快速线性调频fmcw雷达的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于借助FMCW雷达确定多个同时定位的对象的间距和相对速度 的方法，其中以周期重复的斜坡的形式来调制发射信号的频率，发射信号与所接收的信号 一起混频成中频信号，并且为了确定对象的间距和/或相对速度，逐斜坡地（von Rampe zu Rampe)分析处理中频信号的相位变化。
[0002] 此外，本发明涉及一种构造用于实施所述方法的、尤其用于机动车的雷达传感器。
【背景技术】
[0003] 在机动车中使用FMCW雷达传感器来检测交通周围环境、尤其用于定位其它车辆。 定位结果可以用于不同辅助功能，例如用于自动间距调节、自动碰撞警告或者在剧烈碰撞 危险时紧急制动过程的自动触发。
[0004] 中频信号的频率相应于在预给定的时刻所发射的信号和在相同的时刻所接收的 信号之间的频率差。由于发射信号的频率调制，所述频率差取决于信号从雷达传感器到对 象并且返回的运行时间并且因此取决于对象的间距。然而，由于多普勒效应所述频率差也 包含由对象的相对速度决定的分量。因此，单个斜坡上的频率差的测量不能实现间距和相 对速度的确定，而是仅仅提供这些参量之间的线性关系。在间距/速度图（R-ν图）中，所 述关系可以表示为直线。
[0005] 为了得到间距和相对速度的唯一值，在FMCW雷达的一种常用类型中借助彼此交 替上升和下降的频率斜坡工作。在R-v图中，对于每一个斜坡得到另一个直线，通过所述两 个直线的交点给定对象的间距和相对速度。
[0006] 然而，如果同时定位多个对象，则中频信号的频谱在每一个斜坡上包含多个峰， 各个峰针对每一个对象，在比较不同斜坡上的峰时不再能够唯一地确定哪个峰属于哪个 对象。例如，在同时定位两个对象时得到具有四个彼此相交的直线的R-v图。四个交 点中的仅仅两个说明两个对象的间距和相对速度，而另外两个交点代表所谓的"假目标 (Scheinziele) '，。
[0007] 为了克服多值性，大多还借助至少一个第三频率斜坡工作，其具有另一斜率并且 在R-V图中提供另一族直线。如下识别真正的对象：所有三个直线经过同一点。
[0008] 然而，在同时定位的对象的数量增大时，三个直线随机相交于几乎同一点的可能 性增大，由此也增大分辨多值性的耗费。通常使用另外的频率斜坡，以便更容易地分辨多值 性。
[0009] 在引导段落中所描述的方法是解决所述问题的一种替代方式。在此，借助相同的、 相对短的频率斜坡的序列（所谓的"快速线性调频"）工作，其与其持续时间相比具有高的 频偏并且因此如此陡，使得在中频信号中间距相关的分量占主要，而多普勒分量仅仅是小 的校正。通过以下确定所述校正：逐斜坡地追踪中频信号的相位变化。在此，充分利用以下 情况：中频信号的相位对对象间距的微小变化做出相对敏感地反应，所述微小变化由在从 频率斜坡到下一个频率斜坡的短的时间间距期间对象的相对运动引起。
[0010] 然而，因为相位变化是相对速度的周期函数，所以仅仅当相对速度如此小使得相 位变化小于半个周期（即小于JI)时，才能够唯一确定相对速度。
[0011] 然而，当在机动车中使用FMCW雷达时，相对速度可能如此大，使得破坏所述条件。 然而，为了得到唯一的结果，必须进一步缩短线性调频的持续时间并且因此缩短重复频率。 然而，这不仅要求更高的计算性能，而且由于对应短的"观察持续时间"在间距测量时引入 更大的不精确，最终当斜坡持续时间小于雷达信号对于到对象并且返回的路程所需要的时 间时，根本不再能实现测量。
【发明内容】
[0012] 因此本发明的任务是说明一种方法，所述方法能够实现唯一地且以高的准确度地 测量间距和相对速度。
[0013] 根据本发明，通过以下解决所述任务：调制样式（Modulationsmuster)包括至少 两个斜坡，它们仅仅以固定的频率错位进行区分并且在确定的时间间距中彼此相继，根据 用于所述两个斜坡的中频信号的相位差来计算用于对象间距的唯一近似值。
[0014] 本发明充分利用以下情况：在两个斜坡的短的时间间距中用于两个频率错位的斜 坡的中频信号的相位差几乎与对象的相对速度无关，因此对于对象间距提供好的近似值。 可以根据提供多值结果的已知方法中的一种来确定用于对象间距的更准确的值。根据相位 差确定的近似值能够实现，在所考虑的用于对象间距的准确的多个值下选择正确的值。
[0015] 在从属权利要求中说明本发明的有利构型。
【附图说明】
[0016] 以下借助附图详细阐述实施例。
[0017] 附示图出：
[0018] 图I :FMCW雷达系统的框图；
[0019] 图2 :频率调制样式的不例；
[0020] 图3 :中频时间信号的序列以及其傅立叶变换；
[0021] 图4 :根据图3的时间信号的纵剖图以及所述纵剖图的傅立叶变换；
[0022] 图5 :阐示二维傅立叶变换的结果的示图；
[0023] 图6 :用于另一相对速度的类似于图4的纵剖图；
[0024] 图7 :用于阐示根据本发明的方法的示图。
【具体实施方式】
[0025] 在图1中，作为最简化的框图示出FMCW雷达传感器10,其例如安装在机动车前方 并且用于测量对象12、14、例如前方行驶的车辆的间距R和相对速度V。雷达传感器10具 有电压控制的振荡器16,所述电压控制的振荡器将经频率调制的发射信号通过混频器18 提供给发射与接收装置20,从所述发射与接收装置朝对象12、14的方向发射信号。在对象 上所反射的信号由发射与接收装置20接收并且在混频器18中与发射信号的分量混频。通 过这种方式得到中频信号s，所述中频信号在电子的分析处理与控制装置22中进行进一步 分析处理。
[0026] 图2示出由振荡器16提供的发射信号的调制样式的示例。在此，发射信号的频率 f记录为时间t的函数。以彼此相继的相同的斜坡24的形式调制频率。在图2中，斜坡24 借助索引j来编号。发射信号的平均频率位于76GHz的数量级中，而频偏f h位于数MHz的 数量级中，频率在每一个斜坡的变化中变化所述频偏。斜坡24彼此相继的时间间距1^位 于数微妙直至数毫秒的数量级中。因为在所示出的示例中，斜坡24没有间歇地彼此相继， 所以T e同时说明斜坡持续时间。
[0027] 中频信号s的频率相应于从混频器18向发射与接收装置20传送的发射信号和在 对象12、14上的反射之后由发射与接收装置20接收并且再次到达混频器18的信号之间的 频率差。所述频率差由间距相关的分量f R和速度相关的分量fv加性地组成。间距相关的 分量&由频率调制引起并且在在此所示出的示例中通过以下得出：
[0028] fR= 2R f h/c Tc (I)
[0029] 其中，c是光速。速度相关的分量由多普勒效应引起并且通过以下近似得出：
[0030] fD= 2fv/c (2)
[0031] 在图3(A)中，在仅仅定位单个对象的假设下，示出用于前三个斜坡j = 1至j = 3 的中频信号s作为时间t的函数（时间信号）。在分析处理与控制装置22中，周期性地、在 扫描时刻tl、t2、...扫描、数字化并且存储作为模拟信号的由混频器18提供的时间信号。 扫描时刻与发射信号的调制斜坡同步并且在每一个斜坡内借助索引k编号。扫描周期、BP 各个扫描时刻之间的时间间距借助T表示。
[0032] 通过快速傅立叶变换（FFT)能够将用于每一个斜坡的时间信号转换成频谱，所述 频谱说明中频信号的（复数的）振幅作为频率f的函数。在图3(B)和（C)中，对于三个斜 坡的每一个示出两个小的示图，它们说明绝对值A和相位φ作为频率f的函数。
[0033] 在仅仅存在单个对象的假设的情况下，在单个斜坡上所接收的频谱在频率fR+f D 时具有尖峰26。由于斜坡的小的时间间距Tc，频率fR+fD实际上保持不变，使得峰26在图 3(B)中的所示出的所有三个频谱中位于相同的位置。
[0034] 然而，如果对象的相对速度不等于0,则对象的在斜坡持续时间1^内出现的微小的 间距变化导致中频信号的相位移位，如在图3中所示出的那样。相位逐斜坡地分别增大确 定的值X。如果借助φ〇表示第一斜坡（j = 1)上的相位，则第二斜坡（j = 2)上的相位具 有值φ〇+χ，而第三斜坡（j = 3)上的相位具有值φ〇+2χ。
[0035] -般而言，可以如下将中频信号s描述为扫描索引k和斜坡索引j的函数：
[0036]
[0037] 项（fR+fD) kT代表单个斜坡内的运行时间效应和多普勒效应。项fDjTc代表对象间 距逐斜坡的轻微变化的效果并且仅仅取决于（多普勒频率的）速度相关的分量f D。值φ〇是 相位偏置，所述相位偏置通过以下给定：
[0038]
[0039] 其中，f。是频率斜坡的中值频率。
[0040] 如果如在图3中的那样分别仅仅在单个斜坡内进行傅立叶变换（在固定的j时通 过索引k)，则公式（3)中的项f DjTc*别仅仅提供相位的值x、2x、...。
[0041] 然而，也可以对于时间信号的"纵剖图"实施傅立叶变换，其方式是，保持扫描索引 k不变而对于相继的斜坡索引j实施快速傅立叶变换。在图3和4中，