JP2020509386A - 周囲をキャプチャする方法および装置 - Google Patents

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シメオ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング
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Abstract

本発明は、移動物体、特にクレーンのような、特に車両および/または輸送装置、の周囲をキャプチャするためのレーダーシステムに関する。このシステムは、移動物体に搭載されまたは搭載可能であり、このレーダーシステムは、少なくとも1つの送信アンテナおよび少なくとも1つの受信アンテナを有する少なくとも2つの非コヒーレントレーダーモジュール(RM1、RM2、…、RMN)を備え、レーダーモジュール(RM1、RM2、…、RMN)は、分散的に移動物体に配置されまたは配置可能であり、レーダーモジュールの送受信信号を処理し、修正測定信号が互いに関して可干渉性を有するように、修正測定信号を形成するように構成される。

Description

本発明は移動物体の周囲をキャプチャするレーダーシステムと対応する方法に関する。
従来技術では、特に、自律型車両、ロボット(またはその一部)、クレーンシステム(またはその一部)等の、例えば車両のような移動物体の周囲を撮影するレーダーを使用している。ここでの目的は、特に距離や、横位置、速度、もし必要であれば、特有の動きに関して、可能な限り正確に周囲をキャプチャすることである。正確なキャプチャは、個々の分離した目標物を可能な限り最も正確に撮影することだけではなく、個々の目標物を上手く切り離す(区別する)ことにも関係している。
第1の近似において、レーダーの距離分解能は、以下を測定する。
ここで、光の速度をc、信号帯域幅をBとする。
第1の近似において、同等の大きさの目標物の速度分解能は、以下を測定する。
ここで、計測継続時間をTSW、レーダー信号の中心周波数(「中心周波数」)をfとする。
方位分解能は、通常、レーダー波の基点に関して極座標において示され、以下を測定する。
ここで、信号の開始周波数をfstart、アンテナの拡張(または角度を測定する平面におけるアンテナの開口)をlantとする。
(公認周波数帯域において)従来のレーダーシステムによって達成可能な深さおよび速度分解能または精度は、ここでは、周囲をキャプチャするエリアにおいて大抵のタスクには十分である。周囲のキャプチャにおける重要な限定要素には、前回得た角度分解能(すなわち、角度を通して複数の隣接目標物を切り離す、または、分解する能力)と、角度測定の精度が含まれる。
先行技術によると、高角度分解能および精度は、例えば、「A. Schiessl、A. Genghammer、S. Ahmed、L.-P. Schmidt『2m×1m完全電子同時ミリ波イメージングシステムのハードウェア実現』、EUSAR、2012年」、または、「D. Zankl et al.「BLASTDAR 高炉装入物表面イメージングのための大型レーダーセンサーアレイシステム」『IEEEセンサージャーナル』15巻、10号、2015年10月」に記載されているような、大型で空間的に広大なアンテナ配列に関して実現可能である。
先行技術においては、すべての送受信経路は同じHFソースから供給されなければならない。ここで、そして以下において、「HF」は高周波数(high frequency)を意味する。すなわち、特に、100MHzを超える周波数、好ましくは1GHzを超える周波数を意味する。それに応じて大きな高周波基板が必要になるが、その製造や取り扱いは技術的に複雑である。さらに、HFアンテナは、個々の経路の送信とコヒーレンス長に関して、特定のサイズで開始することに問題を生じ得る。加えて、アンテナはHF基板に堅く配置されている。複数の基板とその間の接続ケーブルの配置は、技術的にとても複雑である。あるいは、通常使用されている周波数(大抵10GHzより上)では相安定的におこなうことができない。よって、実用的な代替手段を表すものではない。全体として、先行技術において、レーダーシステムの(方位)精度と分解能を高める既知の方法は、比較的複雑で高価である、または、実質的に実施することができないということが問題であると認識されている。
本発明の目的は、低コストで比較的高い(方位)精度および分解能を可能にする、周囲をキャプチャする方法またはシステムを提案することである。
この目的は、特に、請求項1に係る移動物体の周囲をキャプチャするレーダーシステム、および請求項14に係る対応する方法によって達成される。
特に、この目的は、移動物体、特に車両および/または輸送装置、特にクレーン、の周囲をキャプチャするレーダーシステムによって達成される。前記システムは、前記移動物体に搭載される、または、搭載可能である。前記レーダーシステムは、少なくとも1つの送信および少なくとも1つの受信アンテナを有する少なくとも2つの(非コヒーレント)レーダーモジュールを備えている。前記レーダーモジュールは、分散的に前記移動物体に配置される、または、配置可能である。少なくとも1つの評価装置が備えられており、この評価装置は、修正測定信号が互いに関して可干渉性を有するように、前記レーダーモジュールの送受信信号を、修正測定信号に処理するように(後者が由来する送受信信号が共通ソースから生じるように)構成される。
本発明の中心となる概念は、(互いに関して基本的に可干渉性を有さない)信号から、可干渉性を有する修正測定信号を生成するように、レーダーモジュールの送受信信号を(後処理において)修正測定信号に処理するように、レーダーシステムを構成することである。この結果、一方では送受信信号に由来し、他方では、共通ソースから生じるような、可干渉性を有する信号となる。これにより、レーダーシステムの精度および分解能を容易に(大幅に)改善することができる。
前記少なくとも2つのレーダーモジュールは、バスシステムによって相互に接続されることが好ましい。一般的に、前記少なくとも2つのレーダーモジュールの各々は自蔵ユニットを形成することができる。前記少なくとも2つのレーダーモジュールは、互いに(空間的に)離れるもしくは間隔を置くができる(例えば、少なくとも10cm)。
前記レーダーシステムは、下記の様に構成されることが好ましい。
第1の信号が、第1のレーダーモジュールにおいて生成され(または、生成されることができ)、経路を介して送信され(または、送信されることができ)、特に発せられる(または、発せられることができる)。
付加的な第1の信号が、付加的な、特に第2のレーダーモジュールにおいて生成され(または、生成されることができ)、経路を介して送信され(または、送信されることができ)、特に発せられる(または、発せられることができる)。
第1の比較信号が、前記第1のレーダーモジュールから、および、前記評価装置、特に前記第1のレーダーモジュールにおける前記経路を介して前記付加的なレーダーモジュールによって受信されるような第1の信号から、形成される(もしくは形成されることができる)。
第1の比較信号が、前記付加的なレーダーモジュールの前記第1の信号から、および、前記評価装置、特に前記付加的なレーダーモジュールにおける前記経路を介して前記第1のレーダーモジュールによって受信されるような第1の信号から、形成される(または、形成されることができる)。
前記付加的な比較信号は、前記付加的なレーダーモジュールから前記第1のレーダーモジュールに送信される、特に通信されることが好ましい。
他の関連において、このようなシステムは、DE 10 2014 104 273 A1から基本的に知られている。特に、前段落に記載されたシステムのさらなる発展に関連して、DE 10 2014 104 273 A1に開示される内容が、(特に、前段落に記載された態様のさらなる発展もしくは仕様に関して)本開示の一部となるように意図している。これに関して、DE 10 2014 104 273 A1で言及されている送受信ユニットは、本開示におけるレーダーモジュールの一部分であり得る。総じて、周囲キャプチャの分解能と精度は、特にレーダーイメージングの方法と組み合わさった時に、その機能性により、容易に大幅に改善される。特に、基本信号のコヒーレンスを生成することにより、レーダーイメージングの方法を、結果的に可能なより大きな配列に適用することができる。レーダーイメージングの方法は、より大きな配列から利益を得ることができる。
本レーダーシステム、特に、比較比較信号を形成する前記評価装置は、特に、前記第1の比較信号と前記付加的な比較信号から構成されることが好ましい。比較比較信号の形成に関してもDE 10 2014 104 273 A1に言及する。その関連する開示内容が参考として本開示の一部となることを意図している。
下記において、修正コヒーレント(測定)信号を生成するためのDE 10 2014 104 273 A1による方法または対応する構成を、「方法1」または「構成1」と呼ぶこととする。
方法1または構成1のさらなる発展または変更が、出願番号10 2016 100 107.4の現在未公開のドイツ特許出願と、出願番号PCT/EP2017/050056の対応国際特許出願に記載されている。これらの出願の開示内容も、特にコヒーレント(測定)信号の形成に関して、参考として本願の開示の主題となることを意図している。今言及した出願に係るコヒーレント(測定)信号を形成する方法または構成を、下記において、「方法2」または「構成2」と呼ぶこととする。
方法2や構成2に基本的に記載されているように、前記システム、特に前記評価装置は、好ましくは、前記レーダーモジュールにおける体系的偏差によって引き起こされる比較信号の偏差を補償するように構成され、第2のステップにおいて、前記2つの比較信号のうちの第1の比較信号またはこの第1の比較信号から生じる信号からの少なくとも1つの複素数値を、前記2つの比較信号のうちの第2の比較信号の少なくとも1つの複素数値またはこの第2の比較信号から生じた信号の値を調整するために用いるように構成され、これにより、調整信号(sigCC)を形成する。複素数値のベクトル和または差、または複素数値の位相の和または差が、数学的演算によって形成されるように、前記調整がおこなわれる。
方法2や構成2のさらなる発展と仕様について、さらに以下で詳しく説明する。総じて、方法2や構成2は、周囲をキャプチャする本件においては、キャプチャ処理において、特に周囲をキャプチャする方法と組み合わさった時に、単純な手段で、特に大きな演算労力も必要無しに、特に高分解能または精度を可能にするレーダーシステムを実現する。
好ましくは(基本的にDE 10 2014 104 273 A1に記載されているように)2つの比較信号が互いに処理される、特に共役虚数乗法にかけられる比較比較信号は、コヒーレントレーダーシステムを用いて生成された比較信号に対応する。
前記第1および/または第2のレーダーモジュールは、好ましくは(それぞれ)少なくとも1つの、より好ましくは少なくとも(特に分離した)2つの送信アンテナおよび/または少なくとも1つの、好ましくは少なくとも(特に分離した)2つの受信アンテナを備える。あるいは、またはさらに、前記第1および/または第2のレーダーモジュールは、最大で4つの、好ましくは最大で(特に分離した)3つの送信アンテナおよび/または最大で5つの(好ましくは最大で4つの)受信アンテナを備える。このように、レーダーモジュールは、少なくとも1つの送信および少なくとも1つの受信アンテナを備えていることが好ましい。この送信アンテナと受信アンテナを、1つの(結合した)送受信アンテナ(すなわち、送信と受信両方のための単一アンテナ)として設計することもできる。好ましくは、複数の送受信アンテナが1つのモジュールに収容され、より好ましくは、1〜3つの送信アンテナおよび2〜4つの受信アンテナが存在する(これは、本願において大きさと配置割り当てとの間の有利な妥協点であることが証明されている)。前記レーダーモジュールは(それぞれ)、HF信号を生成する装置(HF生成器)を有することが好ましい。前記レーダーモジュールは、さらに、HF信号を送信する(1つ以上のアンテナを含む)装置、およびHF信号を受信する(1つ以上のアンテナを含む)装置を備えることができる。前記レーダーモジュールは、さらに(それぞれ)、例えばミキサーや相関器によってHF信号をより低い周波数レベルに変換する装置を備えることができる。前記レーダーモジュールは(それぞれ)、システムクロックのための個別(ローカル)クロックソースと、可能であればAD変換器とを有することが好ましい。
前記レーダーモジュールは分散して配置されることができる。例えば、特に、クレーンシステムの場合には、例えば、車両の周りに、および/または動きの方向をカバーするように前向きに、下向きに配置されることができる。そして前記レーダーモジュールは、互いに、もしくは中央演算ユニット(評価ユニット)と、受信信号を交換することができる。これは(デジタル)データバスを介しておこなわれることが好ましい。
個々のレーダーモジュールを空間的に分散させることにより、レーダーシステム全体の共有開口部を形成することができる。(個々の)レーダーモジュールのアンテナは、個々のアンテナ要素を表すことができる。前記レーダーモジュールは、互いに比較的遠く離れて配置されることが好ましい。例えば、少なくとも5cmの間隔、好ましくは少なくとも10cmの間隔、さらに好ましくは少なくとも40cmの間隔で離れていると良い。最大距離は10m未満、好ましくは5m未満、さらに好ましくは2m未満、さらに好ましくは1.50m未満であると良い。あるいは、またはさらに、前記レーダーモジュールは、得られる開口部が薄く広がるように、互いに遠く離れて配置される(すなわち、アンテナ配列全体において、送受信アンテナまたは送受信パッチの小さい共有部分のみ存在する、スパース配列)。このように薄く広がった配列は、通常、高い副ローブを有する。これは個々の配置によって最適化することができる。少なくとも3つのレーダーモジュールを使用することが特に好ましい。これにより、副ローブをさらに抑制することができる。特に、薄く広がった配列(スパース配列)は、個々の送受信装置(アンテナ)間の距離がλ/2(λ=送信信号の(平均)波長)より大きい配列として理解される。特に、スパース配列は、周期格子を完全に占有するように、送受信アンテナが周期格子に配置されない配列でもある。
キャリブレーション測定は、(特に個々のレーダーモジュールの組み立て後に)レーダーモジュールを用いて(好ましくは、位置を正確に把握している単一の目標物について)おこなわれるのが好ましい。実際に測定された角度を所定の角度と比較することにより、受信経路毎に(最適な)補正因子を計算することができる。ここで特に好ましいのは、既知の目標物のピークが可能な限り高く狭くなるように、各受信経路の(複素)補正項を調整することである。これにより、レーダーモジュールの様々な位相オフセットを補償することができる。
特に測定信号に(測定角度に関して)冗長性があると(これは特に複数の送受信経路を有するレーダーモジュールを使用する場合であり得る)、個々の目標物の正確な位置を推測的に知る必要がない自己キャリブレーションを実施することが特に有利である。最適化の問題の観点からすれば、すべてのレーダーモジュールからある目標物への角度推定によって(理想的に)一貫した結果が生じるように、(複素)補正項を適応的に調整することができる。
好ましくは、前記レーダーシステム、特に前記評価装置は、位相モノパルス方式によって周囲構造の角度位置を決定するように構成される。あるいは、またはさらに、前記システム、特に前記評価装置は、状態空間における方法を用いて、ある/前記周囲構造の、ある/前記角度位置を推定するように、特に決定するように、構成されることができる。一般に、前記レーダーシステムは、例えばレンジドップラー評価を用いて、まず距離と速度基準に応じて目標物が分離するように構成されることができる。その後、干渉分光法処理(レーダー工学において位相モノパルス方式とも称される)によって角度を決定することができる。たとえば、各受信チャネルの最初のステップで、レンジドップラー図形をここで生成することができる。次に、レーダースペクトル内の特定の目標物に対して、2つの(密に)隣接するチャネル間の位相差を決定することができる。その後、精度を高めるために、さらに遠く離れた位置にあるチャネルに対する位相差を決定することができる。ここで、このチャネル間の(現在)大幅に拡大したベース長により、精度を高めることができる。角度分解能を改善するまたは高めるために(特に副ローブ抑制を改善するために)、状態空間における方法を使うことが好ましい。ここで、好ましくは、「R. Schmidt「複数エミッタ−位置および信号−パラメータ推定」『アンテナおよび伝播におけるIEEE議事録』AP−34巻、3号、1986年3月(特に好ましくは、スパース配列における副ローブ抑制に関して)」に係るMUSIC法を用いることができる。あるいは、またはさらに、「J. Capon「高分解能周波数波数スペクトル分析」『IEEE議事録』57巻、8号、1969年8月」に係るカポン法を用いることができる。特に、カポン法は、目標物の数に関する仮定を必要としないため、好ましい。このような推定は、共分散行列の固有値の量に基づいて、状態空間処理においておこなうことができ、実際に実行することは比較的難しい。特に、コヒーレント信号は量に関してはっきりした違いがないので、コヒーレント信号を用いることは比較的難しい。遠距離場近似を用いた到着方向推定のためのこれらの方法の応用と比較することにより、証明すべき仮説の補正(この文脈においては「ステアリングベクトル」と称する)が、この応用においておこなわれることが好ましい。これは、例えば、ホログラフィック法(詳細は下記を参照)の仮説に基づいておこなうことができ、必要に応じて、ビートスペクトルの計算後におこなうことができる。あるいは、既知の方法を用いて閉鎖解も使用することができるが、後者は比較的CPUに負担がかかる。
好ましくは、前記システム、特に前記評価装置は、ホログラフィック法を用いて周囲構造をキャプチャするように構成される、より好ましくは、周辺構造の角度位置および/または特にベクトルの(相対的)速度および/または特にベクトルの(相対的)加速度を推定するホログラフィック法を用いるように構成される。あるいは、またはさらに、前記システム、特に前記評価装置は、ホログラフィック法を用いてキャリブレーションをおこなうように構成される。
好ましくは、前記レーダーシステム、特に前記評価装置は、(横)速度または速度ベクトルを、特に受信チャネルの微分位相の変化を比較する方法を用いて、決定するように構成される。あるいは、またはおよび、前記システム、特に前記評価装置は、(横)加速度または加速度ベクトルを、特に受信チャネルの微分位相の変化を比較する方法を用いて、決定するように構成されることが好ましい。
大幅に拡大された開口部を、基本的に、(ベクトルの)動き推定を改善するためにも用いることができる。過去のレーダーシステムは、通常、ドップラー効果によってシステムの視線速度を推定するだけである。しかし、複数の受信チャネルに関して、チャネル間の位相差の変化を推定することも可能である。そこから横速度を推定することができる。しかし、これらの基本的な考慮事項によると、アンテナがより大きく離れている場合に正確な結果が得られるだけである。したがって、より大きく離れた間隔(例えば10cmより大きい間隔)で少なくとも2つのモジュールを用いて正確な推定ができるように、スパース配列を構築することが特に好ましい。ここで、評価はFMCWチャープシーケンス法を用いて実現されることが好ましい。例えば、まず、複数の、例えば128の(同じ傾斜を持つ)周波数ランプを、一斉に、少なくとも2つのレーダーモジュールによって同時に(または重ねて)送信することができる。次に、例えば、受信した信号を、「S. Roehr、P. Gulden、M. Vossiek「周波数変調連続波2次レーダーアプローチを用いたマルチパス環境におけるリアルタイム位置決めのための正確な距離および速度測定」『IEEE議事録マイクロ波理論および技術』56巻、10号、pp.2329−2339、2008年10月」に従って分離することができる。次に、例えば方法2や構成2に従って、間接経路に対して処理ステップを実行することができる。その後、レンジドップラー図形を(経路毎に)計算し、物***置と速度を決定することができる。ここで、(例えば、位相モノパルスまたはホログラフィを用いた)既知の方法に従って、受信チャネルの位相差から、角度位置を決定することができる。その後、ランプからランプへの微分位相変化を決定することができる(角速度)。そして後者を、測定距離を用いて横速度に変換することができる。結果として、ベクトル速度を、横および視線速度の合計として決定することができる。物体の完全運動ベクトルが周囲に存在するため、上記の方法により、周囲をキャプチャする処理が大幅に改善される。レーダーモジュール間の距離(モジュール間のベース)が大きい場合、横速度の測定精度が向上する。
特に少なくとも3つの受信アンテナを使用する際に、(再び位相差変化を微分または減算することにより、)(横)速度に加えて、(横)加速度も決定することができる。次に潜在的に少なくとも3つの順次記録されたレーダースペクトルから動径加速度を決定すると、ベクトル加速度も決定することができる。この点においても、アンテナを比較的大きな間隔で互いに離間させることが特に有利である。
近距離場近似は、基本的に、目標距離

における開始を適用するのみである。ここにおいて、Lはアンテナ開口部の空間的拡張であり、fは送信周波数であり、cは光の速度である。幅が1mで送信周波数が76GHzの配列の例に関して、約507mでの開始でのみ近距離場近似の有効性が与えられる。したがって、例えば、「F. Ali、G. Bauer、M. Vossiek「ロボットナビゲーションのための回転合成開口レーダーイメージングコンセプト」『マイクロ波理論と技術におけるIEEE議事録』62巻、7号、2014年7月」に従い、大きな配列のために有利にホログラフ的にレーダー画像を計算する。この開示は、こうして(特にホログラフィック計算に関して)参考として本開示の一部となっている。
前記システム、特に前記評価装置は、SAR応用および/または(SAR)イメージング処理のために構成されることが好ましい。ここでSARは合成開口レーダー(Synthetic Aperture Radar)を意味する。特に、大きな(分散)開口を用いることはSAR応用に有利である。
前記レーダーモジュールは、好ましくは、(干渉)SAR処理によって、特に移動物体の環境における周辺物体の高さを測定するために、変動する高さにおいてその移動物体に配置される、または配置可能であることが好ましい。例えば、前記レーダーモジュールは、垂直方向に少なくとも5cmの距離、好ましくは少なくとも10cmの距離、さらに好ましくは少なくとも25cmの距離を有することができる。例えば、第1のレーダーモジュールを動力車のバンパーに配置することができ、第2のレーダーモジュールをその動力車のルーフに、またはルーフ上に配置することができ、および/または、少なくとも1つのレーダーモジュールを室内ミラーの場所に配置することができる。この結果、例えば自動駐車操作のための高さ測定や高さ検知が全体的に大幅に改善される。
また、様々な高さにおける3つ以上のシステムの配置に有利である。ここで、特に、出願時に未公開である出願番号DE 10 2015 121 724.4のドイツ特許出願または出願番号PCT/EP2016/07596の対応国際特許出願においてとられているアプローチにも従い、複数の、特にすべてのステーション間の経過時間差を用いることができる。
好ましい実施形態では、位相ノイズまたは位相変動を補正する(これに応じて、前記システム、特に前記評価装置を構成することができる)。前記システム、特に前記評価装置は、測定スペクトル(またはスイープまたはランプ)内の変動と測定スペクトルから測定スペクトルへ(またはスイープからスイープへまたはランプからランプへ)の変動のための1つの項において位相ノイズ部を組織するように構成される。測定スペクトルから測定スペクトルへの変動を、第1の(分離)ステップとして決定する(そして必要に応じて補正する)ことが好ましい。これにより、測定結果の精度を大幅に向上することができる。測定スペクトルから測定スペクトルへの位相ノイズ部の変動を、好ましくは2つの測定スペクトルのスカラー積を通して、各スペクトルにおける位相(結合)変動から2つのステーションにおいて1つの(結合)部として決定することが好ましい。2つの(その2つの)測定スペクトルを付加することが好ましい。これらの測定によっても測定結果の精度が向上する。必要に応じて、あらかじめスペクトルの振幅を絶対標準にまたは互いに標準化することができる。特に、位相ノイズまたは位相変動を容易に補正することができる。
必要であれば、(特に位相ノイズ補正前に)ドリフトおよび/またはジッタの(好ましくは微分)補正および/または経過時間の(特にドリフトまたはジッタ補正後の)補正および/または周波数オフセットを実施することができる。特に、この段落と前段落に記載の態様によっても、方法1や方法2のさらなる発展として、本発明の(任意に)独立した主題が構成される。これに関連して、請求項1(および追加の独立請求項)の付加的な特徴は、任意であるにすぎない可能性がある。例えば、前記レーダーモジュールを、この場合、静止して配置することができる。
本発明のある(任意に独立した)態様は、(このように)特に(移動するまたは移動していない)物体の周囲をキャプチャするための(可動または静止したレーダーモジュールまたは非コヒーレント送受信ユニットを備えた)レーダーシステムであり、前記システムは、特に前記物体に搭載される、または搭載可能であり、前記レーダーシステムは、少なくとも1つの送信および少なくとも1つの受信アンテナを有する少なくとも2つの(特に分散的に配置された)非コヒーレントレーダーモジュールを備え、前記レーダーモジュールは、特に前記物体に分散的に配置される、または配置可能であり、少なくとも1つの評価装置が設けられ、これは前記レーダーモジュールの送受信信号を、互いに関して可干渉性を有するように、修正測定信号に処理するように構成され、位相ノイズまたは位相変異の補正がおこなわれる(これに応じて、前記システム、特に前記評価装置が構成される)。この(必要に応じて静止した)システム、特に前記評価装置は、測定スペクトル(またはスイープまたはランプ)内の変動と測定スペクトルから測定スペクトルへ(またはスイープからスイープへまたはランプからランプへ)の変動のための1つの項において位相ノイズ部を組織するように構成される。測定スペクトルから測定スペクトルへの変動は、第1の(分離)ステップとして決定される(そして必要に応じて補正される)ことが好ましい。測定スペクトルから測定スペクトルへの位相ノイズ部の変動を、好ましくは2つの測定スペクトルのスカラー積を通して、各スペクトルにおける位相(結合)変動から両ステーションにおいて1つの(結合)部として決定することが好ましい。2つの(その2つの)測定スペクトルを追加することが好ましい。必要に応じて、あらかじめスペクトルの振幅を絶対標準にまたは互いに標準化することができる。特に、位相ノイズまたは位相変動を容易に補正することができる。
本発明の他の(任意に独立した)態様は、(このように)特に上記システムおよび/または上記物体を用いて、特に(移動するまたは移動していない)物体の周囲をキャプチャするための(可動または静止したレーダーモジュールまたは非コヒーレント送受信ユニットを使用する)レーダー方法であり、少なくとも2つの非コヒーレントレーダーモジュールが前記物体上におよび/または前記物体に分散的に配置され、前記レーダーモジュールの送受信信号が、互いに可干渉性を有するように、修正測定信号に処理され、位相ノイズまたは位相変異の補正がおこなわれる。位相ノイズ部が、測定スペクトル(またはスイープまたはランプ)内の変動と測定スペクトルから測定スペクトルへ(またはスイープからスイープへまたはランプからランプへ)の変動のための1つの項において組織されることが好ましい。測定スペクトルから測定スペクトルへの変動は、第1の(分離)ステップとして決定される(そして必要に応じて補正される)ことが好ましい。測定スペクトルから測定スペクトルへの位相ノイズ部の変動を、好ましくは2つの測定スペクトルのスカラー積を通して、各スペクトルにおける位相(結合)変動から両ステーションにおいて1つの(結合)部として決定することが好ましい。2つの(その2つの)測定スペクトルを付加することが好ましい。必要に応じて、あらかじめスペクトルの振幅を絶対標準にまたは互いに標準化することができる。特に、位相ノイズまたは位相変動を容易に補正することができる。
特に、経路は(エアー)インターフェースとして理解され、これを通じて、対応する信号(および必要に応じて比較信号)をアンテナを用いて送る、もしくは送受信することができる。
間接経路(道)またはクロス経路は、ある(例えば、第2の)レーダーモジュールから生じる経路(道)として理解され、他の(例えば、第1の)レーダーモジュールによって受信される。したがって、直接経路は、1つのそして同じレーダーモジュールによって(反射信号として)送られ受信もされる信号として理解される。
非コヒーレントレーダーモジュールは、その送信信号が付加的なレーダーモジュールの信号に関して可干渉でないレーダーモジュールとして理解される(たとえ第1のレーダーモジュールまたは付加的なレーダーモジュールの信号自体が可干渉であったとしても)。
計算や評価、他の処理ステップが(各)レーダーモジュールでおこなわれる範囲において、これらは必要に応じて物理的に自蔵型の評価装置も含み、これはそのレーダーモジュールに接続される。例えば、各レーダーモジュールを、このように、特に、少ない信号生成または信号処理部品を有する1つ以上のアンテナの配置として設計することができ、一方、信号比較ユニットや評価装置のような付加的な部品は、このような配置に構造的に自蔵型の部品として接続される。部品を用いる場合、後者は、構造的に実現可能であるが、これを、いわゆるハードウェアとして、処理部品から構成することができ、および/またはプロセッサにおいて全体的にまたは一部実行される信号またはデータ処理ステップに変換することができる。
一般的に、前記評価装置を、1つ以上(2つ)のレーダーモジュールの一部とすることができる、あるいはそのような1つ以上(2つ)のレーダーモジュールに接続することができる。必要であれば、物理的に自蔵型の評価装置を設けることができ、これは各レーダーモジュールまたは各レーダーモジュールの残りの部品に接続される。あるいは、前記評価装置を、例えば共有ハウジングにおいておよび/または1つのユニットとして、前記第1のおよび/または前記付加的な(非コヒーレント)レーダーモジュールに統合することができる。
いずれにしても重要なのは、(前記評価装置が設置されている具体的な場所に関わらず)クロス経路(間接経路)が発生する、すなわち、送受信エリアが対応してカバーされる可能性があるということである。
下記において、方法2または構成2についてさらに説明する。下記において、前記(非コヒーレント)送受信ユニットが、上記したレーダーモジュールの一部となる(または後者を形成する)ことを意図している。前記非コヒーレント送受信ユニットをNKSEとも称する。
方法2によると、NKSE間で送信される信号を、比較信号が生じるように処理する。比較信号は、有利な特性を有していて、さもなければ、信号生成のための唯一の共有装置、すなわちコヒーレント信号源、と連携するレーダー信号によって示されるだけである。方法2の主題は、特に信号生成のための複数の自蔵型装置の無相関位相ノイズによって生じる破壊的影響を減少させる方法に関する。
方法2は、分散的に配置されるレーダーモジュールに適用されることが特に好ましく、これによりネットワークを形成することができる。
レーダー信号処理の分野において、目標は、高精度・広範囲を達成できるように、受信信号を、可能な限り低いノイズの中間周波数信号に変換することである。ここで、送信機と受信機の間に複数の拡張経路があると仮定される。原則として、予想周波数に正確に適合したフィルターを用いた帯域フィルタリングを通じて、受信したマルチパス拡張や相関ノイズ部を抑制することができる。しかし、実際にこの処理をおこなうことは難しい。なぜなら、サンプリング点や局部発振器周波数に関わる同期誤差により、限られたフレームワーク内で混合過程後に生成されるビート信号の正確な予測が可能になるだけだからである。これらの問題により、これら2つの信号の位相ノイズ間の相関が低下し、位相の推定誤差が増加する。
このため、位相ノイズや同期誤差の影響を減少するもしくは完全に抑制する計算ステップを備える方法が有利となる。
方法2は、まず、少なくとも2つのNKSEがほぼ同時に送信することから始まる。この文脈において、ほぼ同時に、とは、送信信号sigTX1とsigTX2を、その信号継続時間の大部分において両方向に(すなわち、sigTX1をNKSE1からNKSE2におよびsigTX2をNKSE2からNKSE1に)送信することを意味する。送信信号sigTX1とsigTX2の開始時間の間の最初は知られていない可能性のある差を、T_offと呼ぶ。目標は、理想的に同一の送信時間を有することである。好ましくは、T_off変位は信号継続時間の半分より大きくなく、いずれにしても、信号継続時間より小さい。少なくとも部分的に独立した生成のために、信号sigTX1とsigTX2は無相関信号部を有しているが、これはNKSE1およびNKSE2ステーションにおいて信号源の位相ノイズに起因している可能性がある。
このような配置において、送信チャネルの相互関係を確保できるように、同じアンテナが送信(T)と受信(R)に使われることが好ましい。ある配列(例えば、MIMOO)における配置の場合、複数の送信経路のうちの少なくとも1つが相互関係を表すことが好ましいことが確認されている。NKSEの少なくとも1つの送受信経路において送信ミキサーを使用することは、この相互関係を達成するのに特に適している。レーダーシステムにおいて送信ミキサーを実現する例示的な形式が、例えばUS 6317075 B1に記載されている。
さらなるステップとして、次に、具体的には、各受信信号と送信信号との間で、または、送信信号または位相ノイズと相関している送信信号の一部分を用いて、比較信号(sigC21;sigC12)が各NKSEで形成される。これらの比較信号を形成する方法は、特許出願DE 10 2014 104 273 A1におけるアプローチに対応している。
この発明によれば、次に、2つの段階で受信信号を処理することにより、位相ノイズと同期誤差を少なくとも低下させる。第1のステップでは、信号源の作動による、および/または直接的に受信信号における補償による、および/または比較信号における補償による、信号の受信に先立って、系統的偏差が補正される。第2のステップとして、例えば、相関の短縮評価、または予測変異エリアのためにのみ、またはせいぜい1つの変異値においてのみ、比較比較信号の形成がおこなわれる。
DE 10 2014 104 273 A1で述べられていることに反して、位相補償のために乗算を使用しないことが特に好ましいが、複合信号の加算が好ましい。乗算の代わりに加算を用いることは、上記した第1の処理ステップにより、すなわち事前に系統的偏差を補償することにより、可能になる。
信号の乗算または除算は非線型演算を構成する。非線型演算は、非線型効果を、すなわち、ここでは特に信号およびノイズ部のいわゆる相互変調を、常に伴う。これにより、特に複数の信号成分を有するレーダー信号の場合に、すなわち、複数の目標物または複数の信号送信経路を有する信号の場合に、障害が発生する。方法2に従って提案される複合信号の加算に関わる適用の主な利点は、加算が非線形演算であることであり、これにより、非線型効果、すなわち、特に信号およびノイズ部の相互変調を避ける。概して、この実施形態変形により、比較信号sigC21とsigC12を組み合わせる方法と比較して、位相ノイズを明らかにより減少させることができる。
その結果、方法2において、DE 10 2014 104 273 A1で予測されるような上述の付加的な干渉が発生することなく、位相ノイズ/位相ノイズの影響が抑制される。さらに、このアプローチにおいて必要な演算労力は、DE 10 2014 104 273 A1で実施形態として提案される完全な乗算または相関に必要となる演算労力よりも大幅に低いので、このアプローチは技術的に有利である。
方法2に従って処理を実行可能にするためには、まず正確な(制御可能なハードウェアによる)直接的および/または合成(コンピュータ)同期を、周波数オフセットを(少なくとも大きく)補償するように、実行することが好ましい。その後、線形化アプローチを用いて、障害の相関部を、わずかな残留位相差(図3に示す原理)を前提としてのみ、取り消すことができる。
ここで、測定前に、または測定のフレームワーク中に、または測定後に、同期を別々に行うことができる。測定のフレームワーク中またはその後においては、例えば、後に比較信号を調整することにより同期を行うことができる。
同期は、(例えばTCXOを介して)直接的にまたはコンピュータ的(合成同期)にsigTX1とsigTX2のソースのクロック速度を互いに調整するのに適した手段または方法を備えることができる。
すべての既知の方法を、分散ステーションにおいてクロックソースを調整するために使用することができる。同期に対して特に有利なアプローチは、特許US 7,940,743、特許出願DE 10 2008 010 536、または基準クロックまたは参照信号の代用に従う方法を含む。FMCW信号の測定内のクロック調整のための別の方法をさらに以下に説明する。
クロックソースを調整するためのこれらの方法のすべてを、電波またはケーブル接続を介して実施することができる。「コードで接続した」とは、ケーブルによって伝えられる電気信号または光信号を意味することができる。
代替手段として、あるいは、クロックソースを調整する方法を改善するために、例えば電波時計のような非常に高品質のクロックソースを用いることも可能である。
合成ステップの後、比較信号は信号(sigEP21、sigEP12)に由来することができる。それらは、それぞれ、関数独立変数として、信号経過時間または各信号成分の送信チャネルの長さを有する関数を表す。
例えば、その後、ステーション間のオフセットT_offを、DE 101 57 931に開示された方法によって、または少なくとも2つのNKSEの比較信号を相互に関連付けることによって、決定する。この場合、最大値によってオフセットが得られる。あるいは、FMCW信号についてさらに下記の方法を用いることもできる。前述と同様に、実施される方法はコードで接続されても良いし、電波を介しても良い。
信号sigEP21からは、特定の経過時間が割り当てられる少なくとも1つの関数値F1と、理想的に完全に同一の経過時間が割り当てられる信号sigEP12の少なくとも1つの付加的な関数値F2とを決定することができる。その後、F1とF2が互いに相殺される。例えば、2つの経過時間値を加算または減算することによりこの相殺をおこなうことができる。
これにより、信号の位相ノイズに起因する、信号sigTX1とsigTX2の非相関信号部による障害を除去する、または少なくとも低減することができる。
方法2のステップを以下にまとめる。
レーダーシステムにおいて位相ノイズによる障害を低減する方法において、
第1の非コヒーレント送受信ユニット(NKSE1)において、第1の信号が生成され(sigTX1)、経路(SP)を介して送信され、特に発せられ、
付加的な、特に第2の非コヒーレント送受信ユニット(NKSE2)において、(付加的な)第1の信号(sigTX2)が生成され、前記経路(SP)を介して送信され、特に発せられ、
前記各他の送受信ユニットにおける前記信号(sigTX1とsigTX2)が、直接的にまたは間接的に受信され、そこでさらに、受信信号sigRX12およびsigRX21として処理され、
前記第1の送受信ユニット(NKSE1)において、比較信号(sigC12)が、その第1の信号(sigTX1)から、および、前記経路(SP)を介して前記付加的な送受信ユニット(NKSE2)によって受信されるような第1の信号(sigRTX2)から、形成され、
前記付加的な送受信ユニット(NKSE2)において、付加的な比較信号(sigC21)が、その第1の信号(sigTX2)から、および、前記経路(SP)を介して前記第1の送受信ユニット(NKSE1)によって受信されるような第1の信号(sigTX1)から、形成され、
前記付加的な比較信号(sigC21)が、前記付加的な送受信ユニット(NKSE2)から前記第1の送受信ユニット(NKSE1)に送信され、特に通信され、
第1のステップにおいて、前記送受信ユニット(NKSE2、NKSE1)において系統的偏差によって引き起こされる前記信号sigC21とsigC12間の偏差が補償され、
第2のステップにおいて、前記2つの比較信号のうちの第1の比較信号からまたはこの第1の比較信号から生じる信号からの少なくとも1つの複素数値を、前記2つの比較信号のうちの第2の比較信号の少なくとも1つの複素数値またはこの第2の比較信号から生じる信号の値を調整するために使用し、これにより、(調整)信号(sigCC)を形成し、
前記複素数値のベクトル和または差、あるいは前記複素数値の位相の和または差が、数学的演算によって形成されるように、前記調整が行われる。
例示的な実施形態について、図面に基づいて下記により詳細に説明する。
図1は、互いに通信する2つの送受信ユニットと、その個別の部品を示す。 図2は、図1からの部品を、処理順序とともに示す。 図3は、同期前の非相関ノイズ部を有する2つの送受信ユニットのビート信号(上)、および同期後の相関位相ノイズを有する合成混合物(下)を示す。 図4は、同期前の2つの送受信ユニットからのすべてのランプのスペクトグラムを示す。 図5は、複数のレーダーモジュールの構成の概略図である。 図6aは、動力車において分散されたレーダーモジュールの様々な実施形態を示す。 図6bは、動力車において分散されたレーダーモジュールの様々な実施形態を示す。 図6cは、動力車において分散されたレーダーモジュールの様々な実施形態を示す。 図7は、ホログラフィック評価に関する図である。 図8は、SARイメージングの概略図である。 図9は、干渉SARに関する概略図である。 図10は、センサーアレイを有する車両の概略図である。 図11aは、第1のレーダーモジュールのスペクトログラムを示し、ここにおいて、横軸は距離をメートル単位で示し、縦軸はチャープまたはランプ数を示している。 図11bは、第2のレーダーモジュールのスペクトログラムを示し、ここにおいて、横軸は距離をメートル単位で示し、縦軸はチャープまたはランプ数を示している。 図12aは、1次応答のみが評価された、第1のレーダーモジュールの付加的なスペクトログラムを示し、ここにおいて、横軸は距離をメートル単位で示し、縦軸はチャープまたはランプ数を示している。 図12bは、1次応答のみが評価された、第2のレーダーモジュールの付加的なスペクトログラムを示し、ここにおいて、横軸は距離をメートル単位で示し、縦軸はチャープまたはランプ数を示している。 図13aは、ドリフトおよびジッタの補正後の、第1のレーダーモジュールの付加的なスペクトログラムを示し、ここにおいて、横軸は距離をメートル単位で示し、縦軸はチャープまたはランプ数を示している。 図13bは、ドリフトおよびジッタの補正後の、第2のレーダーモジュールの付加的なスペクトログラムを示し、ここにおいて、横軸は距離をメートル単位で示し、縦軸はチャープまたはランプ数を示している。 図14aは、時間および周波数オフセットの補正後の、第1のレーダーモジュールの付加的なスペクトログラムを示し、ここにおいて、横軸は距離をメートル単位で示し、縦軸はチャープまたはランプ数を示している。 図14bは、時間および周波数オフセットの補正後の、第2のレーダーモジュールの付加的なスペクトログラムを示し、ここにおいて、横軸は距離をメートル単位で示し、縦軸はチャープまたはランプ数を示している。 図15aは、位相偏差の補正が無い場合の、第1のレーダーモジュールの位相進行を示し、ここにおいて、横軸はチャープまたはランプ数を示し、縦軸は位相をラジアンで示している。 図15bは、位相偏差の補正が無い場合の、第2のレーダーモジュールの位相進行を示し、ここにおいて、横軸はチャープまたはランプ数を示し、縦軸は位相をラジアンで示している。 図16aは、位相偏差の補正がある場合の、第1のレーダーモジュールの位相進行を示し、ここにおいて、横軸はチャープまたはランプ数を示し、縦軸は位相をラジアンで示している。 図16bは、位相偏差の補正がある場合の、第2のレーダーモジュールの位相進行を示し、ここにおいて、横軸はチャープまたはランプ数を示し、縦軸は位相をラジアンで示している。 図17aは、ドリフトとジッタおよび時間と周波数オフセットの補正がある場合の、第1のレーダーモジュールのクロス経路の2D−(FFT)スペクトルを示し、ここにおいて、横軸は速度を毎秒メートルで示し、縦軸は大きさをデシベル(dB)で示している。 図17bは、ドリフトとジッタおよび時間と周波数オフセットの補正がある場合の、第2のレーダーモジュールのクロス経路の2D−(FFT)スペクトルを示し、ここにおいて、横軸は速度を毎秒メートルで示し、縦軸は大きさをデシベル(dB)で示している。 図18aは、ドリフトとジッタおよび時間と周波数オフセットおよび位相変動の補正がある場合の、第1のレーダーモジュールのクロス経路の2D−(FFT)スペクトルを示し、ここにおいて、横軸は速度を毎秒メートルで示し、縦軸は大きさをデシベル(dB)で示している。 図18bは、ドリフトとジッタおよび時間と周波数オフセットおよび位相変動の補正がある場合の、第2のレーダーモジュールのクロス経路の2D−(FFT)スペクトルを示し、ここにおいて、横軸は速度を毎秒メートルで示し、縦軸は大きさをデシベル(dB)で示している。 図19は、クロス経路に対する、図18aと18bによるスペクトルの付加後の重畳スペクトルを示し、ここにおいて、横軸は速度を毎秒メートルで示し、縦軸は大きさをデシベル(dB)で示している。 図20aは、第1のレーダーモジュールに対する1次応答のスペクトルを示し、ここにおいて、横軸は速度を毎秒メートルで示し、縦軸は大きさをデシベル(dB)で示している。 図20bは、第2のレーダーモジュールに対する1次応答のスペクトルを示し、ここにおいて、横軸は速度を毎秒メートルで示し、縦軸は大きさをデシベル(dB)で示している。
詳細な説明
図1に示すように、2つの送受信ユニットNKSE1とNKSE2は無線インターフェースを介して互いに通信する。第1または第2の信号sigTX1とsigTX2がここで送信される。送受信ユニットNKSE1とNKSE2はそれぞれ、信号源1と、クロック調整または比較信号修正のためのユニット2と、送信比較ユニット(SigComp1とSigComp2)とを備える。(非コヒーレント)送受信ユニットは、レーダーモジュールから成ることが望ましい。下記において、NKSE1をこうして第1のレーダーモジュールとみなし、NKSE2を第2のレーダーモジュールとしてみなすことができる。
図2は位相修正に対する各ユニット4をさらに示している。位相修正に対する2つのユニット4間でデータ交換が行われる。
下記において、方法2がどのように機能するか正確な数学的導出をおこなう。第1の非コヒーレント送受信ユニット(NKSE1)において、第1の信号(sigTX1)が生成され、経路(SP)を介して送信され、特に発せられる。付加的な、特に第2の非コヒーレント送受信ユニット(NKSE2)において、第2の信号(sigTX2)が生成され、前記経路(SP)を介して送信され、特に発せられる。ここで、これらの信号を同時に発するのが理想的だが、少なくとも、2つの信号波形が好ましくは少なくとも送信時間の半分において重複するように互いに同期される。信号源は、完全もしくは部分的に独立することができる。
通信工学においては通常であるように、使用される送信信号(sigTX1、sigTX2)を、同等のベースバンド信号(bbTX1)とキャリア信号とに分離して表すことができる。
本発明によるシステムは、距離測定やイメージングに使用されるのが好ましいので、いわゆる良好な相関特性を有する信号をベースバンド信号として用いることが好ましい。良好な相関特性を有する信号は、例えば、ブロードバンドパルス、ノイズ信号、M系列やゴールド符号やバーカー符号のような擬似ランダムパルスシーケンス(PNコード)、カサミ系列、ハフマン系列、チャープ、直線周波数変調信号(FMCW)、チャープ、またはFMCWシーケンスを等含む。このような信号形式は、レーダー工学や通信工学(特にCDMA分野)において長い間様々な種類が知られている。
送受信ユニット(NKSE1)の送信信号(sigTX1)は、以下のように表すことができる。
タイムオフセットT01は、信号sigTX1の送信時間を定義する。
位相項

は、定位相オフセットとキャリア信号の位相ノイズを含む。
角周波数ωc1は、sigTX1のキャリア信号の周波数を特徴付ける。
送受信ユニット(NKSE2)の送信信号(sigTX2)も同様に形成することができる。以下が適用される。
送信信号(sigTX1とsigTX2)は、直接、または物体に反射され、前記各他の送受信ステーションに到着し、そこで受信され、さらに受信信号sigRX12とsigRX21として処理される。
第2の非コヒーレント送受信ユニット(NKSE2)で受信される受信信号は、送信信号(sigTX1)に対応するが、後者は振幅において変更され、経過時間τ21だけ遅延されている。数学的表現を簡約するために、そして一般的な開示を制限することなく、すべての信号を複素数値信号として下記に表す。したがって、以下が適用される。
送信信号(sigTX1)を、変動する長さの複数の(1つの)送信経路において第2の送受信ユニット(NKSE2)に送信する場合、受信信号を、振幅重み付けおよび時間遅延信号の線形重ね合わせとして、次のように表すことができる。

であり、
したがって、以下のことが、第2の送受信ユニット(NKSE2)から第1の送受信ユニット(NKSE1)へ送信される信号に適用される。

または

であり、
送受信ユニット(NKSE1、NKSE2)は、送受信ユニットの各受信信号をその送信信号を用いて、すなわち、NKSE1においては信号sigRX12を信号sigTX1を用いて、NKSE2においては信号sigRX21を信号sigX2を用いて、オフセットする、信号比較ユニットSigComp1とSigCompを含むように設計されている。信号比較ユニットSigComp1とSigComp2は、この例示的な実施形態において、ミキサーMixとして設計されている。すなわち、ここではNKSE1において信号sigRX12が信号sigTX1と混合され、NKSE2において信号 sigRX21が信号sigTX2と混合される。一般的に知られているこのような混合プロセスを、システム理論の観点から乗算として、もしくは、2つの複合正弦波信号を、その信号のうちの1つの信号の共役複素数(*=共役符号)による、他方の信号の乗算として前提として、ダウンミキシングとして、表現できる。したがって、以下が適用される。
比較信号を形成する他の有利な方法において、NKSE1は信号sigRX12を信号sigTX1と混合せず、代わりにそのキャリアのみと混合する。つまり、
したがって、NKSE2において、以下が信号に適用される。
または、代替の実施形態において、
次の条件を満たすことを確実にするために、NKSEにおいて手段が提供されると仮定する。
これらの手段をどのように好ましく構成できるかについて、既に説明したか、または、ある例示的な実施形態において以下でさらに説明する。これらの境界条件下で、


相互送信チャネルを前提とすると、以下も適用される。
τ21=τ12=τ
次のステップにおいて、両方の比較信号を共有評価ユニットに送信することと、両方が評価のためにそこに存在することを確実にするために、データ通信が用いられる。共有評価ユニットは、NKSE1とNKSE2、または他の評価ユニットであり得る。
他の処理ステップにおいて、2つの比較信号の位相が付加される。位相ノイズ部を有するキャリア位相のみを考慮する場合、未知の位相寄与がこの部のみに存在し、2つのキャリア位相項が付加されるため、
電磁波の伝搬速度が高いため経過時間τは通常非常に小さいこと、関連する位相ノイズ部は、通常、キャリアからの距離が大きくなるほど発振器位相ノイズの既知の相関に基づいて発振器において急激に低下し、φTX1またはφTX2が、結果的に明らかな低域挙動、特に、通常は1/τより著しく低いカットオフ周波数での低域挙動を示すこと、を考慮に入れると、次のようになる。

提案された処理において、複数の比較信号のうちの1つのために各他の比較信号の位相が加算されるが、その結果、位相ノイズによる障害が大幅に減少する。この位相ノイズの減少により、目標物の検出可能性が高まり、測定範囲が広がり、測定精度が向上する。
選択したミキサートポロジーに応じて、例えば、同一位置のまたは反転位置のミキサーが使用されるかどうかに応じて、上記で提示した位相項が異なる符号を持つことが可能である。符号に応じて、位相項の好ましい連結は必ずしも加算ではなく、場合によっては減算でもある。鍵となる要素は、この連結が位相ノイズ項と経過時間依存位相項の削減につながるということ、すなわち、項ωτを備える式を維持するということである。また、さらに、位相値が複素数で表される場合には、複素数を互いに乗算し除算すること、または各他の数の共役複素で乗算し、位相の合計または差を形成することが、一般的に知られている。
位相ノイズ部を低減するための可能な好ましい変形を以下に説明する。多くの場合、第1および第2の非コヒーレント送受信ユニット(NKSE1、NKSE2)において同一のベースバンド信号を生成することが有益である。すなわち、以下が適用される。
bbTX1=bbTX2=bbTX
少なくとも近似的相互無線チャネルでは、以下が適用されることをさらに前提とする。
ARX12=ARX21=ARX
これらの境界条件下において、結果は、

容易に認識できるように、2つの信号は、その位相項を除いて同一である。
ただし、相互無線チャネルに関わらず、例えばミキサーまたは増幅器のような電子部品の特性が異なるため、信号sigC12とsigC21の簡単に区別できる振幅が生じる可能性がある。信号sigC12とsigC21の振幅が異なる場合、ここで説明する好ましい変形において、これらの信号を、まず同じ振幅に標準化しなければならない。
信号sigC12およびsigC21を形成する過程で、付加的な系統的位相オフセットが生じる可能性もある。これらの信号sigC12とsigC21の位相オフセットが異なる場合、これらの位相オフセットを、ここで説明する好ましい変形において、まず補償しなければならない。
信号sigC12とsigC21を、特定時間tに対する複合ポインタとしてみなすことができる。位相項の加算について上記したのと同様に、ポインタの複合加算により、異なる符号を有する位相項のベクトル成分を無効にする。位相ノイズ部を低減するためのある可能な好ましい変形として、複合信号sigC12とsigC21を加算すること、すなわち、信号を以下の様に形成することを提案する。
sigCC=sigC12+sigC21
こうして信号sigCCは、信号sigC12またはsigC21よりも著しく低い位相ノイズを有し、さらに信号sigCCは、距離測定、角度測定、またはイメージングの目的で使用される。しかし、信号の加算の前に、上記した振幅と位相の系統的偏差を補償することが重要であり、これは、異なるキャリア周波数と送信時間につながる。
もちろん、sigC12とsigC21に対してすべての値を加算する必要はなく、信号sigC12とsigC21自体もである。ただし、2つの比較信号のうちの第1の比較信号またはこの第1の比較信号から生じる信号から成る少なくとも1つの複素数値を使用し、2つの比較信号のうちの第2の比較信号の少なくとも1つの複素数値またはこの第2の比較信号から生じた信号の値を調整することにより、信号(sigCC)の少なくとも1つの値を形成するが、sigC12とsigC21から生じた少なくとも2つの複素数値のベクトル和または差、またはこれらの複素数値の位相の和または差が、数学的演算によって形成されるように、この調整が行われる。
ここで、提案された混合過程は、ある1つの可能な実施形態を示しているにすぎず、位相ノイズ部を他の方法により補償することもできるということに留意しなければならない。例えば、すべての高周波信号を、混合の前に既にデジタル化することができ、すなわち、アナログ・デジタル変換器で読み取ることができ、その他のすべての演算を、例えばプロセッサFPGA(フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ)においてコンピュータ的にまたはデジタル処理でおこなうことができる。
基本的に、送信信号sigTX1およびsigTX2をFMCW変調することができる。ここで(数学的演算の前に)比較信号のスペクトルを最高値に標準化することが好ましい。
以下において、FMCW信号および複数の連続したN個のランプを用いた方法2の特別な実施形態について説明する。ここで、NKSEは、直線的に上昇または下降する周波数を有する複数のN個の信号を送信するが、これを以下において周波数ランプと呼ぶ。NKSEにおいて受信信号から比較信号を生成し、さらなる処理のために一時的に保存する。正しい符号で相対的速度を決定することを可能にするので、上昇および下降するランプを一例として使用する。
まずビート信号sigC12とsigC21の個々のスペクトログラムを各ランプの受信チャネルごとに形成する。これらのスペクトログラムは、位相情報を含まない振幅表示においてすべてのN個の連続ランプのために並べられる。これは、上昇ランプのための図4に描かれているが、ここにおいて、IQ混合がおこなわれないため、かわりに存在する実数値の走査信号とともに、2つの最大値が現れている。1次レーダーでの使用の間、検出領域における少なくとも1つの反射物体をこのステップのために特定し、上記したように表現する必要がある。
ビート信号が予想される(大まかな同期を通して確保される)周波数帯域をここで惜しみなく切り取る。次に、第1のN/2ランプの各スペクトログラムを、周波数軸に沿って、第2のN/2ランプの各スペクトログラムに関連付ける(ステップ1)。この工程で見つかった最大値は、2つのNKSEの相対時間ドリフトを反映している(ここで1次関数を仮定できる)。例えば、1つ以上の反射を介して信号を受信すると、両側の反対ドリフトを介して目標物を特定することもできる。
あるいは、特に1次レーダーの場合は、バスシステムのケーブルを通してシステムにその測定信号またはさらに同期信号を交換させることにより、共有のバスシステムを介して、周波数オフセットを決定することもできる。ここで、バスシステムは、特に、CAN、FlexRay、Most、ギガビット・イーサネット・システム、USB、FirewireまたはTTPシステムである。
その後、スペクトログラムにおけるすべてのランプを、このドリフトにより、例えば、クロック調整または比較信号修正のためのユニット2において反対周波数オフセットを有する複合補正信号で乗算することにより、補正する。このような方法で得られた様々なランプのスペクトログラムを(非コヒーレントに)加算し、時間遅延(オフセット誤差)に対応する最大値を、重ね合わせ結果において探す。1次レーダーの場合、共に属するピークの前ステップにおける識別を用いて、ピークを選択することができる。
あるいは、時間オフセットを、共有バスシステムを介して、特に測定データまたは適切な相関数列を送信することにより、決定することもできる。
このように決定された相対時間遅延と相対時間ドリフトのパラメータ(=現在の周波数オフセット)は、N個のランプのシーケンス全体において平均化される。この結果には、クロック偏差の大部分が含まれる。さらに、到着信号の各エネルギーがスペクトログラムのどの位置において予測されるかが、各ランプと各ステーションについてわかる。
最初に記録されたローカル混合信号sigC12とsigC21は、均一な時間ベースが得られるように、まず整数値Tint(ΔT=|T01−T02|=Tint+Tfracとして表される2つのステーション間の時間遅延)に取って代わられる。共有の正確な時間ベースにより、位相ノイズがより強く関連付けられる。残りのわずかな時間誤差Tfracを、例えば非整数遅延フィルターを使用して、補償することができる。このように取って代わられた信号を、反対方向において周波数進行をキャプチャする、標準化された複合補正信号を用いて折り畳むまたはスペクトルで乗算することにより、2つの局部発振器の周波数オフセッΔω=ω1−ω2により生じるずれたランプスロープにより補正する。
チャネルインパルス応答に対するビート信号のFFTの後に、これらのさらに改良された混合信号におけるピークの探索が行われる。2次レーダーの場合、最も強いピークあるいは第1のピークを取ることが好ましい。1次レーダーに関しては、両側に均等に含まれるピークを選択しなければならない。このように、最大値が、付随する位相位置と推定距離で両ステーションにおいて各ランプに対して生じる。原則として、これらの値は、相互チャネルでの往復経路の測定に関して互いに一致する。残りの偏差の原因は、残留周波数と、NKSEの、例えば根本原因である位相ノイズの発振器の、2つの信号源1の間の位相差であり得る。こうして、正確な周波数差を確実に決定し、補正することができる(位相差を最大180°(IQミキサーに対しては360°)の曖昧性まで決定することができる)。位相進行をランプからランプへ±90°に制限することにより、この曖昧性を取り除くことができる。これをアンラッピングともいう。このように残りの位相誤差を正確に補正した後は、両ステーションの合成混合信号間における差はほとんど存在しない。
この予備処理後、レーダーシステム特有の系統的誤差が完全に補正され、その結果、2つのビート信号の位相シフトのずれは少量となる。ここにおいて、一方では時間と周波数基準で正確な同期を達成し、他方では、位相ノイズを付加寄与とみなし線形結合によって除去することができる。これは、例えば、両NKSEにおいてすべてのN個のランプの2Dフーリエ変換によっておこなわれ、ここにおいて、振幅を標準化したビート信号が最終的に合計される。システムパラメータ(サンプリングレート、ランプスロープ、キャリア周波数等)を含むので、この線形結合の結果の最大値は、距離と速度の推定値を表す。
図5は、複数のレーダーモジュールRM1、RM2、…、RMNの構成を概略的に描写していて、これらのレーダーモジュールのそれぞれは、周波数生成のための装置(HF生成器)11と、周波数変換のための装置12と、クロック生成のための(任意の)装置13と、AD変換のための(任意の)装置14とを有する。
図6は、図1において概略的に描かれたレーダーモジュールをどのように動力車(自動車)に配置できるかの例を示している。図6aでは、4つのレーダーモジュールが動力車に配置されている(前側左、前側右、後側左、後側右)。この結果、(この場合は4つのセンサーを用いて)周囲を特に有利にキャプチャすることができる。図6bでは、3つのレーダーモジュールが前側に、具体的には前側左と、前側中央と、前側右とに配置されている(この場合は後側には1つも配置されていない)。この結果、走行方向において(この場合は3つのセンサーを用いて)周囲を特に有利にキャプチャすることができる。図6cでは、この場合においては8つのレーダーモジュール(前側左、前側中央、前側右、後側左、後側中央、後側右、両横側に各レーダー)を用いて、周囲を特に総合的にキャプチャすることができる。
図7を参照して、ホログラフィック評価のための実施形態について以下に説明する。本出願の場合、ホログラフィック計算を以下のようにおこなうことができる。
計算する空間を、空間内の個々の点によって表すことができる。計算する空間内の、または計算する空間に対する送受信アンテナの配置は(通常)既知である。(仮送信アンテナaから仮受信アンテナbへの)伝播経路に対して生じる合成信号(振幅、位相、周波数)を、空間内の各点について計算することができる。次にこの信号をこの送信経路の実際の測定データに関連付けて、空間内のこの点について複合相関結果を記録することができる。この処理は、空間内のある点についてすべてのk伝播経路に対して繰り返され、それぞれ(複合的に)前の計算結果に加算される。この合計値は、空間内のこの点の配分確率を表す。この処理を空間内のすべてのn、m点に対して繰り返すことができ、このようにしてレーダー画像を生成することができる。
特にFMCW信号を使用する際は、ホログラフィック処理を以下のように行うこともできる。
まずビートスペクトルを各チャネルについて計算することができる。各送信信号・受信信号の組み合わせに対する位相位置に関する信号仮説を、この(仮送信アンテナaから仮受信アンテナbへの)伝播経路において予想される位相シフトに対応するように、空間内の各点に対して提示することができる。予想される位相位置を、

に従って、開始周波数fと、FMCWシステムの信号経路長dとに関連付けることができる。この信号仮説を、この送信経路の実際の測定データを用いて(正確な振幅と位相値を、補間を通してビートスペクトルから取得することができる)(複合的に共役して)乗算し、空間内のこの点の(複合的)中間結果を記録することができる。この手順は、空間内のこの点についてすべてのk伝播経路に対して繰り返され、それぞれ(複合的に)前の計算結果に加算される。この合計値は、空間内のこの点の配分確率を表す。この処理を(2つの空間的次元内の)空間内のすべてのn、m点に対して繰り返すことができ、このようにしてレーダー画像を生成することができる。
ホログラフィック計算をキャリブレーションにも使用することが特に好ましい。ここで、理想的に焦点を当てた目標物を表す補正ベクトルを、特に反復的に決定することができる。アンテナ配列のキャリブレーションでは、(理想的には)上記の近似式に従って、分散したレーダーモジュールにおける構成から非常に遠く離れて位置する遠方地の点目標を使用する。その結果、必要とされる高い信号対ノイズ比には到達しない。また、この場合、キャリブレーション対象物の正確な位置を測定することはとても難しく、この構成には広大な空間が必要である。反射物体を追加することなくノイズの少ない適切な環境を選ぶことも、比較的複雑である。(遠方地にある物体ではなく)近接地で公知の位置にある大きく理想的な点目標物(例えば、金属円筒または金属球)をキャリブレーションに使用することが好ましい。レーダー構成と目標物の正確な位置を決定した後、特に振幅を調整することができ、(上記のホログラフィックアプローチに従う)位相差を補正することができる。
このホログラフィック処理を、速度および加速度レベルでもおこなうことができる。したがって、速度および加速度ベクトルを、各画像点について(ホログラフ的に)決定することができる。速度および加速度の適切なホログラフィ法は、例えばDE 10 2009 030 076に記載されている。
図8を参照して、この発明によるSARイメージングを下記に説明する。レーダー測定を、特定の移動経路に沿ってSARイメージングにおいて行い記録することができる。これらを、測定が記録された各場所の要素とアンテナ配列によって組み合わせたかのように、数学的に組み合わせることができる。従来技術では、レーダーはこの目的で使用され、移動長さ全体にわたって合成開口を生成する。信号が互いに可干渉である2つのレーダーを使用することにより、両センサーのレーダーデータとレーダー間の付加的な経路を使用することができ、照明のために必要なトラバース経路が小さくなる。このため、信号がコヒーレントレーダーによって生成されたかのように後処理によって補正されるレーダーシステムが、大きな開口に有利に搭載される。こうして、両レーダーモジュールのレーダー信号(直接経路およびクロス経路または間接経路)をSARアルゴリズムで一緒に使用することができる。
図9は、干渉SAR(Synthetic Aperture Rader(合成開口レーダー))の概略図を示す。図10は、例示的なセンサー配置(モジュールの配置)を備える模式的な車両を示す。
物体の高さを測定することは、特に全自動運転の分野では、大きな障害である。なぜなら、現在使われている環境センサーによって、(通常)単に車両環境における目標物の距離、速度およびアジマス角を推定することが可能であるからである。「M.A. Richards「干渉SAR概念と信号処理への初心者ガイド」『IEEE航空宇宙電子システムズマガジン』22巻、9号、pp.5−29、2007年」によると、空間的にオフセットされた複数の受信アンテナを有するシステムを、高さ測定に用いることができる。この場合、システムのアンテナは下向きに傾き、ここにおいては、(状況によって)前方と下向きに発する方向特性も有利であり得る。ここで、達成可能な精度は、受信アンテナ間の高さの差によって大きく制限される。比較的高い精度は、特に、縁石、フェンス、支柱、交通標識、マンホールカバーやゴミなどの道路に存在する物体(ここでは、例えば飲料容器や小さな袋は、道路上の意味のある物体を表していない)を区別することにおいて有利であるが、また、通行する人や動物を検出し区別することにおいても有利である。さらに、高さ検出は自動駐車操作に(非常に)重要である。「M.A. Richards「干渉SAR概念と信号処理への初心者ガイド」『IEEE航空宇宙電子システムズマガジン』22巻、9号、pp.5−29、2007年」によると、高さ測定の精度は、下記を使用する近似によって決定される。
ここで、2つの角度Ψとβ、および距離R、BとΔRは、図9から集めることができる。ここで、δ(ΔR)は、差分距離に関する測定精度を表し、例えば相比較を用いて非常に正確に決定することができる。本発明においては、付加的な受信要素(モジュール)を希望通りに(または少なくとも基本的には希望通りに)車両に配置することができるので、基準線Bを大幅に増加させることができる。例えば、1つのレーダーモジュールをバンパーに配置し、第2のレーダーモジュールを車両の屋根に配置することによって、(複数の受信要素を持つ1つの小型レーダーモジュールに比べて)精度を10倍向上することができる。例示的な設置位置を図10に示す。具体的には、バンパー15において、および/または屋根(ルーフレール)17において、サイドミラー16を示す。
干渉成分、特に位相ノイズを低減する方法を、図11a、11b〜20a、20bに従った図形に基づいて説明する。これらの手法を、本発明の(任意に)独立した主題として方法1または方法2のさらなる発展としても説明する。これに関連して、請求項1(およびその他の独立請求項)の付加的特徴は、単に選択的である可能性がある。
モジュールについて以下で説明する範囲において、これらは特に方法1または方法2による(非コヒーレント)送受信ユニットであってもよい。したがって、モジュール(送受信ユニット)は、(必ずしも)移動物体(例えば、図8に従う動力車)上に配置される必要はなく、あるいはそのような配置のために構成される必要はない。ただし、これは可能である。
図11aは、第1のレーダーモジュールのスペクトルを示す。具体的には、送信チャネルに対して互いに隣接して描かれる場合の、複数の(ここでは例えば128個の)ランプの進行を示している。明らかなように、ビート周波数が信号継続時間(すなわち、例えば128個のランプのシーケンス)に関して変化するように、クロス経路は一方で(ここでは350kHzとして選択された)周波数オフセットΔfによって影響され、また未知のドリフトTdおよびジッタTjによっても影響される。さらに、モジュールToff,0間の未知の時間オフセットが影響を与える可能性もある。このオフセットは、レーダーモジュールにおいて信号生成のための様々な開始点によって生成される。このオフセットは、エアーインターフェースを介したまたは同期回線を介した前同期を仮定しても完全には分からないかもしれない。図11bは、第2のレーダーモジュールの対応スペクトルを示す。
(たった)1つの1次レーダー応答を評価した場合を、(第1のレーダーモジュールのための)図12aと(第2のレーダーモジュールのための)図12bに示す。これらの描写は、前処理なしで特に2D−FFTから生じる。
v=0m/sの静止目標物が、特定の距離で0.2m/sの一定速度の移動目標物と並んでいることがわかる。このようにクロス経路応答を評価することはできない(少なくとも特に正確にはできない)が、以下の命令文(アルゴリズム)に基づいて補正することができる。アジマス角をさらに(完全な)評価に使用することができる。
混合処理後の(2つの)レーダーモジュールのクロス経路信号は、信号経路のための(すべての)システム変数の影響を受け、以下として、初回観察のためには十分正確に記述されている(最初にはマルチパス伝搬または複数の目標物が明確性のためにモデリングされない)
原理上、混合信号は、振幅

2つの位相項

周波数項

で構成される。
上記の式(1)において、以下が適用される。
a:ステーション数(例えば、1または2)
n:チャネル数(例えば、1から8)
l:ランプ数(例えば、1から128)
:信号振幅
:キャリア周波数(例えば、約78GHz)
τ:経過時間、クロス経路
τ:物体の移動による経過時間変化
off,l=Toff,0+Tj,l+l・T:タイミングオフセット(例えば、ケーブル長、ジッタおよび/またはドリフトによる)
δφ0,l:キャリア周波数ドリフトおよび/または未知の他の成分を介した位相変異
φp,al(t):(無相関の)位相ノイズ
φan:ステーションと個々のチャネルとの間の位相変異
Δ:周波数オフセット(例えば、350kHz)
μ:スイープ速度(例えば、500GHz/s)
(測定期間中の少なくともほぼ均一な動きを前提として)この経過時間変化は、ビート周波数における位相変化によって検出され、これは測定期間内で少なくともほぼ一定であると考えられる。
ランプのフーリエ変換により、ビート信号が生成される。
この記述は、基本的に選択された窓関数から独立して可能であるので、後者を省略することができる。ステーションの混合信号における位相ノイズは、現在の位相位置に依存し、φp、1l(t)=Ψp,1l(t−Toff,l)−Ψp,2l(t−τ)およびφp,1l(t)=Ψp,1l(t−τ−Toff,l)−Ψp,2l(t)であることがわかる。時間における2点間の時間差は位相ノイズの分散(アラン分散)にとって重要なので、両ステーションにおける明示はほぼ同じである(φp、1l(t)〜φp、2l(t))。局部発振器Ψp,1lとΨp,2lの位相ノイズは(1次レーダーとは対照的に)相関せず、位相評価または信号コヒーレンスまたは速度測定を(大幅に)悪化させる可能性がある。
(式(1)に従って)サンプリングされた信号を評価するアルゴリズムを以下に示す。
第1のステップでは、例えばヒルベルト変換(I/Qデータが利用できない場合に必要になる可能性がある)からフーリエ変換を介して各スペクトルを計算することができる。
図11aおよび図11bのスペクトルから明らかなように、時間の経過とともに(およそ)直線的にクロス経路のビート周波数が増加し、また±1クロックのジッタも生じ得る。この要因は、各レーダーモジュールが異なるクロックソースを使用している為かもしれない。修正された形態ではこれを除外することができ、以下の様に形作ることができる。
ここで、(信号処理の観点から)ランダムに分布したジッタとともにドリフトTDをこの計算ステップで補正することができる。確率変数として、分布

が各ランプlに対して生じ、確率αは±1クロックのジャンプにつながる。ビート周波数の変化はJ〜12.5nsで示され、システムクロック(例えば、ここではfclk=80MHz)とスイープ速度μに依存する。
クロス経路周辺の領域を、結果として得られる信号に(第2のレーダーモジュールにおいてより大きなビート周波数を有する)(遠く)離れた目標物に関する情報も含まれるように、間隔として(大きく)切り取ることができる。この場合、式(2)は、関連するすべての信号成分を記述している。
式(2)から明らかなように、目標物に対するビート周波数は、すべてのチャネルにおいて同一である(ここではアンテナ位置はわずかに変化するだけである)。
式(2)の絶対値を、両レーダーモジュールにおいて各チャネルに対して次のように加算することができる。
この結果、比較的高いSNR(信号対ノイズ比)を有する信号を得ることができる。それは、次のように表される。
ここで、Bは個々のチャネルの振幅の合計を表す。検討中の(比較的わずかな位相ノイズを有する)システムでは、以下の近似によって認められるように、この効果により、ランプ中のビート周波数変化はほとんど起こらない。
式(3)から分かるように、周波数オフセットΔfとタイミングオフセットToff,lにより、同方向におけるビート周波数の変異が生じ、信号経過時間により、逆方向の変異が生じる。
2つのステーションの信号S1l(f)とS2l(f)の折り畳みを計算し、信号経過時間τを除去することができる。その結果得られる信号

は、2(Δf−μToff,l)での周波数を前提として、明確な最大値を含む。この折り畳みはすべての目標物を含むので、この演算は測定されたシナリオからは独立して機能する。考察された測定において、SNRは、全体的に十分に高ければよい。こうして個々のランプごとに最大値を決定することができ、これを下記のシーケンスとしてみなすことができる。
時間経過において一定のすべての割り当てを削除するために、差分シーケンス

を、l=1…N−1、に対して計算することができる。ここにおいて、この場合N=128は送信されたランプの総数の例である。
D1をc1l、c2lおよびc3lで示される3つの部分シーケンスに分割することができ、連続的に0、Jおよび−Jのジャンプを伴う。
ジッタによるジャンプ高を、期待値生成によって決定することができる。
またドリフトも同様に期待値生成によって推定することができる。
こうして、2つの補正値JとTを、シーケンスD=μ(Tj,l−Tj、l+1−T)を完全に記述することと、必要に応じてジッタとドリフトの補正をすることのために用いることができる。図13aおよび図13bは、ドリフトおよびジッタ補正後の両モジュールのスペクトログラム(図13aは第1のレーダーモジュールについて、図13bは第2のレーダーモジュールについて)を示す。
必要であれば、各モジュールに共有トリガを使用する際に、(クロックの大きさにおいて)ジッタのないシステムを実現することができる。しかし、この場合、明らかに小さな残留ジッタ部分がある可能性があり、これは他の処理ステップで補償される。
例えば、CANバスを介した同期により、両モジュールのドリフトを防げる可能性がある。ジッタが発生せず、ドリフトが(無視できるほど)小さいため、クロック信号の同期と共有トリガにより、説明した方法を用いた評価を容易におこなうことができる。
経過時間と周波数オフセットの補正について以下に説明する。
同期ケーブルを介した経過時間または(1次応答と2次応答を分離するための)(設定)周波数オフセットにより、ビート周波数の(不明な)変位が生じる可能性があり、これは両ステーションにおいて同一である。上記補正の適用後、式(3)から続いて、両ステーションのビート信号の振幅は以下のようになる。
この信号は、もはやチャープによって、つまりランプ数lに関して、変化しない。よって、lに関する合計

が強い最大値につながる。後者は分布の観点からは同一であるが、f=Δf−Toff,0から得られる「仮想中心」fの左右に伸びている。2つのチャネル応答の新たな折り畳み

によって、仮想中心の非常に正確な推定値f^として使用できるH(f)の最大値を決定することができる。ドリフトとジッタの先の補正は、SNR全体を(顕著に)増加させることができるので、現段階で有利である。
1つのステーションのスペクトルがこの仮想中心に任意的に反映され、その後、2つのスペクトルの振幅が同じ位置に現れ、焦点を0Hzのビート周波数に移した後(最大値の絶対位置は、現在、実際の目標距離に対応する)、下記の様に表される。
図14aおよび図14bは、時間および周波数オフセットの補正後の両モジュールのスペクトログラムを示す(図14aは第1のモジュールに対して、図14bは第2のモジュールに対する図であり、両モジュールはわずかな距離を置いて離れており、これにより、あるレベルのクロストークが0mで「目標物」として認識可能になる)。
位相変動の補正について以下に説明する。
原則として、図15aおよび図15b(図15aは第1のモジュールに対して、図15bは第2のモジュールに対して)に見られるように、この例において128の連続したランプが送信されるので、2つのステーションの位相進行は目標物に対して(ここでは最大の振幅を有するもの)一致する。すべての周波数項の補正後、スペクトログラムを以下の様に表すことができる。
これは、現在、定義された距離における目標物の準一定のビート周波数を有する。このステップは、(

として近似される、すなわち(FMCW)ランプ中にスイープからスイープの大部分およびより小さいもの)位相ノイズの大まかな影響、および、位相位置と2つのステーションの不明な残りの項δφ0,lに対するToff,lとしてモデル化されるタイミングオフセットの影響を補正することに関する。後者は、Toff,l+δφ0,lとして式に含まれ、両ステーションにおいて等しく発生する。したがって、合計では、位相変位Γal=Toff,l+δφ0,l+γ1がスイープからスイープに生じる。
原則として、最大の発生ピークにおいて位相を決定することができる。しかし、一方で、この位相位置を、密に隣接した目標物を前提とした重なりとして決定できるだけであり、他方では、この変形は目標物に関する情報を組み込むだけであり、これは、一般的には、マルチパス伝搬または検出すべき複数の反射点の場合に、不利である。
そのため、複合標準スカラー積の偏角

が、現段階で各(FMCW)スイープと各個別チャネルに対して評価され、その後、(例えば8つの受信チャネルに対して1/8の前因子で)平均値が生成される。これはチャネル間の位相関係に影響を与えない。この推定結果を、式(6)において妨害部分を補正するために用いることができ、これは下記につながる。
両ステーションおよびすべてのチャネルの固定目標物を前提とした位相の進行が、図16aおよび図16bに(図16aは第1のモジュールについて、図16bは第2のモジュールについて)示されている。後者は、定数関数からわずかにそれるのみである(残留偏差は、続きの工程で必要に応じて補正される)。
第2のレーダーモジュールからの信号の次の複素共役は、以下のスペクトルにつながる。
これは、本質的に項

においてのみ典型的な1次応答からそれる。この部分は無相関の位相ノイズの影響を表し、これは(FMCW)ランプまたは(FMCW)スイープ内の位相変位につながる。
つまり、隣接するランプ間の位相ジャンプは、多数の測定における位相トラッキングには大きすぎる可能性がある。特に、最大予測位相ジャンプは、ドップラー周波数の観点から、それゆえ、検出可能な最大速度の観点から、測定範囲を制限し得る。2つのステーションの同期を改善することにより、この問題を軽減することができる。クロック速度の調整後に残る偏差は、隣接するスイープ間の一意性領域にわたって生じる位相ジャンプを(もはや)引き起こさない可能性がある。
スペクトルの調整と重ね合わせについて、以下に説明する。
2つのスペクトルを重ね合わせる前に、非相反チャネルを前提とした最も強い目標物の潜在的位相変位を補正するように調整をおこなうこともできる。さらに、この目標物の振幅を、両スペクトルに対して揃えることができ、および/または、共有のまたは第3の変数への標準化をおこなうことができる。これらの2つの演算後、選択チャネルnを次のように表すことができる。
ここにおいて、チャープ(スイープ)内に残る位相ノイズを、

としての線形項後に終結したテーラー展開によって近似することができる。次の加算後、その結果が(最終)信号モデル

となる。
以下に、補正信号モデルについて説明する。
クロス経路の信号

が、現在(完全に)1次応答に類似しており、好ましくは、この信号をコヒーレント処理のために用いることができる。 ここで、Aは振幅を表し、ej2πf0τは初期位相、ej2πf0τlはドップラー部分、ejφanは角度成分、δ(f−μτ)は付随するビート周波数を表す。マルチパス伝搬の場合または複数の目標物を仮定すると、モデリング

が生じ、ここにおいて、kは個別経路の番号に対応する。
上記の補正により、図17aおよび図17bに示されるように(これらは補正位相変動のないプロットを示しているが、図18aおよび図18bは補正位相変動のあるプロットを示し、図17aと図18bは第1のモジュールに対する、図18aおよび図18bは第2のモジュールに対する図である)、改良2Dレンジ・ドップラー・プロットまたは単純なドップラー・プロットを生成することができ(原文のまま)、そこから速度を比較的正確に導くことができる。クロス経路上では1次レーダー応答に対してよりもはるかに強い残留位相ノイズが、ランダムに分布する小さなピークの形で現れる。これらはすべての速度に分散され、第1および第2のモジュールにおいて(疑似的に)同一である(しかし、位相は180度ずれている)。両2Dスペクトルを付加した後、1次レーダー(第1のモジュールに関しては図20a、第2のモジュールに関しては図20bを参照)に対応して(潜在的に比較的小さな振幅ノイズを除いて)スペクトルが発生する(図19を参照)。これは、よりはるかに多い測定的なダイナミクスにつながり、ここにおいて、(強い目標物の環境において)弱い目標物も認識可能になる。変化するアジマス角が付加的な位相オフセットをもたらす可能性があるので、この方法をここで個別チャネルに対して示す。
説明した、干渉成分、特に位相ノイズを低減させる方法には、(特に自動車分野において)一連の利点がある。特に、SNR(信号対ノイズ比)と信頼性の向上を実現できる。さらに、付加的な推定値を取得可能で使用することができるので、目標物の距離と速度ベクトルを比較的高い精度で推定することができる。
ドップラー効果によって引き起こされる周波数変位の(コヒーレント)処理を、クロス経路を介して円滑におこなうことができる。このように、第1のレーダーモジュールと第2のレーダーモジュールからの位相情報を用いて、周囲を正確に測定することができる。その結果、特に自動車用レーダー応用において、SAR処理を、周囲の高解像度画像を生成するために実行することができる。
両ステーションを有する位相モノポールとしての応用は、アジマス角を非常に正確に推定するのに役立つ可能性がある。この推定を、さらに精度を高めるために既存の角度情報と併せて用いることもできる。
外部の規制されたクロックにおける供給により、例えば(動力車の)CANバスを介して考えられる、大まかな同期(前同期)が基本的に可能であることを認識することができる。その結果、前記方法の計算労力を軽減し、エラー伝播を少なくすることができる。
付加的な情報により、道路交通におけるレーダー目標物の妥当性を有効にする確率を高めることができる。クロス経路の測定を(直接)各目標物におこなうと、速度、アジマス角および距離の付加的な推定が可能になり、これにより特に追跡が容易になる。
複雑な物体の反射を、比較的問題なく、おそらく、入射波の方向に進まない場合でさえも、認識することができる(バイスタティックレーダー原理)。複数のレーダーモジュールを組み合わせることにより、移動物体(車両)の特有の動きの推定を(大幅に)向上することができる。なぜなら、角度測定の精度が後者に大きく影響するからである。
上昇の方向に複数のレーダーモジュールを組み合わせることにより、特に干渉SARを用いて、高さ推定を、すなわち、移動物体(車両)の(完全な)周囲の高さプロフィールの推定を、大幅に改善することができる。
方法1または構成1の態様および実施形態について以下に説明する。ここで、参照符号は、DE 10 2014 104 273 A1の数値に関連している。送受信ユニットはレーダーモジュールの一部となることができる、もしくは後者を備えることができる。
態様1:レーダーシステムにおける方法であって、
第1の(非コヒーレント)送受信ユニット(NKSE1)において、第1の信号(sigTX1)が生成され、経路(SP)を介して送信され、特に発せられ、
付加的な、特に第2の(非コヒーレント)送受信ユニット(NKSE2)において、第1の信号(sigTX2)が生成され、経路(SP)を介して送信され、特に発せられ、
前記第1の送受信ユニット(NKSE1)において、比較信号(sigC12)が、その第1の信号(sigTX1)から、および前記経路(SP)を介して前記付加的な送受信ユニット(NKSE2)によって受信されるような第1の信号(sigRTX2)から、形成され、
前記付加的な送受信ユニット(NKSE2)において、付加的な比較信号(sigC21)が、その第1の信号(sigTX2)から、および前記経路(SP)を介して前記第1の送受信ユニット(NKSE1)によって受信されるような第1の信号(sigTX1)から、形成され、
前記比較信号(sigC21)が、前記付加的な送受信ユニット(NKSE2)から前記第1の送受信ユニット(NKSE1)に送信される、特に通信される。
態様2:第1の態様に係る方法において、比較比較信号(sigC21;sigC12)が、この比較信号(sigC21)と前記付加的な比較信号(sigC21)とから形成される。
態様3:態様2に係る方法において、前記比較比較信号(sigC21;sigC12)は、前記2つの比較信号(sigC12、sigC21)を互いに処理することにより、特にそれらを共役虚数乗法にかけることにより、コヒーレントレーダーシステムによって生成される比較信号に対応するように、生成される。
態様4:先行するある態様に係る方法において、前記比較信号(sigC12)、前記付加的な比較信号(sigC21)または前記比較比較信号(sigC21;sigC12)のうちの少なくとも1つは、混合または相関によって形成される。
態様5:先行するある態様に係る方法において、少なくとも1つのそのような付加的な比較信号(sigC21;sigC12)が、前記送受信ユニット(NKSE2;NKSE1)の間で、データ、データを含む信号または再構成可能にデータを含む信号のうちの1つとして送信される。
態様6:先行するある態様に係る方法において、前記第1の信号(sigTX1、sigTX2)のうちの少なくとも1つが、エアーインターフェースとして設計された前記経路(SP)を介して、送信信号として送信される。
態様7:先行するある態様に係る方法において、前記第1の信号(sigTX1、sigTX2)を送信する時間における点が、前記第1の信号(sigTX1、sigTX2)が少なくとも部分的に時間の経過順に重なるように、調整される。
態様8:先行するある態様に係る方法において、そのような第1の信号(sigTX1、sigTX2)が前記送受信ユニット(NKSE1、NKSE2)間の前記経路に対して必要とする信号経過時間(τ12)を、周波数の位相または位相値(φ12、φ13、…φ1N、φ22、φ23、φ24、…φ2N、…φN−1N)、前記比較信号(sigCC12)の振幅進行または位相進行のうちの少なくとも1つを分析することにより、少なくとも1つの比較比較信号(sigC21;sigC12)から決定する。
態様9:先行するある態様に係る方法において、前記第1の信号(sigTX1、sigTX2)のうちの少なくとも1つがFMCWまたはOFDM変調信号として生成され送信される。
態様10:先行するある態様に係る方法において、前記第1の信号(sigTX1、sigTX2)のうちの少なくとも1つがマルチランプ信号として生成され送信される。
態様11:先行するある態様に係る方法において、
複数の比較比較信号(sigCC12)が、少なくとも2つの送受信ユニット(NKSE1、NKSE2)を用いて時間の経過順に交互に測定され、この送受信ユニット(NKSE1、NKSE2)のうちの少なくとも1つは移動し、
合成開口工程が、前記送受信ユニット(NKSE2、NKSE1)のうちの1つの距離、位置、速度または存在、またはそのような送受信ユニット(NKSE2、NKSE1)の存在のうちの少なくとも1つ、または物体(O)に対する距離、位置、速度または物体(O)の存在のうちの少なくとも1つを決定するために、使われる。
態様12:レーダーシステムであって、
少なくとも1つの第1の(非コヒーレント)送受信ユニット(NKSE1)が、第1の信号(sigTX1)を生成し、経路(SP)を介して送信する、特に発するように設計され、
少なくとも1つの付加的な、特に第2の(非コヒーレント)送受信ユニット(NKSE1)が、第1の信号(sigTX2)を生成し、前記経路(SP)を介して送信する、特に発するように設計され、
前記第1の送受信ユニット(NKSE1)は、その第1の信号(sigTX1)から、および前記経路(SP)を介して前記付加的な送受信ユニット(NKSE2)によって受信されるような第1の信号(sigTX2)から、比較信号(sigC12)を形成するように設計され、
前記付加的な送受信ユニット(NKSE2)は、その第1の信号(sigTX2)から、および前記経路(SP)を介して前記第1の送受信ユニット(NKSE1)によって受信されるような第1の信号(sigTX1)から、比較信号(sigC21)を形成するように設計され、
前記比較信号(sigC21)は、前記付加的な送受信ユニット(NKSE2)から前記第1の送受信ユニット(NKSE1)に送信される、特に通信される。
態様13:態様12に係るレーダーシステムにおいて、比較比較信号(sigC21;sig12)が、この比較信号(sigC21)と前記付加的な比較信号(sigC21)から形成される。
態様14:態様12または13に係る、互いに空間的に離れた3つ以上の送受信ユニット(NKSE1、NKSE2、NKSE3、…、NKSE−N)を有するレーダーシステムにおいて、空間的に離れた前記送受信ユニットの各2つ(NKSE1、NKSE2;NKSE−N、NKSE2)のうちの2組以上を用いて測定された2つ以上の比較比較信号(sigCC12、sigCC12、sigCC13、sigCC22、…、sigCC32)から、前記送受信ユニット(NKSE2、NKSE1)のうちの1つの距離、位置、速度または存在、またはそのような送受信ユニット(NKSE2、NKSE1)の存在、または、物体(O)に対する距離、位置、速度または物体(O)の存在のうちの少なくとも1つを決定する。
態様15:態様12から14のうちの1つに係るレーダーシステムにおいて、前記第1の送受信ユニット(NKSE1)と、少なくとも1つのそのような付加的な送受信ユニット(NKSE2)および/または評価装置(P)が、先行する態様のうちの1つに係る方法を実施するように設計される。
態様16:特に態様1から11のうちの1つに係る方法を実施するためのレーダーシステムの、および/または態様12から15のうちの1つに係るレーダーシステムにおける、装置であって、この装置は、
第1の(非コヒーレント)送受信ユニット(NKSE1)として設計され、
信号生成器と少なくとも1つのアンテナ(TA1;RA1)を有し、これらは、第1の信号(sigTX1)を生成し、経路(SP)を介して送信する、特に発するように設計されていて、
前記第1の信号および前記経路(SP)を介して前記付加的な送受信ユニット(NKSE2)によって受信されるような第1の信号(sigTX2)から比較信号(sigC12)を形成するように設計された配置を有し、
前記比較信号(sigC12)を前記付加的な送受信ユニット(NKSE2)に送信する、特に通信するように設計されたインターフェース(CommTX)、または、
送信、特に通信により前記第1の送受信ユニット(NKSE1)において前記付加的な送受信ユニット(NKSE2)によって生成されるような付加的な比較信号(sigC21)を受信するように設計されたインターフェース(CommRX)、
のうちの少なくとも1つを有する。
態様17:態様16に係る装置は、前記同じ送受信ユニット(NKSE1)において形成された前記比較信号(sigC21)およびこの送受信ユニット(NKSE1)に送信された前記比較信号(sigC21)から比較比較信号(sigCC12)を形成する付加的な比較ユニット(sigComp12)を有する。
態様18:態様16または17に係る装置において、前記少なくとも1つのインターフェース(CommTX、CommRX)は、データインターフェースである。
態様19:態様16から18のうちの1つに係る装置において、フィルター(FLT)が、前記比較信号(sigC12)を出力する配置と前記比較比較信号(sigCC12)を形成する前記付加的な比較ユニット(sigComp12)との間に配置され、前記フィルター(FLT)は、前記比較信号(sigC12)を前記比較ユニット(sigComp12)に適用し、前記フィルター(FLT)は、前記フィルター(FLT)より上流の配置に形成された付加的な比較信号(sigC11)を適用せず、上流の配置に形成された前記比較信号(sigC11)を抑制する、もしくは端子においてそれを供給する。
態様20:態様16から19のうちの1つに係る装置は、互いに空間的に離れた複数の受信アンテナ(RA1、1、…、RA1、N;RA2、1、…、RA2、N)を有し、この複数の受信アンテナのそれぞれは、前記第1の信号(sigTX2)からおよび前記経路(SP)を介してそのような付加的な送受信ユニット(NKSE2)によって受信されるような第1の信号(sigTX1)から各比較信号(sigC21、1、sigC21、2、sigC21、3)を形成するように設計された配置を割り当てられる。
方法2または構成2の態様と実施形態について以下に説明する。ここで、参照符号は、本願の図1から図4に関連している。送受信ユニットはレーダーモジュールの一部となることができる、もしくは後者を備えることができる。
態様1:レーダーシステムにおいて位相ノイズによる障害を低減する方法であって、
第1の(非コヒーレント)送受信ユニット(NKSE1)において、第1の信号(sigTX1)が生成され、経路(SP)を介して送信され、特に発せられ、
付加的な、特に第2の(非コヒーレント)送受信ユニット(NKSE1)において、第1の信号(sigTX2)が生成され、前記経路(SP)を介して送信され、特に発せられ、
前記第1の信号(sigTX1とsigTX2)が各付加的な送受信ユニットにおいて直接的または間接的に受信され、そこでさらに受信信号(sigRX12とsigRX21)として処理され、
前記第1の送受信ユニット(NKSE1)において、比較信号(sigC12)が、その第1の信号(sigTX1)から、および前記経路(SP)を介して前記付加的な送受信ユニット(NKSE2)によって受信されるような第1の信号(sigRTX2)から、形成され、
前記付加的な送受信ユニット(NKSE2)において、付加的な比較信号(sigC12)が、その第1の信号(sigTX2)から、および前記経路(SP)を介して前記第1の送受信ユニット(NKSE1)によって受信されるような第1の信号(sigTX1)から、形成され、
前記付加的な比較信号(sigC21)が、前記付加的な送受信ユニット(NKSE2)から前記第1の送受信ユニット(NKSE1)に送信され、特に通信され、
第1のステップにおいて、前記送受信ユニット(NKSE2、NKSE1)における系統的偏差によって引き起こされる前記比較信号(sigC21とsigC12)の偏差が補償され、
第2のステップにおいて、前記2つの比較信号のうちの第1の比較信号またはこの第1の比較信号から生じる信号からの少なくとも1つの複素数値が、前記2つの比較信号のうちの第2の比較信号の少なくとも1つの複素数値またはこの第2の比較信号から生じた信号の値を調整するために用いられ、これにより、調整信号(sigCC)を形成し、
前記調整は、数学的演算が複素数値のベクトル和または差を形成するように、または前記複素数値の位相の和または差を形成するように、行われる。
態様2:態様1に係る方法において、前記送信信号(sigTX1とsigTX2)はFMCW変調される。
態様3:態様1または2に係る方法において、特に前記第1の信号(sigTX1とsigTX2)の信号源のクロック速度調整が、バスシステム、好ましくは通信バスを介して行われ、および/または、特に前記第1の信号(sigTX1とsigTX2)の信号源のクロック速度のクロック速度調整が、特に1次レーダーとして作動中に、電波および/またはケーブル接続を介して行われる。
態様4:先行する態様のうちの1つに係る方法において、前記(非コヒーレント)送受信ユニット(NKSE1、NKSE2)の同期が、特に、周波数ずれを決定することによる前同期が、特に2次レーダーを使用する際に、複数のランプを介して連続して行われる。
態様5:先行する態様のうちの1つに係る方法において、オフセットが、特にタイムオフセットおよび/または周波数オフセットが、好ましくは1次レーダーとして作動中に、バスシステムを介して決定される。
態様6:先行する態様のうちの1つに係る方法において、ある/前記オフセット、特にある/前記タイムオフセット、および/または、ある/前記周波数オフセットが、特に前記比較信号(sigC12とsigC21)のスペクトルの補正最大値の位置を評価することによって、決定される。
態様7:先行する態様のうちの1つに係る方法において、前記第1のおよび/または前記付加的な(非コヒーレント)送受信ユニットは、個々の処理ステップ、特に計算と評価、を実施する少なくとも1つの評価装置を有し、前記各評価装置は、
自蔵型評価装置であることが可能であり、前記各送受信ユニットまたは前記各送受信ユニットの残りの部品に接続される、または、例えば共有のハウジングにおいておよび/または1つのユニットとして、前記第1のおよび/または前記付加的な(非コヒーレント)送受信ユニットに組み込まれることが可能である。
態様8:先行する態様のうちの1つに係る方法において、前記比較信号(sigC12とsigC21)は、特に共有評価ユニットに送信され、そこで両方が評価のために存在し、前記共有評価ユニットは、任意に前記第1の(非コヒーレント)送受信ユニット(NKSE1)であるか、任意に前記第2の(非コヒーレント)送受信ユニット(NKSE2)であるか、任意に他の、特に分離した評価ユニットである。
態様9:先行する態様のうちの1つに係る方法において、前記第1の信号(TX1とTX2)が、少なくとも時間の経過順に重なって送信され、前記付加的な(非コヒーレント)送受信ユニット(NKSE2)の前記付加的な第1の信号(TX2)が、好ましくは、前記第1の(非コヒーレント)送受信ユニット(NKSE2)の前記第1の信号(TX1)の信号継続時間の半分の間に送信される、さらに好ましくは、少なくともほぼ同時に送信される。
態様10:先行する態様のうちの1つに係る方法において、前記比較信号のスペクトルは、前記数学的演算の前に最高値に標準化される。
態様11:先行する態様のうちの1つに係る前記方法を実施するユニットを有するレーダーシステムにおいて位相ノイズによる障害を低減するシステムであって、特に、
第1の信号(sigTX1)を生成し、経路(SP)を介して前記第1の信号(sigTX1)を送信する、特に発するための第1の(非コヒーレント)送受信ユニット(NKSE1)と、
第1の信号(sigTX2)を生成し、経路(SP)を介して前記第1の信号(sigTX2)を送信する、特に発するための付加的な、特に第2の(非コヒーレント)送受信ユニット(NKSE1)と、を備え、
前記(非コヒーレント)送受信ユニット(NKSE1とNKSE2)は、直接的または間接的に前記第1の信号(sigTX1とsigTX2)を受信し、そこでさらにそれらを受信信号(sigRX12とsigRX21)として処理するように設計され、
前記第1の送受信ユニット(NKSE1)は、比較信号(sigC12)を、その第1の信号(sigTX1)から、および前記経路(SP)を介して前記付加的な送受信ユニット(NKSE2)によって受信されるような第1の信号(sigRTX2)から、形成するように設計され、
前記付加的な送受信ユニット(NKSE2)は、付加的な比較信号(sigC21)を、その第1の信号(sigTX2)から、および前記経路(SP)を介して前記第1の送受信ユニット(NKSE1)によって受信されるような第1の信号(sigTX1)から、形成するように設計され、
送信ユニットは、前記付加的な比較信号(sigC21)を、前記付加的な送受信ユニット(NKSE2)から前記第1送受信ユニット(NKSE1)に送信するために、特に通信するために設けられ、
少なくとも1つの評価ユニットが備えられ、これは、第1のステップにおいて、前記送受信ユニット(NKSE2、NKSE1)における系統的偏差によって引き起こされる前記比較信号(sigC21とsigC12)における偏差を補償し、第2のステップにおいて、前記2つの比較信号のうちの第1の比較信号またはこの第1の比較信号から生じる信号からの少なくとも1つの複素数値を、前記2つの比較信号のうちの第2の比較信号の少なくとも1つの複素数値またはこの第2の比較信号から生じた信号の値を調整するために用いるように設計され、これにより、調整信号(sigCC)を形成し、前記調整は、数学的演算が複素数値のベクトル和または差を形成するように、あるいは前記複素数値の位相の和または差を形成するように、行われる。
態様12:態様11に係るシステムにおいて、バスシステムが、特に通信バスが、特に前記第1の信号(sigTX1とsigTX2)の信号源のクロック速度調整のために、設けられ、
および/または、バスシステムが、オフセットを、特にタイムオフセットおよび/または周波数オフセットを決定するために設けられる。
態様13:態様11または12のうちの1つに係るシステムにおいて、共有送受信アンテナが、前記第1および/または前記付加的な(非コヒーレント)送受信ユニット(NKSE1および/またはNKSE2)に設けられ、および/または、
送信ミキサーが前記経路(SP)に設けられる。
態様14:前記第1および/または第2の(非コヒーレント)送受信ユニット(NKSE1および/またはNKSE2)においてそれぞれ少なくとも1つの共有送受信アンテナを有するシステムのための、態様1から10のうちの1つに係る前記方法の使用。
態様15:レーダーシステムにおいて位相ノイズによる障害を低減するための、態様11から13のうちの1つに係る前記方法の使用。
なお、現段階で、上述したすべての部品または機能は、単独の場合およびいかなる組み合わせの場合でも、本発明に不可欠なものとして主張されており、特に詳細は図面に示されている。これに対する修正は、専門家によく知られている。
なお、現段階で、上述したすべての部品または機能は、単独の場合およびいかなる組み
合わせの場合でも、本発明に不可欠なものとして主張されており、特に詳細は図面に示さ
れている。これに対する修正は、専門家によく知られている。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[1]
移動物体、特にクレーンのような、特に車両および/または輸送装置、の周囲をキャプ
チャするレーダーシステムであって、前記システムは、前記移動物体に搭載され、または
搭載可能であり、前記レーダーシステムは、少なくとも1つの送信および少なくとも1つ
の受信アンテナを持つ少なくとも2つの非コヒーレントレーダーモジュール(RM1、R
M2、…、RMN)を具備し、
前記レーダーモジュール(RM1、RM2、…、RMN)は、分散的に前記移動物体に
配置され、または配置可能であり、
少なくとも1つの評価装置が備えられ、これは、前記レーダーモジュールの送受信信号
を、修正測定信号が互いに関して可干渉性を有するように、前記修正測定信号に処理する
ように構成される、
レーダーシステム。
[2]
前記少なくとも2つのレーダーモジュールは、バスシステムによって互いに接続される
、[1]のシステム。
[3]
第1の信号(sigTX1)が、第1のレーダーモジュール(RM1)で生成され、経
路(SP)を介して送信され、特に発せられ、
付加的な第1の信号(sigTX2)が、付加的な、特に第2のレーダーモジュール(
RM2)で生成され、経路(SP)を介して送信され、特に発せられ、
前記評価装置において、特に前記第1のレーダーモジュール(RM1)において、第1
の比較信号(sigC12)が、前記第1のレーダーモジュールの前記第1の信号(si
gTX1)から、および前記経路(SP)を介して前記付加的なレーダーモジュール(R
M2)によって受信されるような第1の信号(sigTX2)から、形成され、
前記評価装置において、特に前記付加的なレーダーモジュール(RM2)において、付
加的な比較信号(sigC21)が、前記付加的なレーダーモジュールの前記第1の信号
(sigTX2)から、および前記経路(SP)を介して前記第1のレーダーモジュール
(RM1)によって受信されるような第1の信号(sigTX1)から、形成され、
前記比較信号(sigC21)が、好ましくは、前記付加的なレーダーモジュール(R
M2)から前記第1のレーダーモジュール(RM1)に送信される、特に通信される、
[1]または[2]のシステム。
[4]
前記システムは、特に前記評価装置は、前記第1の比較信号(sigC21)と前記付
加的な比較信号(sigC21)から、比較比較信号(sigCC21;sigCC12
)を形成するように構成される、[1]ないし[3]のうちの1つの、特に[3]のシス
テム。
[5]
前記システム、特に評価装置は、第1のステップにおいて、前記レーダーモジュール(
RM1、RM2)における系統的偏差によって引き起こされる前記比較信号(sigC2
1とsigC12)における偏差を補償し、第2のステップにおいて、前記2つの比較信
号のうちの第1の比較信号またはこの第1の比較信号から生じる信号からの少なくとも1
つの複素数値を、前記2つの比較信号のうちの第2の比較信号の少なくとも1つの複素数
値またはこの第2の比較信号から生じた信号の値を調整するために用いるように構成され
、これにより、調整信号(sigCC)を形成し、前記調整は、数学的演算が複素数値の
ベクトル和または差を形成するように、または前記複素数値の位相の和または差を形成す
るように、行われる、
[1]ないし[4]のうちの1つの、特に[3]または[4]のシステム。
[6]
前記比較比較信号(sigC21;sigC12)は、前記2つの比較信号(sigC
12、sigC21)を互いに処理することにより、特にそれらを共役虚数乗法にかける
ことにより、コヒーレントレーダーシステムによって生成される比較信号に対応するよう
に、作られる、[1]ないし[5]のうちの1つの、特に[4]のシステム。
[7]
第1および/または第2のレーダーモジュール(RM1、RM2)は、少なくとも1つ
の、好ましくは少なくとも2つの送信アンテナ、およびまたは、少なくとも1つの、好ま
しくは少なくとも2つの受信アンテナを備え、
および/または、
ある/前記第1のおよび/またはある/前記第2のレーダーモジュール(RM1、RM
2)は、最大で4つの、好ましくは最大で3つの送信アンテナ、および/または、最大で
5つの、好ましくは最大で4つの受信アンテナを備える、
[1]ないし[6]のうちの1つのシステム。
[8]
前記レーダーモジュール(RM1、RM2、…、RMN)は、前記レーダーモジュール
に起因する開口が細く広がるように、互いに遠く離れて配置され、および/または、前記
レーダーモジュールは、少なくとも5cm、好ましくは少なくとも10cm、さらに好ま
しくは少なくとも40cmの間隔で離れている、
[1]ないし[7]のうちの1つのシステム。
[9]
前記システム、特に前記評価装置は、位相モノパルス法により、および/または状態空
間における方法により、周囲構造の角度位置を推定するように、特に決定するように、構
成される、[1]ないし[8]のうちの1つのシステム。
[10]
前記システム、特に前記評価装置は、ホログラフィ法を用いて周囲構造をキャプチャす
るように構成され、好ましくは、前記周囲構造の角度位置および/または(ベクトルの)
(相対的)速度および/または(ベクトルの)(相対的)加速度を推定する、特に決定す
るために、前記ホログラフィ法を用いるように構成され、および/または、前記システム
、特に前記評価装置は、前記ホログラフィ法を用いてキャリブレーションを行うように構
成される、[1]ないし[9]のうちの1つのシステム。
[11]
前記システム、特に前記評価装置は、特に受信チャネルの微分位相の変化を比較する方
法により、横ベクトルまたは速度ベクトルを決定するように構成され、および/または、
前記システム、特に前記評価装置は、特に受信チャネルの微分位相の変化を比較する方
法により、横加速度または加速度ベクトルを決定するように構成される、
[1]ないし[10]のうちの1つのシステム。
[12]
前記システム、特に前記評価装置は、SAR応用および/またはイメージング処理のた
めに構成される、[1]ないし[11]のうちの1つのシステム。
[13]
前記レーダーモジュール(RM1、RM2、…、RMN)は、好ましくは干渉SAR処
理によって、特に前記移動物体の環境において周辺物体の高さを測定するために、変動す
る高さにおいて前記移動物体に配置される、または配置可能である、[1]ないし[12
]のうちの1つのシステム。
[14]
前記システム、特に前記評価装置は、測定スペクトル内の変動と測定スペクトルから測
定スペクトルへの変動のための1つの項において位相ノイズ部を組織するように構成され
、測定スペクトルから測定スペクトルへの前記変動は、好ましくは、第1の分離ステップ
として決定される、[1]ないし[13]のうちの1つのシステム。
[15]
測定スペクトルから測定スペクトルへの前記位相ノイズ部のある/前記変動は、特に前
記2つの測定スペクトルのスカラー積を通して、各測定スペクトルにおける位相の変動か
ら、両ステーションにおいて1つの結合部として決定される、[1]ないし[14]のう
ちの1つの、特に[14]のシステム。
[16]
2つの/前記2つの測定スペクトルが加算され、前記測定スペクトルの振幅が、任意に
、あらかじめ、絶対標準に、または、互いに標準化される、[1]ないし[15]のうち
の1つの、特に[14]または[15]のシステム。
[17]
[1]ないし[16]のうちの1つのシステムを具備する移動可能な物体、特に車両、
好ましくは動力車、さらに好ましくは自動車および/または特にクレーンまたはクレーン
の一部のような輸送装置。
[18]
特に[1]ないし[16]のうちの1つのシステムおよび/または[17]の移動可能
な物体を用いた、移動物体、特にクレーンやクレーンの一部のような、特に車両および/
または輸送装置、の周囲をキャプチャする方法であって、少なくとも2つの非コヒーレン
トレーダーモジュール(RM1、RM2、…、RMN)が、分散的に、前記移動物体上に
および/または前記移動物体に配置され、前記レーダーモジュールの前記送受信信号が、
互いに可干渉性を有するように、修正測定信号に処理される、方法。
[19]
[18]の方法において、
第1の信号(sigTX1)が、第1のレーダーモジュール(RM1)において生成さ
れ、経路(SP)を介して送信され、特に発せられ、
付加的な第1の信号(sigTX2)が、付加的な、特に第2のレーダーモジュール(
RM2)において生成され、経路(SP)を介して送信され、特に発せられ、
第1の比較信号(sigC12)が、前記第1のレーダーモジュールの前記第1の信号
(sigTX1)から、および前記経路(SP)を介して前記付加的なレーダーモジュー
ル(RM2)によって受信されるような第1の信号(sigTX2)から、形成され、
付加的な比較信号(sigC21)が、前記付加的なレーダーモジュールの前記第1の
信号(sigTX2)から、および前記経路(SP)を介して前記第1のレーダーモジュ
ール(RM1)によって受信されるような第1の信号(sigTX1)から、形成され、
前記付加的な比較信号(sigC21)は、好ましくは、前記付加的なレーダーモジュ
ール(RM2)から前記第1のレーダーモジュール(RM1)に送信され、特に通信され
、および/または、
比較比較信号(sigCC21;sigCC12)は、好ましくは、前記第1の比較信
号(sigC21)と前記付加的な比較信号(sigC21)から形成され、および/ま
たは、第1のステップにおいて、前記送受信ユニット(RM2、RM1)における系統的
偏差によって引き起こされる前記比較信号(sigC21とsigC12)における偏差
が補償され、第2のステップにおいて、前記2つの比較信号のうちの第1の比較信号また
はこの第1の比較信号から生じる信号からの少なくとも1つの複素数値が、前記2つの比
較信号のうちの第2の比較信号の少なくとも1つの複素数値またはこの第2の比較信号か
ら生じた信号の値を調整するために用いられ、これにより、調整信号(sigCC)を形
成し、前記調整は、数学的演算が複素数値のベクトル和または差を形成するように、ある
いは前記複素数値の位相の和または差を形成するように、行われる、
方法。
[20]
移動物体、特にクレーンやクレーンの一部のような、特に車両および/または輸送装置
、の周囲をキャプチャするための、特に、距離および/または角度位置および/または(
ベクトルの)(相対的)速度および/または(ベクトルの)(相対的)加速度を推定する
、特に決定するための、および/または周囲構造をキャプチャするための、[1]から[
16]のうちの1つのシステムおよび/または[17]の移動可能な物体および/または
[18]または[19]のうちの1つの方法の使用。

Claims (20)

  1. 移動物体、特にクレーンのような、特に車両および/または輸送装置、の周囲をキャプチャするレーダーシステムであって、前記システムは、前記移動物体に搭載され、または搭載可能であり、前記レーダーシステムは、少なくとも1つの送信および少なくとも1つの受信アンテナを持つ少なくとも2つの非コヒーレントレーダーモジュール(RM1、RM2、…、RMN)を具備し、
    前記レーダーモジュール(RM1、RM2、…、RMN)は、分散的に前記移動物体に配置され、または配置可能であり、
    少なくとも1つの評価装置が備えられ、これは、前記レーダーモジュールの送受信信号を、修正測定信号が互いに関して可干渉性を有するように、前記修正測定信号に処理するように構成される、
    レーダーシステム。
  2. 前記少なくとも2つのレーダーモジュールは、バスシステムによって互いに接続される、請求項1のシステム。
  3. 第1の信号(sigTX1)が、第1のレーダーモジュール(RM1)で生成され、経路(SP)を介して送信され、特に発せられ、
    付加的な第1の信号(sigTX2)が、付加的な、特に第2のレーダーモジュール(RM2)で生成され、経路(SP)を介して送信され、特に発せられ、
    前記評価装置において、特に前記第1のレーダーモジュール(RM1)において、第1の比較信号(sigC12)が、前記第1のレーダーモジュールの前記第1の信号(sigTX1)から、および前記経路(SP)を介して前記付加的なレーダーモジュール(RM2)によって受信されるような第1の信号(sigTX2)から、形成され、
    前記評価装置において、特に前記付加的なレーダーモジュール(RM2)において、付加的な比較信号(sigC21)が、前記付加的なレーダーモジュールの前記第1の信号(sigTX2)から、および前記経路(SP)を介して前記第1のレーダーモジュール(RM1)によって受信されるような第1の信号(sigTX1)から、形成され、
    前記比較信号(sigC21)が、好ましくは、前記付加的なレーダーモジュール(RM2)から前記第1のレーダーモジュール(RM1)に送信される、特に通信される、
    請求項1または請求項2のシステム。
  4. 前記システムは、特に前記評価装置は、前記第1の比較信号(sigC21)と前記付加的な比較信号(sigC21)から、比較比較信号(sigCC21;sigCC12)を形成するように構成される、請求項1ないし請求項3のうちの1つの、特に請求項3のシステム。
  5. 前記システム、特に評価装置は、第1のステップにおいて、前記レーダーモジュール(RM1、RM2)における系統的偏差によって引き起こされる前記比較信号(sigC21とsigC12)における偏差を補償し、第2のステップにおいて、前記2つの比較信号のうちの第1の比較信号またはこの第1の比較信号から生じる信号からの少なくとも1つの複素数値を、前記2つの比較信号のうちの第2の比較信号の少なくとも1つの複素数値またはこの第2の比較信号から生じた信号の値を調整するために用いるように構成され、これにより、調整信号(sigCC)を形成し、前記調整は、数学的演算が複素数値のベクトル和または差を形成するように、または前記複素数値の位相の和または差を形成するように、行われる、
    請求項1ないし請求項4のうちの1つの、特に請求項3または4のシステム。
  6. 前記比較比較信号(sigC21;sigC12)は、前記2つの比較信号(sigC12、sigC21)を互いに処理することにより、特にそれらを共役虚数乗法にかけることにより、コヒーレントレーダーシステムによって生成される比較信号に対応するように、作られる、請求項1ないし請求項5のうちの1つの、特に請求項4のシステム。
  7. 第1および/または第2のレーダーモジュール(RM1、RM2)は、少なくとも1つの、好ましくは少なくとも2つの送信アンテナ、およびまたは、少なくとも1つの、好ましくは少なくとも2つの受信アンテナを備え、
    および/または、
    ある/前記第1のおよび/またはある/前記第2のレーダーモジュール(RM1、RM2)は、最大で4つの、好ましくは最大で3つの送信アンテナ、および/または、最大で5つの、好ましくは最大で4つの受信アンテナを備える、
    請求項1ないし請求項6のうちの1つのシステム。
  8. 前記レーダーモジュール(RM1、RM2、…、RMN)は、前記レーダーモジュールに起因する開口が細く広がるように、互いに遠く離れて配置され、および/または、前記レーダーモジュールは、少なくとも5cm、好ましくは少なくとも10cm、さらに好ましくは少なくとも40cmの間隔で離れている、
    請求項1ないし請求項7のうちの1つのシステム。
  9. 前記システム、特に前記評価装置は、位相モノパルス法により、および/または状態空間における方法により、周囲構造の角度位置を推定するように、特に決定するように、構成される、請求項1ないし請求項8のうちの1つのシステム。
  10. 前記システム、特に前記評価装置は、ホログラフィ法を用いて周囲構造をキャプチャするように構成され、好ましくは、前記周囲構造の角度位置および/または(ベクトルの)(相対的)速度および/または(ベクトルの)(相対的)加速度を推定する、特に決定するために、前記ホログラフィ法を用いるように構成され、および/または、前記システム、特に前記評価装置は、前記ホログラフィ法を用いてキャリブレーションを行うように構成される、請求項1ないし請求項9のうちの1つのシステム。
  11. 前記システム、特に前記評価装置は、特に受信チャネルの微分位相の変化を比較する方法により、横ベクトルまたは速度ベクトルを決定するように構成され、および/または、
    前記システム、特に前記評価装置は、特に受信チャネルの微分位相の変化を比較する方法により、横加速度または加速度ベクトルを決定するように構成される、
    請求項1ないし請求項10のうちの1つのシステム。
  12. 前記システム、特に前記評価装置は、SAR応用および/またはイメージング処理のために構成される、請求項1ないし請求項11のうちの1つのシステム。
  13. 前記レーダーモジュール(RM1、RM2、…、RMN)は、好ましくは干渉SAR処理によって、特に前記移動物体の環境において周辺物体の高さを測定するために、変動する高さにおいて前記移動物体に配置される、または配置可能である、請求項1ないし請求項12のうちの1つのシステム。
  14. 前記システム、特に前記評価装置は、測定スペクトル内の変動と測定スペクトルから測定スペクトルへの変動のための1つの項において位相ノイズ部を組織するように構成され、測定スペクトルから測定スペクトルへの前記変動は、好ましくは、第1の分離ステップとして決定される、請求項1ないし請求項13のうちの1つのシステム。
  15. 測定スペクトルから測定スペクトルへの前記位相ノイズ部のある/前記変動は、特に前記2つの測定スペクトルのスカラー積を通して、各測定スペクトルにおける位相の変動から、両ステーションにおいて1つの結合部として決定される、請求項1ないし請求項14のうちの1つの、特に請求項14のシステム。
  16. 2つの/前記2つの測定スペクトルが加算され、前記測定スペクトルの振幅が、任意に、あらかじめ、絶対標準に、または、互いに標準化される、請求項1ないし請求項15のうちの1つの、特に請求項14または15のシステム。
  17. 請求項1ないし請求項16のうちの1つのシステムを具備する移動可能な物体、特に車両、好ましくは動力車、さらに好ましくは自動車および/または特にクレーンまたはクレーンの一部のような輸送装置。
  18. 特に請求項1ないし請求項16のうちの1つのシステムおよび/または請求項17の移動可能な物体を用いた、移動物体、特にクレーンやクレーンの一部のような、特に車両および/または輸送装置、の周囲をキャプチャする方法であって、少なくとも2つの非コヒーレントレーダーモジュール(RM1、RM2、…、RMN)が、分散的に、前記移動物体上におよび/または前記移動物体に配置され、前記レーダーモジュールの前記送受信信号が、互いに可干渉性を有するように、修正測定信号に処理される、方法。
  19. 請求項18の方法において、
    第1の信号(sigTX1)が、第1のレーダーモジュール(RM1)において生成され、経路(SP)を介して送信され、特に発せられ、
    付加的な第1の信号(sigTX2)が、付加的な、特に第2のレーダーモジュール(RM2)において生成され、経路(SP)を介して送信され、特に発せられ、
    第1の比較信号(sigC12)が、前記第1のレーダーモジュールの前記第1の信号(sigTX1)から、および前記経路(SP)を介して前記付加的なレーダーモジュール(RM2)によって受信されるような第1の信号(sigTX2)から、形成され、
    付加的な比較信号(sigC21)が、前記付加的なレーダーモジュールの前記第1の信号(sigTX2)から、および前記経路(SP)を介して前記第1のレーダーモジュール(RM1)によって受信されるような第1の信号(sigTX1)から、形成され、
    前記付加的な比較信号(sigC21)は、好ましくは、前記付加的なレーダーモジュール(RM2)から前記第1のレーダーモジュール(RM1)に送信され、特に通信され、および/または、
    比較比較信号(sigCC21;sigCC12)は、好ましくは、前記第1の比較信号(sigC21)と前記付加的な比較信号(sigC21)から形成され、および/または、第1のステップにおいて、前記送受信ユニット(RM2、RM1)における系統的偏差によって引き起こされる前記比較信号(sigC21とsigC12)における偏差が補償され、第2のステップにおいて、前記2つの比較信号のうちの第1の比較信号またはこの第1の比較信号から生じる信号からの少なくとも1つの複素数値が、前記2つの比較信号のうちの第2の比較信号の少なくとも1つの複素数値またはこの第2の比較信号から生じた信号の値を調整するために用いられ、これにより、調整信号(sigCC)を形成し、前記調整は、数学的演算が複素数値のベクトル和または差を形成するように、あるいは前記複素数値の位相の和または差を形成するように、行われる、
    方法。
  20. 移動物体、特にクレーンやクレーンの一部のような、特に車両および/または輸送装置、の周囲をキャプチャするための、特に、距離および/または角度位置および/または(ベクトルの)(相対的)速度および/または(ベクトルの)(相対的)加速度を推定する、特に決定するための、および/または周囲構造をキャプチャするための、請求項1から請求項16のうちの1つのシステムおよび/または請求項17の移動可能な物体および/または請求項18または請求項19のうちの1つの方法の使用。
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