用于物体分类的极化雷达以及对其合适的方法和合适的使用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及根据权利要求1的前序部分的用于物体分类的极化雷达和对其合适 的方法及合适的使用。
【背景技术】
[0002] 为了减少道路交通中交通事故的数目，越来越多地使用驾驶员辅助系统。当前内 置的ACC(自适应巡航控制）系统是用于自动速度调节的舒适性系统，所述舒适性系统根据 前方行驶的车辆与自己车辆之间的间距和相对速度来进行速度调节。针对未来车辆，用于 驾驶员辅助系统的雷达设备不再被汽车制造商归为舒适性系统而是被归为安全性关键的， 以便在驾驶员未操作或过晚操作制动踏板以后例如为了避免追尾而能够通过制动辅助装 置执行完全制动。对此，但是用于驾驶员辅助系统的当前安装在批量制造车辆中的雷达设 备具有功能缺点。与物体无关，根据雷达反向散射横截面接收信号，而不能推断物体的物理 尺寸和类型。而且雷达反向散射横截面的值也不能推断类型和目标大小，因为雷达反向散 射横截面强烈地依赖于观察角度。因此未解决的是，根据载重汽车、载客汽车、摩托车/自 行车、行人以及假目标(沟盖、桥栏杆等等）这些类别对物体进行可靠的分类以用于激活制 动辅助装置。另一挑战在于关于衰落(多重反射以及由此幽灵目标)和由于前方行驶或处于 超车过程中的车辆引起的水花所造成的影响对当前系统进行功能性改进。
[0003] 迄今为止的用于驾驶员辅助系统的雷达设备使用线性极化波。
【发明内容】
[0004] 本发明的任务是避免已知缺点。另一任务是根据极化雷达进行简化、可靠和/或 精准的物体分类。
[0005] 这些任务利用权利要求1、10或14的特征来解决。
[0006] 根据本申请设置了一种极化DBF(数字波束形成）汽车雷达，该汽车雷达除了距离 信息和速度信息以外还可以明确地检测和分类不同物体处的表面结构和反射重心，以便能 够确定物体的类型和物理尺寸。为此，发射圆形极化波(要么左旋要么右旋、要么交替地左 旋和右旋)，并且同时接收所述波在物体处反射的左旋以及右旋分量。
[0007] 因此，说明了一种极化雷达，其至少由下列各项构成：发送装置，其通过发送天线 发射圆形极化波；以及接收机装置，其通过天线装置接收所反射的圆形极化波，其中设置有 多个双通道接收机作为接收机装置，所述双通道接收机同时接收为连接在天线装置之后的 数字射束形成所设置的左旋和右旋圆形极化信号分量。在此，通过分析所接收的左圆形和 右圆形极化的信号分量的幅度和相位及其相对于彼此的分布得出对所检测的物体的结构 的推断，其中图11示出了基本思想。发射例如左圆形极化波。在物体处，波从反射束中心 以偶数次全反射向回反射作为左圆形极化波。波从反射束中心以奇数次全反射来反射作为 右圆形极化波。如果所发射的波以具有相应高的频偏的频率来调制(参见图13)，则可以在 物体处实现相应高的局部分辨率并且通过向回散射中心的类型、即极化方向是否改变来将 物体明确地分类。
[0008] 有利的改进方案在从属权利要求中加以说明。
[0009] 发送装置适宜地在水平和垂直方向上由根据图1的多个发送机构成，所述发送机 的相位中心间距（ds)根据接收机的天线单体元件的相位中心间距（dz)被选择成，使得借 助于半行发送位置切换通过根据图3将真实和合成接收机的信号相加来抑制周期性重复 的主瓣(所谓的栅瓣)。在此，对周期性重复的主瓣(所谓的栅瓣）的抑制使得能够对所检测 的物体进行精确的角度确定。如果可以以大约发送频率的半波长的间距、即在76GHz时为 大约2mm来布置天线行，则将不出现"栅瓣。"该小的间距将导致，发生天线行之间的过耦 合，并且不再能够实现共极和交叉极波之间的充分去耦合。
[0010] 根据有利的扩展方案，接收天线的每个天线元件(或天线元件组）针对与发送信号 相关的共极接收信号以及针对与发送信号相关的交叉极接收信号都具有单独的接收通道， 以便能够在垂直和水平方向上执行数字射束摆动。
[0011] 此外，至少4个发送天线的使用使得能够在垂直和水平方向上进行半行发送位置 切换。数字射束摆动和半行发送位置切换的所述实施使得能够在射束形成时对所检测的物 体进行精确的角度确定并且因此在垂直以及水平方向上进行射束摆动。利用有利的扩展方 案，可以通过方位角和俯仰角方面的数字射束形成实现二维扫描雷达。
[0012] 根据有利的扩展方案，接收机装置具有垂直的接收行，其接收网络被设计成，使得 由真实分量和通过半行发送位置切换生成的合成分量构成的垂直接收行借助于根据图6 的合成行的幅度叠加和幅度乘法因子而具有小的旁瓣水平。针对小的垂直旁瓣水平设计的 垂直接收网络使得能够在垂直方向上对所检测的物体进行精确的角度确定。
[0013] 根据有利的扩展方案，每个发送和接收天线对右圆形和左圆形极化的波进行去耦 合，但是优选地在使用根据图8的轴向构造的波纹喇机（Rillenh5rner)的情况下利用共 同的相位中心并且优选地利用积分隔板极化器进行去耦合。右圆形波和左圆形波的充分去 耦合是极化分析的前提条件，其中共同的相位中心明显地简化了分析算法的复杂度。隔板 极化器在使用波导管喇叭天线阵列时表示一种有利的实施方式。在平面天线的情况下，使 用其它实施方式。
[0014] 根据有利的扩展方案，接收机装置的单体接收天线的两个相位中心之间的间距 (dz)具有处于雷达系统的所发射的波的载波频率的波长与1. 25倍波长之间的值。因此，接 收天线的几何布置保证了半行发送位置切换的有利使用。理想地，因此从与发送频率相关 的半波长得出真实天线行与合成天线行之间的间距。
[0015] 根据有利的扩展方案，发送天线具有与半行发送位置切换兼容的孔径大小，发送 天线的3dB波瓣宽度在发送过程中覆盖雷达接收机的扫描范围。因此，发送天线可以用于 半行发送位置切换，并且雷达接收机的扫描范围可以在全范围内用于目标检测。
[0016] 根据有利的扩展方案，发送装置由6个发送天线构成，更确切地说具有优选两个 相邻的水平布置的发送天线，所述发送天线在垂直方向上三重地布置，其中相邻发送天线 具有间距ds:该间距ds为单体接收天线的相位中心的间距dz的（n-o. 5)倍并且η为整数。 通过该发送装置使得能够在水平和垂直方向上进行半行发送位置切换，其中3个垂直发送 机在使用垂直接收行的情况下通过接收网络的上述设计实现了小的垂直旁瓣水平。
[0017] 根据有利的扩展方案，每个发送机根据图9都可以以可切换的方式发射左圆形以 及右圆形极化波，优选以用于在使用隔板极化器的情况下在使用根据图10的轴向构造的 波纹喇叭的情况下对极化方向进行去耦合。发送机在极化方向之间的可切换性使得能够在 分析接收信号时实现附加的信息获取。通过交替地发送左圆形极化波和之后右圆形极化波 并且同时接收左圆形极化波和右圆形极化波，可以建立完整的穆勒矩阵。
[0018] 物体分类适宜地尤其是在使用极化雷达的情况下通过具有如下步骤的方法来进 行： a) 提供：发送装置，其发射圆形极化波；以及作为接收机装置的多个双通道接收机，其 通过天线装置根据数字射束形成原理接收所反射的电磁波，其中左旋以及右旋圆形极化波 分量被同时接收；以及 b) 根据类型和大小对物体进行分类，其方式是，在针对左旋圆形极化的接收信号的接 收通道中