DE60310477T2

DE60310477T2 - Radarsystem

Info

Publication number: DE60310477T2
Application number: DE60310477T
Authority: DE
Inventors: Kazuto Chiyoda-ku Nakamura
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-05-13
Filing date: 2003-05-13
Publication date: 2007-07-19
Anticipated expiration: 2023-05-14
Also published as: EP1365257B1; US20030210174A1; EP1365257A3; DE60310477D1; JP3649704B2; JP2003329768A; EP1365257A2; US6747592B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
(Gebiet der Erfindung)
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein an einem Fahrzeug angebrachtes Radarsystem zum Messen einer Reichweitenrate, z. B. einer Relativgeschwindigkeit und eines relativen Abstands zwischen dem Fahrzeug und einem voraus befindlichem Fahrzeug, Hindernis und dergleichen.
(Beschreibung des Standes der Technik)
Ein Funkradar, das Millimeterwellen und andere Wellen verwendet, wird wegen der niedrigen Ausbreitungsdämpfung und der großen Ausbreitungsweglänge selbst bei schlechtem Wetter, z. B. Regen und Nebel, zur Flugsicherung und Wetterbeobachtung verwendet. Dank dieser Vorzüge wird heute in den Gebieten Kollisionsverhinderung und Sicherheit von Kraftfahrzeugen ein Millimeterwellenradar zum Messen einer Fahrzeuglücke (relativer Abstand, Abstand von Fahrzeug zu Fahrzeug) und einer relativen Fahrzeuggeschwindigkeit zwischen einem voraus befindlichem Fahrzeug und dem folgenden Fahrzeug (das Fahrzeug mit dem Radarsystem) untersucht, entwickelt und in den Handel gebracht. Ein Radarsystem eines Diplex-Dopplertyps ist in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. Sho 49-107491 als ein für Radarmodulationssysteme typisches System offenbart.
Wie in 7 gezeigt ist, moduliert dieses Radarsystem eine Signalausgabe von einem Millimeterwellenoszillator 101 durch ein Modulationssignal 102 von einem Modulator 103 zu zwei zeitlich verzahnten Signalen auf den Frequenzen f₁ und f₂ (die Differenz Δf: f₂ – f₁). Diese Signale werden mit einer Sendeantenne 104 gesendet, wobei sie zurückreflektiert werden, wenn sie ein voraus befindliches Fahrzeug 202 treffen, und hierauf mit einer Empfangsantenne 106 empfangen werden.
Wenn es eine gewisse Reichweitenrate (Relativgeschwindigkeit) V zwischen dem voraus befindlichem Fahrzeug 202 und dem Millimeterwellen-Radarsystem 100b des folgenden Fahrzeugs gibt, werden in den reflektierten Signalen Dopplerfrequenzen fd₁ und fd₂ erzeugt. Im Ergebnis weisen die durch die Empfangsantenne 106 empfangenen Signale die Frequenzen f₁ + fd₂ und f₂ + fd₂ auf. Ein Mischer 108 wandelt diese Signale in zeitlich verzahnte Signale (oder Zwischenfrequenzsignale 107, die im Folgenden als ZF-Signale abgekürzt werden) um, die jeweils die Informationen der Dopplerfrequenzen fd₁ und fd₂ enthalten. Die ZF-Signale 107 werden durch einen Verstärker 109 verstärkt und mittels eines Schalters 110, der synchron zu dem Modulationssignal 102 arbeitet, auf zwei Tiefpassfilter (LPFs) 111 und 111 verteilt.
Anhand von 8 wird unten eine Beziehung zwischen Sendesignalen und ZF-Signalen 107 erläutert. Die Sendesignale setzen sich aus zwei zeitlich verzahnten Signalen auf den Frequenzen f₁ und f₂ zusammen. Wenn die ZF-Signale 107 durch den Mischer 108 hindurchlaufen, werden die Frequenzkomponenten f₁ und f₂ der Sendesignale aus den empfangenen Signalen entfernt, wobei die ZF-Signale 107 jeweils Signale werden, die Informationen in Bezug auf die Dopplerfrequenzen enthalten. Wie oben bereits beschrieben ist, arbeitet der Schalter 110 synchron zu dem Modulationssignal 102, um die ZF-Signale 107, die die Informationen der Dopplerfrequenzen fd₁ und fd₂ enthalten, in ein Signal mit der Dopplerfrequenz fd₁ und ein Signal mit der Dopplerfrequenz fd₂ zu teilen.
Diese Dopplersignale werden durch einen A/D-Umsetzer 112 digitalisiert und durch einen DSP (digitaler Signalprozessor) 113b mit einer FFT (schnelle Fouriertransformation) umgewandelt (analysiert). Mit der FFT-Analyse werden die Dopplerfrequenzen fd₁ und fd₂ und die Phasendifferenzen φ₁, φ₂ erhalten. Die Relativgeschwindigkeit V zwischen dem voraus befindlichem Fahrzeug 202 und dem folgenden Fahrzeug (das Fahrzeug mit diesem Radarsystem) wird durch die Gleichung (1) oder (2) unten ausgedrückt. V = (C·fd1)/(2·f1) (1)oder V = (C·fd2)/(2·f2) (2)wobei C eine Signalstrahl-(Ausbreitungs-)Geschwindigkeit ist.
Es soll angenommen werden, dass fd₁ << f₁, fd₂ << f₂ und Δf << f₁ ist. In diesem Fall kann fd₁ etwa gleich fd₂ sein, wobei die Relativgeschwindigkeit V durch die Gleichung (3) unten ausgedrückt werden kann. V = (C·fd1)/(2·f0) (3)wobei gilt: f0 = (f1 + f2)/2
Der relative Abstand R (Bereich) zwischen zwei Fahrzeugen kann durch die Gleichung 4 unten ausgedrückt werden. R = C·(φ1 – φ2)/(4π·Δf) (4)
Nach der Berechnung der Relativgeschwindigkeit V und des relativen Abstands (Fahrzeugabstand; Abstand von Fahrzeug zu Fahrzeug) R sendet der DSP (digitaler Signalprozessor) 113b sie über einen Systemmikrocomputer 115b zur ACC-Einheit (Einheit zur adaptiven Geschwindigkeitsreglung) 120 des Fahrzeugs.
Es soll z. B., wie in 2 gezeigt ist, angenommen werden, dass ein voraus befindliches Fahrzeug 202 vor einem Fahrzeug 201 mit diesem Radarsystem fährt, diese Geschwindigkeiten V1 bzw. V2 sind, d. h., die Relativgeschwindigkeit (V1 – V2) ist, und die Frequenzen der Dopplersignale fd₁ und fd₂ sind. 3 zeigt das Ergebnis der FFT-Analyse der Signale. In 3 erscheint ein Peak-Spektrum bei den Dopplerfrequenzen fd₁ und fd₂ auf der Frequenzachse. Die Relativgeschwindigkeit (V1 – V2) und der relative Abstand R (DL in 2) zwischen dem voraus befindlichem Fahrzeug 202 und dem folgenden Fahrzeug 201 können aus diesen Frequenzinformationen und den Phaseninformationen erhalten werden, wie es oben erwähnt ist.
Diese Diplex-Dopplersignalverarbeitung ermöglicht eine stabile Erfassung eines voraus befindlichen Fahrzeugs ohne irgendeine komplizierte Signalverarbeitung, da sie ein Spektrum, das einem voraus befindlichem Fahrzeug entspricht, anhand des Ergebnisses einer FFT-Analyse erfasst, wobei eine Relativgeschwindigkeit aus den Frequenzinformationen und ein relativer Abstand aus den Phaseninformationen gleichzeitig gewonnen werden können.
Der oben genannte Stand der Technik weist die unten aufgelisteten Probleme auf.
Falls z. B. die Differenz zwischen der Geschwindigkeit V1 eines Fahrzeugs 201 und der Geschwindigkeit V2 eines voraus befindlichen Fahrzeugs 202, wie anhand von 2 beschrieben ist, d. h. eine Relativgeschwindigkeit (V1 – V2), fast nahe 0 und kleiner als eine minimale Relativgeschwindigkeit ist, die mit der FFT analysiert werden kann, erscheint die Frequenz fd des Dopplersignals des voraus befindlichen Fahrzeugs 202 nicht in dem Ergebnis der FFT-Analyse, wie es in 9 gezeigt ist.
Mit anderen Worten, wenn die Relativgeschwindigkeit des voraus befindlichen Fahrzeugs 202 zu dem folgenden Fahrzeug 201 sehr klein ist, gibt es ein Problem, dass dieses Radarsystem ein voraus befindliches Fahrzeug nicht erkennen (erfassen) kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist in Anbetracht der oben genannten Probleme gemacht worden, wobei es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Radarsystem zu schaffen, das ein voraus befindliches Fahrzeug (Objekt) selbst dann erfassen kann, wenn die Reichweitenrate des voraus befindlichen Fahrzeugs relativ zu dem mit diesem System ausgestatteten Fahrzeug sehr klein ist.
Um die oben genannte Aufgabe zu erfüllen, ist die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass ein Radarsystem eine Sendeantenne zum abwechselnden Senden von zwei Signalen auf unterschiedlichen Frequenzen, eine Empfangsantenne zum Empfangen von Signalen, die von der Sendeantenne gesendet und von einem voraus befindlichem Objekt (z. B. ein Fahrzeug, ein Hindernis) zurückreflektiert werden, wenn sie ein Objekt treffen, ein erstes Digita lisierungsmittel zum Abtasten und Digitalisieren der jeweils empfangenen Signale und/oder ein erstes Analysemittel zum Analysieren der Frequenzen der digitalisierten empfangenen Signale, zum Extrahieren eines Peak-Spektrums und zum Berechnen einer Reichweitenrate des Objekts aus der Frequenz des Peak-Spektrums umfassen kann.
Das Radarsystem kann ferner ein zweites Digitalisierungsmittel, um die jeweils empfangenen Signale abzutasten und zu digitalisieren, ein zweites Analysemittel, um die Frequenzen der durch das zweite Analysemittel digitalisierten Empfangssignale zu analysieren, ein Peak-Spektrum zu extrahieren und eine Reichweitenrate des Objekts aus der Frequenz des Peak-Spektrums zu berechnen, und ein Ausgabemittel, um wahlweise entweder die durch das erste Analysemittel berechnete Reichweitenrate oder die durch das zweite Analysemittel berechnete Reichweitenrate auszugeben, umfassen; wobei das erste Analysemittel als einen Schwellenwert eine Frequenz speichert, die in einem analysierbaren niedrigen Frequenzbereich liegt und/oder höher als eine minimale analysierbare Frequenz ist; wobei das zweite Digitalisierungsmittel die empfangenen Signale mit einer höheren Abtastauflösung als der Abtastauflösung des ersten Digitalisierungsmittels abtastet und digitalisiert, so dass das zweite Analysemittel Frequenzen unter dem Schwellenwert analysieren kann. Das erste Analysemittel kann das zweite Digitalisierungsmittel und das zweite Analysemittel dazu veranlassen, zu arbeiten, wenn die empfangenen Signale ein Peak-Spektrum unterhalb des Schwellenwertes haben.
Im Fall, dass es ein einzelnes Objekt vor dem Fahrzeug mit diesem Radarsystem gibt, geben die Ausgabemittel, wenn das zweite Digitalisierungsmittel und das zweite Analysemittel arbeiten, die Reichweitenrate des voraus befindlichen Objekts (eine Relativgeschwindigkeit und ein relativer Abstand zwischen 2 Fahrzeugen usw.) aus, die durch das zweite Analysemittel berechnet wird. Wenn das zweite Digitalisierungsmittel und das zweite Analysemittel nicht arbeiten, gibt das Ausgabemittel die Reichweitenrate des Objekts aus, die durch das erste Analysemittel berechnet wird. Mit anderen Worten, wenn es lediglich ein voraus befindliches Objekt vor dem Fahrzeug mit diesem Radarsystem gibt, gibt das Ausgabemittel wahlweise entweder die durch das erste Analysemittel berechnete Reichweitenrate oder die durch das zweite Analysemittel berechnete Reichweitenrate aus. Im Fall, dass es zwei oder mehr Objekte gibt, gibt das Ausgabemittel z. B. dann, wenn das zweite Digitalisierungsmittel und das zweite Analysemittel für eines der Objekte arbeiten, die Reichweitenrate des Objekts aus, die durch das zweite Analysemittel berechnet wird. Wenn das zweite Digitalisierungsmittel und das zweite Analysemittel nicht für die anderen Objekte arbeiten, gibt das Ausgabemittel die Reichweitenrate des Objekts aus, die durch das erste Ausgabemittel berechnet wird. Mit anderen Worten, wenn zwei oder mehr Objekte vor dem Fahrzeug mit diesem System sind, kann das Ausgabemittel sowohl die durch das erste Ausgabemittel berechnete Reichweitenrate als auch die durch das zweite Ausgabemittel berechnete Reichweitenrate ausgeben.
Das oben erwähnte Radarsystem kann mit einem Verstärkungsmittel mit veränderlicher Verstärkung zum Verstärken der empfangenen Signale und einem Mittel zum Setzen einer Verstärkung des Verstärkungsmittels, bevor die empfangenen Signale dem ersten Digitalisierungsmittel und/oder dem zweiten Digitalisierungsmittel zugeführt werden, versehen sein.
Das oben genannte Radarsystem kann außerdem dadurch gekennzeichnet sein, dass das zweite Analysemittel die Frequenzen der empfangenen Signale analysiert, ein Peak-Spektrum extrahiert, prüft, ob die Frequenz des Peak-Spektrums unter dem Schwellenwert liegt, und die Wirkung vorübergehend speichert, wenn die Frequenz des Peak-Spektrums unter dem Schwellenwert liegt. Im Ergebnis kann das erste Analysemittel im nächsten Zyklus nach der Frequenzanalyse der empfangenen Signale durch das zweite Analysemittel die Frequenzen der empfangenen Signale analysieren, selbst dann, wenn keine Frequenz des Peak-Spektrums unter dem Schwellenwert liegt. Das erste Analysemittel kann das zweite Digitalisierungsmittel und das zweite Analysemittel dazu veranlassen, zu arbeiten, falls das zweite Analysemittel die Wirkung speichert, dass die Frequenz des Peak-Spektrums unter dem Schwellenwert liegt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist ein Blockschaltplan eines Millimeterwellen-Radarsystems, das eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
2 ist eine erläuternde Darstellung der Positionsbeziehung zwischen einem Fahrzeug mit dem Radarsystem und einem vor ihm fahrenden Fahrzeug.
3 ist eine erläuternde Darstellung eines Frequenzspektrums eines Dopplersignals, wenn die Geschwindigkeit eines voraus befindlichen Fahrzeugs relativ zu dem Fahrzeug mit dem Radarsystem über einem Schwellenwert liegt.
4 ist eine erläuternde Darstellung des Frequenzgangs des A/D-Umsetzers.
5 ist ein Ablaufplan, der die Funktionsweise des Millimeterwellen-Radarsystems zeigt, das eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
6 ist ein Blockschaltplan eines Millimeterwellen-Radarsystems, das eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
7 ist ein Blockschaltplan eines herkömmlichen Millimeterwellen-Radarsystems.
8 ist eine erläuternde Darstellung einer Beziehung zwischen einem Diplex-Dopplersendesignal und einem ZF-Signal.
9 ist eine erläuternde Darstellung eines Frequenzspektrums eines Dopplersignals, wenn die Geschwindigkeit eines voraus befindlichen Fahrzeugs relativ zu dem Fahrzeug mit dem Radarsystem unter einem Schwellenwert liegt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unten anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben.
Wie in 1 gezeigt ist, umfasst das Millimeterwellen-Radarsystem 100, das eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, einen Modulator 103 zum Erzeugen eines Modulationssignals 102, einen Millimeterwellenoszillator 101 zum Erzeugen von Sendesignalen zweier Frequenzen f₁ und f₂ (Δf = f₂ – f₁) durch ein Modulationssignal 102, das von dem Modulator 103 kommt, eine Sendeantenne 104 zum Senden von Signalen von dem Millimeterwellenoszillator 101, eine Empfangsantenne 106 zum Empfangen von Signalen, die an einem voraus befindlichem Fahrzeug 202 zurückreflektiert werden, einen Mischer 108 zum Mischen der empfangenen Signale mit den durch den Millimeterwellenoszillator 101 erzeugten Sendesignalen, einen Verstärker 109 zum Verstärken von ZF-Signalen 107, die von dem Mischer 108 gesendet werden, einen Schalter 110 zur Teilung der verstärkten ZF-Signale synchron zu dem Modulationssignal 102, Tiefpassfilter (LPF) 111, 111 zum Entfernen hochfrequenter Komponenten aus den jeweiligen Signalen, die durch den Schalter 110 getrennt werden, einen Analog-Digital-Umsetzer (erstes Digitalisierungsmittel) 112 zum Umsetzen analoger Signale, die von den LPFs 111, 111 gesendet werden, in digitale Signale, einen DSP (digitaler Signalprozessor: erstes Analysemittel) 113 zur Frequenzanalyse des von dem Analog-Digital-Umsetzer 112 ausgegebenen Signals und zum Berechnen der Reichweitenrate des voraus befindlichen Fahrzeugs (z. B. eine Relativgeschwindigkeit und ein relativer Abstand zwischen dem voraus befindlichem Fahrzeug 202 und dem Fahrzeug (das folgende Fahrzeug) 201 mit dem Radarsystem), Verstärkerschaltungen 114, 114 mit veränderlicher Verstärkung zum Verstärken der Ausgaben der LPFs 111, 111 und einen Systemsteuerungs-Mikrocomputer (ein zweites Analysemittel) 115 zur Frequenzanalyse der von den Verstärkerschaltungen 114, 114 mit veränderlicher Verstärkung ausgegebenen Signalen und zum Berechnen der Relativgeschwindigkeit und anderer Größen zwischen dem voraus befindlichem Fahrzeug 202 und dem Fahrzeug 201.
Der DSP 113 speichert einen Schwellenwert fd_th, der verwendet wird, um zu prüfen, ob eine Frequenzanalyse durch den Mikrocomputer 115 nach einer Frequenzanalyse durch den DSP 113 erforderlich ist.
Dieser Schwellenwert fd_th liegt in einem niedrigen Frequenzbereich, den der DSP 113 in der Frequenzanalyse analysieren kann, und ist größer als eine analysierbare minimale Frequenz. Er wird durch einen der folgenden zwei Faktoren definiert:
Der erste Faktor ist ein Frequenzgang des Analog-Digital-Umsetzers 112. Wie in 4 gezeigt ist, weist der Analog-Digital-Umsetzer 112 einen Frequenzgang auf, derart, dass dann, wenn die Frequenz fad_th oder kleiner ist, die Verstärkung unter 0 dB fällt und der Umsetzer das Signal nicht hindurchlaufen lässt. Wenn ein gewöhnlicher preiswerter Audio-A/D-Umsetzer, der im Allgemeinen verwendet wird, als der Analog-Digital-Umsetzer 112 verwendet wird, lässt der A/D-Umsetzer ein Signal, dessen Frequenz kleiner als der niedrige Frequenzbereich von fad_th ist, weder durch noch digitalisiert er es. Folglich erscheint kein Peak-Spektrum in dem niedrigen Frequenzbereich unter fad_th, selbst wenn der DSP 113 die FFT-Analyse an dem Signal ausführt.
Der zweite Faktor ist die kleinste Frequenz fft_th, die durch den DSP 113 analysiert werden kann. Wird z. B. angenommen, dass die durch den A/D-Umsetzer 212 zu digitalisierende Abtastfrequenz Fs ist und die Anzahl der FFT-Punkte N ist, wird die minimale Frequenz fft_th, die durch den DSP 113 analysiert werden kann, durch die folgende Gleichung ausgedrückt. fftth = Fs/N
Wie oben beschrieben ist, ist die niedrigste Frequenz eines von dem A/D-Umsetzer 112 ausgegebenen digitalen Signals, die durch den DSP 113 analysiert werden kann, die Höhere des Wertes der minimalen Frequenz fad_th, die durch den A/D-Umsetzer 112 digitalisiert werden kann, und des Wertes der minimalen Frequenz fft_th, die durch den DSP 113 frequenzanalysiert werden kann.
Um einen Grenzwert zu ermitteln, wird der Schwellenwert fd_th auf das 2fache der niedrigsten Frequenz eines von dem A/D-Umsetzer 112 ausgegebenen digitalen Signals, die durch den DSP 113 analysiert werden kann, gesetzt, d. h. auf den 2fachen Wert des Höheren unter den Werten von fad_th und fft_th. Allerdings braucht der Schwellenwert fd_th nicht immer der 2fache Wert des Höheren unter den Werten von fad_th und fft_th zu sein. Er kann das 1,5fache bis 3,0fache des Höheren unter den Werten von fad_th und fft_th betragen.
Der Systemsteuerungs-Mikrocomputer 115 (als ein zweites Analysemittel und ein Ausgabemittel) ist mit einem A/D-Umsetzer 116 (als ein zweites Digitalisierungsmittel) versehen, um von den Verstärkerschaltungen 114, 114 mit veränderlicher Verstärkung gesendete analoge Signale in digitale Signale umzusetzen.
Da der Systemsteuerungs-Mikrocomputer 115 eine Frequenzanalyse im Frequenzbereich unter dem Schwellenwert fd_th entsprechend dem Abtasttheorem ausführt, liegt die Abtastfrequenz Fs_1W des A/D-Umsetzers 116 besser bei dem 2fachen Schwellenwert fd_th, wie in der folgenden Gleichung (5) gezeigt ist. Fs1W = 2·fdth (5)
Die Anzahl von FFT-Punkten N_1w für eine FFT-Analyse durch den Systemsteuerungs-Mikrocomputer 115 wird durch die Gleichung (6) bestimmt, wenn die FFT-Analyse-Verarbeitung einen Wert von f_res als Auflösung benötigt. Der Wert von f_res muss kleiner sein als der Wert von fd_th, da der Zweck dieser FFT-Analyse eine Analyse von Frequenzen unterhalb von fd_th ist. N1w = 2·fdth/fres (6)
Kurz gesagt, die Abtastfrequenz Fs_1W in dem A/D-Umsetzer 116 des Mikrocomputers 115 für die Systemsteuerung ist 2·fd_th kleiner als die Abtastfrequenz des A/D-Umsetzers 112, während die Abtastauflösung f_res höher als die Abtastfrequenz des A/D-Umsetzers 112 ist, wobei 2·fd_th/f_res die Anzahl von FFT-Punkten N_1w ist.
Unten wird die Funktionsweise des Millimeterwellen-Radarsystems, das eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, beschrieben.
Der Modulator 103 sendet ein Modulationssignal 102 an den Millimeterwellenoszillator 101 und den Schalter 110. Der Millimeterwellenoszillator 101 empfängt das Modulationssignal 102 und gibt abwechselnd Signale zweier verschiedener Frequenzen f₁ und f₂ (Δf = f₂ – f₁) aus. Diese Signale (von dem Millimeterwellenoszillator 101) werden als Sendesignale von der Sendeantenne 104 ausgegeben, an einem voraus befindlichem Fahrzeug 202 reflektiert und mit der Empfangsantenne 106 empfangen. Wenn es eine Relativgeschwindigkeit V zwischen dem voraus befindlichem Fahrzeug 202 und dem Millimeterwellen-Radarsystem 100 (des folgenden Fahrzeugs) gibt, enthalten die mit der Empfangsantenne 106 empfangenen Signale die Dopplerfrequenzen fd₁ und fd₂. Mit anderen Worten, die empfangenen Signale sind eine Kombination der Signale der Frequenzen f₁ + fd₁ und eines Signals der Frequenzen f₂ + fd₂. Der Mischer 108 entfernt die Frequenzkomponenten f₁ und f₂ aus den empfangenen Signalen und gibt ZF-Signale 107 aus, die die Informationen der Dopplerfrequenzen fd₁ und fd₂ enthalten. Ferner werden die ZF-Signale durch den Verstärker 109 verstärkt, durch einen Schalter 110 synchron zu einem Modulationssignal 102 in ein Signal der Dopplerfrequenz fd₁ und ein Signal der Dopplerfrequenz fd₂ getrennt und zu den Tiefpassfiltern 111, 111 gesendet. Die durch die Tiefpassfilter 111, 111 hindurchlaufenden ZF-Signale werden durch den A/D-Umsetzer 112 digitalisiert und danach zu dem DSP 113 gesendet.
Die Funktionsweisen des DSP 113 und des Mikrocomputers 115 für die Systemsteuerung werden unten anhand 5 beschrieben.
Der DSP 113 führt eine FFT-Analyse zu den mit dem A/D-Umsetzer 112 digitalisierten ZF-Signalen aus (Schritt 501), extrahiert ein Peak-Spektrum aus der Spektrumskurve, die das Ergebnis der FFT-Analyse ist (Schritt 502), berechnet eine Relativgeschwindigkeit V aus der Frequenz des Peak-Spektrums und berechnet einen relativen Abstand (Abstand von Fahrzeug zu Fahrzeug usw.) aus den Phasendifferenzinformationen zwischen den Dopplerfrequenzen fd₁ und fd₂ (Schritt 503).
Um es konkret auszudrücken, wird dann, wenn die Dopplerfrequenzen fd₁ und fd₂ und die Phasen φ₁, φ₂ in der FFT-Analyse erhalten werden, wie bereits in Bezug auf den Stand der Technik beschrieben ist, die Relativgeschwindigkeit V mit Gleichung (1) oder (2) berechnet, während der relative Abstand R mit Gleichung (4) berechnet wird. V = (C·fd1)/(2·f1) (1) V = (C·fd2)/(2·f2) (2)
C ist darin eine Strahlgeschwindigkeit (Signalausbreitungsgeschwindigkeit). R = C·(ϕ1 – ϕ2)/(4π·Δf) (4)
Δf ist darin gleich f₂ – f₁.
Wenn die Relativgeschwindigkeit und der relative Abstand berechnet sind (Schritt 503), prüft der DSP 113, ob ein Peak-Spektrum in einem Frequenzbereich unterhalb des Schwellenwerts fd_th vorhanden ist (Schritt 504). Wenn ein Peak-Spektrum in dem Bereich vorhanden ist, geht die Verarbeitung zu Schritt 507 über. Wenn kein Peak-Spektrum in dem Bereich vorhanden ist, prüft der DSP 113, ob das (später zu erläuternde) FFI_1w-Flag in dem Systemsteuerungs-Mikrocomputer 115 1 ist (Schritt 505). Wenn das FFT_1w-Flag 1 ist, geht die Verarbeitung zu Schritt 508 über. Wenn das FFT_1w-Flag nicht 1 ist, d. h., wenn das Flag 0 ist, werden die Relativgeschwindigkeit und der relative Abstand, die in Schritt 503 berechnet werden, zu dem Systemsteuerungs-Mikrocomputer 115 gesendet. Wenn diese empfangen werden, lässt sie der Systemsteuerungs-Mikrocomputer 115 zu der Fahrzeugeinheit 120 (ACC-Einheit) durch (Schritt 506).
Wenn in Schritt 504 erkannt wird, dass ein Peak-Spektrum in einem Frequenzbereich unterhalb des Schwellenwerts fd_th, vorhanden ist, setzt der DSP 113 eine Verstärkung jeder Verstärkerschaltung 114, 114 mit veränderlicher Verstärkung entsprechend der Leistung des Peak-Spektrums (Schritt 507). Um es konkret auszudrücken, die Verstärkung wird verringert, wenn die Leistung des Peak-Spektrums groß ist, wobei die Verstärkung erhöht wird, wenn die Leistung des Peak-Spektrums klein ist.
Wenn die Verstärkungen gesetzt sind, gibt die Verstärkerschaltung 114, 114 mit veränderlicher Verstärkung die jeweils verstärkten ZF-Signale an den A/D-Umsetzer 116 in dem Systemsteuerungs-Mikrocomputer 115 aus, wobei sie dort digitalisiert werden. Die Ausgabe des A/D-Umsetzers wird durch den Systemsteuerungs-Mikrocomputer 115 über eine FFT analysiert (Schritt 508). Die Abtastfrequenz Fs_1w des A/D-Umsetzers 116 beträgt bei dieser FFT-Analyse 2·fd_th (Gleichung (5)). Die Abtastauflösung ist f_res und die Anzahl an FFT-Punkten N_1w beträgt 2·fd_th/f_res. Mit diesen können Frequenzkomponenten unterhalb der Schwellenwertfrequenz fd_th erfasst werden.
Als Nächstes extrahiert der Systemsteuerungs-Mikrocomputer 115 ein Peak-Spektrum aus der durch die FFT-Analyse erhaltenen Spektrumskurve (Schritt 509) und prüft, ob es ein voraus befindliches Fahrzeug mit einer kleinen Relativgeschwindigkeit vor dem Radarsystem (das folgende Fahrzeug) gibt, d. h., ob es ein Peak-Spektrum in dem Frequenzbereich unterhalb des Schwellenwerts fd_th gibt (Schritt 510). Der Systemsteuerungs-Mikrocomputer 115 schaltet das FFT_1w-Flag ein (= 1) (Schritt 511), wenn erkannt wird, dass es ein voraus befindliches Fahrzeug mit einer kleinen Relativgeschwindigkeit vor dem Radarsystem gibt, und er schaltet das FFT_1w-Flag aus (= 0) (Schritt 513), wenn erkannt wird, dass dem nicht so ist.
Das FFT_1w Flag wird verwendet, um anzuzeigen, dass es kein Peak-Spektrum in einem Frequenzbereich oberhalb des Schwellenwerts fd_th gibt, und dass es ein Peak-Spektrum in einem Frequenzbereich unterhalb des Schwellenwerts fd_th sowie über einem Größeren der Werte von fad_th und ff_th geben kann. Wenn der Systemsteuerungs-Mikrocomputer 115, der eine FFT-Analyse an einem Signal in einem niedrigen Frequenzbereich unter dem Schwellenwert fd_th ausführt, im Schritt 510 entscheidet, dass es kein Fahrzeug mit einer kleinen Relativgeschwindigkeit vor dem Radarsystem gibt, d. h., dass es kein Peak-Spektrum in einem Frequenzbereich unterhalb des Schwellenwerts fd_th gibt, wird folglich angenommen, dass es ein Peak-Spektrum in einem Frequenzbereich höher als der Schwellenwert fd_th gibt, d. h., dass es kein Peak-Spektrum gibt, das durch den Systemsteuerungs-Mikrocomputer 115 verarbeitet werden kann. Folglich wird in Schritt 513 das FFT_1w-Flag ausgeschaltet (= 0). In diesem Fall geht die Verarbeitung zu Schritt 506 über, wobei die Relativgeschwindigkeit und weitere Daten, die in Schritt 503 erhalten werden, zu der Fahrzeugeinheit 120 gesendet werden. Wenn der Systemsteuerungs-Mikrocomputer 115 in Schritt 510 entscheidet, dass es ein Fahrzeug mit einer kleinen Relativgeschwindigkeit vor dem Radarsystem gibt, d. h., dass es ein Peak-Spektrum in dem Frequenzbereich unterhalb des Schwellenwerts fd_th gibt, wird in Schritt 511 das FFT_1W-Flag eingeschaltet (= 1). In diesem Fall fährt die Verarbeitung mit Schritt 512 fort. In Schritt 512 berechnet der Systemsteuerungs-Mikrocomputer 115 die Relativgeschwindigkeit aus der Frequenz des Peak-Spektrums, das in Schritt 509 extrahiert wurde, berechnet den relativen Abstand (Abstand von Fahrzeug zu Fahrzeug usw.) aus den Phaseninformationen und sendet diese zu der Fahrzeugeinheit 120 (Schritt 506).
Wenn in Schritt 504 entschieden wird, dass es kein Peak-Spektrum in dem Frequenzbereich unter dem Schwellenwert fd_th gibt, geht die Verarbeitung weiter zu Schritt 505. Wenn in Schritt 505 entschieden wird, dass das FFT_1w-Flag eingeschaltet ist (= 1), entscheidet der DSP 113, dass der Systemsteuerungs-Mikrocomputer 115 in der Lage sein kann, ein Peak-Spektrum zu extrahieren, auch wenn der DSP 113 kein Peak-Spektrum in dem Frequenzbereich unterhalb des Schwellenwerts fd_th extrahieren kann. Und so geht die Verarbeitung zu Schritt 508 über. In Schritt 508 digitalisiert der Systemsteuerungs-Mikrocomputer 115 die eingegebenen Signale und analysiert sie über eine FFT. In diesem Fall verwenden die Verstärkerschaltungen 114, 114 mit veränderlicher Verstärkung die Verstärkungen, die durch die vorhergehende Routine gesetzt worden sind.
Wie oben beschrieben ist, kann diese Ausführungsform außerdem niederfrequente Komponenten unter den Frequenzkomponenten der ZF-Signale 107 analysieren. Auch wenn die Reichweitenrate V eines voraus befindlichen Fahrzeugs 202 relativ zu dem Fahrzeug 201 mit diesem Radarsystem klein ist, kann das Radarsystem folglich das voraus befindliche Fahrzeug 202 erfassen, wobei es die Relativgeschwindigkeit V und den relativen Abstand R zwischen zwei Fahrzeugen durch Analysieren der Frequenzen der ZF-Signale 107 erfassen kann.
Im Übrigen unterscheidet sich im Folgenden die FFT-Analyse durch den Systemsteuerungs-Mikrocomputer 115 stark von der FFT-Analyse durch den DSP 113: Das Verarbeitungsintervall der FFT-Analyse durch den Systemsteuerungs-Mikrocomputer 115 kann verhältnismäßig lang sein, weil die Relativgeschwindigkeit des voraus befindlichen Fahrzeugs so klein ist, wobei eine geringfügige Möglichkeit einer Kollision bestehen kann. Und der Schwellenwert fd_th genügt als eine obere Grenze der durch den Mikrocomputer 115 zu analysierenden Frequenz. Da die Signalverarbeitungslast der FFT-Analyse des Systemsteuerungs-Mikrocomputers 115 sehr viel kleiner ist als die der FFT-Analyse des DSP 113, kann daher der Mikrocomputer 115 anstelle eines kostspieligen Prozessors, der Rechenoperationen mit hoher Geschwindigkeit ausführt, ein preiswerter Universalmikrocomputer sein.
Im Folgenden ist die Leistung, die von dem A/D-Umsetzer 116 benötigt wird, verschieden von der Leistung, die von dem A/D-Umsetzer 112 benötigt wird. Anders als der A/D-Umsetzer 112 darf sich der A/D-Umsetzer 116 einer A/D-Umsetzung von Signalen lediglich in einem begrenzten niedrigen Frequenzbereich widmen. Daher kann der A/D-Umsetzer 116 langsam in der Verarbeitungsgeschwindigkeit und eng im Dynamikbereich sein. Folglich kann der A/D-Umsetzer 116 ein Universal-A/D-Umsetzer sein, der in einem Universalmikrocomputer verwendet wird.
Wie oben beschrieben ist, verwendet diese Ausführungsform anstelle des herkömmlichen Systemsteuerungs-Mikrocomputers 115b (siehe 7) einen mit einem A/D-Umsetzer 116 ausgestattetem Systemsteuerungs-Mikrocomputer 115, um eine Geschwindigkeit V eines voraus befindlichen Fahrzeugs 202 relativ zu einem Fahrzeug 201 mit dem Radarsystem zu analysieren, auch wenn die Geschwindigkeit V klein ist. Somit kann jeder herkömmliche Universalmikrocomputer als der Systemsteuerungs-Mikrocomputer 115 verwendet werden, wobei es möglich ist, ein Ansteigen der Herstellungskosten des Radarsystems zu unterdrücken.
In der oben genannten Ausführungsform sind die Verstärkerschaltungen 114 lediglich vor dem Systemsteuerungs-Mikrocomputer 115 vorgesehen, was jedoch keine Definition der Grenzen der vorliegenden Erfindung sein soll. Die Verstärkerschaltungen können ebenso vor dem DSP 113 vorgesehen werden. Aus der Beziehung zwischen dem Dynamikbereich des A/D-Umsetzers 116 und dem Dynamikbereich des Ziel-ZF-Signals schließend, können ferner die Verstärkerschaltungen weggelassen werden, wenn der Dynamikbereich des A/D-Umsetzers 116 ausreichend ist.
Ferner sind der A/D-Umsetzer 112, der DSP 113, die Verstärkerschaltungen 114 mit veränderlicher Verstärkung und der Systemsteuerungs-Mikrocomputer 115 in der oben genannten Ausführungsform voneinander unabhängig, wobei sie jedoch zur Vereinfachung ihrer Installation in einem einzelnen hierzu vorgesehenen IC-Chip 118 integriert sein können, wie in 6 gezeigt ist.
(Gewerbliche Verwertbarkeit)
Da das Radarsystem der vorliegenden Erfindung auch niederfrequente Komponenten empfangener Signale analysieren kann, kann das Radarsystem ein voraus befindliches Fahrzeug erfassen und seine Relativgeschwindigkeit oder weitere Daten durch eine Frequenzanalyse der empfangenen Signale messen, selbst wenn die Relativgeschwindigkeit des voraus befindlichen Fahrzeugs klein ist.

Claims

Radarsystem, mit einer Sendeantenne (104) zum abwechselnden Senden von zwei Signalen auf unterschiedlichen Frequenzen, einer Empfangsantenne (106) zum Empfangen von Signalen, die von der Sendeantenne (104) gesendet und von einem voraus befindlichen Objekt zurückreflektiert wurden, einem ersten Digitalisierungsmittel (112) zum Abtasten und Digitalisieren der jeweils empfangenen Signale und einem ersten Analysemittel (113) zum Analysieren der Frequenzen der digitalisierten empfangenen Signale, zum Extrahieren eines Peak-Spektrums und zum Berechnen einer Reichweitenrate des Objekts aus der Frequenz des Peak-Spektrums, dadurch gekennzeichnet, dass das Radarsystem ferner ein zweites Digitalisierungsmittel (116), um die jeweils empfangenen Signale abzutasten und zu digitalisieren, ein zweites Analysemittel (115), um die Frequenzen der durch die zweiten Digitalisierungsmittel (116) digitalisierten empfangenen Signale zu analysieren, ein Peak-Spektrum zu extrahieren und eine Reichweitenrate des Objekts aus der Frequenz des Peak-Spektrums zu berechnen, und ein Ausgabemittel, um wahlweise entweder die durch die ersten Analysemittel (113) berechnete Reichweitenrate oder die durch die zweiten Analysemittel (115) berechnete Reichweitenrate auszugeben, umfasst; das erste Analysemittel (115) als einen Schwellenwert eine Frequenz speichert, die in einem analysierbaren niedrigen Frequenzbereich liegt und höher als eine minimale analysierbare Frequenz ist; das zweite Digitalisierungsmittel (116) die empfangenen Signale mit einer höheren Frequenzauflösung als die Frequenzauflösung des ersten Digitalisierungsmittels (112) abtastet und digitalisiert, so dass die zweiten Analysemittel (115) Frequenzen unter dem Schwellenwert analysieren können; und das erste Analysemittel (113) das zweite Digitalisierungsmittel (116) und das zweite Analysemittel (115) dazu veranlasst, zu arbeiten, wenn die empfangenen Signale ein Peak-Spektrum unterhalb des Schwellenwertes haben.
Radarsystem nach Anspruch 1, wobei das Radarsystem ferner ein Verstärkungsmittel (114), das die empfangenen Signale mit einer optionalen Verstärkung verstärkt, bevor die empfangenen Signale in das erste oder das zweite Digitalisierungsmittel (112; 116) eintreten, und ein Verstärkungssetzmittel, das eine Verstärkung der Verstärkungsmittel einstellt, umfasst.
Radarsystem nach Anspruch 1, wobei das Radarsystem ein Verstärkungsmittel (114), das die empfangenen Signale mit einer optionalen Verstärkung verstärkt, bevor die empfangenen Signale in das zweite Digitalisierungsmittel (116) eintreten, und ein Verstärkungseinstellmittel, um eine Verstärkung des Verstärkungsmittels (114) entsprechend der Größe des Peak-Spektrums, das aus der Frequenzanalyse des ersten Analysemittels (113) analysiert wird, einzustellen, umfasst.
Radarsystem nach Anspruch 1, bei dem das zweite Analysemittel (115) die Frequenzen der empfangenen Signale analysiert, ein Peak-Spektrum extrahiert, prüft, ob die Frequenz des Peak-Spektrums unter dem Schwellenwert liegt, und die Wirkung vorübergehend speichert, wenn die Frequenz des Peak-Spektrums unter dem Schwellenwert liegt; und das erste Analysemittel (113) im nächsten Zyklus nach der Frequenzanalyse der empfangenen Signale durch das zweite Analysemittel (115) die Frequenzen der empfangenen Signale analysiert, wobei das erste Analysemittel (113) als Ergebnis selbst dann, wenn keine Frequenz des Peak-Spektrums unter dem Schwellenwert liegt, das zweite Digitalisierungsmittel (116) und das zweite Analysemittel (115) dazu veranlasst, zu arbeiten, falls das zweite Analysemittel (115) die Wirkung speichert, dass die Frequenz des Peak-Spektrums unter dem Schwellenwert liegt.
Radarsystem nach Anspruch 1, bei dem der Schwellenwert gleich dem 1,5-fachen bis 3,0-fachen Wert des Höheren des Wertes der minimalen Frequenz, die durch das erste Digitalisierungsmittel (112) digitalisiert werden kann, und des Wertes der minimalen Frequenz, die durch das erste Analysemittel (113) analysiert werden kann, ist.
Radarsystem nach Anspruch 1, bei dem die durch das zweite Digitalisierungsmittel (116) abgetastete Frequenz gleich der zweifachen Frequenz des Schwellenwertes ist.