借助机动车的雷达传感器探测雷达对象的制作方法
【专利摘要】用于借助机动车的雷达传感器探测雷达对象的雷达传感器系统和方法，所述发送信号（f）具有频率调制序列，所述频率调制分别对应测量信号的一个分信号；其中基于所述分信号的至少一个分信号的频谱确定关于雷达对象的相对速度（v）和间距（d）的第一信息，其中所述第一信息包括雷达对象的相对速度（v）和间距（d）之间的关系，所述关系使不同的间距（d）对应所述不同的相对速度（v）；其中基于所述雷达对象在所述频谱中的频率位置（k0）处所述分信号的频谱的值的时间过程的频谱确定关于所述雷达对象的相对速度（v）和可选地间距（d）的第二信息；其中基于所述第一信息与所述第二信息的均衡确定所述雷达对象的相对速度（v）和间距（d）。
【专利说明】借助机动车的雷达传感器探测雷达对象
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于借助机动车的雷达传感器探测雷达对象的方法，其中通过将发送信号与接收信号进行混频产生测量信号，其中发送信号具有频率调制序列。
【背景技术】
[0002]雷达传感器被用在用于机动车的驾驶辅助系统中，如同例如在ACC系统
(Adaptive Cruise Control:自适应巡航控制系统)或安全系统-例如碰撞告警系统中
那样并且用于确定对象的位置和相对速度，从而可以识别驾驶状况。例如在ACC系统中，在自适应速度调节的范畴内，使自身车辆的速度匹配于在前行驶的车辆的速度并且将与在前行驶的车辆的间距调节到一个合适的值上。安全系统例如可以被设置用于当识别到即将来临的碰撞的危险时自动引导制动过程。
[0003]已知FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave:调频连续波)雷达传感器，其中斜坡状地调制连续的雷达信号的发送频率。由接收信号通过与发送信号的混频产生待分析处理的基带信号，所述基带信号被分析处理。雷达传感器通常具有分别提供一个基带信号的多个通道。
[0004]在FMCW雷达传感器中，每一个雷达对象在一个通道的频谱中以尖峰形式表明，所述尖峰的位置与多普勒偏移和雷达信号的传播时间有关，从而由与频率调制斜坡对应的基带信号还不能够实现相对速度和间距的单值确定。而所获得的尖峰的频率确定相对速度V和间距d之间的、线性关联形式的关系。
[0005]术语“线性”以下可以如此理解，使得由此表示的关联可以包含线性因子和相加项。
[0006]在FMCW方法中，为了辨识多个雷达对象并且估计其相对速度和间距，需要多个具有不同斜坡斜率的频率调制斜坡。通过在各个频率斜坡中获得的不同关系的均衡(Abgleichen)，可以计算雷达对象的相对速度V和间距d。所述均衡也可以称作匹配(Matching)并且相应于v_d空间中直线的交点的搜索。当检测仅仅很少雷达对象时，FMCW方法特别有效。
[0007]也已知根据调频序列调制(Chirp-Sequence-Modulation)的方法工作的雷达传感器，其中发送信号由类似的频率调制的信号脉冲(Chirps)序列组成。涉及脉冲多普勒方法，其中首先根据雷达对象的距离进行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差别求取雷达对象的位置改变和因此求取雷达对象的速度。
[0008]这种方法由DE 10 2005 048 209 Al 公开。
[0009]WO 2011/066993 A2同样描述了一种这样的方法。实施具有分别不同的、受限制的单值性范围(Eindeutigkeitsbereich)的彼此相继的三个测量周期,不仅用于确定距离而且用于确定速度。为了确定用于相对速度的测量值，搜索在每一个测量周期中多值求取的速度测量值的一致的值。为了确定用于距离的测量值，搜索不同的测量周期的一致的测量值，其中如果在第一测量周期的单值性范围内没有找到一致性，则滤出所述对象作为超有效距离对象。
[0010]为了在调频序列方法中实现相对速度和距离的确定的准确性，需要大量陡峭的信号脉冲并且因此在测量的分析处理时需要高的计算开销。
【发明内容】
[0011]本发明的任务是，实现一种用于借助机动车的雷达传感器探测雷达对象的新式方法，所述方法在尽可能小的硬件开销和计算开销的情况下能够实现所检测的雷达对象的精确的速度估计和间距估计和同时所检测的雷达对象的良好的分离能力。
[0012]根据本发明，所述任务通过一种用于借助机动车的雷达传感器探测雷达对象的方法解决，其具有以下步骤:
[0013]-通过将发送信号与接收信号进行混频产生测量信号，其中所述发送信号具有频率调制序列，所述频率调制分别对应测量信号的一个分信号；
[0014]-基于所述分信号中的至少一个分信号的频谱求取关于雷达对象的相对速度和间距的第一信息，其中所述第一信息包括雷达对象的相对速度和间距之间的关系，所述关系使不同的相对速度对应不同的间距；
[0015]-基于在所述频谱中在雷达对象的频率位置处分信号的频谱的值的时间变化过程的频谱求取关于雷达对象的相对速度和(可选的)间距的第二信息，
[0016]-基于第一信息与第二信息的均衡求取雷达对象的相对速度和间距。
[0017]所述时间变化过程优选是分信号的序列上的变化过程。
[0018]将关于相对速度和间距的第一信息与第二信息进行均衡。第一信息与第二信息的均衡尤其包括相对速度和间距之间的所述关系与第二信息的均衡。
[0019]术语“均衡”可以如此理解:在一个或多个参数方面搜索信息的至少近似的一致性。例如，如果第二信息是关于相对速度的信息，则例如可以搜索近似一致的相对速度，其中然后由所找到的相对速度值通过援引第一信息可以推断出间距的所属值。如果不仅第一信息而且第二信息包括雷达对象的相对速度和间距之间的关系，则根据v-d空间中的交点可以搜索不仅相对速度而且间距的近似一致性。
[0020]尤其基于在至少一个分信号的频谱中雷达对象的频率位置来求取第一信息。所述频率调制优选是斜坡状的，因为这简化了分析处理。通过由与发送信号的频率调制斜坡在时间上对应的测量信号的分信号求取雷达对象的相对速度和间距之间的关系的方式，可以在不对频率斜坡的陡度提出过高要求的情况下实现良好的准确性。在频率调制斜坡序列上的时间变化过程的分析处理允许与附加信息的均衡，所述附加信息尤其关于相对速度可以具有高准确性。
[0021]优选在考虑第二信息的通过相对速度和(可选)间距的单值性范围确定的多值性(Mehrdeutigkeit)的情况下进行第一信息与第二信息的均衡。通过允许和考虑这种多值性的方式，可以限制所需的分信号的数量并且因此限制用于分析处理的计算开销，因为由第一信息包括的、参数——雷达对象的相对速度和间距之间的关系在均衡时由于多值的第二信息而限于确定的参数范围或参数点。因此，可以在不对频率斜坡的陡度提出过高要求并且在没有过度的计算开销的情况下实现良好的准确性，从而可以限制硬件开销。
[0022]此外，所述方法优选还包括以下步骤:基于所述分信号中的至少一个另外的分信号的频谱求取关于雷达对象的相对速度和间距的另一第一信息，其中所述另一第一信息包括雷达对象的相对速度和间距之间的关系，所述关系使不同的间距对应不同的相对速度，其中所述至少一个分信号和所述至少一个另外的分信号与发送信号的不同频率调制对应。然后，雷达对象的相对速度和间距的求取基于第一信息与第二信息以及与另一第一信息的均衡。通过这种方式可以由第一信息和另一第一信息获得雷达对象的相对速度和间距之间分别不同的关系，所述不同的关系例如相应于v-d空间中具有不同斜率的直线。第二信息的考虑简化了第一信息与另一第一信息的均衡。
[0023]优选在一个测量周期中，发送信号具有一个频率调制序列和至少一个另外的频率调制序列，其中序列的频率调制分别对应测量信号的一个分信号；其中在所述频谱中在雷达对象的频率位置处基于与至少一个另外的频率调制序列对应的分信号的频谱的值的时间变化过程的频谱来求取关于雷达对象的相对速度和(可选)间距的另一第二信息；其中雷达对象的相对速度和间距的求取基于第一信息与第二信息以及与另一第二信息的均衡。优选地，第二信息和至少一个另外的第二信息具有用于相对速度或者相对速度与间距的不同的单值性范围，并且在考虑第二信息和另一第二信息的通过用于相对速度和(可选)间距的相应单值性范围确定的相应多值性的情况下进行第一信息与第二信息和另一第二信息的均衡。由此进一步限制在均衡时考虑的参数范围或参数点，从而简化均衡。
[0024]此外，根据本发明通过一种用于机动车的雷达传感器系统解决所提到的任务，所述雷达传感器系统具有:
[0025]-用于产生发送信号的发送信号产生装置，所述发送信号具有频率调制序列；
[0026]-用于分析处理所接收的雷达信号的分析处理装置，其中所述分析处理装置被设置用于:
[0027]基于雷达信号的至少一个与所述频率调制之一对应的分信号的频谱求取关于雷达对象的相对速度和间距的第一信息，其中所述第一信息包括雷达对象的相对速度和间距之间的关系，所述关系使不同的间距对应不同的相对速度，
[0028]在所述频谱中在雷达对象的频率位置处基于与发送信号的频率调制对应的分信号的频谱的值的时间变化过程的频谱求取关于雷达对象的相对速度和(可选)间距的第二信息，
[0029]基于第一信息与第二信息的均衡求取雷达对象的相对速度和间距。
[0030]分别在从属权利要求中说明本发明的其他有利的构型。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]根据附图在随后的描述中详细解释本发明的实施例。
[0032]附图示出:
[0033]图1:用于机动车的雷达传感器系统的示意性方框图；
[0034]图2:发送信号的频率调制斜坡序列的示意图；
[0035]图3:分信号的频谱的振幅和相位的示意图；
[0036]图4:在给定频率位置的情况下分信号的频谱的值的示意图；
[0037]图5:分信号的分析处理中雷达对象的相对速度V和间距d之间的关系的示意图，所述分信号对应类似的频率斜坡的序列；[0038]图6:用于解释分信号中V和d之间所求取的不同关系的均衡的示意图，所述分信号对应两个频率斜坡序列；
[0039]图7:两个交错的频率斜坡序列的示意图；
[0040]图8:用于频率调制序列的另一不例的根据图5的不意图；
[0041]图9:用于两个频率调制序列的另一示例的雷达对象的相对速度V和间距d之间的关系的示意图。
【具体实施方式】
[0042]图1示意性地示出用于机动车的雷达传感器系统的结构。所述系统包括电压受控的高频(HF)振荡器10，其用于产生发送信号。HF振荡器10的频率f由频率调制装置12控制，所述频率调制装置又由控制与分析处理单元14控制。HF振荡器10的输出端与至少一个发送天线元件16连接，以便发射雷达传感器系统的发送信号。
[0043]此外，HF振荡器10的输出端与混频器18连接。所述混频器被设置用于将由接收天线元件20接收的接收信号与发送信号进行混频，以便产生基带信号形式的测量信号。基带信号通过模拟数字转换器22数字化并且输送给控制与分析处理单元14。混频和数字化在获得发送信号与接收到的信号之间的相位关系的情况下进行。控制与分析处理单元14包括数字的信号分析处理单元24，其用于分析处理基带信号的频率fbb的时间变化过程。
[0044]频率调制装置12被设置用于在雷达传感器系统的一个测量周期中以至少一个频率调制序列、尤其是相同斜率和相同偏移(Hub)的频率斜坡的序列来调制发送信号。
[0045]图2中在时间t上示例性地根据频率斜坡序列示出了发送信号的频率f，所述频率斜坡序列分别具有偏移Ffast和持续时间Tfast。所示序列的各个频率斜坡以时间间距T&(“斜坡到斜坡”)彼此相继。在图2中所示的示例中，等于Tfast，从而各个频率斜坡直接彼此相继。
[0046]图2示出一般性的示图，其中以下也称作快斜坡的各个频率斜坡的中间频率在序列变化过程中变化。快斜坡的中间频率在其方面描述在时刻&具有中间频率&的线性频率斜坡。所述频率斜坡以下也称作慢斜坡。所述慢斜坡在斜坡持续时间Tslow=NslwrTr2r的情
况下具有频率偏移Fsltw，其中Ns1ot表示快斜坡的数量。
[0047]在慢斜坡具有频率偏移Fslw=O的情况下，序列的快斜坡相同，也就是说，描述相同的频率变化过程。
[0048]在一个测量周期中，例如使用两个不同的快斜坡序列，其中在相应的序列内，频率调制或快斜坡分别具有相同的频率偏移Ffast和相同的斜坡持续时间Tfast和两个斜坡之间的时间间距一个测量周期的至少两个序列例如可以通过快斜坡的频率偏移Ffast的数值的不同值和/或正负号、快斜坡的不同斜坡持续时间Tfast、快斜坡的不同斜坡重复时间T&、慢斜坡的不同中间频率&、快斜坡的不同数量Ns1ot和/或慢斜坡的不同频率偏移Fs1ot来区别。
[0049]以下首先为了简化示图，解释用于发送信号的频率调制的序列的测量信号的分析处理。
[0050]发送信号的频率例如位于76GH的范围内。例如慢斜坡76GHz的公式的中间频率f0 是 76GHz。[0051]快斜坡序列的每一个快斜坡对应一个具有频率fbb(tJ的分信号，其中仁表示涉及在^=O时相应的快斜坡的中点的时间。在此可以假设:对于雷达传感器系统的检测区域中的雷达对象，信号传播时间相对于快斜坡的斜坡持续时间Tfast是小的。
[0052]在分析处理的第一步骤中，分析处理至少一个分信号的频谱。在数量为Nfast的等距时刻处对与快斜坡相应的基带信号的分信号进行采样、即数字化，并且确定所述分信号的频谱。例如通过计算快速傅立叶变换(FFT)来计算频谱。
[0053]图3在极坐标中在频率点k上绘出地示意性示出所获得的复频谱的振幅Abb (k)和相位 xbb(k)。
[0054]由各个雷达对 象反射的信号例如在频率点1?中获得频谱的振幅的一个尖峰，所述尖峰对应相应的相位XbbGO。频率点1?在此表示在分信号的有关频谱中雷达对象的频率位置。
[0055]在发送信号的线性频率调制中，与雷达对象对应的尖峰的频率位置由两项之和组成，其中第一项与由雷达对象和雷达传感器的间距d与斜坡偏移Ffast构成的乘积成比例，并且第二项与由雷达对象的相对速度V、快斜坡的中间频率和斜坡持续时间Tfast构成的乘积成比例。这相应于FMCW公式:
【权利要求】
1.一种用于借助机动车的雷达传感器探测雷达对象的方法，所述方法具有以下步骤: -通过将发送信号(f)与接收信号进行混频产生测量信号(fbb)，其中，所述发送信号(f)具有频率调制序列，所述频率调制分别对应所述测量信号的一个分信号； 基于所述分信号中的至少一个分信号的频谱求取关于雷达对象的相对速度(V)和间距(d)的第一信息，其中，所述第一信息包括所述雷达对象的相对速度(V)和间距(d)之间的关系，所述关系使不同的相对速度(V)对应不同的间距(d); 基于在所述频谱中在所述雷达对象的频率位置(1?)处所述分信号的频谱的值的时间变化过程的频谱求取关于所述雷达对象的相对速度(V)和可选地关于间距(d)的第二信息， 基于所述第一信息与所述第二信息的均衡求取所述雷达对象的相对速度(V)和间距⑷。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在考虑所述第二信息的通过所述相对速度(V)和可选所述间距(d)的单值性范围确定的多值性的情况下进行所述第一信息与所述第二信息的均衡。
3.根据权利要求1或2所述的方法，此外所述方法包括以下步骤: 基于所述分信号中的至少一个另外的分信号的频谱求取关于所述雷达对象的相对速度(V)和间距(d)的另一第一信息，其中，所述另一第一信息包括所述雷达对象的相对速度(V)和间距(d)之间的关系，所述关系使不同的间距(d)对应不同的相对速度(V)，其中，所述发送信号的不同的频率调制对应所述至少一个分信号和所述至少一个另外的分信号， 其中，所述雷达对象的相对速度(V)和间距(d)的所述求取基于所述第一信息与所述第二信息以及与所述另一第一信息的均衡。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述频率调制是线性的频率斜坡并且所述频率调制和所述不同的频率调制至少在所述频率斜坡的频率偏移(Ffast)、斜坡持续时间(Ffast)和/或中间频率方面不同。
5.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，在一个测量周期中所述发送信号具有一个频率调制序列和至少一个另外的频率调制序列； 其中，基于在所述频谱中在所述雷达对象的频率位置处与所述至少一个另外的频率序列对应的分信号的频谱的值的时间变化过程的频谱求取关于所述雷达对象的相对速度(V)和可选关于所述间距(d)的另一第二信息； 其中，所述雷达对象的相对速度(V)和间距(d)的求取基于所述第一信息与所述第二信息和与所述另一第二信息的均衡。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述至少一个另一第二信息具有所述相对速度(V)和可选所述间距(d)的单值性范围，所述单值性范围与所述第二信息的单值性范围不同，其中，在考虑所述第二信息的通过相应的单值性范围确定的相应的多值性的情况下进行所述第一信息与所述第二信息和所述另一第二信息的均衡。
7.根据权利要求2或6所述的方法，其中，所述第二信息是关于所述雷达对象的相对速度(V)的信息，如此选择所述有关的单值性范围，使得自身车辆的自身速度与用于所述速度的单值性范围(Vunamb)的整数倍不一致。
8.根据权利要求5至7中任一项以及根据权利要求3至4中任一项所述的方法，其中，一个相应序列的频率调制与另一相应序列的频率调制不同， 其中，所述至少一个分信号和所述至少一个另外的分信号对应由不同序列组成的所述发送信号的频率调制， 其中，进行所述第一信息与所述第二信息和所述另一第一信息和所述另一第二信息的均衡。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，在所述发送信号的相应频率调制序列中，所述频率调制分别具有相同的中间频率，其中，所述第二信息是关于所述雷达对象的相对速度(V)的信息。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，所述发送信号的相应频率调制序列是线性频率斜坡形式的频率调制序列，其中，在相应序列内，所述频率斜坡具有线性地根据时间变化的斜坡中间频率。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述相应序列内的斜坡中间频率的时间变化和所述序列的各个频率斜坡具有彼此相反的正负号。
12.一种用于机动车的雷达传感器系统，所述雷达传感器系统具有: 用于产生发送信号(f)的发送信号产生装置(10，12，14)，所述发送信号具有频率调制序列； 用于分析处理接收到的雷达信号的分析处理装置(24)，其中，所述分析处理装置(24)被设置用于: 基于雷达信号的至少一个与所述频率调制之一对应的分信号的频谱求取关于雷达对象的相对速度(V)和间距(d)的第一信息，其中，所述第一信息包括所述雷达对象的相对速度(V)和间距(d)之间的关系，所述关系使不同的间距(d)对应不同的相对速度(V)， 基于在所述频谱中在所述雷达对象的频率位置(1?)处与所述发送信号的频率调制对应的分信号的频谱的值的时间变化过程的频谱求取关于所述雷达对象的相对速度(V)和可选地关于间距(d)的第二信息， 基于所述第一信息与所述第二信息的均衡求取所述雷达对象的相对速度(V)和间距⑷。
13.根据权利要求12所述的雷达传感器系统，其中，所述分析处理装置(24)被设置用于执行根据权利要求1至11中任一项所述的方法。
14.一种机动车，所述机动车具有根据权利要求12或13所述的雷达传感器系统。
【文档编号】G01S13/34GK103576139SQ201310309243
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年7月22日 优先权日:2012年7月23日
【发明者】G·屈恩勒, M·朔尔 申请人:罗伯特·博世有限公司