角度分辨的fmcw雷达传感器的制造方法

文档序号:9583553阅读:623来源:国知局
角度分辨的fmcw雷达传感器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种尤其用于机动车的角度分辨的FMCW雷达传感器,所述FMCW雷达 传感器具有:多个天线元件,所述多个天线元件以雷达传感器角度分辨的方向布置在不同 的位置处并且构成至少三个发射阵列以及至少一个接收阵列;并且具有控制与分析处理装 置,所述控制与分析处理装置设计用于以下运行方式:在所述运行方式中所述至少三个发 射阵列周期地发射信号,所述信号的频率根据调制斜坡的序列来调制,在所述运行方式中 所发射的信号的雷达回波分别由至少一个接收阵列的多个天线元件接收并且根据雷达回 波之间的、相应于发射阵列和接收阵列的不同组合的振幅关系和/或相位关系来确定所定 位的对象的角度。
【背景技术】
[0002] 在机动车中,雷达传感器例如用于测量定位在自身车辆的前部区域中的车辆或者 其他对象的间距、相对速度和方位角。各个天线元件例如以彼此的间距地布置在水平上,从 而所定位的对象的不同方位角引起行进时长(LaufUinge>方面的差,雷达信号从对象至相 应的天线元件经过了所述行进时长。所述行进时长引起在信号的相位方面的相应的差,所 述信号由天线元件接收并且在所属的分析处理通道中被分析处理。通过将在不同通道中接 收的(复数的)振幅与天线图中的相应的振幅的均衡,则可以确定雷达信号的入射角并且 因此确定所定位的对象的方位角。
[0003] 为了达到高的角度分辨率,天线的孔径应当尽可能大。然而,当相邻的天线元件之 间的间距过大时,可能出现在角度测量方面的多义性,因为对于以波长λ的整数倍不同的 行进时长差得到所接收的信号之间的相同的相位关系,所述行进时长差。单义的角度测量 例如借助ULA(均匀线性阵列)结构实现,其中天线元件以间距λ/2地布置。然而在所述 情形中,天线元件的数量并且因此所需要的分析处理通道的数量随着孔径的增大也增大, 从而产生相应高的硬件成本。
[0004] 在ΜΜ0雷达(多输入/多输出)中,通过以下实现更大的角度分辨能力:不仅借 助多个接收天线元件运行而且借助多个发射天线元件运行,其中分析处理发射天线元件和 接收天线元件的不同组合,例如以时分复用或者可选择地也以频分复用或者码分复用。发 射天线元件的变化的位置则引起附加的相位差并且因此引起等同于以下信号的信号:所述 信号以一配置借助单个的发射天线元件和附加的(虚拟的)接收天线元件得到。通过这种 方式,虚拟地增大孔径并且因此改善角度分辨。
[0005] 在此,在尽可能高的角度分辨方面有利的是,虚拟天线阵列如此稀疏,使得各个天 线元件具有彼此相对大的间距。然而,在所述情况下不再满足单义性条件,从而尤其在雷达 回波有噪声时发生多义性并且因此发生"跳跃式的"角度测量,即当在更长的时间段上跟踪 雷达目标时,偶然发生所测量的方位角的跳跃性的变化。
[0006] 在FMCW(频率调制连续波)雷达传感器中,斜坡状地调制连续的雷达信号的发射 频率。由接收信号通过与发射信号的混频产生随后被分析处理的基频带信号。
[0007] 在基频带信号的频谱中,每一个雷达对象以峰的形式示出,所述峰的位置取决于 雷达信号的多普勒移位和行进时间,从而由各个频率调制斜坡获得的基频带信号仍不能够 实现相对速度和间距的单义确定。更确切地说,所得到的峰的频率以线性的相互关系的形 式仅仅确定速度(相对速度)和间距之间的关系。(术语"线性"在此理解为,由此表示的 相互关系可以包括线性因数和相加项。)
[0008] 在FMCW方法中,为了辨识多个雷达对象以及估计其相对速度和间距,需要具有不 同斜坡斜率的多个频率调制斜坡。通过均衡不同的在各个频率斜坡中得到的关系,可以计 算雷达对象的相对速度V和间距D。所述均衡也称作匹配并且相应于直线在DV空间中的交 点的搜索。当仅仅检测出少的雷达对象时,FMCW方法是特别有效的。
[0009] 也已知以下雷达传感器:所述雷达传感器根据啁嗽序列调制的方法运行,其 中发射信号由同样的频率调制信号脉冲(啁嗽)的序列组成。因此,所述调制模式 (Modulationsmuster)不由单个调制斜坡组成,而是由相继的啁嗽的完整的组组成。涉及具 有脉冲压缩的脉冲多普勒方法,其中首先根据雷达对象的距离实现雷达对象的分离并且随 后根据各个信号脉冲的反射之间的相位位置的差来求取雷达对象的地点变化并且因此速 度。在典型的调制模式时,各个啁嗽的中间频率从啁嗽到啁嗽均匀地增大或者减小,以便啁 嗽自身构成斜坡,其称作"缓慢斜坡",而所述啁嗽也称作"快速斜坡"。因此,所述方法也称 作"多速度FMCW"(MSFMCW)。
[0010]MSFMCW方法能够实现间距和相对速度的更精确测量并且尤其在同时定位多个对 象的情形中更稳健。然而,缓慢斜坡自然具有相对大的长度。因此,各个测量之间的时间间 距如此大,使得由于对象的自身运动失去信号之间的、对于ΜΜ0原理的应用需要的相位关 联。

【发明内容】

[0011] 本发明的任务是,创造一种具有改善的测量精确度的Μ頂0雷达。
[0012] 所述任务在开始所述类型的雷达传感器中通过以下来解决:雷达传感器的测量循 环包括至少两个周期,其中分别在发射阵列和接收阵列的至少两个组合之间进行切换,并 且发射阵列和接收阵列的所参与的组合对于所述至少两个周期彼此不同。
[0013] 发射阵列和接收阵列的三个或更多个不同组合的应用能够实现更大的(虚拟的) 孔径和/或阵列的补充,从而改善角度估计的精确度和/或单义性。然而,因为在单个周期 内不充分利用所有可能的组合,所以缩短以下时间间距:在所述时间间距中可以分析处理 借助不同发射阵列所发射的信号的雷达回波。由此,改善所述信号的相干性并且因此改善 测量精确度。
[0014] 本发明的有利构型和扩展方案在从属权利要求中说明。
[0015] 在一种有利的实施方式中,在每一个周期内、例如在每一个缓慢的调制斜坡内,在 每一个啁嗽之后切换所使用的发射阵列。例如,交替地借助两个不同的发射阵列发射,其中 借助阵列发射了的每一个啁嗽紧接着以相同的频率位置和相同的频偏再次发射,但是现在 在借助第一发射阵列再次发射具有略高的频率的下一啁嗽之前借助另一发射阵列发射。
[0016] "发射阵列"可以由单个天线元件或者由多个天线元件的组合组成。如果所述阵 列具有两个相邻的馈以频率相同的信号的天线元件,则由所述两个天线元件发射的雷达波 叠加成具有变化的相位的信号。所述信号等同于由位于两个天线元件之间的点所发射的信 号。所述点构成两个信号的所谓的相位中心。因为所述相位中心位于真实的天线元件没有 位于的地点,所以通过两个或更多个天线元件的共同激励得到附加的(虚拟的)发射天线 元件,它们可以与真实的接收天线元件组合并且因此引起虚拟的天线阵列的补充。通过这 种方式,所述配置更接近ULA结构,并且降低多义性的可能性。
[0017] 此外,两个或更多个天线元件的共同连接具有以下优点:达到更高的发射功率并 且因此改善雷达传感器的作用距离。
[0018] 在一种有利的实施方式中,真实的天线元件以不均匀的间距布置,从而天线配置 具有尽可能小的对称性,这有助于进一步抑制多义性。此外能够避免,通过不同的发射元件 和接收元件的组合得到的虚拟天线位置局部地重叠。
[0019] 雷达传感器优选构造为单站(monostatisch)的雷达传感器,S卩每一个天线元件 可以用作不仅发射元件而且接收元件。
[0020] 如果给两个或更多个天线元件馈以频率相同的信号,则相位和振幅不必要必须一 致,借助所述相位和振幅给两个或更多个元件输送信号。由此,根据本发明的一种扩展方案 得到射束成形的可能性。
[0021] 在当今通常的FMCW方法中,循环时间、即各个测量循环的持续时间与频率调制的 周期持续时间一致。在一个测量循环内,发射确定数量的调制模式(缓慢斜坡),并且对于 所接收的所有调制模式记录并且分析处理所接收的信号。因此,循环时间由对于调制模式 的发射所需要的时间和附加的计算时间组成,处理器需要所述计算时间来处理所接收的信 号以及来计算间距数据和速度数据。
[0022] 然而,在安全重要的辅助功能方面重要的是,能够以尽可能高的时间分辨率跟踪 交通事件。也就是说,循环时间应当尽可能小。因为调制模式的持续时间由于测量精确度 的原因不能被缩短,所以循环时间的缩短可以仅仅通过计算时间的缩短实现。这要求更有 效率的并且因此更昂贵的处理器的使用。
[0023] 根据本发明的一种扩展方案,为了均衡对于当前的测量循环中的调制模式得到的 信号与一个或多个对于其他调制模式得到的信号,可以动用来自至少一个更早的测量循环 的信号。
[0024] 在此,本发明利用以下情况:由于所参与的机动车的惯性,速度从测量循环到测量 循环仅仅小地变化,从而基本上仅仅是从一个测量循环到下一测量循环经历显著变化的间 距。如果替代来自当前的测量循环的数据地使用来自一个或多个直接之前的测量循环的数 据,则速度信息因此没有显著变差。如果借助N个不同的调制模式运行,Μ是为了发射单个 调制模式所需要的时间而Τ是为了分析处理单个调制模式所需要的计算时间,则在传统的 方法中循环时间Ζ通过以下给出:
[0025] Z=Ν* (Μ+Τ)
[0026] 与此相比,在根据本发明的方法中能够缩短所述循环时间:
[0027] Z=Μ+Τ
[0028] 其方式是,在均衡时动用在最后的(Ν-1)个测量循环上的结果。
[0029] 因此,得出循环时间缩短了(Ν-1)*(Μ+Τ)。
[0030] 循环时间的所述缩短又引起:不同调制模式之间的时间间距是相应小的,由此进 一步减小速度数据中的误差。
[0031] 此外,在本发明的范畴内可能的是,不仅
当前第1页1 2 3 4 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1