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Die Erfindung betrifft eine Radarvorrichtung, welche mehrere Sendewellen über einen gegebenen Winkelbereich abstrahlt und ein reflektierendes Objekt auf der Grundlage von empfangenen Signalen von reflektierten Wellen erfasst, die den jeweiligen Sendewellen entsprechen. Die Erfindung ist an einem Fahrzeug und anderen Systemen anwendbar.
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Zum Beispiel ist eine Radarvorrichtung in der Druckschrift
US 2005/0200833 A1 bzw. der Druckschrift
JP 2005-257405A offenbart. Gemäß dieser Radarvorrichtung wird ein Laserstrahl von einer Laserdiode in Übereinstimmung mit einem Ansteuersignal aus einer Laserradar-CPU abgestrahlt und wird reflektierendes Licht, das dem Laserstrahl entspricht, von einem Lichtempfangselement empfangen. Das Lichtempfangselement gibt ein Spannungssignal bzw. Lichtempfangssignal aus, das der Intensität des empfangenen reflektierten Lichts entspricht, und wandelt das ausgegebene Lichtempfangssignal mittels eines A/D-Wandlerbereichs, welcher das Spannungssignal abtastet und einer A/D-Wandlung unterzieht, zu einem digitalen Signal. In einem Zeitgeberbereich, der dem A/D-Wandlerbereich folgt, wird ein Integrationssignal durch Integrieren der Lichtempfangssignale erzielt, welche zu den digitalen Signalen gewandelt worden sind, und wird eine Zeit eines Erzeugens eines Spitzenwerts der Spitzenwellenform erzielt, welche aus einem Rauschreferenzwert erzielt wird. In diesem Beispiel wird eine Spitzenmitteschätzung bzw. Periodenschätzung wie folgt ausgeführt, wenn der Zeitpunkt eines Erzeugens des Spitzenwerts erzielt wird.
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Wie es in 12 gezeigt ist, wird die maximale Intensität der A/D-Wandlerergebnisse an einem Abtastpunkt des Lichtempfangssignals (Zeit, zu der ein Abtasten durch die A/D-Wandlung ausgeführt wird) erfasst und wird die maximale Intensität mit einem gegebenen Koeffizient k (k ist ein Koeffizient, der gleich oder kleiner als 1, zum Beispiel 0,5, ist) multipliziert, wie es durch den folgenden Ausdruck dargestellt ist, um einen Schwellwert Ith einzustellen. Schwellwert Ith = (maximale Intensität) × k (0 < k < 1) (Ausdruck 1)
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Wenn der Schwellwert durch Berechnen des Ausdrucks 1 eingestellt wird, wird der Schwellwert mit den Intensitäten der A/D-Wandlerergebnisse an jedem der Abtastpunkte verglichen. Bei dem Vergleich werden die A/D-Wandlerergebnisse von zwei Punkten, zwischen welchen sich der Schwellwert befindet, an zwei Abschnitten eines vorauseilenden Abschnitts und eines nacheilenden Abschnitts der Lichtempfangssignalwellenform erfasst. Als Ergebnis werden, wie es in 13 gezeigt ist, zwei aufeinanderfolgende Punkte (t1, a1) und (t2, a2) erfasst, zwischen welchen der Schwellwert Ith an dem vorauseilenden oder ansteigenden Abschnitt der Lichtempfangsignalwellenform liegt. Auf eine ähnliche Weise werden zwei Punkte (t3, a3) und (t4, a4) erfasst, zwischen welchen der Schwellwert Ith an dem nacheilenden oder abfallenden Abschnitt der Lichtempfangssignalwellenform liegt. Eine Referenz ti (i = 1, 2, 3, 4) stellt eine Zeit von dem Lichtabgabestart an den Abtastpunkten dar und ai (i = 1, 2, 3, 4) stellt die A/D-Wandlerergebnisse an den Abtastpunkten dar.
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Dann werden eine Anstiegszeit T1 und eine Abfallszeit T2 mittels der vier erfassten Punkte berechnet, wenn es angenommen wird, dass die Wellenform des empfangenen Signals des Schwellwert Ith kreuzt. Genauer gesagt werden die Anstiegszeit T1 und die Abfallzeit T2 durch Berechnen des Ausdrucks einer linearen Interpolation festgestellt, der durch den folgenden Ausdruck dargestellt ist. T1 = (Ith – a1) × (t2 – t1)/(a2 – a1) + t1 (Ausdruck 2) T2 = (a3 – Ith) × (t4 – t3)/(a3 – a4) + t3 (Ausdruck 3)
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Die Zeit der Spitzenmitte wird durch Berechnen des folgenden Ausdrucks auf der Grundlage der Berechnungsergebnisse der Anstiegszeit T1 und der Abfallzeit T2 geschätzt. geschätzte Zeit der Spitzenmitte = (T1 + T2)/2 (Ausdruck 4)
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Wenn die geschätzte Zeit der Spitzenmitte durch Berechnen des vorhergehenden Ausdrucks 4 erzielt wird, wird eine Zeitdifferenz Δt zwischen einer Laserstrahl-Abgabestartzeit und einer geschätzten Zeit einer Spitzenmitte berechnet. Danach wird ein Abstand zu dem reflektierenden Objekt durch Berechnen des folgenden Ausdrucks auf der Grundlage der Zeitdifferenz Δt berechnet, die aus einem Zeitmessbereich in der Laserradar-CPU ausgegeben wird. Abstand [m] = Lichtgeschwindigkeit [m/ns] × Δt [ns]/2
= 0,15 [m/ns] × Δt [ns] (Ausdruck 5)
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Diese Abstandsberechnung beinhaltet immer noch einige Fehler und muss daher verbessert werden, um genauer zu sein.
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Außerdem beschreibt die Druckschrift
US 2005/0093735 A1 eine Objekt-Erkennungsvorrichtung für ein Fahrzeug, bei welcher Intensitäten von reflektierten Wellen von reflektierenden Objekten verwendet werden, um eine Entscheidung bezüglich dessen durchzuführen, ob ein reflektierendes Objekt ein Fahrzeug oder ein Nicht-Fahrzeug ist, eine Mehrzahl von Sendewellen abgegeben wird, um eine Mehrzahl von reflektierten Wellen von reflektierenden Objekten zu empfangen, und eine Entscheidung bezüglich dessen durchgeführt wird, ob das reflektierende Objekt, das eine Mehrzahl von reflektierter Wellen erzeugt, ein einziges reflektierendes Objekt ist oder nicht. Wenn die Entscheidung ein einziges reflektierendes Objekt zeigt, wird die höchste Intensität von Intensitäten der reflektierten Wellen von dem einzigen reflektierenden Objekt mit einer Referenzintensität verglichen, um eine Entscheidung bezüglich dessen durchzuführen, ob das reflektierende Objekt ein Fahrzeug oder ein Nicht-Fahrzeug ist. Dies ermöglicht, eindeutig eine Entscheidung für jedes einzige Objekt bezüglich dessen durchzuführen, ob das reflektierende Objekt wahrscheinlicher ein Fahrzeug oder ein Nicht-Fahrzeug ist, um dadurch die Erkennungsgenauigkeit zu verbessern.
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In Anbetracht des Vorstehenden liegt der Erfindung als eine Aufgabe zugrunde, eine Radarvorrichtung zu schaffen, die imstande ist, einen Abstandsberechnungsfehler zu verringern, der sich aus einem Abtasten eines Lichtempfangssignals ergibt.
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Diese Aufgabe wird durch eine Radarvorrichtung mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung beruht auf der folgenden Analyse. Wie es sich aus 11 versteht, in welcher A/D-Wandlerergebnisse eines Lichtempfangssignals aufgetragen sind, ist festgestellt worden, dass ein Abtasten ausgeführt wird, während einige Abschnitte übersprungen werden, da Abtastintervalle in der A/D-Wandlung nicht ausreichend fein, jedoch nicht fein, verglichen mit der Spitzenbreite des Lichtempfangssignals sind. Die jeweiligen Punkte in der Figur stellen abgetastete Abschnitte (A/D-Wandlerergebnisse an jedem der Abtastpunkte) dar und eine Interpolationskurve ist zwischen den jeweiligen angrenzenden oder aufeinanderfolgenden Abtastpunkten für Beschreibungszwecke verbunden.
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Eine tatsächliche Spitzenmitte des Lichtempfangssignals wird nicht abgetastet. Wie es zuvor beschrieben worden ist, wird es festgestellt, dass die Möglichkeit, dass die tatsächliche Spitzenmitte nicht abgetastet wird, ausreichend hoch in dem Lichtempfangssignal ist, das nicht der A/D-Wandlung zu den ausreichend feinen Abtastintervallen bezüglich der Spitzenbreite des Lichtempfangssignals unterzogen wird.
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Deshalb wird, wenn die tatsächliche Abtastfrequenz erhöht wird, die Möglichkeit, dass die Spitzenmitte abgetastet werden kann, durch Verfeinern der Abtastintervalle erhöht. Jedoch wird die Spitzenmitte, da es eine Grenze in der Schaltung der Radarvorrichtung gibt, durch eine vorbestimmte begrenzte Abtastfrequenz ohne Erhöhen der Abtastfrequenz erfasst. Aus diesem Grund ist es erforderlich, die Spitzenmitte der reflektierten Welle auf der Grundlage der A/D-Wandlerergebnisse zu schätzen, die abgetastet worden sind, während einige Abschnitte mit einer hohen Genauigkeit übersprungen werden.
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In der Radarvorrichtung der
US 2004/0169840 A1 ist gemäß dem vorhergehenden Ausdruck 5 festgestellt worden, dass eine Schätzgenauigkeit der Spitzenmitte-Schätzzeit, welche aus dem Ausdruck 4 berechnet wird, eine Abstandsgenauigkeit an sich ist, welche aus der Radarvorrichtung ausgegeben wird. Unter diesen Umständen versteht es sich, wenn die Schätzgenauigkeit der Spitzenmitte-Schätzzeit untersucht wird, dass sich das folgende Problem ergibt.
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In 14 sind ein Wellenform, die eine Spitzenmitte aufweist, die dem Abtastpunkt entspricht, und eine Wellenform, die keine Spitzenmitte aufweist, die dem Abtastpunkt entspricht, gleichzeitig aufgetragen. 14 zeigt eine Gauss-Wellenform, die durch den folgenden Ausdruck als ein Beispiel einer verständlichen Wellenform ausgedrückt ist. Ein Symbol ”b” in dem folgenden Ausdruck stellt die Spitzenmitteposition dar. Wellenform (t) = exp{–a × (t – b) × (t – b)} (Ausdruck 6)
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Es wird auf 14 verwiesen. Die gestrichelten Linien, die parallel zu der Achse der Ordinate sind, stellen Abtastpunkte Ts1, Ts2, Ts3, Ts4 usw. dar und Kreuzungspunkte der gestrichelten Linien, die parallel zu der Achse der Ordinate sind, und der zwei Wellenformen sind die A/D-Wandlerwerte. Die linke Wellenform weist eine erste Spitzenmitte PC1 auf, die sich an der Abtastposition Ts3 befindet, und die rechte Wellenform weist eine zweite Spitzenmitte PC2 auf, die sich an den Abtastpositionen Ts3, Ts4 befindet. 15 zeigt einen Graph der A/D-Wandlerergebnisse (Punkte auf dem Graph) der gleichen Wellenform wie der Graph, der in 14 gezeigt ist, welche durch Interpolationskurven verbunden sind, und trägt die A/D-Wandlerergebnisse der ursprünglichen Wellenformen auf, die mit durchgezogenen Linien gezeigt sind.
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Wie es in 15 gezeigt ist, stimmt in dem Fall der linken Wellenform, deren Spitzenmitte PC1 abgetastet wird, die Wellenform, die die A/D-Wandlerergebnisse durch die Interpolationskurve verbindet, im Wesentlichen mit dem Aufbau der ursprünglichen Wellenform überein. Eine Spitzenmitte-Schätzzeit, die durch Berechnen des vorhergehenden Ausdrucks 4 auf der Grundlage eines Schwellwerts Th1 und vier A/D-Wandlerergebnissen geschätzt wird, stimmt mit der tatsächlichen Spitzenmitte PC1 überein.
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Jedoch ist in dem Fall der rechten Wellenform, deren Spitzenmitte PC2 nicht angeordnet ist, um abgetastet zu werden, festgestellt worden, dass die Wellenform, die die A/D-Wandlerwerte durch die Interpolationskurve verbinden wird, der Aufbau zu der ursprünglichen Wellenform unterschiedlich ist. Ebenso ist, da die Spitzenmitte PC2 nicht abgetastet wird, die maximale Intensität, die in den vorhergehenden Ausdruck 1 eingesetzt wird, kleiner als der tatsächliche Spitzenmaximalwert und ist der Schwellwert Th2 kleiner als der Schwellwert Th1 unter der Berechnung.
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Die Tatsache, dass die Spitzenmittezeit (Position), die durch den vorhergehenden Ausdruck 4 berechnet wird, nicht mit der tatsächlichen Spitzenmittezeit (Position) übereinstimmt, versteht sich deutlich aus der Asymmetrie des Wellenformaufbaus, der durch die Interpolationskurve verbunden ist, die in 15 gezeigt ist. Das heißt, da die Werte einer Anstiegszeit T1 und einer Abfallzeit T2 asymmetrisch bezüglich der Mitte sind, weichen die Berechnungsergebnisse des Ausdrucks 4 von der Mitte ab.
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16 zeigt eine Beziehung zwischen einer Abweichung (Fehler) zwischen der Spitzenmitte-Schätzzeit und der tatsächlichen Spitzenmittezeit und der Abtastzeit. Die Beziehung wird theoretisch aus den vorhergehenden Ausdrücken 1 bis 5 berechnet. In dieser Figur ist ein Wert von k in dem vorhergehenden Ausdruck 2 0,625 und ist die Abtastfrequenz 40 [MHz] (eine Periode von 25 [ns]).
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Die Abweichung zwischen der Spitzenmitte-Schätzzeit und der tatsächlichen Spitzenmittezeit in dem Fall, in dem die Spitzenmitte verschoben ist, ist eine Einheit von 1,25 [ns] in 25 [ns] einer Periode. In der Figur stellt die Achse der Abszisse eine Zeit dar, zu der die tatsächliche Spitzenmitte vorhanden ist (einen Zeitpunkt von einem Abtastpunkt) und stellt die Achse der Koordinate die Abweichung (= Fehler) zwischen der Spitzenmitten-Schätzzeit, die unter Verwendung der A/D-Wandlerergebnisse und die Spitzenposition geschätzt wird, und der tatsächlichen Spitzenmittezeit dar.
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In dem Fall, in dem die Zeit auf der Achse der Abszisse 0 [ns] und 25 [ns] (eine Periode von 40 [MHz]) ist, stimmen, da der Abtastpunkt und die Spitzenmitteposition miteinander übereinstimmen, die Spitzenmitte-Schätzzeit und die tatsächliche Spitzenmitte miteinander überein und ist die Abweichung (= Fehler) der Schätzzeit null (0). Andererseits ist in dem Fall, in dem die Zeit auf der Achse der Abszisse nicht 0 [ns] oder 25 [ns] (eine Periode von 40 [MHz]) ist, da alle der Spitzenmittepositionen von den Abtastpunkten abweichen, die Wellenform verzerrt, wie es durch die Wellenform gezeigt ist, die durch die Interpolationskurve in 15 verbunden ist. Als Ergebnis ist ein Fehler in der Spitzenmitte-Schätzzeit beinhaltet. Es ist festgestellt worden, dass der Fehler eine Funktion einer Zeitdifferenz zwischen der tatsächlichen Spitzenmitteposition und dem Abtastpunkt als eine Variable ist. Das heißt, der Fehler ist kein konstanter Wert, sondern ändert sich abhängig von der Spitzenmitteposition.
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Wie es in 16 gezeigt ist, ist ein Fehlerbereich der Spitzenmitte-Schätzzeit ungefähr ±1,62 [ns]. Wenn der Fehler der Spitzenmitte-Schätzzeit zu einem Fehler des Abstands auf der Grundlage des Ausdrucks 5 gewandelt wird, ist festgestellt worden, dass sich der Fehler in der Form einer Sinuskurve innerhalb eines Bereichs ±0,243 [m] ändert, wie es durch den folgenden Ausdruck dargestellt ist. Abstandsfehler = ±1,62 × 0,15 = ±0,243 [m]
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Der Abstandsfehler wird durch die Tatsache verursacht, dass die Abtastpunkte der A/D-Wandlung einige Bereiche (eine Abtastung ist nicht fein) bezüglich der Spitzenbreite der Empfangssignalwellenform überspringen. Dies ist ein Problem, das immer bezüglich einer tatsächlichen Schaltung mit einer Grenze der Abtastfrequenz auftritt.
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Wenn das vorhergehende Problem von dem Standpunkt einer Genauigkeit der Abstandsberechnung der Radarvorrichtung betrachtet wird, tritt der Abstandsfehler in dem Aufbau, der in 16 gezeigt ist, durch die Position eines zu erfassenden Objekts (= Spitzenmitteposition) auf. Ebenso wird der Abstandsfehler in der gleichen Periode wie die Abtastperiode wiederholt.
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Genauer gesagt ist in dem Fall, in dem sich die Position des zu erfassenden Objekts (die Spitzenmitte der Lichtempfangssignalwellenform) auf dem Abtastpunkt befindet, der Abstandsfehler null (0). In dem Fall, in dem das zu erfassende Objekt bei 1/4 der Abtastfrequenz vorhanden ist, wird der Abstandsfehler maximal (0,243 [m]). Der Maximalwert wird in dem Fall erzielt, in dem die Lichtempfangssignalwellenform der Aufbau der Gauss-Wellenform ist, die durch den Ausdruck 6 dargestellt ist. Jedoch wird, da die tatsächliche Lichtempfangssignalwellenform von der Gauss-Wellenform verschieden ist, ein Wert des Fehlers ebenso verschieden.
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Da es erforderlich ist, dass der Fehler innerhalb eines gegebenen Bereichs (idealerweise ist der Fehler null) unberücksichtigt der Position des zu erfassenden Objekts als die Radarvorrichtung ist, ist eine Änderung des Fehlers des Abstands zu dem zu erfassenden Objekt ein Problem der Abstandsberechnungsgenauigkeit der Radarvorrichtung.
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Gemäß der Erfindung strahlt deshalb eine Radarvorrichtung eine Sendewelle in einem gegebenen Winkelbereich ab, empfängt eine reflektierte Welle der Sendewelle, die von einem reflektierenden Objekt reflektiert wird, und gibt ein Empfangssignal aus, das einer Intensität der reflektierten Welle entspricht. Die Radarvorrichtung tastet das Empfangssignal ab und wandelt das abgetastete Empfangssignal zu einem digitalen Signal. Die Radarvorrichtung schätzt eine Spitzenmitte-Erzeugungszeit in dem Empfangssignal, das zu dem digitalen Signal gewandelt wird. Die Radarvorrichtung berechnet einen Abstand zu dem reflektierenden Objekt auf der Grundlage einer geschätzten Spitzenmitte-Schätzzeit. Die Radarvorrichtung korrigiert einen Schätzfehler der Spitzenmitte-Schätzzeit, welcher durch eine Abweichung der Spitzenmitte-Erzeugungszeit in dem Empfangssignal von der Abtastzeit für die A/D-Wandlung verursacht wird.
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Im Einzelnen wird die Aufgabe somit gelöst durch eine Radarvorrichtung, die aufweist: eine Radareinrichtung zum Abstrahlen einer Sendewelle in einem gegebenen Winkelbereich, zum Empfangen einer reflektierten Welle der Sendewelle, die von einem reflektierenden Objekt reflektiert wird, und zum Ausgeben eines Empfangssignals, das einer Intensität der reflektierten Welle entspricht; eine A/D-Wandlereinrichtung zum Abtasten des Empfangssignals bei einer vorbestimmten Abtastfrequenz und zum Wandeln des abgetasteten Empfangssignals zu einem digitalen Signal; eine Spitzenmitte-Schätzeinrichtung zum Schätzen einer Spitzenmitte-Erzeugungszeit des Empfangssignals, das von der A/D-Wandlereinrichtung zu dem digital Signal gewandelt wird; eine Abstandsberechnungseinrichtung zum Berechnen eines Abstands zu dem reflektierenden Objekt; und eine Schätzfehler-Korrektureinrichtung zum Korrigieren eines Schätzfehlers einer Spitzenmitte-Schätzzeit und zum Erzeugen einer korrigierten Spitzenmitte-Schätzzeit, wobei der Schätzfehler durch eine Abweichung der Spitzenmitte-Erzeugungszeit des von der Radareinrichtung ausgegebenen Empfangssignals von der Abtastzeit der A/D-Wandlereinrichtung verursacht wird; wobei die Abstandsberechnungseinrichtung den Abstand zu dem reflektierenden Objekt auf der Grundlage der korrigierten Spitzenmitte-Schätzzeit, die von der Spitzenmitte-Schätzeinrichtung geschätzt und von der Schätzfehler-Korrektureinrichtung korrigiert wird, berechnet.
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Die Schätzfehler-Korrektureinrichtung beinhaltet eine Korrekturzeit-Berechnungseinrichtung zum Berechnen einer Korrekturzeit zum Korrigieren des Schätzfehlers der Spitzenmitte-Schätzzeit auf der Grundlage einer Beziehung zwischen der Fehlerzeit der Spitzenmitte-Schätzzeit bezüglich der Spitzenmitte-Erzeugungszeit des Empfangssignals und der Abtastzeit der A/D-Wandlereinrichtung in dem Fall, in dem ein Wellenformaufbau des Empfangssignals bekannt ist, das von der Radareinrichtung ausgegeben wird. Die Beziehung wird auf der Grundlage des Wellenformaufbaus berechnet.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigt:
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1 eine Schnittdarstellung eines Fahrzeugsteuersystems, an welcher eine Radarvorrichtung gemäß der Erfindung angewendet wird;
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2 eine Schnittdarstellung eines Laserradarsensors, der in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet wird;
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3 eine Schnittdarstellung einer Erfassungsschaltung, die in dem Laserradarsensor verwendet wird;
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4 eine perspektivische Ansicht von bestrahlten Bereichen des Laserradarsensors;
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5 ein Wellenformdiagramm zum Erläutern eines Digitalwandlerverfahrens bezüglich eines Lichtempfangssignals aufgrund einer A/D-Wandlung in der Erfassungsschaltung;
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6 ein Wellenformdiagramm einer Lichtempfangssignalwellenform, die in dem Laserradarsensor zu einem digitalen Signal gewandelt worden ist;
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7A ein vergrößertes Wellenformdiagramm einer symmetrischen Wellenform
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und 7B eine vergrößerte Wellenformdarstellung einer asymmetrischen Wellenform;
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8 eine Darstellung einer Fehlerkurve, die eine Beziehung zwischen einer Abweichungszeit zwischen einer tatsächlichen Spitzenmitte-Erzeugungszeit und einer Spitzenmitte-Schätzzeit und einer Abtastzeit des A/D-Wandlers darstellt;
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9 eine Darstellung, die eine Korrekturabbildung zum Korrigieren der Spitzenmitte-Schätzzeit zeigt;
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10 eine Darstellung einer Abbildung zum Berechnen der Korrekturhöhe in einem Fall, in dem die Lichtempfangssignalwellenform eine Gauss-Wellenform ist;
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11 eine Darstellung von aufgetragenen A/D-Wandlerergebnissen des Lichtempfangssignals;
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12 eine Darstellung der maximalen Intensität der A/D-Wandlerergebnisse an Abtastpunkten des Lichtempfangssignals;
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13 eine Darstellung von zwei Punkten, zwischen welchen sich ein Schwellwert auf einem vorauseilenden bzw. ansteigenden Abschnitt der Lichtempfangssignalwellenform befindet, und zwei Punkten, zwischen welchen sich der Schwellwert auf einem nacheilenden bzw. abfallenden Abschnitt der Lichtempfangssignalwellenform befindet;
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14 einen Graph einer Wellenform, deren Spitzenmitte mit dem Abtastpunkt übereinstimmt, und einer Wellenform, deren Spitzenmitte nicht mit dem Abtastpunkt übereinstimmt, zur gleichen Zeit;
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15 einen Graph einer Wellenform, der A/D-Wandlerergebnisse durch eine Interpolationskurve verbindet, und einer ursprünglichen Wellenform, die keiner A/D-Wandlung unterzogen worden ist, zur gleichen Zeit; und
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16 eine Darstellung einer Beziehung zwischen einer Abweichung zwischen der Spitzenmitte-Schätzzeit und der tatsächlichen Spitzenmittezeit bezüglich der Abtastzeit.
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Es wird auf 1 verwiesen. Eine Fahrzeugradarvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an einer Fahrzeugsteuervorrichtung 1 angewendet. Die Fahrzeugradarvorrichtung weist eine Funktion eines Steuerns einer Fahrzeuggeschwindigkeit auf, um einen Alarm in einem Fall auszugeben, in dem ein Hindernis in einem Bereich innerhalb eines gegebenen Abstands vorhanden ist, oder um einen Zwischenfahrzeugabstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug auf einem gegebenen Zwischenfahrzeugabstand zu halten.
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Die Fahrzeugsteuervorrichtung 1 beinhaltet hauptsächlich eine Erkennungs/Zwischenfahrzeug-Steuer-ECU 3. Die Steuer-ECU 3 beinhaltet hauptsächlich einen Mikrocomputer, eine Eingabe/Ausgabeschnittstelle (I/O), verschiedene Ansteuerschaltungen und Erfassungsschaltungen. Derartige Hardwareaufbauten sind bekannt und ihre Beschreibung wird weggelassen.
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Die Steuer-ECU 3 empfängt Erfassungssignale von einem Laserradarsensor 5 als eine Fahrzeugradarvorrichtung, einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 7, einem Bremsschalter 9 und einem Drosselöffnungssensor 11. Die Steuer-ECU 3 gibt ebenso Ansteuersignale zu einem Alarmgenerator 13, einer Abstandsanzeige 15, einer Sensoranomalieanzeige 17, einer Bremsen-Betätigungsvorrichtung 19, einer Drossel-Betätigungsvorrichtung 21 und einer Automatikgetriebe- bzw. A/T-Steuereinrichtung 23 aus.
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Ebenso ist die Steuer-ECU 3 mit einer Alarmlautstärken-Einstelleinrichtung 24, die eine Alarmlautstärke einstellt, einer Alarmempfindlichkeits-Einstelleinrichtung 25, die die Empfindlichkeit in einem Alarmbestimmungsverfahren einstellt, einem Fahrtreglerschalter 26, einem Längssensor 27, der den Betätigungsgrad eines Lenkrads (nicht gezeigt) erfasst, und einem Gierratensensor 28 verbunden, der eine Gierrate erfasst, die in einem Fahrzeug erzeugt wird. Ebenso weist die Steuer-ECU 3 einen Energieversorgungsschalter 29 auf und startet eine gegebene Verarbeitung nach einem Einschalten des Energieversorgungsschalters 29.
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Der Laserradarsensor 5 beinhaltet, wie es in 2 gezeigt ist, hauptsächlich einen Lichtabgabebereich, einen Lichtempfangsbereich und eine Laserradar-CPU 70. Der Lichtabgabebereich beinhaltet eine Halbleiterlaserdiode 75, die einen gepulsten Laserstrahl über eine Lichtabgabelinse 71 und eine Abtasteinrichtung 72 abstrahlt. Weiterhin ist die Laserdiode 75 über eine Laserdioden-Ansteuerschaltung 76 mit der Laserradar-CPU 70 verbunden und strahlt einen Laserstrahl in Übereinstimmung mit einem Ansteuersignal aus der Laserradar-CPU 70 ab bzw. gibt diesen aus. Ebenso ist die Abtasteinrichtung 72 mit einem Polygonspiegel 73 ausgestattet, der um eine vertikale Achse drehbar ist. Wenn das Ansteuersignal aus der Laserradar-CPU 70 in einen Motoransteuerbereich 74 eingegeben wird, wird der Polygonspiegel 73 durch eine Antriebskraft von einem Motor (nicht gezeigt) gedreht. Die Drehposition des Motors wird durch einen Motordrehpositionssensor 78 erfasst und zu der Laserradar-CPU 70 ausgegeben.
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Da der Polygonspiegel 73 sechs Spiegel mit einem unterschiedlichen Neigungswinkel aufweist, ist der Polygonspiegel 73 imstande, einen Laserstrahl auszugeben, um diskontinuierlich die jeweiligen gegebenen Winkelbereiche in der Fahrzeugbreitenrichtung und der Fahrzeughöhenrichtung mit dem Laserstrahl abzutasten. Daher wird der Laserstrahl zweidimensional abgetastet, wie es in 4 gezeigt ist. In 4 zeigen Muster 122 des abgegebenen Laserstrahls lediglich einen Fall, in welchem der Laserstrahl zu dem rechten Ende und dem linken Ende innerhalb eines Erfassungsbereichs 121 eines reflektierenden Objekts abgegeben wird und sind die Muster zwischen dem rechten Ende und dem linken Ende in der Figur weggelassen. Die abgegebenen Laserstrahlenmuster 122 sind im Wesentlichen oval, aber sind nicht auf diesen Aufbau beschränkt und können rechteckig sein. Das Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nicht auf das Abtastsystem beschränkt, sondern kann an einem System angewendet werden, das imstande ist, zwei Ausrichtungen zusätzlich zu dem Abstand zu messen.
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Wie es in 4 gezeigt ist, wird, wenn die Abstrahlungsrichtung des Laserstrahls eine Z-Achse ist, der Laserstrahl abgestrahlt, um der Reihe nach eine XY-Ebene, die senkrecht zu der Z-Achse ist, mit dem Laserstrahl abzutasten. In diesem Ausführungsbeispiel ist eine Y-Achse, die eine Höhenrichtung ist, eine Referenzrichtung, und ist eine X-Achse, die eine Fahrzeugbreitenrichtung ist, eine Abtastrichtung. Der Laserstrahl wird durch 327 Punkte abgestrahlt, während die Abtastrichtung jeden gegebenen Winkel in der X-Achsenrichtung verschoben wird, und die Abstrahlung von 327 Punkten in der X-Achsenrichtung wird durch sechs Abtastzeilen in der Y-Achsenrichtung wiederholt. Deshalb werden mehrere Laserstrahlen in jeder der Abtastzeilen einer ersten Abtastzeile bis zu einer sechsten Abtastzeile abgestrahlt.
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Wie es später beschrieben wird, berechnet, die Laserradar-CPU 70 mit dem Bestrahlen des Erfassungsbereichs 121 mit dem Laserstrahl Abtastwinkel θx und θy, die die Bestrahlungswinkel des Laserstrahls anzeigen, und einen gemessenen Abstand L und gibt dann die berechneten Werte zu der Steuer-ECU 3 aus. Die zwei Abtastwinkel θx und θy werden derart definiert, dass ein Winkel zwischen einer Zeile, die sich aus einem Projizieren der jeweiligen abgegebenen Laserstrahlen auf eine YZ-Ebene ergibt, und der X-Achse ein vertikaler Abtastwinkel θy ist, und ein Winkel zwischen einer Zeile, die sich aus einem Projizieren der jeweiligen abgegebenen Laserstrahlen auf eine XZ-Ebene ergibt, und der Z-Achse ein horizontaler Abtastwinkel θx ist.
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Der Lichtempfangsbereich des Laserradarsensor 5 ist mit einer Sammellinse 81, die das Laserlicht sammelt, das von dem reflektierenden Objekt (nicht gezeigt) reflektiert wird, und einem Lichtempfangselement (Photodiode) 83 ausgestattet, das ein Spannungssignal (Lichtempfangssignal) ausgibt, das der Intensität des gesammelten reflektierten Lichts entspricht. Das Lichtempfangssignal, das von dem Lichtempfangselement 83 ausgebeben wird, wird von einem Verstärker 85 verstärkt und dann in die Erfassungsschaltung 86 eingegeben, die das reflektierte Objekt auf der Grundlage des Lichtempfangssignals erfasst, das zu einem digitalen Signal gewandelt worden ist. Hier im weiteren Verlauf werden der Aufbau und Betrieb der Erfassungsschaltung 86 beschrieben.
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Wie es in 3 gezeigt ist, beinhaltet die Erfassungsschaltung 86 einen Analog/Digital- bzw. A/D-Wandlerbereich 87. Das Lichtempfangssignal, das aus dem Verstärker 87 ausgegeben, wird in den A/D-Wandlerbereich 87 eingegeben, mit einer gegebenen Abtastfrequenz abgetastet und dann zu dem digitalen Signal gewandelt. Das Lichtempfangssignal, das zu dem digitalen Signal gewandelt worden ist, wird in eine Spitzenmitte-Erfassungsbereich 88 eingegeben und dann vorübergehend in dem Spitzenmitte-Erfassungsbereich 88 gehalten.
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Das Lichtempfangssignal, das zu dem digitalen Signal gewandelt wird, ist ein Signal, das aus der Verstärkerschaltung 85 ausgegeben wird, bis eine gegebene Zeitdauer (zum Beispiel 2000 [ns]) nach der Laserstrahl-Abgabezeit verstrichen ist. Wie es in 5 gezeigt ist, teilt der A/D-Wandlerbereich 37 das Lichtempfangssignal in N Bereiche an gegebenen Zeitintervallen (zum Beispiel 25 [ns]) und wandelt einen Mittelwert der Lichtempfangssignale in jedem der Bereiche zu einem digitalen Wert.
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Der Spitzenmitte-Erfassungsbereich
88 schätzt die Spitzenmitte-Erzeugungszeit in dem Lichtempfangssignal, wenn es mittels des A/D-Wandlers
87 zu dem digitalen Signal gewandelt worden ist, um die Spitzenmitte-Schätzzeit zu erfassen. Das Schätzverfahren der Spitzenmitte-Schätzzeit ist das gleiche wie das Verfahren eines Berechnens der vorhergehenden Ausdrücke 1 bis 4, um die Schätzzeit zu finden, wie es in der
US 2004/0169840 A1 offenbart ist. Genauer gesagt wird zuerst die maximale Intensität der A/D-Wandlerergebnisse an den Abtastpunkten der Lichtempfangssignale (Zeit, zu der ein Abtasten von dem A/D-Wandlerbereich
87 ausgeführt wird) erfasst und wird die maximale Identität mit einem gegebenen Koeffizienten k (k ist ein Koeffizient von 1 oder weniger, zum Beispiel 0,5) multipliziert, um einen Schwellwert Ith einzustellen.
Schwellwert Ith = maximale Intensität × k (0 < k < 1) (Ausdruck 8) -
Wenn der Ausdruck 8 berechnet wird, um den Schwellwert einzustellen, wird der Schwellwert mit der Intensität der A/D-Wandlerergebnisse verglichen. Bei dem Vergleich werden die A/D-Wandlerergebnisse an zwei Punkten, zwischen welchen sich die Schwellwerte befinden, an jeweiligen zwei Abschnitten eines vorauseilenden Abschnitts und eines nacheilenden Abschnitts der Lichtempfangssignalwellenform erfasst. Dann werden zwei Punkte (t1, a1) und (t2, a2) erfasst, zwischen welchen sich der Schwellwert Ith auf dem vorauseilenden Abschnitt des Lichtempfangssignals befindet, und werden zwei Punkte (t3, a3) und (t4, a4) erfasst, zwischen welchen sich der Schwellwert auf dem nacheilenden Abschnitt des Lichtempfangssignals befindet. Ein Symbol ti (i = 1, 2, 3, 4) stellt eine Zeit an dem Abtastpunkt dar, nachdem die Lichtabgabe startet, und ai (i = 1, 2, 3, 4) stellt die A/D-Wandlerergebnisse an dem Abtastpunkt dar.
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Dann werden die erfassten vier Punkte verwendet, um eine vorauseilende Zeit T1 und eine nacheilenden Zeit T2 zu berechnen, an welchen es geschätzt wird, dass die Lichtempfangssignalwellenform den Schwellwert Ith kreuzt. Genauer gesagt werden die vorauseilende Zeit T1 und die nacheilende Zeit T2 durch Berechnen der folgenden Ausdrücke der linearen Interpolation festgestellt. T1 = (Ith – a1) × (t2 – t1)/(a2 – a1) + t1 (Ausdruck 9) T2 = (a3 – Ith) × (t4 – t3)/(a3 – a4) + t3 (Ausdruck 10)
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Die Spitzenmitte-Erzeugungszeit wird durch Berechnen des folgenden Ausdrucks auf der Grundlage der Berechnungsergebnisse der vorauseilenden Zeit T1 und der nacheilenden Zeit T2 geschätzt. Spitzenmitte-Schätzzeit = (T1 + T2)/2 (Ausdruck 11)
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Als Ergebnis kann das Lichtempfangssignal, das einen Rauschpegel aufweist, der den Schwellwert nicht überschreitet, aus dem für die Schätzung der Spitzenmitte-Schätzzeit zu verwendenden Signalen ausgeschlossen werden.
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Ein Fehlerkorrekturbereich 89 nimmt die Spitzenmitte-Schätzzeit auf, die aus dem Spitzenmitte-Erfassungsbereich 88 ausgegeben wird, und speichert eine Datenabbildung, die die Charakteristiken anzeigt, die bezüglich des Schaltungsaufbaus der Radarvorrichtung eindeutig sind, und einen Versatzwert darin, wie es in 9 gezeigt ist, welche später beschrieben wird. Der Fehlerkorrekturbereich 89 führt einen Ausdruck 13 aus, der später bezüglich der Eingabe der Spitzenmitte-Schätzzeit beschrieben wird, und bezeichnet einen Korrekturwert (eine Korrekturzeit) zum Korrigieren des Schätzfehlers aus der Abbildung, die in 9 gezeigt ist. Danach führt der Fehlerkorrekturbereich 89 die Korrekturberechnung eines Ausdrucks 14 aus, welcher später beschrieben wird. Dann wird die korrigierte Spitzenmitte-Schätzzeit zu dem Abstandsberechnungsbereich 90 ausgegeben. Hier im weiteren Verlauf wird die Korrektur der Spitzenmitte-Schätzzeit beschrieben.
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6 zeigt den Aufbau einer beispielhaften Lichtempfangswellenform, die in dem Laserradarsensor 5 zu dem digitalen Signal gewandelt worden ist. Die linke Wellenform in 6 ist die Lichtempfangssignalwellenform, die tatsächlich von dem Laserradarsensor 5 überwacht wird. Die tatsächliche Lichtempfangssignalwellenform ist nicht symmetrisch bezüglich der Spitzenmitte wie bei der Gauss-Wellenform, sondern weist eine derartige Charakteristik auf, dass sich die Steigung des nacheilenden Abschnitts langsamer als die des linken vorauseilenden Abschnitts bezüglich der Spitzenmitte ändert. Diese Charakteristik weicht von der Charakteristik ab, die bezüglich des Lichtempfangselements 83 und des Schaltungsaufbaus eindeutig ist, der dem Lichtempfangselement 83 nachfolgt. Eine Schaltung, die ideal arbeitet, weist den symmetrischen Aufbau ähnlich der Gauss-Wellenform auf, die in 14 gezeigt ist. Jedoch unterscheidet sich die Charakteristik des vorauseilenden Abschnitts der Lichtempfangssignalwellenform tatsächlich von der des nacheilenden Abschnitts.
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Demgemäß ist die tatsächliche Lichtempfangssignalwellenform, die in 6 gezeigt ist, nicht symmetrisch bezüglich der Spitzenmitte und stimmt die Spitzenmitte-Schätzzeit, die aus dieser Wellenform berechnet wird, nicht mit der tatsächlichen Spitzenmitte überein und weicht von der tatsächlichen Spitzenmitte zu der rechten Seite ab. Zum Beispiel stimmt, wie es in 7A gezeigt, in dem Fall der symmetrischen Wellenform, die Spitzenmitte-Schätzzeit, die von dem vorhergehenden Ausdruck 11 berechnet wird, mit der tatsächlichen Spitzenmitte überein. Jedoch stimmt, wie es in 7B gezeigt ist, in dem Fall der asymmetrischen Wellenform die Spitzenmitte-Schätzzeit, die von dem vorhergehenden Ausdruck 11 berechnet wird, nicht mit der tatsächlichen Spitzenmitte überein.
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Die rechte Wellenform in 6 zeigt die Abtastergebnisse in dem Fall, in dem die Spitzenmitte-Erzeugungszeit von dem Abtasten des A/D-Wandlerbereichs 87 abweicht. Wie in dem Fall, der unter Bezugnahme auf die Gauss-Wellenform in 15 beschrieben ist, werden die Ergebnisse der Wellenform abgetastet, die bedeutsam von der ursprünglichen Wellenform abweichen.
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8 zeigt eine Fehlerkurve, die eine Beziehung zwischen einer Abweichungs(Fehler)-Zeit zwischen der tatsächlichen Spitzenmitte-Erzeugungszeit und der Spitzenmitte-Schätzzeit (der Spitzenmitte-Schätzzeit bezüglich der tatsächlichen Spitzenmitte-Erzeugungszeit) und der Abtastzeit des A/D-Wandlers 87 unter Verwendung der linken Wellenform, die in 6 gezeigt ist, wie in 16 darstellt. In 8 wird eine Berechnung unter den Bedingungen ausgeführt, in denen ein Wert von k in dem vorhergehenden Ausdruck 8 0,625 ist und die Abtastfrequenz 40 [MHz] (eine Periode von 25 [ns]) wie in 16 ist.
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Die Fehlerkurve, die in 8 gezeigt ist, wird theoretisch unter Verwendung der vorhergehenden Ausdrücke 8 bis 11 auf der Grundlage des ursprünglichen Wellenformaufbaus (der linken Wellenform in 6) berechnet. Das heißt, wenn der Wellenformaufbau des Lichtempfangssignals in der Radarvorrichtung bekannt ist, kann die Fehlerkurve in 8 berechnet werden. Ebenso ändert sich auch dann, wenn sich das Lichtreflektionsvermögen des reflektierenden Objekts ändert, die lediglich Spitzenhöhe (die Lichtempfangssignalintensität) der linken Wellenform, die in 6 gezeigt ist, und die Lichtempfangssignalwellenform ändert sich ohne Ändern des Aufbaus, der durch Multiplizieren des ursprünglichen Aufbaus mit einem gegebenen Koeffizienten erzielt wird, der dem Lichtreflektionsvermögen entspricht. Deshalb ändern sich in dem Spitzenmitte-Erfassungsbereich 88 die Spitzenmitte-Schätzzeit, die durch Berechnen der vorhergehenden Ausdrücke 8 bis 11 geschätzt wird, und die Fehlerkurve in 8, welche theoretisch aus den vorhergehenden Ausdrücken 8 bis 11 berechnet wird, nicht, wenn der Wellenformaufbau des Lichtempfangssignals konstant ist. In dem Fall, in dem sich Lichtempfangselement 83 und der Schaltungsaufbau, der dem Lichtempfangselement 83 folgt, ändern, kann die Fehlerkurve theoretisch auf der Grundlage der vorhergehenden Ausdrücke 8 bis 11 festgestellt werden, wenn der Aufbau der Lichtempfangssignalwellenform im Voraus überwacht worden ist.
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Wie es aus 8 ersichtlich ist, tritt, da die Lichtempfangssignalwellenform nicht symmetrisch bezüglich der Spitzenmitte ist, auch in dem Fall, in dem die Spitzenmitten in 0 [ns] und 25 [ns] vorhanden sind, wo ein Abtasten von dem A/D-Wandlerbereich 87 ausgewählt wird, eine Zeitabweichung (Abweichung zu einer größeren Zeit) von ungefähr 3 [ns] auf. Wenn die Zeitabweichung zu dem Abstand zu dem reflektierenden Objekt gewandelt wird, ist die Abstandsabweichung ungefähr 0,45 [m].
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In 8 stellt die Achse der Abszisse eine Position (Zeit) dar, an welcher eine tatsächliche Spitzenmitte auftritt. In dem Fall, in dem die Zeit auf der Achse der Abszisse zu einer allgemeinen Zeit ausgedehnt ist, ohne auf einen Zeitbereich von 0 bis 25 [ns] begrenzt zu sein, welches eine Abtastzeit (eine Periodenzeit einer Abtastung) ist, kann die Zeit auf der Achse der Abszisse aus einem Ausdruck, der nachstehend gezeigt ist, unter Verwendung der Periodizität des Fehlers erzielt werden.
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In dem folgenden Ausdruck stellt MOD (A, B) einen Rest dar, wenn A durch B geteilt wird (die Abtastfrequenz 40 [MHz] entspricht einer Abtastzeit von 25 [ns]). Zeit auf der Achse der Abszisse = MOD (tatsächliche Spitzenmitte-Erzeugungszeit, eine Abtastzeit) (Ausdruck 12)
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Wenn die Zeit auf der Achse der Abszisse, welche durch den vorhergehenden Ausdruck 12 erzielt wird, in 8 aufgetragen wird, ist es möglich, den Schätzfehler der Spitzenmitte-Schätzzeit in der allgemeinen Zeit zu erzielen, bei der die Spitzenmitte in einer Zeit vorhanden ist, die länger als 25 [ns] ist, welches eine Abtastzeit ist.
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Wenn der Wellenformaufbau des Lichtempfangssignals in der Radarvorrichtung bekannt ist, ist es möglich, da die Fehlerkurve, wie in 8 gezeigt ist, bestimmt wird, eine Kurve zu berechnen, die eine Spitzenmitte-Schätzzeit aufweist, welche von dem vorhergehenden Ausdruck 11 in der Achse der Abszisse berechnet wird, und eine Korrekturzeit (Qualität) zum Korrigieren des Schätzfehlers (Auslöschen des Schätzfehlers) in der Achse der Ordinate zu berechnen. Die Kurve ist eine Korrekturabbildung zum Auslöschen des Schätzfehlers, der durch Nichtzulassen des Abtastens der tatsächlichen Spitzenmitte verursacht wird, und der Fehler des Abtastens kann theoretisch perfekt auf null unterdrückt werden. Jedoch wird der Fehler beim Abtasten durch den A/D-Wandlerfehler in dem A/D-Wandlerbereich 87 und Rauschen beeinträchtigt, was es unmöglich macht, den Fehler bei dem Abtasten perfekt zu null zu machen. Die Kurve wird theoretisch unter Verwendung der vorhergehenden Ausdrücke 8 bis 11 berechnet.
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9 zeigt eine Korrekturabbildung zum Korrigieren der Spitzenmitte-Schätzzeit. Der Grund, warum ein nummerischer Wert eines Startpunkts der Kurve, die in 9 gezeigt ist, auf der Achse der Abszisse nicht von 0 [ns] startet, sondern von ungefähr 3 [ns] startet, ist, dass die Spitzenmitte-Schätzzeit bei einer Zeit ist, zu der die tatsächliche Spitzenmitte, die in 8 gezeigt ist, die von dem A/D-Wandlerbereich 87 abgetastet wird, zu 3 [ns] auf die Plusseite abweicht. Anders ausgedrückt ist dies so, da auch dann, wenn die tatsächliche Spitzenmitte von dem A/D-Wandlerbereich 87 abgetastet wird, da der Aufbau der Lichtempfangssignalwellenform asymmetrisch bezüglich der Spitzenmitte ist, die Spitzenmitte-Schätzzeit die Fehlerzeit von 3 [ns] beinhaltet.
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Wenn ein Abweichungswert zu dem Nullpunkt in 9 (Startpunkt 0 [ns] und Endpunkt 25 [ns]) als ein Versatzwert (in diesem Fall 3 [ns]) definiert ist, kann ein Korrekturwert bezüglich der Spitzenmitte-Schätzzeit in dem Fall einer allgemeinen Zeit, die 25 [ns] überschreitet, aus 9 durch Ausführen der folgenden Ausdruckswandlung bezüglich der Periodizität berechnet werden. Zeit auf der Achse der Abszisse = MOD({Spitzenmitte-Schätzzeit – Versatz}, eine Abtastzeit) + Versatz (Ausdruck 13)
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Mit der Spitzenmitte-Schätzzeit, die aus dem vorhergehenden Ausdruck 13 als ein Wert auf der Achse der Abszisse berechnet wird, wird sich auf den Korrekturwert, der diesem Wert entspricht, von dem Graph in 9 bezogen, um es dadurch zu ermöglichen, den Korrekturwert der Spitzenmitte-Schätzzeit zu erzielen. Genauer gesagt kann der Graph von 9 in der Form einer Korrekturdatenabbildung gespeichert werden. Die Abbildung weist diskrete Eingangsdaten auf. Deshalb wird in dem Fall, in dem es keinen Eingabewert in der Abbildung gibt, eine lineare Interpolation ausgeführt, um den Berechnungswert zu berechnen.
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Ebenso ist es, da der Versatzwert und die Abbildung, die in 9 gezeigt sind, aus dem Wellenformaufbau berechnet wird, der durch die Schaltungscharakteristik der Radarvorrichtung bestimmt wird, erforderlich, den Versatzwert und die Abbildung zu jeder Zeit zu berechnen, zu der sich der Schaltungsaufbau der Radarvorrichtung ändert. 10 zeigt eine Korrekturdatenabbildung zum Berechnen des Korrekturwerts in dem Fall, in dem die Lichtempfangssignalwellenform eine Gauss-Wellenform ist, die in 14 gezeigt ist. Der Versatzwert in dem Fall, der in 10 gezeigt ist, ist null (0).
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Der Fehlerkorrekturbereich 89 berechnet die Korrekturspitzenmitte-Schätzzeit, die durch Berechnen des folgenden Ausdrucks bezüglich des Korrekturwerts korrigiert worden ist, der unter Bezugnahme auf der Abbildung erzielt wird, die in 9 gezeigt ist. Wenn die Korrekturberechnung auf der Grundlage des folgenden Ausdrucks ausgeführt wird, ist es möglich, theoretisch den Schätzfehler der Spitzenmitte-Schätzzeit, welcher einem Abtasten zuzuschreiben ist, zu null zu machen. Korrekturspitzenmitte-Schätzzeit = Spitzenmitte-Schätzzeit + Korrekturwert (Ausdruck 14)
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sDer Abstandsberechnungsbereich 90, der in 3 gezeigt ist, berechnet einen Abstand zu dem reflektierenden Objekt auf der Grundlage einer Zeitperiode von der Laserabgabe-Startzeit zu der korrigierten Spitzenmitte-Schätzzeit unter Verwendung der korrigierten Spitzenmitte-Schätzzeit, die in dem Fehlerkorrekturbereich 89 der Fehlerkorrektur unterzogen worden ist. Der Abstand zu dem berechneten reflektierenden Objekt wird zu der Laserradar-CPU 70 ausgegeben, wie es in 2 gezeigt ist.
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Die Laserradar-CPU 70 erzeugt die Positionsdaten auf der Grundlage des Abstands zu dem reflektierenden Objekt, welcher von dem Abstandsberechnungsbereich 90 eingegeben worden ist, und den Abtastwinkeln θx und θy des entsprechenden Laserstrahls. Genauer gesagt werden die Positionsdaten des Zielobjekts in einem XYZ-Orthogonalkoordinatensystem, das eine X-Achse in der Fahrzeugsbreitenrichtung, eine Y-Achse in der Fahrzeughöhenrichtung und eine Z-Achse in der Fahrzeugvorwärtsrichtung aufweist, aus dem Abstand und den Abtastwinkeln θx und θy mit der Laserradarmitte als ein Ursprung (0, 0, 0) festgestellt. Die Positionsdaten in dem XYZ-Orthogonalkoordinatensystem werden zu der Steuer-ECU 3 ausgegeben.
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Die Steuer-ECU 3 erkennt ein Objekt auf der Grundlage der Abstandsdaten aus dem Laserradarsensor 5 und führt ein Zwischenfahrzeugsteuern, das die Fahrzeuggeschwindigkeit steuert, durch Ausgeben eines Ansteuersignals zu der Bremsen-Betätigungsvorrichtung 19, der Drossel-Betätigungsvorrichtung 21 und der Automatikgetriebe-Steuereinrichtung 23 in Übereinstimmung mit dem Status des vorausfahrenden Fahrzeugs durch, der von dem Erkennungsobjekt erzielt wird. Das Alarmbestimmungsverfahren, das einen Alarm in dem Fall ausgibt, in dem das Erkennungsobjekt in einem gegebenen Alarmbereich für eine gegebene Zeitdauer vorhanden ist, wird ebenso zu der gleichen Zeit ausgeführt. Das Objekt in diesem Fall fällt unter ein vorausfahrendes Fahrzeug, das vor dem Bezugsfahrzeug fährt, oder ein vorausfahrendes Fahrzeug, das vor dem Bezugsfahrzeug stoppt.
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Der interne Aufbau der Steuer-ECU 3 wird kurz als ein Steuerfunktionsbereich beschrieben. Die Bereichsdaten, die aus dem Laserradarsensor 5 ausgegeben worden sind, werden zu einem Objekterkennungsbereich 43 gesendet. Der Objekterkennungsbereich 43 findet die Mittenposition (X, Y, Z) des Objekts und die Abmessungen (W, D, H) des Objekts, wie zum Beispiel eine Breite W, eine Tiefe D und eine Höhe H auf der Grundlage der dreidimensionalen Positionsdaten, die als die Bereichsdaten erzielt werden. Weiterhin wird eine Relativgeschwindigkeit (Vx, Vy, Vz) des Objekts bezüglich einer Position des Bezugsfahrzeugs auf der Grundlage der zeitlichen Änderung der Mittenposition (X, Y, Z) festgestellt. Weiterhin bestimmt der Objekterkennungsbereich 43, ob das Objekt ein stoppendes oder ein fahrendes Objekt ist oder nicht, in Übereinstimmung mit der Fahrzeuggeschwindigkeit (Bezugsfahrzeuggeschwindigkeit), die von dem Fahrzeuggeschwindigkeits-Berechnungsbereich 47 ausgegeben wird, auf der Grundlage des Erfassungswerts des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 7 und der Relativgeschwindigkeit (Vx, Vy, Vz), die wie zuvor beschrieben erzielt werden. Ein Objekt, das die Fahrt des Bezugsfahrzeugs beeinträchtigt, wird auf der Grundlage der Erkennungsergebnisse und der Mittenposition des Objekts ausgewählt und der Abstand wird durch die Abstandsanzeige 15 angezeigt.
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Ebenso wird ein Lenkwinkel durch einen Lenkberechnungsbereich 49 auf der Grundlage eines Signals aus einem Lenksensor 27 festgestellt und wird eine Gierrate durch einen Gierraten-Berechnungsbereich 51 auf der Grundlage des Signals aus dem Gierratensensor 28 berechnet. Ein Kurvenradius- bzw. Krümmungsradius-Berechnungsbereich 57 berechnet einen Kurvenradius (Krümmungsradius) R auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit aus dem Fahrzeuggeschwindigkeitsbereich 47, dem Lenkwinkel aus dem Lenkwinkel-Berechnungsbereich 49 und die Gierrate aus dem Gierraten-Berechnungsbereich 51. Der Objekterkennungsbereich 43 bestimmt die Wahrscheinlichkeit, dass das Objekt ein Fahrzeug ist, und die Wahrscheinlichkeit, dass das Objekt auf der gleichen Fahrspur wie das Bezugsfahrzeug fährt. Ein Sensoranomalie-Erfassungsbereich 44 erfasst, ob Daten, die von dem Objekterkennungsbereich 43 erzielt werden, ein Wert innerhalb eines anomalen Bereichs sind oder nicht. In dem Fall, in dem der Wert innerhalb des anomalen Bereichs ist, wird diese Tatsache auf der Sensoranomalieanzeige 17 angezeigt.
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Andererseits wählt der Bereich 53 zum Bestimmen eines vorausfahrenden Fahrzeugs das vorausfahrende Fahrzeug auf der Grundlage von verschiedenen Daten aus, die von dem Objekterkennungsbereich 43 erzielt werden, und stellt den Abstand Dz und die Relativgeschwindigkeit Vz bezüglich des vorausfahrenden Fahrzeugs fest, welche in der Z-Achsenrichtung sind. Dann bestimmen ein Zwischenfahrzeug-Steuerbereich und ein Alarmbestimmungsbereich 55, ob ein Alarm ausgeführt wird oder nicht. Eine Alarmbestimmung wird auf der Grundlage des Abstands Dz zu dem vorausfahrenden Fahrzeug, der Relativgeschwindigkeit Vz, dem Einstellzustand des Steuerschalters 26, dem Betätigungszustand des Bremsschalters 9, dem Drosselöffnungsgrad aus dem Drosselsensor 11 und einen Empfindlichkeitseinstellwert durchgeführt, der von der Alarmempfindlichkeits-Einstelleinrichtung 25 erzielt wird. Wenn die Vorabbestimmung durchgeführt wird, bestimmt der Zwischenfahrzeugsteuer- und Alarmbestimmungsbereich 55 die Inhalte des Fahrzeuggeschwindigkeitssteuern. Wenn ein Alarm aus den Ergebnissen erforderlich ist, gibt der Zwischenfahrzeugsteuer- und Alarmbestimmungsbereich 55 ein Alarmerzeugungssignal zu dem Alarmgenerator 13 aus. Wenn die Vorabbestimmung durchgeführt wird, gibt der Zwischenfahrzeugsteuer- und Alarmbestimmungsbereich 55 ein Steuersignal zu der Automatikgetriebe-Steuereinrichtung 23, der Bremsen-Betätigungsvorrichtung 19 und der Drossel-Betätigungsvorrichtung 21 aus, um ein erforderliches Steuern durchzuführen. Während des Ausführens von derartigen Steuervorgängen gibt der Zwischenfahrzeugsteuer- und Alarmbestimmungsbereich 55 ein erforderliches Anzeigesignal zu der Abstandsanzeige 15 aus und unterrichtet einen Fahrer über den Status.
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Wie es zuvor beschrieben worden ist, korrigiert die Radarvorrichtung den Schätzfehler der Spitzenmitte-Schätzzeit, welcher in dem Fall auftritt, in dem die Spitzenbreite der Spitzenwellenform des Lichtempfangssignals schmäler als die Abtastperiode des A/D-Wandlerbereichs 87 ist, und ein Abtasten wird nicht in den feinen Abtastintervallen ausgeführt, die ausreichend sind, um die Spitzenwellenform zu realisieren.
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Das heißt, es gibt einen Fehlerkorrekturbereich 89, der den Schätzfehler der Spitzenmitte-Schätzzeit korrigiert, der auftritt, wenn die Erzeugungszeit der tatsächlichen Spitzenmitte in dem Lichtempfangssignal von dem Abtasten des A/D-Wandlerbereichs 87 abweicht. Der Abstand zu dem reflektierenden Objekt wird auf der Grundlage der korrigierten Spitzenmitte-Schätzzeit bestimmt, die von dem Fehlerkorrekturbereich 89 korrigiert worden ist. Als Ergebnis ist es auch dann, wenn der Schätzfehler der Spitzenmitte-Schätzzeit durch Abweichen der Erzeugungszeit der tatsächlichen Spitzenmitte in dem Lichtempfangssignal von einem Abtasten des A/D-Wandlerbereichs 87 auftritt, möglich, die Schätzfehler zu korrigieren. Als Ergebnis ist es möglich, den Abstandsfehler zu verhindern, der durch das nicht feine Abtasten bei der A/D-Wandlung von einem Ändern abhängig von dem zu erfassenden Objekt verursacht wird.
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Das vorhergehende Ausführungsbeispiel der Erfindung kann auf viele Weisen abgeändert werden, wie es nachstehend beispielhaft dargelegt wird.
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(Erste Ausgestaltung)
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In 3 kann alles der Verarbeitung des Spitzenmitte-Erfassungsbereichs 88, des Fehlerkorrekturbereichs 89 und des Abstandsberechnungsbereichs 90 von der Laserradar-CPU 70 ausgeführt werden. Ebenso kann in dem Fall, in dem das Verarbeitungsleistungsvermögen der Laserradar-CPU 70 unzureichend ist, und es erforderlich ist, das Erfassen und die Fehlerkorrektur der Spitzenmitte-Schätzzeit mit einer hohen Geschwindigkeit auszuführen, eine derartige Verarbeitung durch Hardware (als IC oder FPGA bezeichnet) realisiert werden.
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(Zweite Ausgestaltung)
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Zwischen dem A/D-Wandlerbereich 87 und dem Spitzenmitte-Erfassungsbereich 88 können ein Einstellbereich und ein Integrationsbereich vorgesehen sein. Der Einstellbereich stellt einen zu integrierenden Lichtempfangssignalbereich ein, welcher aus den Lichtempfangssignalen besteht, die durch eine gegebene Anzahl von A/D-Wandlerbereichen 87, welche einer gegebenen Anzahl von Sendewellen entsprechen, die angrenzend von dem Laserradarsensor 5 abgestrahlt worden sind, zu digitalen Signalen gewandelt worden sind. Der Einstellbereich stellt mehrere zu integrierende Lichtempfangssignalbereiche, während die Lichtempfangssignale, die zu den Lichtempfangssignalbereichen gehören, verschoben werden, auf die kleinere Anzahl als die gegebene Anzahl ein, so dass Teile der Lichtempfangssignale redundant zu den mehreren zu integrierenden Lichtempfangsbereichen gehören. Der Integrationsbereich integriert die Lichtempfangssignale, die zu den digitalen Signalen gewandelt worden sind, über eine gegebene Anzahl von A/D-Wandlerbereichen 87, die zu den mehreren eingestellten zu integrierenden Lichtempfangssignalbereichen gehören, und gibt ein integriertes Lichtempfangssignal aus.
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Mit dem vorhergehenden Aufbau wird auch dann, wenn die Intensitäten der jeweiligen Lichtempfangssignalkomponenten klein sind, die gegebene Anzahl von Lichtempfangssignalen zusammen integriert, um die Intensität der Lichtempfangssignalkomponente zu verstärken, die der reflektierten Welle aus dem reflektierenden Objekt entspricht. Andererseits ist, da die Rauschkomponenten, die auf das Lichtempfangssignal überlagert sind, aufgrund von diversen Faktoren willkürlich sind, auch dann, wenn eine gegebene Anzahl von Lichtempfangssignalen miteinander integriert werden, der Verstärkungsgrad der Rauschkomponenten klein. Aus diesem Grund wird in dem integrierten Lichtempfangssignal das S/N-Verhältnis der Lichtempfangssignalkomponente verbessert, die der reflektierten Welle von dem reflektierten Objekt entspricht.
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(Dritte Ausgestaltung)
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In dem Fall, in dem der Laserradarsensor 5 die Sendewelle zu einen gegebenen Winkel innerhalb eines gegebenen Winkelbereichs abstrahlt, kann ein Integrationsbereich zwischen dem A/D-Wandlerbereich 87 und dem Spitzenmitte-Erfassungsbereich 88 angeordnet sein. Der Integrationsbereich integriert eine Mehrzahl von Lichtempfangssignalen, die von dem A/D-Wandlerbereich 87 zu den digitalen Signalen gewandelt worden sind, welche der Mehrzahl von Lichtempfangssignalen entsprechen, die aus dem Lichtempfangsbereich ausgegeben worden sind, um das integrierte Lichtempfangssignal auszugeben. Mit dem vorhergehenden Aufbau ist es möglich, das S/N-Verhältnis der Lichtempfangssignalkomponente zu verbessern, die der reflektierten Welle von dem reflektierenden Objekt in dem integrierten Lichtempfangssignal entspricht.
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(Vierte Ausgestaltung)
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Der Polygonspiegel 73, der unterschiedliche Neigungswinkel von Spiegelebenen aufweist, wird verwendet, um das zweidimensionale Abtasten des Laserstrahls auszuführen. Alternativ kann der gleiche Effekt durch zum Beispiel einen Mechanismus erzielt werden, der einen galvanischen Spiegel verwendet, der in der Fahrzeugbreitenrichtung abtasten kann und den Neigungswinkel der Spiegelebenen ändern kann. Die Verwendung des Polygonspiegels 73 ist darin vorteilhaft, dass das zweidimensionale Abtasten durch lediglich einen Drehantrieb realisiert werden kann.
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(Fünfte Ausgestaltung)
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Anstelle des Laserstrahls des Laserradarsensors können elektrische Wellen, wie zum Beispiel Millimeterwellen, verwendet werden. Die Erfindung ist nicht auf das Abtastsystem beschränkt und ist an irgendwelchen Systemen anwendbar, die imstande sind, eine andere Ausrichtung als den Abstand zu messen. Zum Beispiel werden in dem Fall eines Verwendens eines FMCW-Radars oder eines Doppler-Radars mit Millimeterwellen eine Information bezüglich des Abstands zu dem vorausfahrenden Fahrzeug aus der reflektierten Welle (Empfangswelle) oder eine Information bezüglich der Relativgeschwindigkeit des vorausfahrenden Fahrzeugs gleichzeitig erzielt. Deshalb ist kein Verfahren eines Berechnens der Relativgeschwindigkeit auf der Grundlage der Abstandsinformation wie in dem Fall eines Verwendens des Laserstrahls erforderlich.
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(Sechste Ausgestaltung)
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Die Erfindung ist nicht auf das Fahrzeugradar beschränkt, sondern kann zum Beispiel verwendet werden, um einen Eindringling in einem gegebenen Bereich zu erfassen.
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Eine zuvor beschriebene erfindungsgemäße Radarvorrichtung weist einen Fehlerkorrekturbereich und einen Abstandsberechnungsbereich auf. Der Fehlerkorrekturbereich korrigiert einen Schätzfehler einer Spitzenmitte-Schätzzeit, welcher durch eine Abweichung einer tatsächlichen Spitzenmitte-Erzeugungszeit in einem Lichtempfangssignal von einem Abtasten eines A/D-Wandlerbereichs verursacht wird. Der Abstandsberechnungsbereich berechnet einen Abstand zu einem reflektierenden Objekt aus einer korrigierten Spitzenmitte-Schätzzeit, die von dem Fehlerkorrekturbereich korrigiert worden ist.
