用于在雷达系统中确定仰角的设备和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于在雷达系统中确定仰角的设备和方法。本发明尤其涉及一种 用于在雷达区内出现多个目标的情况下确定仰角的设备和方法。
【背景技术】
[0002] 现代的车辆越来越多地配备有所谓的驾驶辅助系统，它们对机动车的驾驶员例如 在流动交通中驾车时以及例如在路边泊车时进行协助。
[0003] 在此，对于驾驶辅助系统的处理过程来说值得期望的是，对那些可被机动车无危 险地驶过的物体（例如位于地上的空饮料罐）与那些无论如何都不能被机动车驶过的物体 (例如停放的汽车或树木）进行区分。为此有帮助的是，除了检测到的物体的方位上的角位 置之外也附加地求得仰角，也就是物体的垂直位置。
[0004] 德国专利申请DE 10 2010 064 348 A说明了用于机动车的雷达传感器。在此，天 线装置能被这样控制，即，该天线装置具有时间上变化的方向特性。通过分析评价雷达回波 可以确定检测到的物体的仰角。
[0005] -种用于确定仰角的可能性在于，对雷达传感器装置补充一个附加的仰角天线。 该仰角天线具有在仰角方向上与主系统天线的特性不同的方向特性。若将由仰角天线的发 射脉冲引起的、接收到的信号的振幅与由主天线的发射脉冲引起的信号的振幅相比较，则 可由振幅的这种比较推断出物体的仰角。在此，对振幅的观测针对振幅幅值的分析，或者替 换地也根据幅值和相位来分析评价复振幅。
[0006] 然而如果在雷达区的扇形区域中同时存在多于一个的物体，那么在这种情况下， 不再能够由接收信号的振幅比明确地确定仰角。
[0007] 因此，需要一种雷达系统，该雷达系统能够在雷达区内多于一个物体时也可靠地 确定仰角。此外，也需要一种雷达系统，该雷达系统在雷达区段内多于一个物体时能够实现 对物体的可靠分类。
【发明内容】
[0008] 根据一个方面，本发明提供了一种用于确定仰角的设备，其具有用于发出和接收 雷达信号的发射和接收单元；用于确定方位上的目标参数的设备，该设备被设计用于求得 多个检测到的目标和用于对每个检测到的目标确定方位角；和用于确定仰角的设备，该设 备被设计用于基于方位上的目标参数形成控制矩阵并且用于在考虑控制矩阵的情况下对 每个检测到的目标确定仰角。
[0009] 根据另一方面，本发明提供了一种用于在雷达系统中确定仰角的方法，其具有以 下步骤：确定方位上的目标参数，其中，方位上的目标参数包括检测到的目标的数量和针对 每个检测到的目标的方位上的角估算；基于方位上的目标参数形成控制矩阵；并且在考虑 控制矩阵的情况下确定目标的仰角。
[0010] 本发明的构思在于，基于检测到的目标的求得的数量和配属于每个目标的方位角 为每个检测到的目标求得各自的仰角。在此，仰角的确定借助最小二乘法进行。为此，构 成一个适当的控制矩阵，该控制矩阵相应于雷达系统沿检测到的目标的方位方向的系统响 应。基于该控制矩阵能够确定接收信号的振幅比并且由此还能够以简单的方式确定目标的 仰角。
[0011] 本发明的优点在于，对于根据本发明的确定仰角的方案无需附加的另外的天线元 件或信号发生器形式的发射和接收硬件。根据本发明的用于确定仰角的方案可以在使用已 有的发射和接收硬件的情况下实现。
[0012] 本发明的另一优点在于，在一个单个的雷达区内在出现多个物体时也能够正确地 估算仰角。因此，由这些信息能进一步推断出可靠的分类。
[0013] 在一个实施方式中，发射和接收单元包括信号产生设备、主天线和仰角天线。在 此，仰角天线优选具有与主天线不同的方向特性。因此，通过比较一方面由主天线的发射 脉冲及另一方面由仰角天线的发射脉冲引起的接收信号，也可以进行简单且可靠的仰角确 定。在替换的实施方式中，主天线和仰角天线具有相同的方向特性、但具有不同的相位中 心。
[0014] 在一个优选的实施方式中，发射和接收单元经由主天线发出多个信号，并且此外 经由仰角天线发出至少一个信号，其中，经由仰角天线发出的信号相应于经由主天线发出 的信号中的一个信号。因此，不仅经由主天线而且经由仰角天线发出至少一个相同的信号。 这可以实现相应的接收信号中的振幅的简单比较。因此，能够特别简单地推断出相应的仰 角。
[0015] 在一个优选的实施方式中，控制矩阵由天线方向图的参数构成。尤其是控制矩阵 优选由通过所使用的天线的天线方向图事先确定的目标方位角的截面中的参数形成。因 此，这样的控制矩阵反映了雷达系统在检测到的目标方向上的方向特性。
[0016] 根据一个实施方式，用于确定仰角的设备还包括用于存储信号比与仰角之间预先 确定的关系的存储器设备。以这种方式可以实现，对于所考虑的振幅比已经分别提前计算 出仰角并且将该关系保存在表格中。因此，在操作运行中消除了所需的高运算耗费，并且仰 角的确定能够被特别快速地实施。
[0017] 根据一个实施方式，雷达信号是FMCW雷达信号（调频连续波雷达Frequency Modulated Continuous Wave Radar)。这样的雷达系统特别适合于求得距离和速度。
[0018] -个优选的实施方式包括具有雷达系统的机动车，该雷达系统包括根据本发明的 用于确定仰角的设备。
[0019] 根据一个优选的实施方式，用于确定仰角的方法还包括用于逆转控制矩阵的步 骤。通过这样的逆转，能够以简单的方式建立并解开一个方程系统，该方程系统反映了用于 确定仰角的系统条件。
[0020] 根据另一实施方式，用于确定仰角的方法还包括用于分类检测出的目标的步骤。 优选地，该用于分类的步骤包括在机动车能驶过的目标与机动车不能驶过的目标之间的区 分。这样的分类可以通过根据本发明优化的仰角确定方案可靠地实施，并且可实现具有改 善的输入参数的驾驶辅助系统。
[0021] 尽管本发明被参照车辆中的雷达系统来说明，但是本发明并不局限于此。
【附图说明】
[0022] 示出了 ：
[0023] 图1两个目标场景的俯视示意图；
[0024] 图2两个目标场景的侧视示意图；
[0025] 图3根据本发明实施方式的用于确定仰角的设备的示意图；及
[0026] 图4根据本发明实施方式的方法的示意图。
【具体实施方式】
[0027] 下面使用的方向性术语，也就是如"左"、"右"、"上"、"下"、"前"、"后"及类似的概 念仅仅用于更好地理解附图。这在任何情况下表示一般性的限制。在附图中示出的图是部 分立体的，并且出于清楚的原因不必按正确比例地示出。示出的部件和元件以及示出的原 则可在技术人员的考虑范围内变化并且匹配于相应的应用。相同的附图标记通常表示相同 类型或起相同作用的部件。
[0028] 本发明意义上的雷达系统首先是所有如下类型的系统，这些系统发出信号并且接 收被周围环境反射的、所述发出信号的分量，并且随后基于发射的信号与接收的信号之间 的关系推断出周围环境。这样的系统优选发出电磁射束。在此发射出的信号不仅涉及短脉 冲信号，而且涉及在较长时间间隔上发出的信号。这些信号能够在时间、强度和/或频率上 变化。本发明意义上的雷达系统尤其包括所谓的FMCW雷达系统。这样的系统在预给定的 时间间隔上发出连续的信号，其中，所述信号的频率随时间变化。在此，通过信号频率的适 当变化能够进一步推断出待检测的目标的数量、位置和相对速度。
[0029] 图1示意性地示出一个场景的示例性俯视图，在该场景中，多个物体31、32位于雷 达区20内。例如在此涉及机动车10,根据本发明的雷达系统被装入到该机动车中。从示 出的车辆10向右指向地示例性示出了雷达区20。两个目标31和32示例性地位于该雷达 区20内。例如，目标31可以是位于地面上的空饮料罐或类似物。这样一个物体能够被机 动车无危险地驶过。另外的目标物体32例如可以是一个停放的机动车或树木。对于这样 的物体应避免与机动车碰撞。
[0030] 虽然在这里、也如在下述始终观测具有两个目标物体的雷达区，但是本发明原则 上也可以在雷达区内有三个或更多的目标物体时进行。对雷达区内仅两个目标物体的观测 仅仅用于更好地理解，而不是本发明的限制。
[0031] 图2示出了出自图1中场景的侧视示意图。如由该视图中可见，两个物体31和32 位于不同的高度上，然而两者都位于被该雷达系统照射的共同的雷达区20之内。
[0032] 图3示出了用于检测目标物体的雷达系统的示意性结构。在此，该雷达系统首先 包括一个发射和接收单元11。在该发射和接收单元11内部，首先由信号处理单元1产生一 个或多个雷达信号并且经由主天线3发出。在此发出的电磁波碰到目标物体31、32并且被 这些目标物体31、32反射。接着，反射的电磁射束的一部分被接收天线2接收并且由信号 处理单元1处理。
[0033] 在此，为了沿方位方向分辨多个目标，通过信号处理单元1可以产生多个不同类 型的信号。例如在FMCW雷达的情况下，能够产生一些信号，在所述信号中频率随时间线性 上升或下降。因此，通过多个这样的具有频率上不同的上升或下降的信号能够明确地区分 多个目标。
[0034] 由此，通过应用适当的方法尤其是在FMCW雷达系统中即使在一个雷达区20内有 多个目标物体31、32时也能够明确地确定距离、相对速度和方位角。
[0035] 此外，对雷达区20内多个目标的分辨也可通过一个具有多于一个接收通道的接 收天线2改善。为了明确地分辨多个目标在此需要雷达系统中的接收通道的数量超过待检 测的目标的数量。否则，无法求得目标物体的角位置。
[0036] 为了确定雷达区内一个目标的仰角，此外通过一个另外的仰角天线4附加地发出 信号，该信号同样由目标物体反射。该信号的反射也被接收天线