CN114981676A - 用于确定关于借助雷达***感测的至少一个物体的至少一条物体信息的方法和雷达*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于确定关于借助雷达***感测的至少一个物体的至少一条物体信息的方法以及一种雷达***。根据该方法,在雷达***的监控区域中,通过至少三个发射器分别以线性调频脉冲序列发射线性调频脉冲形式的传输信号。借助于至少一个接收器接收在至少一个物体处反射的传输信号的回波作为接收信号,并且如果必要的话,使其成为可由电子控制和/或评估设备使用的形式。接收信号经受至少一个二维离散傅立叶变换。从至少一个二维离散傅立叶变换的结果中确定至少一个目标信号(ZS1_a,ZS2_a,ZS3_a,ZS4_a,ZS1_b,ZS2_b,ZS3_b,ZS4_b)。从至少一个目标信号(ZS1_a,ZS2_a,ZS3_a,ZS4_a,ZS1_b,ZS2_b,ZS3_b,ZS4_b)中确定至少一条物体信息。在发射器侧,从调频连续波信号中产生至少一个第一传输信号和至少两个其他传输信号,并且分别借助单独的发射器同时发射到雷达***的监控区域中。至少两个其他传输信号分别通过与至少一个第一传输信号相关的相位调制来编码。至少两个其他传输信号的相应相位位置从一个线性调频脉冲到下一个线性调频脉冲各增加或减少恒定的相移量。不同的相移量用于至少两个其他传输信号。至少两个其他传输信号的相应相移量被规定为使得对于包括至少一个第一传输信号的至少三个传输信号,至少三个传输信号中的两个的相移量之间的量差是不同的。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于确定通过雷达***感测的至少一个物体的至少一条物体信息的方法,其中,
-通过至少三个发射器,将线性调频脉冲形式的传输信号以线性调频脉冲序列发射到雷达***的监控区域中,
-在至少一个物体处反射的传输信号的回波作为接收信号被至少一个接收器接收,并且如果必要的话被转换成可由电子控制和/或评估设备使用的形式,
-接收信号经过至少一个二维离散傅立叶变换,
-从至少一个二维离散傅立叶变换的结果中确定至少一个目标信号,
-从至少一个目标信号中确定至少一条物体信息,
-其中,在发射器端,从调频连续波信号中产生至少一个第一传输信号和至少两个其他传输信号,并且利用单独的发射器将每个传输信号同时发射到雷达***的监控区域中,
-其中,至少两个其他传输信号分别通过相对于至少一个第一传输信号的相位调制来编码,
-其中,至少两个其他传输信号的相应相位位置从一个线性调频脉冲到下一个线性调频脉冲各递增或递减恒定的相移量,
-其中,不同的相移量用于至少两个其他传输信号。
此外,本发明涉及一种用于确定关于至少一个物体的至少一条物体信息的雷达***,
-具有至少一个发射器,用于以线性调频脉冲序列将线性调频脉冲发射到监控区域中,
-具有至少一个接收器,用于接收传输信号在至少一个物体处反射的回波作为接收信号,以及
-具有至少一个控制和/或评估设备,用于控制至少一个发射器和至少一个接收器,并且用于评估接收信号,
其特征在于,
至少一个控制和/或评估设备具有用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法的装置。
背景技术
文献WO2018/137836公开了一种用于确定关于由雷达***感测特别是车辆的雷达***感测的至少一个物体的至少一条物体信息的方法。在该方法中,使用至少一个发射器将传输信号发射到雷达***的监控区域中。传输信号的在至少一个物体处反射的回波作为接收信号被至少一个接收器接收,并且如果必要的话被转换成可由电子控制和/或评估设备使用的形式。接收信号经受至少一个二维离散傅立叶变换。从至少一个二维离散傅立叶变换的结果中确定至少一个目标信号。从至少一个目标信号中确定至少一条物体信息。在发射器端,从调频连续波信号中产生至少一个第一传输信号和至少一个第二传输信号,其中至少一个第二传输信号借助于相对于至少一个第一传输信号的相位调制来编码,其中至少一个第二传输信号的相位位置从一个频率斜坡到下一个频率斜坡递增或递减恒定量。在多个第二传输信号的相位调制中,不同的相位增量可以用于相应的第二传输信号。至少一个第一传输信号由至少一个第一发射器发射,并且至少一个第二传输信号由至少一个第二发射器同时发射到雷达***的监控区域中。使用控制和评估设备,可以控制发射器,使得第一发射器将第一传输信号、第二发射器将第二传输信号以及第三发射器将第三传输信号同时发射到监控区域中。
本发明基于配置上述类型的方法和雷达***的目的,其中可以更简单和/或更可靠地解决关于物体信息的任何模糊,特别是至少一个物体相对于雷达***的距离、速度和/或方向。
发明内容
根据本发明,该目的通过以下事实来实现,即至少两个其他传输信号的相应相移量被规定成使得对于包括至少一个第一传输信号的至少三个传输信号,至少三个传输信号中的任何两个的相移量之间的绝对差是不同的。
根据本发明,至少一个目标信号被分配给相应的传输信号并因此被验证。通过根据本发明的传输信号的相位调制,从不同发射器产生的相应目标信号,特别是在多普勒维度上看,相对于彼此偏移,从而形成独特的整体模式。因此,根据相位调制的可用调制级数,可以同时使用明显多于三个的发射器。在这种情况下,传输信号在二维傅立叶变换特别是FFT的输出端是完全正交的。该方法可以扩展到使用高阶调制方法的相应数量的同时活动的发射器。
利用本发明,可以实现具有快速线性调频脉冲信号的MIMO雷达。MIMO雷达可以使用多普勒复用方法来操作。通过在各个发射器处传输信号的相位位置的不同的恒定增量,可以产生在接收器端执行二维离散傅立叶变换之后沿着多普勒维度移动的信号,因此这些信号是正交的。
众所周知,频率随时间变化的信号被称为线性调频脉冲。线性调频脉冲的频率响应可以表示为频率斜坡。
根据本发明,至少两个其他传输信号的相应相移量被规定为使得对于包括至少一个第一传输信号的至少三个传输信号,至少三个传输信号中的任意两个的相移量之间的绝对差是不同的。这减少了目标信号之间的干扰效应的发生,该干扰效应可能在相同距离上以不同速度从不同目标发生,特别是在具有相同距离值的距离多普勒单元中。在没有本发明的情况下,如果相同范围单元中具有不同速度的目标的两个目标信号的速度恰好相差多普勒维度中发射器之间的选定距离的整数倍,则它们之间的干扰可能会发生。借助于本发明,对于使用多个发射器的多个目标,也可以避免来自具有不同速度的多个目标的目标信号之间的干扰。
根据本发明,在接收器端,在傅立叶变换之后,由于在发射器端不同的相移量,对于不同的发射器,在距离多普勒矩阵中实现不同的多普勒偏移。发射器的多普勒偏移由多普勒维度中唯一性范围的单个分数给出。唯一性范围可以在距离多普勒矩阵中由多普勒维度中规定数量的距离多普勒单元来表征。因此,发射器端的唯一性范围可以对应于360°的相移。不同发射器的相移量可以分别被规定为360°的单独分数。
至少一个第二传输信号可以通过相对于至少一个第一传输信号的相位调制来编码,使得在传输信号之间产生至少暂时的信号正交性。
至少三个发射器同时激活。以这种方式,可以加速物体信息的确定。
由于至少两个其他传输信号的相位调制使用不同的相移量,至少两个其他传输信号可以彼此正交并且与至少一个第一传输信号正交地实现。
反射的回波在发射端作为接收信号被接收,并且如果必要的话,被转换成可被电子控制和/或评估设备使用的形式。如果传输信号和产生的回波具有不能用相应的电子控制和/或评估设备直接处理的信号类型,则接收信号被转换成电子可用的形式。否则,不需要对接收信号进行相应的适配,特别是转换。以这种方式,接收信号可以通过电子控制和/或评估设备直接处理,或者如果合适的话,在相应的适配之后处理。
该方法可以有利地通过使用软件和/或硬件解决方案的至少一个装置来实现,特别是通过控制和/或评估设备来实现。
雷达***可以有利地使用快速频率调制。多个线性调频脉冲作为序列被连续发射。
相位调制可以有利地以线性调频脉冲的时钟速率(线性调频脉冲时钟速率)执行。以这种方式,代码序列所需的频率以及所需的信号带宽可以相应地保持较低。
从至少一个二维离散傅立叶变换的结果,可以确定多个目标信号,每个物理存在的目标的目标信号的数量最多对应于第一和两个其他传输信号的总数。物理存在的目标可以是检测到的物体的一部分。目标信号也可以称为雷达目标。
本发明可以用在车辆的雷达***中,特别是机动车辆。本发明可以有利地用于陆基交通工具,特别是汽车、卡车、公共汽车、摩托车等、飞机和/或船只。本发明也可以用于能够自主或至少部分自主运行的车辆。然而,本发明不限于车辆。它也可以用于静止运行的雷达***。
雷达***可以有利地连接到车辆的至少一个电子控制设备,特别是驾驶员辅助***和/或底盘控制***和/或驾驶员信息设备和/或停车辅助***和/或手势识别等,或者可以是这种设备或***的一部分。车辆可以这种方式自主或部分自主地运行。
雷达传感器可以用于捕获站立或移动的物体,特别是车辆、人、动物、植物、障碍物、道路不平坦,特别是坑洼或岩石、道路边界、交通标志、自由空间,特别是自由停车位,或降水等。
在该方法的一有利配置中,至少一个第一传输信号的相位位置从一个线性调频脉冲到下一个线性调频脉冲保持恒定,并且使用等于零的相应相移量。以这种方式,可以直接从目标信号中导出物体信息,该目标信号可被分配给至少一个第一传输信号。
在该方法的另一有利配置中,至少两个其他传输信号被编码成使得在包括至少一个第一传输信号的所有传输信号中,至少三个传输信号中的任何两个的相移量之间的绝对差是不同的。这样,可以进一步减少干扰目标信号的数量。
在该方法的另一有利配置中,传输信号的相移量可被规定成使得在相移量中没有两个相移量的绝对差等于另一传输信号的相移量的两个相移量中至少一个的绝对差。这样,可以最小化干扰目标信号的数量。
在该方法的另一有利配置中,至少两个其他传输信号中的至少一个的相移量可被定义为相移基本量和分配给所述传输信号的Golomb尺的Golomb数的数学乘积。这样,可以减少确定合适的相移量所需的努力。
众所周知,在数论中,Golomb尺是这样的尺,其中在整数位置上没有两个彼此距离相等的标记。Golomb尺按顺序和长度分类。Golomb尺的阶数由标记的数量定义,长度由两个标记之间的最大距离定义。
目标信号在多普勒维度上的不规则排列的优势随着同时使用的发射器的数量而增加。随着发射器数量的增加,Golomb尺的结构变得更加复杂。直到可用的Golomb尺的最大阶数,对于任何阶数都存在至少一个合适的Golomb尺,因此存在相应数量的发射器。
在具有多个同时活动的发射器的高分辨率雷达***(HD雷达)的情况下,本发明最小化由多个目标构成的所有可能星座(constellation)的目标信号的重叠。大多数目标信号不受干扰。这样,可以可靠地将来自多个目标信号的干扰降低到最小。
对于HD雷达,多个发射器特别是超过12个发射器可以发射它们各自的传输信号。多普勒维度中的多个特别是128或256个距离多普勒单元可以定义多普勒维度的唯一性范围。在没有根据本发明的方法的情况下,目标信号的可能干扰的数量越大,同时使用的发射器越多。例如,当使用12个同时活动的发射器时,在没有本发明的情况下,12个传输信号中多达11个在距离多普勒矩阵中重叠。使用根据本发明的方法,距离多普勒矩阵中的一个传输信号的最大值重叠。剩余的传输信号11保持不受干扰。
最小相移量可以定义为小于相移的唯一性范围除以Golomb尺的长度。Golomb尺的长度是两个标记之间的最大距离。将相移的最小可能步长定义为360°/Q是有利的,其中Q是2的幂。以这种方式,所有目标信号都符合具有相同多普勒维度的唯一性范围的相应距离多普勒矩阵。
在该方法的另一有利配置中,可以使用Golomb尺,其阶数小于或等于不同的相移量将被分配给的传输信号的数量,包括至少一个第一传输信号。如果Golomb尺的阶数对应于传输信号的数量,则在接收器端来自多个目标信号的可能干扰的数量可被最小化。
如果Golomb尺的阶数小于传输信号的数量,则在传输信号的数量大于Golomb尺当前可用的最大阶数时也可以使用Golomb尺。
目前已知的最大的Golomb尺有27阶。预计未来将确定阶数大于27的Golomb尺。因此,根据本发明,将来有可能使用Golomb尺为越来越多的发射器确定相移量,这些发射器可以同时发射越来越多的传输信号。
在该方法的一有利配置中,距离多普勒矩阵中的多个目标信号可以在接收器端从至少一个二维离散傅立叶变换的结果中确定。
注意到每个物理存在的目标的目标信号的数量最多可以等于线性调频脉冲序列的一个循环中的第一和其他传输信号的总数是有利的。
在另一有利实施例中,在接收器端,可以根据距离多普勒矩阵为每个距离多普勒单元确定相应的功率窗口,可以根据功率窗口确定功率窗口矩阵,并且功率窗口矩阵可以用于将多个目标信号分配给相应的传输信号。通过这种方式,可以验证目标信号。
对于距离多普勒单元,相应的功率窗口PW可以由以下公式确定:
其中,GR_Marks是阶数为GR_Order的Golomb尺的Golomb编号。阶数GR_Order对应于所用的发射器的数量或不同传输信号的数量。距离多普勒单元的距离值r的范围为[0;R],其中R是距离多普勒矩阵在范围维度上的距离多普勒单元的数量。多普勒维度中距离多普勒单元的多普勒值d的范围为[0;D],其中D是多普勒维度中距离多普勒矩阵的距离多普勒单元的数量。
以下等式可用于根据原始二维傅立叶变换将正确的复数值分配给相应的发射器:
2D-FFTTX1=2D-FFT[Dm+GR_Marks[0]]
2D-FFTTX2=2D-FFT[Dm+GR_Marks[1]]
…
2D-FFTTXN=2D-FFT[Dm+GR_Marks[N-1]]
这里,N是发射器的数量。TX1到TXN是发射器的标识符。Rm是范围维度中功率矩阵中检测到的目标的单元的索引。Dm是多普勒维度中功率矩阵中检测到的目标的单元的索引。
可选地,如果在多普勒维度中存在与单元Dm相邻的、在距离多普勒矩阵中具有冲突峰值的其他检测,则可以在距离维度中的相同单元Rm中执行附加检查。对于搜索,可以在范围[mod(Dm+GR_length,D),mod(Dm-GR_length,D)]中的多普勒维度成的单元中检查检测。如果在该范围内存在检测,则可以执行进一步的验证,以在距离多普勒矩阵中找到可能的碰撞。可以标记多普勒维度中的这些碰撞单元,并且该信息可以用于MIMO雷达的信号处理。
在该方法的另一有利配置中,可以从至少一个目标信号中确定至少一条物体信息。以这种方式,物体信息可以用于描述监控区域。
可以有利地从至少一个经验证的目标信号中确定至少一个物体信息项。经验证的目标信号是可以唯一分配给传输信号的目标信号。
在该方法的另一有利改进中,可以从至少一个目标信号中确定至少一条物体信息,以至少一个物体相对于雷达***的速度和/或位置特别是间隔和/或方向的形式。以这种方式,雷达***可以用于获取关于至少一个物体的信息,该信息对于控制车辆的驾驶功能特别有意义。
在该方法的另一有利改进中,执行单个二维离散傅立叶变换,特别是单个二维快速傅立叶变换。以这种方式,来自至少一个第一传输信号和来自至少两个其他传输信号的信息可以仅通过单个二维的、特别是快速的傅立叶变换来利用。因此,该方法可以更有效地执行。
在该方法的另一有利配置中,至少两个其他传输信号可以在发射器端通过二进制或高阶相移键控来编码。以这种方式,可以在传输信号之间产生信号正交性。
至少两个其他传输信号的编码可以有利地以线性调频脉冲序列的频率发生。这样,具有线性频率斜坡的连续线性调频脉冲可以可选地以相应的相位位置发射。因此,相位可被移位键控,使得当考虑整个序列长度时,接收器处的传输信号是正交的。
在该方法的另一有利配置中,该方法可以连续执行多次,特别是循环执行。以这种方式,可以在相对长的时间段内监控监控区域。另外或可替代地,可以将各个测量循环的结果相互比较,因此可以改进目标信号的验证,并且更好地解决模糊性。
至少一个目标信号可以在多个测量循环内被有利地验证。这种方法可称为“跟踪”。
此外,根据本发明,至少一个控制和/或评估单元应当具有用于执行本发明方法的装置的技术目标通过雷达***解决。
控制和评估设备的装置可以有利地通过软件和/或硬件解决方案来实现。
此外,与根据本发明的方法和根据本发明的雷达***相关地呈现的特征和优点及其相应的有利配置以相互对应的方式应用,反之亦然。不言而喻,各个特征和优点可以相互组合,其中可以建立超过各个效果总和的进一步的有利效果。
附图说明
从下面的描述中,本发明的其他优点、特征和细节将变得显而易见,其中参照附图更详细地解释了本发明的示例性实施例。本领域技术人员也将方便地单独考虑在附图、说明书和权利要求中组合公开的特征,并将它们组合以形成有意义的进一步组合。示意性地,在附图中:
图1示出了配备有驾驶员辅助***和MIMO雷达***的机动车辆,用于监控机动车辆行驶方向前方的监控区域,作为示例,该雷达***具有四个发射器和两个接收器;
图2示出了具有图1中的雷达***和驾驶员辅助***的机动车辆的功能图;
图3示出了线性调频脉冲形式的第一传输信号的幅度-时间图,该信号由图1和2的雷达***的第一发射器发射;
图4示出了由第一传输信号的线性调频脉冲构成的线性调频脉冲序列的幅度-时间图,该第一传输信号由图1和图3的雷达***的第一发射器发射;
图5示出了来自图4的线性调频脉冲序列的频率-时间图;
图6示出了具有目标信号的距离多普勒矩阵,目标信号是从接收到的各个线性调频脉冲序列的信号中确定的,线性调频脉冲序列由图1和图2的雷达***的四个发射器发射并在目标处反射,其中检测到的目标不具有相对于雷达***的相对速度;
图7示出了来自图6的距离多普勒矩阵,这里还示出了来自第二目标的目标信号,该第二目标相对于雷达***具有相对速度。
在附图中,相同的部件具有相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出了乘用车形式的机动车辆10的正视图。机动车辆10具有雷达***12。雷达***12例如布置在机动车辆10的前挡泥板中。雷达***12可以用于在机动车10前方的行驶方向16上监控在图2的功能图中示出的监控区域14中的物体。在图2中,指示了两个物体18a和18b。
雷达***12也可以不同地布置和定向在机动车辆10上的另一位置。物体18a和18b可以是站立的或移动的物体,例如其他车辆、人、动物、植物、障碍物、道路不平坦,例如坑洼或岩石、道路边界、交通标志、自由空间,例如停车位、降水等。
雷达***12配置为调频连续波雷达。在专家圈子中,调频连续波雷达***也被称为FMCW(调频连续波)雷达***。雷达***12可以用于例如确定物体18a和18b相对于机动车辆10的相应距离、相应方向和相应速度。
雷达***12连接到驾驶员辅助***20。借助于驾驶员辅助***20,机动车辆10可以自主或部分自主地运行。
雷达***12配置为所谓的MIMO雷达***。雷达***12包括例如第一发射器Tx1、第二发射器Tx2、第三发射器Tx3、第四发射器Tx4、电子控制和评估设备22、第一接收器Rx1和第二接收器Rx2。发射器Tx1、Tx2、Tx3和Tx4例如用雷达传感器实现,该雷达传感器包含例如具有四个集成发射器Tx1、Tx2、Tx3和Tx4的芯片。发射器Tx1、Tx2、Tx3和Tx4各自连接到单独的发射天线。例如,这里的四个发射天线以几毫米的距离布置。
控制和评估设备22具有与驾驶员辅助***20的信号传输连接。驾驶员辅助***20可以用于独立于雷达***12的物体信息来执行机动车辆10的功能的开环/闭环控制。对于本发明来说,电控制和/或评估设备例如驾驶员辅助***装置20、控制和评估设备22、机动车辆10的发动机控制装置等是否集成到一个或多个部件或组件中或者至少部分地实现为分散的部件或组件并不重要。
发射器Tx1、Tx2、Tx3和Tx4的相应发射天线例如具有相同的设计。它们具有相同的天线增益和方向特性。发射器Tx1、Tx2、Tx3和Tx4可以用于发射相应的传输信号C1、C2、C3和C4,分别以恒定变化的频率作为线性调频脉冲序列Cseq进入监控区域14。作为示例,用第一发射器Tx1发射的传输信号C1在图3中示出,相应的线性调频脉冲序列Cseq在图4中示出。传输信号C1、C2、C3和C4在物体18a处被反射,并且作为相应的接收信号E1_a、E2_a、E3_a和E4_a被发送回接收器Rx1和Rx2。此外,传输信号C1、C2、C3和C4在物体18b处被反射,并且作为相应的接收信号E1_b、E2_b、E3_b和E4_b被发送回接收器Rx1和Rx2。通过接收器Rx1和Rx2,接收信号E1_a、E2_a、E3_a、E4_a、E1_b、E2_b、E3_b和E4_b被转换成可由控制/评估设备22使用的形式。根据下面描述的另一种方法,使用控制和评估设备22从接收信号E1_a、E2_a、E3_a、E4_a、E1_b、E2_b、E3_b和E4_b中确定物体18a和18b相对于机动车辆10的范围、方向和速度。
下面参照图3至图7举例说明用于确定由雷达***12感测的物体18a和18b的各条物体信息即范围、方向和速度的方法。
在该方法中,发射器Tx1、Tx2、Tx3和Tx4由控制和评估设备22控制,使得第一发射器Tx1将第一传输信号C1的线性调频脉冲序列Cseq、第二发射器Tx2将第二传输信号C2的线性调频脉冲序列Cseq、第三发射器Tx3将第三传输信号C3的线性调频脉冲序列Cseq以及第四发射器Tx4将第四传输信号C4的线性调频脉冲序列Cseq发射到监控区域14中。传输信号C1、C2、C3和C4的相应线性调频脉冲以相同的时钟速率同时传输。
例如,传输信号C1、C2、C3和C4是从相同的调频连续波信号中产生的。第二传输信号C2、第三传输信号C3和第四传输信号C4通过相对于第一传输信号C1的相位调制来编码,使得在第一传输信号C1、第二传输信号C2、第三传输信号C3和第四传输信号C4之间实现信号正交性。
图3在幅度-时间图中示出了第一传输信号C1的示例。幅度As绘制在纵轴上,时间t绘制在横轴上。例如,第一传输信号C1的幅度As被归一化为1。
图4的幅度-时间图示出了第一传输信号C1的线性调频脉冲序列Cseq。例如,在测量期间,总共128个这样的第一传输信号C1可以作为线性调频脉冲序列Cseq被传输。线性调频脉冲序列Cseq中的传输信号C1的数量规定唯一性范围,在该示例中为128。线性调频脉冲序列Cseq的连续第一传输信号C1每个都具有相同的相位位置,也就是说每个都相对于它们的相位偏移了0°的相移量P_Tx1。总之,第一传输信号C1因此以恒定或相同的相位或相位位置循环传输。
图5示出了来自图4的第一传输信号C1的线性调频脉冲序列Cseq的频率-时间图。频率f绘制在纵轴上,时间t绘制在横轴上。连续的第一传输信号C1在这里分别显示为频率斜坡,其相对于它们的相位偏移0°。
在相应的线性调频脉冲序列Cseq中,从一个线性调频脉冲到下一个线性调频脉冲,第二传输信号C2的相位位置分别增加恒定的相移量P_Tx2。在相应的线性调频脉冲序列Cseq中,从一个线性调频脉冲到下一个线性调频脉冲,第三传输信号C3的相位位置分别增加恒定的相移量P_Tx3。在相应的线性调频脉冲序列Cseq中,从一个线性调频脉冲到下一个线性调频脉冲,第四传输信号C4的相位分别增加恒定的相移量P_Tx4。在相应的线性调频脉冲序列Cseq中,第一传输信号C1的相位从一个线性调频脉冲到下一个线性调频脉冲是恒定的,使得相应的相移量P_Tx1=0。
相移量P_Tx2、P_Tx3和P_Tx4是不同的,并且被规定成使得在所有传输信号C1、C2、C3和C4中,传输信号C1、C2、C3和C4中的任何两个的相应相移量P_Tx1、P_Tx2、P_Tx3和P_Tx4之间的绝对差Diff_P是不同的。因此,P_Tx1和P_Tx2之间、P_Tx1和P_Tx3之间、P_Tx1和P_Tx4之间、P_Tx2和P_Tx3之间、P_Tx2和P_Tx4之间以及P_Tx3和P_Tx4之间的相应绝对差Diff_P是不同的。
相移量P_Tx1、P_Tx2、P_Tx3和P_Tx4被规定为阶数为GR_Order的Golomb尺的相应Golomb数GR_Marks的相移基本值P0的数学乘积。使用Golomb尺,其阶数GR_Order对应于发射器Tx1、Tx2、Tx3和Tx4的总数N。在该示例性实施例中,四个发射器同时发射,从而使用阶数GR_Order=4的Golomb尺。使用的Golomb尺的Golomb编号GR_Marks是0、1、4和6。
例如,对于相移基本值P0的规定,相移的最小可能步长可以由360°/Q来规定,其中Q是2的幂。例如,Q可以是16,并且可以规定相移基本值P0=22.5°。相移基本值P0也可以用其他方式规定。例如,可以选择相移基本量P0,使得最小相移量小于相移的唯一性范围除以所使用的Golomb尺的长度。Golomb尺的长度是两个标记之间的最大距离。
通常,以下适用于从各个Golomb数与相移基本量P0的乘积计算相移量P_Tx:
P_Txn=GR_Marks_n*P0
其中,n是相应发射器Tx的串行参数。对于n,n=[1;N],其中N是同时发送的发射器Tx的总数。
在特定的示例性实施例中,发射器的总数N=4。相移基本量被规定为P0=22.5°。
因此,四个发射器Tx1、Tx2、Tx3和Tx4的相移量P_Tx如下获得:
P_Tx1=0*22.5°=0°
P_Tx2=1*22.5°=22.5°
P_Tx3=4*22.5°=90°
P_Tx4=6*22.5°=135°
对于任何两个发射器Tx1、Tx2、Tx3和Tx4的相移量P_Tx之间的所有差Diff_P,不同的值结果如下:
Diff_P(2,1)=P_Tx2-P_Tx1=22.5°
Diff_P(3,1)=P_Tx3-P_Tx1=90°
Diff_P(4,1)=P_Tx4-P_Tx1=135°
Diff_P(3,2)=P_Tx3-P_Tx2=67.5°
Diff_P(4,2)=P_Tx4-P_Tx2=112.5°
Diff_P(4,3)=P_Tx4-P_Tx3=45°
对于利用四个发射器Tx1、Tx2、Tx3和Tx4发射的相应线性调频脉冲序列Cseq,因此产生以下相位星座,其中“Tkt”表示线性调频脉冲序列Cseq的相应循环,并且为了清楚起见,仅示出了10个循环作为示例:
Tkt1 | Tkt2 | Tkt3 | Tkt4 | Tkt5 | Tkt6 | Tkt7 | Tkt8 | Tkt9 | Tkt10 | ... | |
Tx1 | 0° | 0° | 0° | 0° | 0° | 0° | 0° | 0° | 0° | 0° | |
Tx2 | 0° | 22.5° | 45° | 67.5° | 90° | 112.5° | 135° | 157.5° | 180° | 202.5° | |
Tx3 | 0° | 90° | 180° | 270° | 0° | 90° | 180° | 270° | 0° | 90° | |
Tx4 | 0° | 135° | 270° | 45° | 180° | 315° | 90° | 225° | 0° | 135° |
传输信号C1、C2、C3和C4的相位在每个时钟循环增加它们的相应相移量P_Tx1、P_Tx2、P_Tx3或P_Tx4。在第一时钟循环Tktl中,传输信号C1、C2、C3和C4各自以相位0°开始。例如,对于第二发射器Tx2的传输信号C2,后续循环中的相位在各个循环间即在各个线性调频脉冲间增加相移量P_Tx2,即22.5°。
利用接收器Rx1和Rx2,在物体18a处反射的传输信号C1、C2、C3和C4的回波被接收作为接收信号E1_a、E2_a、E3_a和E4_a,并且在物体18b处反射的传输信号C1、C2、C3和C4的回波被接收作为接收信号E1_b、E2_b、E3_b和E4_b,并且被转换成可由控制和评估设备22使用的形式。
接收信号E1_a、E2_a、E3_a、E4_a、E1_b、E2_b、E3_b和E4_b通过控制/评估设备22的相应装置进行单个二维快速傅立叶变换。
根据二维离散傅立叶变换的结果,为每个检测物体18a和18b确定对应于传输信号C1、C2、C3和C4的四个目标信号,即物体18a的目标信号ZS1_a、ZS2_a、ZS3_a、ZS4_a和物体18b的目标信号ZS1_b、ZS2_b、ZS3_b、ZS3_b、ZS4_b。物体的目标信号的数量对应于发射器Tx1、Tx2、Tx3和Tx4的总数,在这种情况下是四个。在该方法的这个阶段,示例性的八个目标信号还没有分配给相应的发射器Tx1、Tx2、Tx3和Tx4,但在这里已经分配了相应的参考信号ZS1_a、ZS2_a、ZS3_a、ZS4_a、ZS1_b、ZS2_b、ZS3_b、ZS4_b。目标信号ZS1_a、ZS2_a、ZS3_a、ZS4_a、ZS1_b、ZS2_b、ZS3_b、ZS4_b的分配即它们的验证仅在该方法的较后阶段进行。
在图6中,为了更清楚,目标信号ZS1_a、ZS2_a、ZS3_a、ZS4_a仅在距离多普勒矩阵24中针对物体18a示出,在每种情况下都通过向右上方的阴影线示出。在图7中,物体18b的目标信号ZS1_b、ZS2_b、ZS3_b、ZS4_b也用向右下方的阴影线表示。如将在下面解释,用于物体18a的目标信号ZS4_a和用于物体18b的目标信号ZS3_b落入距离多普勒矩阵24的相同距离多普勒单元26中,该距离多普勒单元26因此以交叉阴影线示出。在所描述的示例性实施例中,作为示例,物体18a不执行相对于雷达***12的相对运动。物体18b相对于雷达***12执行相对运动。此外,在所描述的实施例中,反射传输信号C1、C2、C3和C4的物体18a和18b的物体目标距离雷达***12相同的距离。出于本发明的目的,目标物体是监控区域中的物体的区域,在该区域处传输信号被反射,使得相应的回波可被雷达***12检测为接收信号。
图6和7所示的距离多普勒矩阵24也可以称为范围多普勒矩阵。范围多普勒矩阵24由多个范围多普勒单元26构成。每个距离多普勒单元26由范围值r和多普勒值d表征,范围值r也称为范围仓,多普勒值d也称为多普勒仓。举例来说,在图6和7中,范围值r在横轴上示出,多普勒值d在纵轴上示出。
在本示例性实施例中,多普勒维度中的唯一性范围对应于线性调频脉冲序列Cseq的传输信号的数量,并且对应于范围多普勒矩阵24中的128个范围多普勒单元26,如上所述。在图6和图7中,为了清楚起见,仅以网格形式的示例示出了一些范围多普勒单元26。
因为物体18a和18b的物体目标位于距雷达***12相同的距离处,所以所有目标信号ZS1_a、ZS2_a、ZS3_a、ZS4_a、ZS1_b、ZS2_b、ZS3_b、ZS4_b具有相同的范围值r,例如r=6。
作为上面针对传输信号C1、C2、C3和C4描述的根据本发明的相位星座的结果,多普勒维度中的距离28,即分别如图6和7所示源自物体18a的相邻目标信号ZS1_a至ZS2_a、ZS2_a至ZS3_a和ZS3_a至ZS4_a之间的各个多普勒值d之间的差是不同的。
例如,目标信号ZS1_a具有范围多普勒坐标(6,1)。例如,目标信号ZS2_a具有范围多普勒坐标(6,2)。例如,目标信号ZS3_a具有范围多普勒坐标(6,5)。例如,目标信号ZS4_a具有范围多普勒坐标(6,7)。因此,目标信号ZS1_a和ZS2_a之间在多普勒维度中的距离28等于1。因此,目标信号ZS2_a和ZS3_a之间的距离28是3。因此,目标信号ZS3_a和ZS4_a之间的距离28是2。
此外,作为上面针对传输信号C1、C2、C3和C4描述的相位星座的结果,多普勒维度中的距离28,即分别如图7所示源自物体18b的相邻目标信号ZS1_b和ZS2_b与相邻目标信号ZS3_b和ZS4_b之间的相应多普勒值d之间的差是不同的。例如,目标信号ZS1_b具有范围多普勒坐标(6,3)。例如,目标信号ZS2_b具有范围多普勒坐标(6,4)。例如,目标信号ZS3_b具有范围多普勒坐标(6,7)。例如,目标信号ZS4_b具有范围多普勒坐标(6,9)。因此,目标信号ZS1_b和ZS2_b之间的多普勒维度中的距离28等于1。目标信号ZS3_b和ZS4_b之间的距离28是2。目标信号ZS2_b和ZS3_b之间的距离28是3。
根据本发明的用于传输信号C1、C2、C3和C4的相位星座确保源自物体18a的目标信号ZS1_a、ZS2_a和ZS4_a以及源自物体18b的目标信号ZS1_b、ZS2_b和ZS4_b分别位于不同的范围多普勒单元26中,并且因此可以彼此区分。在示例性实施例中,只有来自物体18a的目标信号ZS4_a和来自物体18b的目标信号ZS3_b处于具有范围多普勒坐标(6,5)的相同范围多普勒单元26中。
为了验证目标信号ZS1_a、ZS2_a、ZS3_a、ZS4_a、ZS1_b、ZS2_b、ZS3_b、ZS4_b,它们必须被分配给相应的传输信号C1、C2、C3和C4,即相应的发射器Tx1、Tx2、Tx3和Tx4。
为了将目标信号ZS1_a、ZS2_a、ZS3_a、ZS4_a、ZS1_b、ZS2_b、ZS3_b、ZS4_b分配给相应的传输信号C1、C2、C3和C4,为来自范围多普勒矩阵24的每个范围多普勒单元26确定相应的功率窗口PW。图中未示出的功率窗口矩阵由功率窗口PW确定。功率窗口矩阵用于确定对应于来自范围多普勒矩阵24的目标信号ZS1_a、ZS2_a、ZS3_a、ZS4_a、ZS1_b、ZS2_b、ZS3_b、ZS4_b的功率窗口目标信号。
使用以下公式为每个范围多普勒单元26计算功率窗口PW:
其中,GR_Marks是与阶数GR_Order一起使用的Golomb尺的Golomb数,因此在下面的示例性实施例中为4。范围多普勒单元26的范围值的参数是来自[0;R]的范围值r,其中R是范围维度中范围多普勒矩阵24的范围多普勒单元26的数量。D是多普勒维度中范围多普勒矩阵24的范围多普勒单元26的数量。多普勒维度中范围多普勒单元26的参数是来自[0;R]的多普勒值d。
以下等式用于将来自原始二维傅立叶变换的正确复数值即范围多普勒矩阵24分配给相应的发射器Tx1、Tx2、Tx3和Tx4:
2D-FFTTX1=2D-FFT[Dm+GR_Marks[0]]
2D-FFTTX2=2D-FFT[Dm+GR_Marks[1]]
…
2D-FFTTXN=2D-FFT[Dm+GR_Marks[N-1]]
其中,N是发射器的数量,因此在所示的示例性实施例中为4。Tx1到TXN即TX1到Tx4是发射器的标识符。Rm是性能矩阵中检测目标的范围多普勒单元的范围值的索引。Dm是性能矩阵中检测目标的范围多普勒单元的多普勒值的索引。
可选地,如果多普勒单元Dm的其他相邻检测在范围多普勒矩阵24中具有冲突峰值,则可以在范围单元Rm中执行附加验证。对于搜索,可以检查范围[mod(Dm+GR_length,D),mod(Dm-GR_length,D)]内的多普勒单元中的检测。如果在该范围内存在检测,则可以执行进一步的验证,以在距离多普勒矩阵24中找到可能的碰撞。可以标记这些冲突的多普勒单元,并且该信息可以用于MIMO信号处理。
因为目标信号ZS1_a、ZS2_a、ZS3_a、ZS4_a、ZS1_b、ZS2_b、ZS3_b、ZS4_b在范围多普勒矩阵24中具有相同的范围值,所以在每种情况下都可以从它们导出正确的范围。
由于第一传输信号C1没有被编码并且在其相位上被偏移,因此与第一目标信号ZS1_a相关的多普勒值d可被认为是正确的多普勒值,并且可以从中导出物体18a的正确的相对速度。因此,可以从第一目标信号ZS1_b的多普勒值d导出物体18b的正确相对速度。
在对传输信号C1、C2、C3和C4的相位星座进行适当的校正之后,也可以从其他唯一且有效的目标信号ZS2_a、ZS3_a和ZS2_b、ZS4_b中导出正确的相对速度。目标信号ZS4_a和ZS3_b落入相同的范围多普勒单元26中,因此不能唯一地分配给传输信号C1、C2、C3和C4以及物体18a和18b并被验证。
与唯一且有效的目标信号ZS1_a、ZS2_a、ZS3_a、ZS1_b、ZS2_b、ZS4_b相关的相位值以及与传输信号C1、C2、C3和C4相关的相位值可以由于偏移而彼此独立地确定,并且可以用于物体18a和18b相对于雷达***12的基于相位的方位角和仰角的角度测量。
从经验证的目标信号ZS1_a、ZS2_a、ZS3_a、ZS1_b、ZS2_b、ZS4_b中,相应的相对速度、相应的距离和相应的方向以及因此物体18a和18b相对于雷达***12的位置因此被确定为物体信息。
该方法被循环执行,从而针对物体18a和18b连续地监控监控区域14,并且相应地可以跟踪被检测的物体18a和18b。
本发明也可以用于具有多于或少于四个发射器Tx1、Tx2、Tx3和Tx4的雷达***12,例如12个或更多个发射器,和/或多于或少于两个接收器Rx1和Rx2以及相应的传输信号C1、C2、C3和C4或接收信号E1、E2、E3和E4。
Claims (14)
1.一种用于确定关于用雷达***(12)感测的至少一个物体(18a、18b)的至少一条物体信息的方法,其中,
-通过至少三个发射器(Tx1,Tx2,Tx3,Tx4),将线性调频脉冲形式的传输信号(C1,C2,C3,C4)各自以线性调频脉冲序列(Cseq)发射到雷达***(12)的监控区域(14)中,
-在至少一个物体(18a,18b)处反射的传输信号(C1,C2,C3,C4)的回波作为接收信号(E1_a,E2_a,E3_a,E4_a,E1_b,E2_b,E3_b,E4_b)被至少一个接收器(Rx1,Rx2)接收,并且如果必要的话被转换成可由电子控制和/或评估设备(22)使用的形式,
-接收信号(E1_a,E2_a,E3_a,E4_a,E1_b,E2_b,E3_b,E4_b)经过至少一个二维离散傅立叶变换,
-从至少一个二维离散傅立叶变换的结果中确定至少一个目标信号(ZS1_a,ZS2_a,ZS3_a,ZS4_a,ZS1_b,ZS2_b,ZS3_b,ZS4_b),
-从至少一个目标信号(ZS1_a,ZS2_a,ZS3_a,ZS4_a,ZS1_b,ZS2_b,ZS3 b,ZS4 b)中确定至少一条物体信息,
-其中,在发射器端,从调频连续波信号中产生至少一个第一传输信号(C1)和至少两个其他传输信号(C2,C3,C4),并且利用单独的发射器(Tx1,Tx2,Tx3,Tx4)将每个传输信号同时发射到雷达***(12)的监控区域(14)中,
-其中,至少两个其他传输信号(C2,C3,C4)分别通过相对于至少一个第一传输信号(C1)的相位调制来编码,
-其中,至少两个其他传输信号(C2,C3,C4)的相应相位位置从一个线性调频脉冲到下一个线性调频脉冲各递增或递减恒定的相移量,
-其中,不同的相移量用于至少两个其他传输信号(C2,C3,C4),
其特征在于,
至少两个其他传输信号(C2,C3,C4)的相应相移量被规定为使得对于包括至少一个传输信号(C1)的至少三个传输信号(C1,C2,C3,C4),至少三个传输信号(C1,C2,C3,C4)中的任何两个的相移量之间的绝对差是不同的。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,从一个线性调频脉冲到下一个线性调频脉冲,所述至少一个第一传输信号(C1)的相位位置保持恒定,并且使用等于零的相应相移量。
3.如权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述至少两个其他传输信号(C2,C3,C4)被编码成使得在包括所述至少一个第一传输信号(C1)的所有传输信号(C1,C2,C3,C4)中,所述至少三个传输信号(C1,C2,C3,C4)中的任何两个的相移量之间的绝对差是不同的。
4.如前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,所述传输信号(C1,C2,C3,C4)的相移量被规定为使得在相移量中没有两个相移量的绝对差等于另一传输信号(C1,C2,C3,C4)的相移量的两个相移量中的至少一个的绝对差。
5.如前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,所述至少两个其他传输信号(C2,C3,C4)中的至少一个的相移量被定义为相移基本量和分配给所述传输信号(C2,C3,C4)的Golomb尺的Golomb数的数学乘积。
6.如权利要求5所述的方法,其特征在于,使用所述Golomb尺,其阶数小于或等于不同的相移量将被分配给的传输信号(C1,C2,C3,C4)数量,包括所述至少一个第一传输信号(C1)。
7.如前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,在接收器端,根据所述至少一个二维离散傅立叶变换的结果,在范围多普勒矩阵(24)中确定多个目标信号(ZS1a,ZS2_a,ZS3_a,ZS4_a,ZS1_b,ZS2_b,ZS3_b,ZS4_b)。
8.如权利要求7所述的方法,其特征在于,在接收器端,从所述范围多普勒矩阵(24)中为每个范围多普勒单元(26)确定相应的功率窗口,从功率窗口中确定功率窗口矩阵,并且功率窗口矩阵用于将多个目标信号(ZS1_a,ZS2_a,ZS3_a,ZS4_a,ZS1_b,ZS2_b,ZS3_b,ZS4b)分配给相应的传输信号(C1,C2,C3,C4)。
9.如前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,从至少一个目标信号(ZS1_a,ZS2_a,ZS3_a,ZS4_a,ZS1_b,ZS2_b,ZS3_b,ZS4 b)中确定至少一条物体信息。
10.如前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,从至少一个目标信号(ZS1_a,ZS2_a,ZS3_a,ZS4_a,ZS1b,ZS2_b,ZS3_b,ZS4 b)中,以至少一个物体(18a,18b)相对于雷达***(12)的速度和/或位置特别是距离和/或方向的形式确定至少一条物体信息。
11.如前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,执行单个二维离散傅立叶变换,特别是单个二维快速傅立叶变换。
12.如前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,所述至少两个其他传输信号(C1,C2,C3,C4)在发射器端通过二进制或高阶相移键控进行编码。
13.如前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,该方法连续执行多次,特别是循环执行。
14.一种用于确定关于至少一个物体(18a,18b)的至少一条物体信息的雷达***(12),
-具有至少一个发射器(Tx1,Tx2,Tx3,Tx4),用于以线性调频脉冲序列(Cseq)将线性调频脉冲形式的传输信号(C1,C2,C3,C4)发射到监控区域(14)中,
-具有至少一个接收器(Rx1,Rx2),用于接收传输信号(C1,C2,C3,C4)在至少一个物体(18a,18b)处反射的回波作为接收信号(E1_a,E2_a,E3_a,E4_a,E1_b,E2_b,E3_b,E4_b),以及
-具有至少一个控制和/或评估设备(22),用于控制至少一个发射器(Tx1,Tx2,Tx3,Tx4)和至少一个接收器(Rx1,Rx2),并且用于评估接收信号(E1_a,E2_a,E3_a,E4_a,E1_b,E2_b,E3_b,E4_b),
其特征在于,
至少一个控制和/或评估设备(22)具有用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法的装置。
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