅瓣重影(s61)。

信号处理单元50去除位于栅瓣角度处的栅瓣峰(s63)。因此，信号处理单元50确定位于栅瓣角度的前方目标是栅瓣重影目标，以使得前方目标不被选为追尾控制目标。

如上所述，可通过将角功率谱的fov中的预定点之间的宽度与预定基准宽度进行比较来确定位于各个波瓣的对应波瓣角度处的前方目标是真实目标还是栅瓣重影目标。因此，本发明可被应用于在维持与前方车辆的适当距离的同时自主地驾驶的驾驶员便利设备(例如，scc)，因此可确保自主车辆的驾驶安全。

本发明的范围应该通过所附的权利要求书来解释，应该理解，与权利要求书等同的范围内的所有技术精神属于本发明的范围。