DE102012212690B4

DE102012212690B4 - Signalverarbeitungseinrichtung, Radareinrichtung und Signalverarbeitungsverfahren

Info

Publication number: DE102012212690B4
Application number: DE102012212690.2A
Authority: DE
Inventors: Hisateru Asanuma
Original assignee: Denso Ten Ltd
Current assignee: Denso Ten Ltd
Priority date: 2011-07-30
Filing date: 2012-07-19
Publication date: 2022-06-30
Anticipated expiration: 2032-07-20
Also published as: US20130030769A1; JP2013032917A; DE102012212690A1; US9194940B2; JP5851752B2

Abstract

Signalverarbeitungseinrichtung (10), die dazu ausgebildet ist, einen Winkel eines Detektionspunkts, der einem Objekt entspricht, auf der Basis von Empfangssignalen einer Vielzahl von Arrayantennen (14) zu berechnen, wobei die Signalverarbeitungseinrichtung (10) aufweist:eine Erzeugungseinheit (15), die dazu ausgebildet ist, ein Sendesignal mit einer Frequenz, die in einer vorbestimmten Periode verändert wird, und ein Empfangssignal, das durch Empfangen von Reflexionswellen von Sendewellen erhalten wird, auf der Basis des Sendesignals an dem Detektionspunkt zu mischen und ein Schwebungssignal anhand einer Differenz zwischen dem Sendesignal und dem Empfangssignal zu erzeugen;eine Ableitungseinheit (16), die dazu ausgebildet ist, Digitaldaten durch eine A/D-Umwandlung des Schwebungssignals abzuleiten;eine Aufteilungseinheit (101), die dazu ausgebildet ist, die Digitaldaten in jeweils mehrere kontinuierliche Datengruppen in einer ersten Periode, in der die Frequenz des Sendesignals steigt, und mehrere Datengruppen in einer zweiten Periode, in der die Frequenz des Sendesignals sinkt, aufzuteilen;eine Erfassungseinheit (102), die dazu ausgebildet ist, eine schnelle Fourier-Transformation an den Datengruppen durchzuführen, um eine gleiche Anzahl an Transformationsdaten wie die Anzahl der Datengruppen zu erfassen;eine erste Berechnungseinheit (103, 104), die dazu ausgebildet ist, die Transformationsdaten in eine Vielzahl von Sätzen aufzuteilen, Korrelationsmatrizen für die jeweiligen Sätze aufzunehmen und einen Mittelwert der Korrelationsmatrizen zu berechnen; undeine zweite Berechnungseinheit (105), die dazu ausgebildet ist, den Winkel des Detektionspunkts auf der Basis des Mittelwerts der Korrelationsmatrizen zu berechnen.

Description

TECHNISCHES SACHGEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft die Signalverarbeitung bei der Objektdetektion.
HINTERGRUND
Es gibt eine Radareinrichtung, die Reflexionswellen empfangt, welche durch Reflexion von Sendewellen von einem Objekt erhalten werden. Die Radareinrichtung, die die Reflexionswellen empfangen hat, erzeugt ein Schwebungssignal, das eine Differenz zwischen einem Sendesignal, welches den Sendewellen entspricht, und einem Empfangssignal, das den Empfangswellen entspricht, darstellt. Eine Signalverarbeitungseinrichtung der Radareinrichtung fuhrt eine schnelle Fourier-Transformation des Schwebungssignals durch, um Transformationsdaten abzuleiten. Ferner leitet die Signalverarbeitungseinrichtung ein Signal mit einem Pegel ab, der einen vorbestimmten Schwellwert (hier als „Spitzensignal“ bezeichnet) in den Transformationsdaten ubersteigt in einer ersten Periode, in der die Frequenz des Sendesignals steigt, und in einer zweiten Periode, in der die Frequenz sinkt, und berechnet eine Position eines zu dem Objekt gehörenden Detektionspunkts durch Berechnen des abgeleiteten Spitzensignals.
Andererseits wird in dem Fall, in dem die Radareinrichtung mit einer Vielzahl von Arrayantennen versehen ist, einer der Algorithmen DBF (Digital Beam Forming = digitale Strahlformung), PRISM (Propagator method based on an Improved Spatial-smoothing Matrix = Propagatorverfahren auf der Basis einer verbesserten Raumglättungs-Matrix), MUSIC (Multiple Signal Classification = Klassifizierung von Mehrfach-Signalen) und ESPRIT (Estimation of Signal Parametes via Rotational Invariance Techniques = Schätzung von Signalparametern mittels Rotationsinvarianztechniken) zum Berechnen eines Winkels des Detektionspunkts verwendet. Zum Beispiel kann im Falle der Verwendung von ESPRIT aus den oben genannten Algorithmen eine Raumglättungs-Vorverarbeitung zum Ableiten einer Korrelationsmatrix angewendet werden, die zum Berechnen des Winkels eines Detektionspunkts verwendet wird.
Die Raumglättungs-Vorverarbeitung ist ein Prozess zum Ableiten idealer Signalkomponenten, die gewünschten Wellen entsprechen, durch Reduzieren von sich gegenseitig störenden Komponenten von Empfangssignalen durch Erzeugen einer Vielzahl von Korrelationsmatrizen mittels eines Teilarrays, das eine Kombination aus einer vorbestimmten Anzahl von Antennen aus einer Vielzahl von Arrayantennen ist, und Ableiten eines Mittelwerts der Korrelationsmatrizen durch Addition der Korrelationsmatrizen. Das heißt, dass durch Addieren der Korrelationsmatrizen auf der Basis der Transformationsdaten, die durch Durchführen der schnellen Fourier-Transformation der von den Empfangsantennen empfangenen Signale erfasst worden sind, ein Mittelwert der Korrelationsmatrizen abgeleitet wird, und somit werden Signale mit einem reduzierten Einfluss der sich gegenseitig störenden Komponenten abgeleitet.
Ferner wird in dem Fall, in dem die erste Periode, in der die Frequenz des Sendesignals steigt, und die zweite Periode, in der die Frequenz sinkt, eine Periode des Sendesignals bilden, die Anzahl von Korrelationsmatrizen, die im Verhältnis zu der Erhöhung der Anzahl von kontinuierlichen Perioden der Sendesignale erzeugt werden, erhöht, und die Anzahl von Korrelationsmatrizen, die zum Raumglättungs-Vorverarbeiten verwendet werden, wird ebenfalls erhöht. Ferner wird bei größer werdender Anzahl von Korrelationsmatrizen, die bei der Raumglättungs-Verarbeitung verwendet werden, die Verringerungsrate der sich gegenseitig störenden Komponenten des Empfangssignals ebenfalls größer. Entsprechend ist es vorteilhaft, die Korrelationsmatrizen durch Vergrößern der Anzahl von kontinuierlichen Perioden auf eine so hohe Anzahl wie möglich zu erzeugen. Das heißt, dass durch Erhöhen der kontinuierlichen Ausgabezeit der Sendewellen, die dem Sendesignal entsprechen, die Korrelationsmatrizen in jeder Periode des Sendesignals erzeugt werden, und der Mittelwert der Korrelationsmatrizen wird durch Addition samtlicher Korrelationsmatrizen abgeleitet. Entsprechend werden die sich gegenseitig störenden Komponenten des Empfangssignals in großem Maße reduziert, und somit wird es möglich, jeweilige Winkel einer Vielzahl von zu dem Objekt gehörenden Detektionspunkten mit hoher Genauigkeit exakt abzuleiten. Andererseits ist Patentschrift 1 eine Schrift, in der die Technologie gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben ist. Aus DE102009042130A1 sind ebenfalls Hintergrundinformationen zur vorliegenden Erfindung bekannt.
Patentschrift 1: Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2010-025928
Wenn jedoch die Zeit, wahrend der eine Radareinrichtung aus 1 kontinuierlich die Sendewellen sendet, erhöht wird, vergrößert sich die Möglichkeit, dass eine andere Radareinrichtung zumindest eine der Sendewellen und der Reflexionswellen von der Radareinrichtung aus 1 empfängt. In diesem Fall kann eine andere Radareinrichtung inkorrekte Detektionspunkte detektieren.
Ferner wird, da die Zeit, wahrend der die Radareinrichtung kontinuierlich die Sendewellen sendet, erhöht wird, der Betrag an Wärme, die innerhalb der Radareinrichtung erzeugt wird, vergrößert. Aufgrund dessen wird die Belastung der Komponenten, die die Radareinrichtung bilden, größer. Entsprechend ist es erforderlich, die Zeit, während der die Sendewellen kontinuierlich ausgegeben werden, so stark wie möglich zu verkürzen, das heißt, die Anzahl von Perioden zu verringern, in denen das Sendesignal kontinuierlich ist. Wenn jedoch die Zeit, wahrend der die Sendewellen kontinuierlich ausgegeben werden, verkürzt wird, wird die Anzahl von Korrelationsmatrizen, die bei der Raumglättungs-Vorverarbeitung verwendet werden, reduziert, und somit können die Winkel der Detektionspunkte nicht genau abgeleitet werden.
ZUSAMMENFASSENDER ÜBERBLICK
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Genauigkeit bei der Detektierung des Winkels eines Objekts durch Verkürzen des Ausgabezeit der Sendewellen zu verbessern.
Zur Lösung der oben genannten Aufgabe wird nach einem ersten Aspekt der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Signalverarbeitungseinrichtung bereitgestellt, die dazu ausgebildet ist, einen Winkel eines Detektionspunkts, der einem Objekt entspricht, auf der Basis von Empfangssignalen einer Vielzahl von Arrayantennen zu berechnen, wobei die Signalverarbeitungseinrichtung aufweist: eine Erzeugungseinheit, die dazu ausgebildet ist, ein Schwebungssignal anhand einer Differenz zwischen einem Sendesignal mit einer Frequenz, die in einer vorbestimmten Periode verändert wird, und einem Empfangssignal, das durch Empfangen von Reflexionswellen von Sendewellen erhalten wird, auf der Basis des Sendesignals an dem Detektionspunkt zu erzeugen; eine Ableitungseinheit, die dazu ausgebildet ist, Digitaldaten durch eine A/D-Umwandlung des Schwebungssignals abzuleiten; eine Aufteilungseinheit, die dazu ausgebildet ist, die Digitaldaten in eine Vielzahl von Datengruppen aufzuteilen; eine Erfassungseinheit, die dazu ausgebildet ist, eine schnelle Fourier-Transformation an den Datengruppen durchzuführen, um eine Vielzahl von Transformationsdaten zu erfassen, die der Anzahl der Datengruppen entsprechen; eine erste Berechnungseinheit, die dazu ausgebildet ist, die Transformationsdaten in eine Vielzahl von Sätzen aufzuteilen, Korrelationsmatrizen für die jeweiligen Sätze aufzunehmen und einen Mittelwert der Korrelationsmatrizen zu berechnen; und eine zweite Berechnungseinheit, die dazu ausgebildet ist, den Winkel des Detektionspunkts auf der Basis des Mittelwerts der Korrelationsmatrizen zu berechnen.
Die Aufteilungseinheit kann die Digitaldaten in die Datengruppen für eine vorbestimmte Anzahl von Daten aufteilen.
Die Aufteilungseinheit kann die Digitaldaten in einer ersten Periode, in der die Frequenz des Sendesignals steigt, und in einer zweiten Periode, in der die Frequenz des Sendesignals sinkt, aufteilen.
Nach einem zweiten Aspekt der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird eine Radareinrichtung bereitgestellt, die aufweist: die oben beschriebene Signalverarbeitungseinrichtung; eine Sendeeinheit, die dazu ausgebildet ist, die Sendewellen zu senden; eine Empfangseinheit, die dazu ausgebildet ist, die Reflexionswellen zu empfangen; und eine Ausgabeeinheit, die dazu ausgebildet ist, Informationen bezüglich des von der Signalverarbeitungseinrichtung detektierten Detektionspunkts zu einer Fahrzeugsteuereinrichtung, die jeweilige Teile eines Fahrzeugs steuert, auszugeben.
Nach einem dritten Aspekt der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist ein Signalverarbeitungsverfahren vorgesehen zum Berechnen eines Winkels eines Detektionspunkts, der einem Objekt entspricht, auf der Basis von Empfangssignalen einer Vielzahl von Arrayantennen, wobei das Signalverarbeitungsverfahren umfasst: Erzeugen eines Schwebungssignals anhand einer Differenz zwischen einem Sendesignal mit einer Frequenz, die in einer vorbestimmten Periode verändert wird, und einem Empfangssignal, das durch Empfangen von Reflexionswellen von Sendewellen empfangen wird, auf der Basis des Sendesignals an dem Detektionspunkt; Ableiten von Digitaldaten durch eine A/D-Umwandlung des Schwebungssignals; Aufteilen der Digitaldaten in eine Vielzahl von Datengruppen; Durchführen einer schnellen Fourier-Transformation an den Datengruppen, um eine Vielzahl von Transformationsdaten zu erfassen, die der Anzahl der Datengruppen entsprechen; Aufteilen der Transformationsdaten in eine Vielzahl von Sätzen, Aufnehmen von Korrelationsmatrizen für die jeweiligen Sätze und Berechnen eines Mittelwerts der Korrelationsmatrizen; und Berechnen des Winkels des Detektionspunkts auf der Basis des Mittelwerts der Korrelationsmatrizen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird durch Erhöhen der Anzahl von Transformationsdaten durch Aufteilen der Digitaldaten in die Datengruppen verhindert, dass die Anzahl von Transformationsdaten reduziert wird, selbst wenn die Sendezeit der Sendewellen reduziert wird, und es ist somit möglich, die Winkel der Objekte, die den Detektionspunkten entsprechen, mit hoher Genauigkeit zu detektieren.
Ferner können gemäß der vorliegenden Erfindung, da die Aufteilungsvorrichtung die Digitaldaten in die Datengruppen für die vorbestimmte Anzahl von Daten aufteilt, die Datengruppen mit der gleichen Anzahl von Digitaldaten erhalten werden, und es ist somit möglich, die Winkel der Objekte, die den Detektionspunkten entsprechen, mit hoher Genauigkeit zu detektieren.
Ferner kann gemäß der vorliegenden Erfindung, da die Aufteilungsvorrichtung die Aufteilung in der ersten Periode, in der die Frequenz des Sendesignals steigt, und in der zweiten Periode, in der die Frequenz des Sendesignals sinkt, durchführt, die Anzahl von Datengruppen in der ersten Periode und in der zweiten Periode erhöht werden, und es ist somit möglich, die Winkel der Objekte, die den Detektionspunkten entsprechen, mit hoher Genauigkeit zu detektieren.
Ferner kann gemäß der vorliegenden Erfindung durch Ausgeben der Informationen bezüglich der von der Signalverarbeitungseinrichtung detektierten Detektionspunkte zu der Fahrzeugsteuereinrichtung, die die jeweiligen Teile des Fahrzeugs steuert, die Fahrzeugsteuerung, die den Positionen der Objekte entspricht, welche den Detektionspunkten entsprechen, durchgeführt werden.
Figurenliste
In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:

1 ein Blockschaltbild einer Radareinrichtung.
2 eine grafische Darstellung von Signalen des FM-CW-Typs.
3 eine grafische Darstellung, die die Winkelberechnung in einer Signalverarbeitungseinrichtung genauer zeigt.
4 eine grafische Darstellung, die die Transformationsdaten in einer AUF-Periode genauer zeigt.
5 eine grafische Darstellung, die die Transformationsdaten in einer AB-Periode genauer zeigt.
6 eine grafische Darstellung, die ein Winkelspektrum an Detektionspunkten eines Objekts zeigt.
7 ein Ablaufdiagramm eines von einer Radareinrichtung durchgeführten Prozesses.
8 ein Ablaufdiagramm eines von einer Radareinrichtung durchgeführten Prozesses.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Die nachstehend beschriebenen Ausführungsformen sind Ausführungsbeispiele, und der technische Umfang der vorliegenden Erfindung ist nicht darauf beschränkt.
<Erste Ausführungsform>
<1. Blockschaltbild>
1 zeigt ein Blockschaltbild einer Radareinrichtung 1. Die Radareinrichtung 1 detektiert zu einem Objekt gehörende Detektionspunkte, wie z. B. ein anderes Fahrzeug in der Nähe eines Fahrzeugs. Das Ergebnis der Detektion der Detektionspunkte wird an eine Fahrzeugsteuereinrichtung 2 gesendet, die Steuersignale an jeweilige Teile des Fahrzeugs, welche zum Steuern des Fahrzeugs verwendet werden, ausgibt, wie z. B. Einstellen einer Gaspedalposition und Straffziehen eines von einem Fahrzeugbesitzer angelegten Sicherheitsgurts.
Die Radareinrichtung 1 weist hauptsächlich eine Signalverarbeitungseinrichtung 10, eine Signalerzeugungseinheit 11, einen Oszillator 12, eine Sendeantenne 13, eine Empfangsantenne 14, einen Mischer 15 und einen A/D- (Analog/Digital-) Wandler 16 auf.
Die Signalverarbeitungseinrichtung 10 detektiert eine Position eines zu einem Objekt gehörenden Detektionspunkts auf der Basis eines Empfangssignals, das von der Radareinrichtung 1 empfangen wird. Die genaue Verarbeitung durch die Signalverarbeitungseinrichtung 10 wird später beschrieben.
Die Signalerzeugungseinheit 11 erzeugt ein Modulationssignal, dessen Spannung in Form einer Dreieckswelle auf der Basis eines Befehlssignals einer Sendesteuereinheit 107, die später beschrieben wird, verändert wird.
Der Oszillator 12 führt eine Frequenzmodulation eines Signals mit einem vorbestimmten Frequenzband (zum Beispiel 76,5 GHz) auf der Basis des von der Signalerzeugungseinheit 11 erzeugten Modulationssignals durch und gibt das frequenzmodulierte Signal an die Sendeantenne 13 aus.
Die Sendeantenne 13 gibt die Sendewellen, die dem Sendesignal entsprechen, an die Außenseite des Fahrzeugs aus. Die Radareinrichtung 1 nach dieser Ausführungsform weist zwei Sendeantennen 13a und 13b als Sendeantenne auf. Die Sendeantennen 13a und 13b werden durch Schalten mittels einer Schalteinheit 131 in einer vorbestimmten Periode geschaltet, und die Sendewellen von der Sendeantenne 13, die mit dem Oszillator 12 verbunden ist, werden kontinuierlich an die Außenseite des Fahrzeugs ausgegeben.
Die Schalteinheit 131 ist ein Schalter, der die Verbindung zwischen dem Oszillator 12 und der Sendeantenne 13 schaltet und entsprechend dem Befehlssignal der Sendesteuereinheit 107 eine der Sendeantenne 13a und der Sendeantenne 13b mit dem Oszillator 12 verbindet.
Die Empfangsantenne 14 weist eine Vielzahl von Arrayantennen auf, die Reflexionswellen von dem Objekt empfangen, welche durch Reflexion der kontinuierlich von der Sendeantenne 13 gesendeten Sendewellen erhalten werden. Bei dieser Ausführungsform sind vier Empfangsantennen 14a (ch1), 14b (ch2), 14c (ch3) und 14d (ch4) als Empfangsantenne vorgesehen. Andererseits sind die Empfangsantennen 14a bis 14d sind in regelmäßigen Abständen angeordnet.
Der Mischer 15 ist in jeder Empfangsantenne vorgesehen. Der Mischer 15 mischt das Empfangssignal mit dem Sendesignal, und ein Schwebungssignal, das die Differenz zwischen dem Sendesignal und dem Empfangssignal darstellt, wird durch Mischen des Empfangssignals mit dem Sendesignal erzeugt, um an den A/D-Wandler 16 ausgegeben zu werden.
Der A/D-Wandler 16 leitet Abtastdaten durch Abtasten des Schwebungssignals, das ein Analogsignal ist, in der vorbestimmten Periode ab. Ferner quantifiziert der A/D-Wandler 16 die Abtastdaten, wandelt das Schwebungssignal, bei dem es sich um Analogdaten handelt, in Digitaldaten um und gibt die Digitaldaten an die Signalverarbeitungseinrichtung 10 aus. Andererseits ist auf die gleiche Weise wie der Mischer 15 der A/D-Wandler 16 für jede Empfangsantenne vorgesehen.
Die Signalverarbeitungseinrichtung 10 umfasst hauptsächlich Funktionen einer Datenaufteilungseinheit 101, einer Fourier-Transformations-Einheit 102, einer Spitzenextrahiereinheit 103, einer Mittelwert-Verarbeitungseinheit 104, einer Winkelberechnungseinheit 105, einer Abstands-/Relativgeschwindigkeits-Berechnungseinheit 106 und einer Sendesteuereinheit 107. Nachstehend werden die jeweiligen Funktionen beschrieben.
Die Datenaufteilungseinheit 101 teilt die von dem A/D-Wandler 16 ausgegebenen Digitaldaten in eine Vielzahl von Datengruppen auf. Zum Beispiel teilt dann, wenn 2500 Stück durch die A/D-Umwandlung des Schwebungssignals erfasste Digitaldaten vorhanden sind, die Datenaufteilungseinheit 101 die Digitaldaten in zwei Datengruppen auf, von denen jede 1250 Stück Digitaldaten aufweist. Andererseits wird die Datenaufteilung durch die Datenaufteilungseinheit 101 für jedes Empfangsdatum durchgeführt. Daher werden in dem Fall, in dem die 2500 Stück Digitaldaten durch die A/D-Umwandlung des Schwebungssignals der einen Empfangsantenne auf die zwei Datengruppen aufgeteilt werden, wie oben beschrieben ist, zum Beispiel 8 Datengruppen durch Summieren der Datengruppen von vier Empfangsantennen erfasst. Andererseits wird die genaue Verarbeitung durch die Datenaufteilungseinheit 101 später beschrieben.
Die Fourier-Transformations-Einheit 102 führt eine schnelle Fourier-Transformation relativ zu den die jeweiligen aufgeteilten Datengruppen durch. Dadurch wird eine Vielzahl von Transformationsdaten, die Signalpegel relativ zu den die Frequenzen anzeigen, erfasst. Das heißt, dass im Falle von 8 Datengruppen 8 Stück Transformationsdaten erfasst werden.
Die Spitzenextrahiereinheit 103 extrahiert ein Signal, dessen Signalpegel einen vorbestimmten Schwellwert (nachstehend als „Spitzensignal“ bezeichnet) übersteigt, aus den jeweiligen Transformationsdatensignalen.
Die Mittelwert-Verarbeitungseinheit 104 teilt die Transformationsdaten in eine Vielzahl von Sätzen auf und nimmt Korrelationsmatrizen für die jeweiligen Sätze auf. Insbesondere teilt die Mittelwert-Verarbeitungseinheit 104 Spitzensignale, die einem Transformationsdatum aus den Transformationsdaten entsprechen, in Sätze auf und nimmt die Korrelationsmatrizen für die jeweiligen Sätze auf. Hier sind die entsprechenden Spitzensignale Spitzensignale mit im Wesentlichen der gleichen Frequenz und dem gleichen Signalpegel wie die der Transformationsdaten. Das heißt, dass durch Empfangen der Reflexionswellen von demselben Detektionspunkt durch die Empfangsantennen 14 ein Spitzensignal mit im Wesentlichen der gleichen Frequenz und dem gleichen Signalpegel und einer unterschiedlichen Signalphase je nach Antennenbeabstandung für jedes Transformationsdatum vorhanden ist, und das Spitzensignal wird zu dem entsprechenden Spitzensignal.
Nachdem die Korrelationsmatrizen für die jeweiligen Sätze aufgenommen worden sind, werden die Korrelationsmatrizen der jeweiligen Sätze zusammenaddiert, um einen Mittelwert abzuleiten. Andererseits wird der durch Addition der Korrelationsmatrizen der jeweiligen Sätze abgeleitete Mittelwert durch die folgende Gleichung ermittelt. In der Gleichung bezeichnet $R_{XX}^{n}$
eine Korrelationsmatrix des n. Satzes der Transformationsdaten, und z_n bezeichnet einen Wichtungswert für jede Korrelationsmatrix. $\begin{array}{l} \bar{Rxx} = \overset{n}{Σ} {z R}^{n} xx \\ n = 1^{n} \end{array}$
Die Winkelberechnungseinheit 105 berechnet einen Winkel eines zu dem Objekt gehörenden Detektionspunkts auf der Basis des von der Mittelwert-Verarbeitungseinheit 104 abgeleiteten Mittelwerts der Korrelationsmatrizen. Die Winkelberechnung wird unter Verwendung eines Algorithmus, wie z. B. eines ESPRIT, durchgeführt, und der Winkel des Detektionspunkts wird auf der Basis eines Eigenwerts und Eigenvektors des von der Mittelwert-Verarbeitungseinheit 104 abgeleiteten Mittelwerts der Korrelationsmatrizen berechnet. Dadurch kann der Winkel des Objekts, das dem Detektionspunkt entspricht, mit hoher Genauigkeit detektiert werden.
Die Abstands-/Relativgeschwindigkeits-Berechnungseinheit 106 berechnet Informationen bezüglich des Abstands zwischen dem Detektionspunkt und dem Fahrzeug, an dem die Radareinrichtung 1 montiert ist, und der Relativgeschwindigkeit zwischen dem Detektionspunkt und dem Fahrzeug, an dem die Radareinrichtung 1 montiert ist, auf der Basis der Spitzenfrequenz der Transformationsdaten. Hier wird der Abstand durch die folgende Gleichung (1) ermittelt, und die Relativgeschwindigkeit wird durch die folgende Gleichung (2) ermittelt. R bezeichnet den Abstand, fub bezeichnet die mittlere Frequenz der Spitzensignale der Transformationsdaten in einer Periode, in der die Frequenz steigt, fdn bezeichnet die mittlere Frequenz der Spitzensignale der Transformationsdaten in einer Periode, in der die Frequenz sinkt, ΔF ist eine Modulationsbreite (zum Beispiel 200 MHz) der Sendewellen, fm bezeichnet die modulierte Frequenz, f_o bezeichnet die Mittenfrequenz (zum Beispiel 76,5 GHz) und c bezeichnet die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Sendewellen.
[Term 2] $R = \frac{(F_{up} + f_{dn}) \cdot c}{2 (4 Δ {Fxf}_{m})}$
Ferner wird die Relativgeschwindigkeit durch die folgende Gleichung abgeleitet, und V bezeichnet die Relativgeschwindigkeit.
[Term 3] $V = \frac{(f_{up} + f_{dn}) \cdot c}{2 (4 Δ {Fxf}_{m})}$
Andererseits wird die genaue Verarbeitung durch die Abstands-/Relativgeschwindigkeits-Berechnungseinheit 106 später beschrieben.
Die Sendesteuereinheit 107 gibt das Befehlssignal zum Erzeugen des Modulationssignals an die Signalerzeugungseinheit 11 aus. Das heißt, dass die Sendesteuereinheit 107 die Sendezeitsteuerung des Sendesignals TX, das in 2 gezeigt ist und später beschrieben wird, ausgibt. Ferner steuert die Sendesteuereinheit 107 das Schalten der Sendeantenne 13 durch die Schalteinheit 131. Das heißt, dass die Sendesteuereinheit 107 bestimmt, von welcher der Sendeantennen 13a und 13b das von dem Oszillator 12 ausgegebene Sendesignal zu der Außenseite des Fahrzeugs gesendet wird.
<2. FM-CW-Signal-Verarbeitung>
Dann wird als ein Beispiel für eine Signalverarbeitung für eine Objektdetektion die Signalverarbeitung bei einem FM-CW- (Frequency Modulated Continuous Wave = frequenzmodulierte kontinuierliche Welle) Verfahren beschrieben. Obwohl das FM-CW-Verfahren als ein Beispiel bei dieser Ausführungsform beschrieben wird, ist das Verfahren zum Detektieren der Position eines Objekts durch eine Kombination aus einer Vielzahl von Perioden, wie z. B. einer Periode, in der die Frequenz steigt, und einer Periode, in der die Frequenz sinkt, nicht auf das FM-CW-Verfahren beschränkt.
2 zeigt eine grafische Darstellung von Signalen des FM-CW-Typs. Signalwellenformen des Sendesignals TX und des Empfangssignals RX vom FM-CW-Typ sind in der oberen Figur in 2 gezeigt. Schwebungsfrequenzen aufgrund der Differenz zwischen dem Sendesignal TX und dem Empfangssignal RX sind in einer Zwischen-Figur in 2 gezeigt. Ferner ist ein Schwebungssignal, das der Schwebungsfrequenz entspricht, in einer unteren Figur in 2 gezeigt.
In der oberen Figur in 2 stellt die vertikale Achse die Frequenz [GHz] dar, und die horizontale Achse stellt die Zeit [ms] dar. Das Sendesignal TX in der Figur weist eine Mittenfrequenz f_o (zum Beispiel 76,5 GHz) auf und wiederholt die konstante Veränderung in dem Bereich von 200 MHz, so dass das Sendesignal bis zu einer vorbestimmten Frequenz (zum Beispiel 76,6 GHz) steigt und dann auf eine vorbestimmte Frequenz (zum Beispiel 76,4 GHz) sinkt. Wie oben beschrieben ist, gibt es eine Periode, in der die Frequenz bis zu der vorbestimmten Frequenz (nachstehend als eine „AUF“-Periode bezeichnet, und zum Beispiel entspricht die AUF-Periode Perioden U1, U2, U3 und U4, die in 2 gezeigt sind) steigt, und eine Periode, in der die Frequenz auf die vorbestimmte Frequenz (nachstehend als „AB“-Periode bezeichnet, und zum Beispiel entspricht die AB-Periode Perioden D1, D2, D3 und D4) sinkt.
Bei der Radareinrichtung 1 nach dieser Ausführungsform werden die von der Sendeantenne 13 ausgegebenen Sendewellen, die zwei Perioden des Sendesignals TX in einem Zustand entsprechen, in dem eine Kombination aus der Periode U1, die eine AUF-Periode ist, und der Periode D1, die eine AB-Periode ist, eine Periode des Sendesignals TX bildet, zu der Außenseite des Fahrzeugs gesendet.
Bei dem Ausgeben der Sendewellen, die dem Sendesignal TX entsprechen, ist eine Nichtsendeperiode zum Stoppen des Ausgebens der Sendewellen von der Sendeantenne 13 für einen vorbestimmten Zeitraum vorgesehen. Das heißt, dass durch kontinuierliches Ausgeben der Sendewellen, die einer Periode des Sendesignals TX entsprechen, zu der Außenseite des Fahrzeugs die Sendewellen, die zwei Perioden des Sendesignals TX entsprechen, zu der Außenseite des Fahrzeugs ausgegeben werden. Nach Ablauf der Zeit, die der Nichtsendeperiode entspricht, werden die Sendewellen, die zwei Perioden des Sendesignals TX entsprechen, zu der Außenseite des Fahrzeugs ausgegeben. Dadurch kann zum Beispiel im Vergleich zu dem Fall, in dem die Sendewellen, die vier Perioden des Sendesignals TX entsprechen, gesendet werden, die zum Ausgeben der Sendewellen von der Radareinrichtung 1 zu der Außenseite des Fahrzeugs benötigte Zeit reduziert werden, und somit kann der Einfluss auf andere Radareinrichtungen reduziert werden.
In dem Fall des Berechnens der Winkel der Detektionspunkte des Objekts unter Verwendung des Algorithmus, wie z. B. ESPRIT, kann jedoch im Vergleich zu dem Fall, in dem die Sendewellen vier Perioden des Sendesignals TX entsprechen, durch das Ausgeben der Sendewellen, die zwei Perioden der Sendesignale entsprechen, die Verringerungsrate der sich gegenseitig störenden Komponenten durch Ableiten des Mittelwerts der Korrelationsmatrizen unter Anwendung der Raumglättungs-Vorverarbeitung reduziert werden.
Daher kann, wie nachstehend in <3. Detaillierte Verarbeitung durch eine Signalverarbeitungseinrichtung> beschrieben ist, die Anzahl von Transformationsdaten, bei denen die Raumglättungs-Vorverarbeitung angewendet wird, durch Aufteilen der von dem A/D-Wandler 16 transformierten Digitaldaten in die Datengruppen vergrößert werden, ohne dass die zum Ausgeben der Sendewellen (in einem Zustand, in dem die Perioden des Sendesignals TX auf zwei Perioden gehalten werden) benötigte Zeit verändert wird. Entsprechend wird in dem Fall des Ausgebens der Sendewellen, die zwei Perioden des Sendesignals TX entsprechen, der Verringerungseffekt der sich gegenseitig störenden Komponenten durch Ableiten des Mittelwerts der Korrelationsmatrizen unter Anwendung der Raumglättungs-Vorverarbeitung ungefähr der gleiche wie in dem Fall, in dem die Sendewellen, die vier Perioden des Sendesignals TX entsprechen, ausgegeben werden.
Andererseits erfolgt das Ausgeben der Sendewellen zu der Außenseite des Fahrzeugs durch Schalten der Sendeantenne 13. Zum Beispiel schaltet dann, nachdem die Sendewellen, die der anfänglichen einen Periode der zwei Perioden des Sendesignals entsprechen, von der Sendeantenne 13a gesendet worden sind, die Schalteinheit 130 die mit dem Oszillator 12 verbundene Antenne von der Sendeantenne 13a zu der Sendeantenne 13b entsprechend dem Befehlssignal der Sendesteuereinheit 107, und die Sendewellen, die der verbleibenden einen Periode des Sendesignals entsprechen, werden von der Sendeantenne 13b gesendet.
Ferner wird dann, wenn die Reflexionswellen, die durch Reflexion der von der Sendeantenne 13 gesendeten Sendewellen von dem Objekt erhalten werden, in der Empfangsantenne 14 empfangen werden, das durch die Empfangsantenne 14 empfangene Empfangssignal RX in den Mischer 15 eingegeben. Ferner umfasst auf die gleiche Weise wie das Sendesignal TX das Empfangssignal RX ebenfalls eine Periode, in der die Frequenz bis zu einer vorbestimmten Frequenz steigt, und eine Periode, in der die Frequenz auf eine vorbestimmte Frequenz sinkt.
Ferner tritt je nach Abstand zwischen dem Fahrzeug, an dem die Radareinrichtung 1 montiert ist, und dem zu dem Objekt gehörenden Detektionspunkt eine Zeitverzögerung in dem Empfangssignal im Vergleich zu dem Sendesignal auf. Ferner tritt dann, wenn eine Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Fahrzeug, an dem die Radareinrichtung 1 montiert ist, und dem Objekt vorhanden ist, eine Differenz in Höhe der Doppler-Verschiebung in dem Empfangssignal gegenüber dem Sendesignal auf.
In der Zwischen-Figur von 2 stellt die vertikale Achse die Frequenz [GHz] dar, und die horizontale Achse stellt die Zeit [ms] dar. In der Figur sind Schwebungsfrequenzen dargestellt, die die Differenz zwischen dem Sendesignal und dem Empfangssignal in der AUF-Periode und in der AB-Periode anzeigen. Zum Beispiel wird in der Periode U1 die Schwebungsfrequenz BF1 abgeleitet, und in der Periode D1 wird die Schwebungsfrequenz BF2 abgeleitet. Wie oben beschrieben ist, werden die Schwebungsfrequenzen in den jeweiligen Perioden abgeleitet.
In der unteren Figur von 2 stellt die vertikale Achse die Amplitude [V] dar, und die horizontale Achse stellt die Zeit [ms] dar. In der Figur ist ein Schwebungssignal BS eines Analogsignals, das den Schwebungsfrequenzen entspricht, gezeigt, und das Schwebungssignal BS wird von dem A/D-Wandler 16 in Digitaldaten umgewandelt. Andererseits ist in 2 das Schwebungssignal BS gezeigt, das von einem Detektionspunkt empfangen wird. In dem Fall, in dem die Sendewellen, die dem Sendesignal TX entsprechen, von einer Vielzahl von Detektionspunkten reflektiert werden und eine Vielzahl von Reflexionswellen in der Empfangsantenne 14 empfangen wird, wird jedoch das Empfangssignal RX durch Synthese der Reflexionswellen erhalten, und das Schwebungssignal BS, das die Differenz zwischen dem Sendesignal TX und dem Empfangssignal RX anzeigt, wird durch Synthese der Reflexionswellen erhalten.
<3. Detaillierte Verarbeitung durch eine Signalverarbeitungseinrichtung>
3 zeigt eine schematische Darstellung, die die Winkelberechnung in einer Signalverarbeitungseinrichtung 10 genauer zeigt. In 3 ist eine Kombination aus einer AUF-Periode und einer AB-Periode des Sendesignals TX für zwei Perioden gezeigt, und die Sendewellen, die den zwei Perioden des Sendesignals TX entsprechen, werden von der Sendeantenne 13 gesendet. Ferner ist das Empfangssignal gezeigt, das als die durch Reflexion der Sendewellen von dem Objekt erhaltenen Reflexionswellen empfangen wird. Ferner wandelt der A/D-Wandler 16 das Schwebungssignal, das die Differenz zwischen dem Sendesignal TX und dem Empfangssignal RX ist, in Digitaldaten um.
Insbesondere gibt es gemäß 3 2500 Stück Digitaldaten AD1u, die durch Umwandeln des Schwebungssignals durch den A/D-Wandler 16 in einem Zeitraum (Zeitraum t0 bis t1) erhalten werden, der der AUF-Periode (Periode U1) der ersten Periode des Sendesignals TX entspricht. Ferner gibt es 2500 Stück Digitaldaten AD1d in einem Zeitraum (Zeitraum t1 bis t2), der der AB-Periode (Periode D1) der ersten Periode entspricht. Ferner gibt es 2500 Stück Digitaldaten AD2u in einem Zeitraum (Zeitraum t2 bis t3), der der AUF-Periode (Periode U2) der zweiten Periode entspricht, und es gibt 2500 Stück Digitaldaten AD2d in einem Zeitraum (Zeitraum t3 bis t4), der der AB-Periode (Periode D2) der zweiten Periode entspricht. Die Erfassung solcher Daten wird durch Bestimmen einer vorbestimmten Abtastperiode in einem Zeitraum realisiert, der der AUF-Periode (AB-Periode) entspricht.
Dann teilt die Datenaufteilungseinheit 101 die Digitaldaten, die in der AUF-Periode und in der AB-Periode einer A/D-Umwandlung unterzogen worden sind, in eine Vielzahl von Datengruppen auf. Das heißt, dass die Datenaufteilungseinheit 101 die Digitaldaten (Digitaldaten AD1u, AD1d, AD2u, AD2d), die jeweils in vier Perioden (Perioden U1, D1, U2 und D2) einer A/D-Umwandlung unterzogen worden sind, in eine Vielzahl von Datengruppen aufteilt. Insbesondere teilt die Datenaufteilungseinheit 101 2500 Stück Digitaldaten AD1u in der Periode U1, die dem Zeitraum t0 bis t1 entspricht, in Datengruppen AD11u auf, die einem Zeitraum t0 bis t11 entsprechen, welcher eine Hälfte des Zeitraums t0 bis t1 ist. Das heißt, dass die Datenaufteilungseinheit 101 2500 Stück Digitaldaten in Digitaldaten aufteilt, die jeweils eine vorbestimmte Anzahl von Daten (zum Beispiel bei dieser Ausführungsform 1250 Stück Daten, was einer Hälfte der 2500 Stück Daten entspricht) aufweisen.
Als Ergebnis dieser Aufteilung werden eine Datengruppe AD11u mit 1250 Stück Daten, die dem Zeitraum t0 bis t11 entspricht, und eine Datengruppe AD12u mit 1250 Stück Daten, die einem Zeitraum t11 bis t1 entspricht, abgeleitet. Entsprechend können die Datengruppen, von denen jede die gleiche Anzahl von Digitaldaten aufweist, erhalten werden, und somit können die jeweiligen Winkel der Objekte, die den Detektionspunkten entsprechen, mit hoher Genauigkeit detektiert werden.
Auf die gleiche Weise teilt die Datenaufteilungseinheit 101 2500 Stück Digitaldaten AD1d in der Periode D1, die dem Zeitraum t1 bis t2 entspricht, in eine Datengruppe AD11d mit 1250 Stück Daten, die dem Zeitraum t1 bis t12 entspricht, und eine Datengruppe AD12d mit 1250 Stück Daten, die dem Zeitraum T12 bis t2 entspricht, auf.
Ferner teilt die Datenaufteilungseinheit 101 2500 Stück Digitaldaten AD2u in der Periode U2, die dem Zeitraum t2 bis t3 entspricht, in eine Datengruppe AD21u mit 1250 Stück Daten, die dem Zeitraum t2 bis t13 entspricht, und eine Datengruppe AD22u mit 1250 Stück Daten, die dem Zeitraum t13 bis t3 entspricht, auf.
Ferner teilt die Datenaufteilungseinheit 101 2500 Stück Digitaldaten AD2d in der Periode U2, die dem Zeitraum t3 bis t4 entspricht, in eine Datengruppe AD21d mit 1250 Stück Daten, die dem Zeitraum t3 bis t14 entspricht, und eine Datengruppe AD22d mit 1250 Stück Daten, die dem Zeitraum T14 bis t4 entspricht, auf. Wie oben beschrieben ist, können durch Aufteilen der Digitaldaten in eine Vielzahl von Datengruppen für eine vorbestimmte Anzahl von Daten die Datengruppen erfasst werden, ohne dass die Anzahl von Empfangsantennen erhöht wird. Ferner können die jeweiligen Winkel der Objekte, die den Detektionspunkten entsprechen, mit hoher Genauigkeit abgeleitet werden.
Dann führt relativ zu den 8 Datengruppen (Datengruppen AD11u, AD12u, AD11d, AD12d, AD21u, AD22u, AD21d, und AD22d), die durch Aufteilen der Digitaldaten erhalten werden, die Fourier-Transformations-Einheit 102 eine schnelle Fourier-Transformation durch, um 8 Transformationsdaten zu erfassen, die den 8 Datengruppen entsprechen.
Andererseits wird die Anzahl von Datengruppen zu der Anzahl, die im Verhältnis zu der Anzahl von Empfangsantennen steht. Das heißt, dass die zuvor beschriebenen 8 Datengruppen der Anzahl von Datengruppen entsprechen, die durch eine A/D-Umwandlung des Schwebungssignals, das den zwei Perioden des Sendesignals der Empfangsantenne 14a (ch1) entspricht, unter Verwendung des A/D-Wandlers 16a und Aufteilung der A/D-umgewandelten Digitaldaten in die Datengruppen erhalten werden.
Die Radareinrichtung 1 nach dieser Ausführungsform ist mit vier Empfangsantennen 14a (ch1), 14b (ch2), 14c (ch3) und 14d (ch4) als Empfangsantenne versehen. Das heißt, da 8 Datengruppen relativ zu einer Empfangsantenne erfasst werden können und vier Empfangsantennen in der Radareinrichtung 1 vorgesehen sind, wird die Summe der Datengruppen, die erfasst werden können, 32. Folglich werden die Transformationsdaten, die die Fourier-Transformations-Einheit 102 erhält, 32 Stück Transformationsdaten (Transformationsdaten ch1 bis ch4, wie in 3 gezeigt ist), die 32 Datengruppen entsprechen.
Dann extrahiert die Spitzenextrahiereinheit 103 Spitzensignale (zum Beispiel Spitzensignale Pu1 bis Pu16 von Transformationsdaten FT1u bis FT16u, wie in 4 gezeigt ist) mit einer Frequenz, die im Wesentlichen die gleiche ist wie die Frequenz fu1, zu denen ein Spitzensignal (zum Beispiel ein Spitzensignal Pu1) gehört, aus den Transformationsdaten (16 Stück Transformationsdaten), die in der AUF-Periode (Perioden U1 und U2) von 32 Stück Transformationsdaten enthalten sind.
Hier sind, da die Reflexionswellen von einem bestimmten Detektionspunkt zu ungefähr dem gleichen Zeitpunkt in den Empfangsantennen empfangen werden, Frequenzinformationen der Detektionspunkte, die in den Empfangssignalen RX der entsprechenden Empfangsantennen enthalten sind, einander ungefähr gleich (die Phaseninformationen unterscheiden sich jedoch voneinander). Das heißt, dass die Spitzensignale, an deren Frequenzspektrum die schnelle Fourier-Transformation durchgeführt worden ist, an Positionen mit im Wesentlichen der gleichen Frequenz relativ zu den die jeweiligen Empfangssignale RX erscheinen. Entsprechend extrahiert die Spitzenextrahiereinheit 103 die Spitzensignale Pu1 bis Pu16 mit der Frequenz fu1 als Informationen auf der Basis der Reflexionswellen von demselben Detektionspunkt. Andererseits extrahiert die Spitzenextrahiereinheit 103 ferner auf die gleiche Weise die Spitzensignale bei einer anderen Frequenz (Frequenz fu2).
Dann berechnet die Mittelwert-Verarbeitungseinheit 104 14 Sätze von Korrelationsmatrizen (zum Beispiel Korrelationsmatrizen R¹xx bis R¹⁴xx, wie in 4 gezeigt ist), wobei jeder Satz Spitzensignale von drei Stück benachbarter Transformationsdaten aufweist, wenn 16 Stück Transformationsdaten angeordnet sind, und ein Mittelwert der 14 Sätze der berechneten Korrelationsmatrizen wird unter Anwendung der Raumglättungs-Vorverarbeitung abgeleitet.
Ferner extrahiert die Spitzenextrahiereinheit 103 Spitzensignale (zum Beispiel Spitzensignale Pd1 bis Pd16 von Transformationsdaten FT1d bis FT16d, wie in 5 gezeigt ist) mit einer Frequenz, die im Wesentlichen die gleiche ist wie die Frequenz fd1, zu denen ein Spitzensignal (zum Beispiel ein Spitzensignal Pd1) gehört, aus den Transformationsdaten (16 Stück Transformationsdaten), die in der AB-Periode (Perioden D1 und D2) von 32 Stück Transformationsdaten enthalten sind. Andererseits extrahiert die Spitzenextrahiereinheit 103 ferner auf die gleiche Weise die Spitzensignale bei einer anderen Frequenz (Frequenz fd2).
Dann berechnet die Mittelwert-Verarbeitungseinheit 104 14 Sätze von Korrelationsmatrizen (zum Beispiel Korrelationsmatrizen R²¹xx bis R³⁴xx, wie in 5 gezeigt ist), wobei jeder Satz Spitzensignale von drei Stück benachbarter Transformationsdaten aufweist, wenn 16 Stück Transformationsdaten angeordnet sind, und ein Mittelwert der 14 Sätze der berechneten Korrelationsmatrizen wird unter Anwendung der Raumglättungs-Vorverarbeitung abgeleitet.
4 zeigt eine grafische Darstellung, die die Transformationsdaten, welche Perioden U1 und U2 entsprechen, die einer AUF-Periode entsprechen, genauer zeigt. Die Transformationsdaten FT1u bis FT16u, die in 4 gezeigt sind, sind Transformationsdaten, die in der AUF-Periode der 32 Stück Transformationsdaten enthalten sind. Die vertikale Achse jedes Transformationsdatums stellt den Signalpegel [dBv] dar, und die horizontale Achse stellt die Frequenz [kHz] dar. Eine Vielzahl von Spitzensignalen ist in jedem Transformationsdatum vorhanden. Die Spitzenextrahiereinheit 103 extrahiert die Spitzensignale Pu1 bis Pu16, die einen vorbestimmten Schwellwert übersteigen und im Wesentlichen die gleiche Frequenz haben. Andererseits sind diese Spitzensignale (Spitzensignale Pu1 bis Pu16) entsprechende Spitzensignale auf der Basis desselben Detektionspunkts.
Dann werden die entsprechenden Spitzensignale für jedes Transformationsdatum in eine Vielzahl von Sätzen aufgeteilt, und die Korrelationsmatrizen für jeden Satz werden aufgenommen. Das heißt, dass die Mittelwert-Verarbeitungseinheit 104 die Korrelationsmatrix R¹ _XX der Spitzensignale Pu1, Pu2 und Pu3 ableitet, die entsprechende Spitzensignale für drei Transformationsdaten FT1u, FT2u und FT3u sind, welche einen Satz bilden.
Dann leitet durch Verschieben eines Transformationsdatums die Mittelwert-Verarbeitungseinheit 104 die Korrelationsmatrix R²xx ab, in der die entsprechenden Spitzensignale für drei Transformationsdaten FT2u, FT3u und FT4u einen Satz bilden. Wie oben beschrieben ist, erzeugt die Mittelwert-Verarbeitungseinheit 104 14 Sätze von Korrelationsmatrizen (Korrelationsmatrizen R¹xx bis R¹⁴xx), von denen jede den Spitzensignalen für die drei Transformationsdaten entspricht, und berechnet den Mittelwert der 14 Sätzen von Korrelationsmatrizen.
5 zeigt eine grafische Darstellung, die die Transformationsdaten, welche Perioden D1 und D2 entsprechen, die einer AB-Periode entsprechen, genauer zeigt. Die Transformationsdaten FT1d bis FT16d, die in 5 gezeigt sind, sind Transformationsdaten, die in der AB-Periode der 32 Stück Transformationsdaten enthalten sind. Die vertikale Achse jedes Transformationsdatums stellt den Signalpegel [dBv] dar, und die horizontale Achse stellt die Frequenz [kHz] dar. Eine Vielzahl von Spitzensignalen ist in jedem Transformationsdatum vorhanden. Die Spitzenextrahiereinheit 103 extrahiert die Spitzensignale Pd1 bis Pd16, die einen vorbestimmten Schwellwert übersteigen und im Wesentlichen die gleiche Frequenz haben.
Dann werden die Transformationsdaten in eine Vielzahl von Sätzen aufgeteilt, und die Korrelationsmatrizen für jeden Satz werden aufgenommen. Das heißt, dass die Mittelwert-Verarbeitungseinheit 104 die Korrelationsmatrix R²¹xx ableitet, in der die Spitzensignale für die drei Transformationsdaten FT1d, FT2d und FT3d einen Satz bilden. Dann leitet durch Verschieben eines Transformationsdatums die Mittelwert-Verarbeitungseinheit 104 die Korrelationsmatrix R²²xx ab, in der die entsprechenden Spitzensignale für drei Transformationsdaten FT2u, FT3u und FT4u einen Satz bilden. Wie oben beschrieben ist, erzeugt die Mittelwert-Verarbeitungseinheit 104 14 Sätze von Korrelationsmatrizen (Korrelationsmatrizen R²¹xx bis R³⁴xx), von denen jede den Spitzensignalen für die drei Transformationsdaten entspricht, und berechnet den Mittelwert der 14 Sätze von Korrelationsmatrizen. Auf der Basis des Eigenwerts und Eigenvektors des Mittelwerts der Korrelationsmatrizen, der wie oben beschrieben erhalten wird, leitet die Winkelberechnungseinheit 105 den Winkel des Detektionspunkts ab, wie nachstehend in <4. Winkelspektrum> genauer beschrieben wird. Dadurch wird selbst in dem Fall, in dem die Sendezeit der Sendewellen reduziert ist, die Verringerung der Anzahl von Transformationsdaten verhindert, und somit können die jeweiligen Winkel der Objekte, die den Detektionspunkten entsprechen, mit hoher Genauigkeit detektiert werden. Andererseits wird ein im Wesentlichen gleicher Prozess auch für andere in den jeweiligen Transformationsdaten vorhandene Frequenzspitzen durchgeführt.
<4. Winkelspektrum>
6 zeigt eine grafische Darstellung, die ein Winkelspektrum an Detektionspunkten eines Objekts zeigt. Ein Spektrum US zeigt die Winkel der Detektionspunkte in einer AUF-Periode an, und eine Winkelspitze Phu1 und eine Winkelspitze Phu2, die Signale sind, welche einen Schwellwert sh übersteigen, zeigen die Winkel von Detektionspunkten an, die von dem Eigenwert und Eigenvektor eines Mittelwerts von 14 Sätzen von Korrelationsmatrizen abgeleitet sind, welche auf der Basis von Spitzensignalen Pu1 bis Pu16 mit einer Spitzenfrequenz fu1 erzeugt werden, wie in 4 gezeigt ist. Das heißt, dass gezeigt ist, dass Winkelinformationen von zwei Detektionspunkten von Informationen der Spitzensignale mit der Spitzenfrequenz fu1 getrennt sind.
Hier kann ein Spitzensignal in den Transformationsdaten auf Reflexionswellen von einer Vielzahl von Detektionspunkten basieren, außer wenn es auf Reflexionswellen von einen Detektionspunkt basiert. Das heißt, dass in dem Fall, in dem sich die Werte von jeweiligen Winkeln der Detektionspunkte für ein Fahrzeug, an dem die Radareinrichtung montiert ist, voneinander unterscheiden und die Werte der Abstände der Detektionspunkte für das Fahrzeug, an dem die Radareinrichtung montiert ist, einander gleich sind, Informationen bezüglich der Detektionspunkte in einem Spitzensignal enthalten sein können.
Daher wird, wie in dem Spektrum US von 6 gezeigt ist, in dem Fall, in dem zwei Winkelspitzen Phu1 und Phu2 vorhanden sind, gezeigt, dass die Informationen von zwei Detektionspunkten, die den Winkelspitzen Phu1 und Phu2 entsprechen, in den Spitzensignalen (Spitzensignale Pu1 bis Pu16) der Transformationsdaten von 4 enthalten sind.
Ferner zeigt ein Spektrum DS die Winkel von Detektionspunkten in einer AB-Periode an, und eine Winkelspitze Phd1 und eine Winkelspitze Phd2, die Signale sind, welche den Schwellwert sh übersteigen, zeigen die Winkel von Detektionspunkten an, die von dem Eigenwert und Eigenvektor eines Mittelwerts von 14 Sätzen von Korrelationsmatrizen abgeleitet sind, welche auf der Basis von Spitzensignalen Pd1 bis Pd16 mit einer Spitzenfrequenz fd1 erzeugt werden, wie in 5 gezeigt ist.
Wie in dem Spektrum DS von 6 gezeigt ist, wird in dem Fall, in dem zwei Winkelspitzen Phd1 und Phd2 vorhanden sind, gezeigt, dass die Informationen von zwei Detektionspunkten, die den Winkelspitzen Phd1 und Phd2 entsprechen, in den Spitzensignalen (Spitzensignale Pd1 bis Pd16) der Transformationsdaten von 5 enthalten sind.
Dann werden das Winkelspektrum US in der AUF-Periode und das Winkelspektrum DS in der AB-Periode auf der Basis des Signalpegels und des Winkels gepaart. In 6 sind, da die Winkelspitzen Phu1 und Phd1 im Wesentlichen den gleichen Signalpegel und Winkel aufweisen, die Winkelspitzen Phu1 und Phd1 gepaart. Ferner werden, da die Winkelspitzen Phu2 und Phd2 im Wesentlichen den gleichen Signalpegel und Winkel aufweisen, die Winkelspitzen Phu2 und Phd2 gepaart. Entsprechend wird ein Mittelwert der zwei Winkelspitzen mittels der folgenden Gleichung (4) abgeleitet, und die Winkelberechnungseinheit 105 berechnet die jeweiligen Winkel der zwei Detektionspunkte. Dadurch ist es möglich, die jeweiligen Winkel der Detektionspunkte (zum Beispiel des einen Detektionspunkts und des anderen Detektionspunkts), die im Wesentlichen im gleichen Abstand zu dem Fahrzeug, an dem die Radareinrichtung 1 montiert ist, vorhanden sind, genau zu erfassen. Andererseits bezeichnet in der Gleichung θm einen Winkel eines Detektionspunkts, und θup bezeichnet einen Winkel, der einer Winkelspitze phu1 (phu2) entspricht. Ferner bezeichnet θdn einen Winkel, der einer Winkelspitze phd1 (phd2) entspricht. $θ m = \frac{θ up + θ dn}{2}$
Ferner wird in dem Winkelspektrum US (DS), das in 6 gezeigt ist, eine Vielzahl von Winkelspitzen abgeleitet. In dem Fall, in dem Informationen bezüglich der Detektionspunkte in einem Spitzensignal der Transformationsdaten enthalten sind, wenn die Anzahl von Datengruppen der Digitaldaten klein ist, wird die Anzahl von Korrelationsmatrizen klein, und die Verringerungsrate der sich gegenseitig störenden Komponenten wird durch die Raumglättungs-Vorverarbeitung unter Verwendung der Korrelationsmatrizen verringert. Folglich werden die Winkelspitzen mit einer Winkelspitze synthetisiert, und die Winkel der Detektionspunkte können inkorrekt berechnet werden.
Da die Datenaufteilungseinheit 101 die Digitaldaten aufteilt, um die Anzahl von Datengruppen zu erhöhen, wird die Anzahl von Korrelationsmatrizen erhöht, und die Verringerungsrate der sich gegenseitig störenden Komponenten wird durch die Raumglättungs-Vorverarbeitung unter Verwendung der Korrelationsmatrizen verbessert. Ferner werden, da die Winkelberechnungseinheit 105 die Winkel der Detektionspunkte anhand des Eigenwerts und des Eigenvektors ableitet, die unter Verwendung des Mittelwerts der Korrelationsmatrizen abgeleitet werden, welche von der Raumglättungs-Vorverarbeitung abgeleiteten abgeleitet werden, die Winkelspitzen entsprechend der Anzahl von in einer Spitze der Transformationsdaten enthaltenen Detektionspunkten abgeleitet. Dadurch können die Winkel der Detektionspunkte genau berechnet werden.
Nach dem Berechnen der Winkel der Detektionspunkte berechnet die Abstands-/ Relativgeschwindigkeits-Berechnungseinheit 106 den Abstand und die Relativgeschwindigkeit relativ zu den Detektionspunkten. In 6 ist die Frequenz der Winkelspitze Phu1 in der AUF-Periode des einen Detektionspunkts die Frequenz fu1, die in 4 gezeigt ist. Ferner ist die Frequenz der Winkelspitze Phd1 in der AB-Periode die Frequenz fd1, die in 5 gezeigt ist. Unter Verwendung der Werte der Frequenzen fu1 und fd1 werden der Abstand und die Relativgeschwindigkeit des einen Detektionspunkts mittels der Gleichungen (2) und (3) berechnet.
Ferner ist in 6 auf die gleiche Weise wie bei dem einem Detektionspunkt die Frequenz der Winkelspitze Phu2 in der AUF-Periode des anderen Detektionspunkts die Frequenz fu1, und die Frequenz der Winkelspitze Phd2 in der AB-Periode ist die Frequenz fd1. Unter Verwendung der Werte der Frequenzen fu1 und fd1 werden der Abstand und die Relativgeschwindigkeit des anderen Detektionspunkts mittels der Gleichungen (2) und (3) berechnet. Dadurch können die Position und die Relativgeschwindigkeit des Objekts mit hoher Genauigkeit abgeleitet werden.
<5. Verarbeitungsablaufdiagramm>
7 und 8 zeigen Ablaufdiagramme, die die von der Radareinrichtung 1 durchgeführten Prozesse zeigen. In Schritt S101 gibt die Sendeantenne 13 die Sendewellen, die dem von dem Oszillator 12 ausgegebenen Sendesignal entsprechen, an die Außenseite des Fahrzeugs aus, und die Verarbeitung geht zu Schritt S102 weiter.
Andererseits werden in dem Fall, in dem eine AUF-Periode und eine AB-Periode eine Periode in dem Sendesignal TX bilden, die Sendewellen von der Sendeantenne 13, die der ersten Periode entsprechen, von der einen Sendeantenne 13a zu der Außenseite des Fahrzeugs ausgegeben, und die Sendewellen, die der zweiten Periode entsprechen, werden von der anderen Sendeantenne 13b zu der Außenseite des Fahrzeugs ausgegeben. Andererseits ist nach Ablauf von zwei Perioden eine Nichtsendeperiode, in der die Sendewellen über einen vorbestimmten Zeitraum nicht zu der Außenseite des Fahrzeugs gesendet werden, vorgesehen. Nach Ablauf des Zeitraums, der der Nichtsendeperiode entspricht, werden die Sendewellen, die zwei Perioden des Sendesignals TX entsprechen, wieder zu der Außenseite des Fahrzeugs ausgegeben.
In Schritt S102 empfängt die Empfangsantenne 14 die Reflexionswellen, die durch Reflexion der Sendewellen von dem Objekt erhalten werden, und die Verarbeitung geht zu Schritt S103 weiter.
In Schritt S103 mischt der Mischer 15 das Empfangssignal RX, das den von der Empfangsantenne 14 empfangenen Reflexionswellen entspricht, mit dem Sendesignal TX, erzeugt ein Schwebungssignal BS, das eine Differenz zwischen dem Sendesignal TX und dem Empfangssignal RX ist, und die Verarbeitung geht zu Schritt S104 weiter.
In Schritt S104 führt der A/D-Wandler 16 eine A/D-Umwandlung zum Umwandeln des Schwebungssignals BS, das ein Analogsignal ist, in Digitaldaten durch, und die Verarbeitung geht zu Schritt S105 weiter.
In Schritt S105 teilt die Datenaufteilungseinheit 101 die von dem A/D-Wandler 16 ausgegebenen Digitaldaten in die Datengruppen auf, und die Verarbeitung geht zu Schritt S106 weiter.
In Schritt S106 führt die Fourier-Transformations-Einheit 102 eine schnelle Fourier-Transformation relativ zu den die aufgeteilten Datengruppen durch, um Transformationsdaten zu erzeugen, und die Verarbeitung geht zu Schritt S107 weiter.
In Schritt S107, der in 8 gezeigt ist, extrahiert die Spitzenextrahiereinheit 103 die Spitzensignale, die den vorbestimmten Schwellwert übersteigen, aus den Signalen der FFT-transformierten Daten, und die Verarbeitung geht zu Schritt S108 weiter.
In Schritt S108 werden in der AUF-Periode und der AB-Periode die Spitzensignale, die den Transformationsdaten entsprechen, in die Sätze aufgeteilt, und die Mittelwert-Verarbeitungseinheit 104 nimmt die Korrelationsmatrizen für die jeweiligen Sätze auf und leitet den Mittelwert der Korrelationsmatrizen durch Addition der Korrelationsmatrizen der jeweiligen Sätze ab, und die Verarbeitung geht zu Schritt S109 weiter.
In Schritt S109 werden die Winkel der zu dem Objekt gehörenden Detektionspunkte auf der Basis des Eigenwerts und des Eigenvektors des Mittelwerts der Korrelationsmatrizen, der von der Mittelwert-Verarbeitungseinheit 104 abgeleitet worden ist, berechnet, und die Verarbeitung geht zu Schritt S110 weiter.
In Schritt S110 berechnet relativ zu den Detektionspunkten, deren Winkel in Schritt S109 separiert worden sind, die Abstands-/Relativgeschwindigkeits-Berechnungseinheit 106 den Abstand zwischen dem Detektionspunkt und dem Fahrzeug, an dem die Radareinrichtung 1 montiert ist, und die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Detektionspunkt und dem Fahrzeug, an dem die Radareinrichtung 1 montiert ist, auf der Basis der Spitzenfrequenzen der Transformationsdaten, und die Verarbeitung geht zu Schritt S111 weiter.
In Schritt S111 werden Informationen (der Abstand, die Relativgeschwindigkeit und der Winkel) bezüglich der zu dem Objekt gehörenden Detektionspunkte zu der Fahrzeugsteuereinrichtung 2 ausgegeben, die ein Steuersignal zu jeweiligen Teilen des Fahrzeugs ausgibt. Dadurch kann eine Fahrzeugsteuerung entsprechend der Position des Objekts, das dem Detektionspunkt entspricht, durchgeführt werden.
< Modifizierte Beispiele>
Es sind die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben worden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt, und es können verschiedene Modifikationen durchgeführt werden.
Nachstehend werden solche modifizierten Beispiele beschrieben. Andererseits können sämtliche Formen, einschließlich Formen, die bei den oben beschriebenen Ausführungsformen beschrieben worden sind, und Formen, die nachstehend beschrieben werden, auf geeignete Weise kombiniert werden.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen kann die Radareinrichtung 1 bei verschiedenen Anwendungen (zum Beispiel mindestens einer von Überwachung von fliegenden Flugzeugen und Überwachung von fahrenden Schiffen) zusätzlich zu denen, bei denen sie an einem Fahrzeug montiert ist, verwendet werden.
Ferner sind bei den oben beschriebenen Ausführungsformen zwei Sendeantennen und vier Empfangsantennen vorgesehen. Die Anzahl von Sende- oder Empfangsantennen kann jedoch anders eingestellt sein, und es können zum Beispiel eine Sendeantenne und fünf Empfangsantennen vorgesehen sein.
Ferner ist bei den oben beschriebene Ausführungsformen die Radareinrichtung 1 mit eigenständigen Empfangsantennen 14 und Sendeantennen 13 versehen. Die Empfangsantennen können auch als Sendeantennen dienen. In diesem Fall können die jeweiligen Empfangsantennen unmittelbar nach dem Senden der Sendewellen in einen Empfangszustand geschaltet werden, so dass die Antennen die durch Reflexion der Sendewellen von dem Objekt erhaltenen Reflexionswellen empfangen.
Ferner kann bei den oben beschriebenen Ausführungsformen die Radareinrichtung 1 mit zweckbestimmten Verarbeitungsschaltungen (dem Mischer 15 und dem A/D-Wandler 16) für jede Empfangsantenne 14 versehen sein oder kann mit einer Schaltung versehen sein, die Empfangssignale ganzheitlich über sämtliche Empfangsantennen verarbeitet. Obwohl es in diesem Fall erforderlich ist, dass eine Zeitmultiplex-Verarbeitungsschaltung ein sequentielles Schalten der entsprechenden Empfangsantenne 14, einschließlich der Empfangsantennen 14a bis 14d, steuert, ist es ist möglich, die Schaltungskonfiguration der Radareinrichtung 1 zu kompaktieren.
Ferner teilt bei den oben beschriebenen Ausführungsformen die Datenaufteilungseinheit 101 die Digitaldaten in Datengruppen für eine vorbestimmte Anzahl von Digitaldaten auf. Ferner kann die Anzahl von Digitaldaten als Anzahl von unterschiedlichen Daten aufgeteilt werden. Insbesondere kann die Datenaufteilungseinheit 101 2500 Stück Digitaldaten in eine Gruppe mit 1500 Stück Daten und eine Gruppe mit 1000 Stück Daten aufteilen. Ferner kann die Datenaufteilungseinheit 101 die Digitaldaten in drei oder mehr Datengruppen mit einer unterschiedlichen Anzahl von Daten aufteilen, zum Beispiel in eine Datengruppe mit 1200 Stück Daten, eine Datengruppe mit 800 Stück Daten und eine Datengruppe mit 500 Stück Daten.
Ferner werden bei den oben beschriebenen Ausführungsformen durch Durchführen einer Aufteilung der Digitaldaten und Verringern der sich gegenseitig störenden Komponenten durch Erhöhen der Anzahl von bei der Raumglättungs-Vorverarbeitung verwendeten Korrelationsmatrizen jeweilige Winkel der Detektionspunkte mit dem gleichen Abstand und unterschiedliche Winkeln mit hoher Genauigkeit berechnet. Ferner kann in dem Fall, in dem die Detektionspunkte mit dem gleichen Abstand und unterschiedlichen Winkeln nicht vorhanden sind, das heißt, in dem Fall, in dem ein Detektionspunkt in dem Spitzensignal enthalten ist, der Winkel des einen Detektionspunkts mit hoher Genauigkeit berechnet werden.

Claims

Signalverarbeitungseinrichtung (10), die dazu ausgebildet ist, einen Winkel eines Detektionspunkts, der einem Objekt entspricht, auf der Basis von Empfangssignalen einer Vielzahl von Arrayantennen (14) zu berechnen, wobei die Signalverarbeitungseinrichtung (10) aufweist: eine Erzeugungseinheit (15), die dazu ausgebildet ist, ein Sendesignal mit einer Frequenz, die in einer vorbestimmten Periode verändert wird, und ein Empfangssignal, das durch Empfangen von Reflexionswellen von Sendewellen erhalten wird, auf der Basis des Sendesignals an dem Detektionspunkt zu mischen und ein Schwebungssignal anhand einer Differenz zwischen dem Sendesignal und dem Empfangssignal zu erzeugen; eine Ableitungseinheit (16), die dazu ausgebildet ist, Digitaldaten durch eine A/D-Umwandlung des Schwebungssignals abzuleiten; eine Aufteilungseinheit (101), die dazu ausgebildet ist, die Digitaldaten in jeweils mehrere kontinuierliche Datengruppen in einer ersten Periode, in der die Frequenz des Sendesignals steigt, und mehrere Datengruppen in einer zweiten Periode, in der die Frequenz des Sendesignals sinkt, aufzuteilen; eine Erfassungseinheit (102), die dazu ausgebildet ist, eine schnelle Fourier-Transformation an den Datengruppen durchzuführen, um eine gleiche Anzahl an Transformationsdaten wie die Anzahl der Datengruppen zu erfassen; eine erste Berechnungseinheit (103, 104), die dazu ausgebildet ist, die Transformationsdaten in eine Vielzahl von Sätzen aufzuteilen, Korrelationsmatrizen für die jeweiligen Sätze aufzunehmen und einen Mittelwert der Korrelationsmatrizen zu berechnen; und eine zweite Berechnungseinheit (105), die dazu ausgebildet ist, den Winkel des Detektionspunkts auf der Basis des Mittelwerts der Korrelationsmatrizen zu berechnen.
Signalverarbeitungseinrichtung (10) nach Anspruch 1, bei der die Aufteilungseinheit (101) die Digitaldaten in die Datengruppen für eine vorbestimmte Anzahl von Daten aufteilt.
Radareinrichtung (1), die aufweist: die Signalverarbeitungseinrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2; eine Sendeeinheit (13), die dazu ausgebildet ist, die Sendewellen zu senden; eine Empfangseinheit (14), die dazu ausgebildet ist, die Reflexionswellen zu empfangen; und eine Ausgabeeinheit, die dazu ausgebildet ist, Informationen bezüglich des von der Signalverarbeitungseinrichtung (10) detektierten Detektionspunkts zu einer Fahrzeugsteuereinrichtung (2), die jeweilige Teile eines Fahrzeugs steuert, auszugeben.
Signalverarbeitungsverfahren zum Berechnen eines Winkels eines Detektionspunkts, der einem Objekt entspricht, auf der Basis von Empfangssignalen einer Vielzahl von Arrayantennen (14), wobei das Signalverarbeitungsverfahren umfasst: Mischen eines Sendesignal mit einer Frequenz, die in einer vorbestimmten Periode verändert wird, und eines Empfangssignal, das durch Empfangen von Reflexionswellen von Sendewellen erhalten wird, auf der Basis des Sendesignals an dem Detektionspunkt und Erzeugen eines Schwebungssignals anhand einer Differenz zwischen dem Sendesignal und dem Empfangssignal; Ableiten von Digitaldaten durch eine A/D-Umwandlung des Schwebungssignals; Aufteilen der Digitaldaten in jeweils mehrere kontinuierliche Datengruppen in einer ersten Periode, in der die Frequenz des Sendesignals steigt, und mehrere Datengruppen in einer zweiten Periode, in der die Frequenz des Sendesignals sinkt; Durchführen einer schnellen Fourier-Transformation an den Datengruppen, um eine gleiche Anzahl an Transformationsdaten wie die Anzahl der Datengruppen zu erfassen; Aufteilen der Transformationsdaten in eine Vielzahl von Sätzen, Aufnehmen von Korrelationsmatrizen für die jeweiligen Sätze und Berechnen eines Mittelwerts der Korrelationsmatrizen; und Berechnen des Winkels des Detektionspunkts auf der Basis des Mittelwerts der Korrelationsmatrizen.