CN101162267B

CN101162267B - 使用电子捷变雷达的目标检测装置

Info

Publication number: CN101162267B
Application number: CN2007101637144A
Authority: CN
Inventors: 铃木幸一郎; 山野千晴; 夏目一马
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-10-12
Filing date: 2007-10-11
Publication date: 2010-11-24
Anticipated expiration: 2027-10-11
Also published as: CN101162267A; DE102007048509A1; US20080088498A1; US7663537B2; JP2008096282A; DE102007048509B4; JP4769684B2

Abstract

一种安装在车辆上的目标检测装置，具有：电子捷变雷达，检测指示发射和接收信号之间的频率差的拍频信号，并根据拍频信号来生成N个接收数据的时间序列；确定单元，在考虑所述车辆行驶状态的情况下，确定位于距所述车辆不同的距离范围的搜索区域，并且确定针对每个搜索区域的数据长度；提取单元，从所述N个接收数据中分别提取(N-M+1)个包括M个接收数据的时间序列，所述包括M个接收数据时间序列具有与M个接收数据对应的数据长度；生成单元，根据针对每个搜索区域的短时数据来生成相位信息；以及检测单元，根据相位信息来确定目标距离和目标方位，并且根据目标距离和目标方位来检测目标。

Description

使用电子捷变雷达的目标检测装置

相关申请的交叉引用

本申请基于2006年10月12日提交的在先日本专利申请2006-278416，并要求其优先权的权益，其内容通过引用结合于此。

技术领域

总的来说，本发明涉及使用安装在车辆上的频率调制连续波(FM-CW)型电子捷变雷达的目标检测装置，更具体地，涉及用于通过确定目标位置和目标方位来检测位于车辆前的目标的装置。

背景技术

为了防止车辆碰撞或为了控制两个车辆之间的距离，已开发了安装在当前车辆上的雷达。这种雷达测量从当前车辆到前方目标(如位于当前车辆前的在前车辆)的目标距离、当前车辆相对于该目标的相对速度以及目标方位(即目标的方向或目标的方位角)。

为了测量目标距离和相对速度，采用了使用FM-CW型电子捷变雷达的测量方法，以简化用于信号处理的雷达的电路结构。参考图1和图2，其描述了这种使用FM-CW雷达的方法。图1是示出了发射信号和接收信号中的每个的频率变化的时间图以及示出了信号间频率差的变化的时间图。

如图1上部的时间图所示，发射信号S1从FM-CW型电子捷变雷达的发射天线被发射，而通过在目标上反射信号S1所获得的接收信号S2被该雷达接收。信号S1的频率在向上时间段(up period)内恒定地增加，然后在向下时间段(down period)中恒定地减小。如图1下部的时间图所示，对同时发射和接收的信号S1和S2来进行混频处理，以获得拍频信号(beat signal)S3，该信号S3具有表示信号S1和S2之间的频率绝对差(即拍频Fb)的分量。当前车辆的速度与目标的速度相同时，拍频信号在向上时间段中的频率与在向下时间段中的频率相同。拍频与传播延迟时间ΔTt成比例，所述传播延迟时间ΔT等于信号S1到达目标并从目标返回所需的往返时间。因此，可根据拍频来计算目标距离。

作为测量目标方位角的技术，一种电子扫描方法是公知的。在这种方法中，可在短时间内以电子的方式进行针对从车辆的所有方向的扫描处理。即，在以特定规则设置的多个天线单元(阵列天线)中接收在目标上反射的发射波作为接收信号，并从所述接收信号中获取接收数据。频道被分别分配给多个天线单元。各频道的接收数据之间存在时间差(或相位差)。时间差由目标自每个天线单元的方向、天线单元间的位置关系及在每个天线单元中所接收的接收信号的频率来确定。因此，可根据各频道的接收数据间的时间差来确定目标方位。

例如，非专利文献(“Adaptive Signal Processing Using Array Antenna”，Nobuyoshi KIKUMA著，Science Technology(在日本被称为Kagaku Gijyutsu)出版，1998)公开了一种已知的数字波束形成(DBF)技术。在这种DBF中，接收信号在模数(A/D)转换器中被数字化，以获得针对每个频道的数字数据的时间序列，针对每个频道来计算数字数据的时间序列和向量数据(或模式向量)之间的相关性，并根据该相关性来确定目标方位。

此外，为了确定该目标方位，需要根据该相关性来计算每个频道的相位信息。各频道的相位信息的差表示各频道的接收信号间的时间差。在如图2所示的常规FM-CW型电子捷变雷达系统中，通过使用快速傅立叶变换(FFT)来计算每个频道的相位信息。如图2所示，雷达系统200具有收发器部201、目标检测部202和目标跟踪部203。部201发射信号S1，在分配了频道的多个天线单元处接收信号S2，将信号S1与每个信号S2混频，以生成针对每个频道的拍频信号S3，并根据针对每个频道的拍频信号S3生成接收数据。拍频信号S3具有表示信号S1和信号S2之间的频率差的分量。部202具有FFT型相位信息计算单元204、相位校正单元205和目标方位确定单元206。在计算单元204中执行FFT，以根据每个频道的接收数据来计算FFT型相位信息。在单元205中，对FFT型相位信息进行校正，并在单元206中，根据各频道的经校正的FFT型相位信息之间的差来计算目标信息，如目标方位、目标距离和目标相对于雷达系统的相对速度。然后，部203基于所述目标信息来控制雷达系统200，以锁定目标。例如，已公布的日本专利首次公布No.2000-284044公开了一种根据FFT来确定目标方位的雷达系统。

通常，当目标距当前车辆的距离短时，目标距离的精度比目标方位的精度更重要。相比之下，当目标距当前车辆的距离长时，目标方位的精度比目标距离的精度更重要。然而，当基于FFT来提取相位信息时，存在以下的问题。相位信息的精度由FFT中的主瓣的扩展来确定，即由采样频率和采样点的数目两者来确定。因此，位于短距离处的目标具有较低的目标距离分辨率，或位于长距离处的目标具有较低的目标方位分辨率。即，由于对目标距离的依赖性，以经适当调节的精度来检测目标是困难的。

参考图3A和图3B，其描述了基于FFT来检测目标的一个实例。图3A是示出基于FFT的、接收信号的反射强度变化的视图，而图3B是主要示出了图3A所示的反射强度变化的放大视图。在这个实例中，第一目标B1实际上位于距离具有FM-CW型电子捷变雷达的当前车辆约3.7m的第一短距离处，而第二目标B2实际上位于距当前车辆约5.2m的第二短距离处。接收信号S2由五个天线单元1L、2L、3L、4L和5L来接收。根据针对每个天线单元的信号S2，来计算FFT型相位信息。根据各天线单元的相位信息的差来确定目标方位。根据针对每个天线单元的频率搜索范围中的FFT型相位信息，来计算信号S2的反射强度，信号S2来自通过目标方位所确定的到来方向。搜索范围中的频率对应于搜索区域中距车辆的距离。

如图3A和图3B所示，第一目标B1的位置处的反射强度峰与第二目标B2的位置处的反射强度峰交迭。因而，不能区别地检测目标B1和B2。因此，当基于FFT来提取相位信息时，不能以足够的分辨率来清楚地检测到位于短距离处的目标。

发明内容

本发明的一个目的是：在考虑到常规电子捷变雷达的缺点的情况下，提供一种使用电子捷变雷达的目标检测装置，其在适当地调节目标距离的分辨率和目标方位的分辨率的情况下清楚地检测目标。

根据本发明的一个方面，通过提供安装在车辆上的目标检测装置来实现所述目的，所述目标检测装置具有：收发器部、接收数据生成单元、数据长度确定单元、短时数据提取单元、相位信息生成单元和目标检测单元，所述收发器部生成指示发射到测量区域中的第一信号和发送自该测量区域中的第二信号之间的频率差的拍频信号。

接收数据生成单元根据拍频信号来生成包括N(N是等于或大于3的整数)个接收数据的时间序列。数据长度确定单元根据距车辆的距离将测量区域分成多个搜索区域，并且确定针对每个搜索区域的短时数据长度。短时数据提取单元根据针对每个搜索区域的N个接收数据，分别提取具有所述短时数据长度的、多个包括M(M＜N)个短时数据的时间序列。相位信息生成单元根据针对每个搜索区域的多个包括M个短时数据的时间序列来生成相位信息。目标检测单元基于搜索区域的相位信息来确定从车辆到存在于搜索区域之一中的目标的目标距离和该目标相对于车辆的目标方位，并且根据目标距离和目标方位来检测该目标。

利用这种配置的装置，测量区域被分成与距车辆的不同距离对应的搜索区域。针对每个搜索区域来确定短时数据长度。根据针对每个搜索区域的一个包括N个收发数据的时间序列，来生成多个包括M个短时数据的时间序列。与一个搜索区域对应的每个包括M个短时数据的时间序列的数据长度等于与该搜索区域对应的短时数据长度。根据搜索区域的相位信息，来确定目标距离和目标方位。

在这种情况下，一个搜索区域的每个包括M个短时数据的时间序列的数据容量不同于其它搜索区域的每个包括M个短时数据的时间序列的数据容量，而且一个搜索区域的包括M个短时数据的时间序列的数目不同于其它搜索区域的包括M个短时数据的时间序列的数目。因此，针对每个搜索区域，目标距离的分辨率和目标方位的分辨率以可调节的方式被设置。

因此，可基于车辆和目标之间的距离来适当地调节目标距离的分辨率和目标方位的分辨率，以针对目标来仔细搜索每个搜索区域，而存在于搜索区域之一中的目标可以被清楚地检测到。

例如，针对距车辆短距离的搜索区域，设置大的短时数据长度，以增加每个包括M个短时数据的时间序列的数据容量，而针对距车辆长距离的搜索区域，设置小的短时数据长度，以增加包括M个短时数据的时间序列的数目。因此，当目标位于车辆附近时，该装置可以高分辨率来检测目标距离，以使驾驶员能够适当地避免车辆与该目标碰撞。相反，当目标远离车辆时，该装置可以高分辨率来检测目标方位，以使驾驶员能够正确地辨识位于车辆前的目标。

优选地，该装置进一步具有用于检测车辆行驶状态的车辆行驶状态检测单元。数据长度确定单元根据行驶状态来确定多个距离值，并且以所确定的距离值来划分测量区域，以确定具有距车辆的不同距离范围的搜索区域。

利用这种配置的装置，当考虑车辆的行驶状态时，该装置可针对每个搜索区域来确定距车辆的距离范围。因此，可进一步适当地调节目标距离的分辨率和目标方位的分辨率。例如，当车辆停止时，确定低的距离值。相对照，当车辆高速行驶在高速公路上时，确定高的距离值。因此，可根据行驶状态来自动调节目标距离的分辨率和目标方位的分辨率，而且可稳定地检测车辆。

附图说明

图1是示出了发射信号和接收信号中的每个的频率变化的时间图以及示出了信号之间的频率差的变化的时间图；

图2是常规FM-CW型电子捷变雷达的框图；

图3A是示出了基于FFT的接收信号反射强度变化的视图；

图3B是主要示出图3A所示的反射强度变化的放大视图。

图4是根据本发明第一实施例使用电子捷变雷达的目标检测装置的框图；

图5是图4所示的Capon型相位信息提取块的框图；

图6是说明性地示出了根据第一实施例的扇形测量区域的三个搜索区域的视图；

图7是示意性地示出了根据第一实施例用于从经采样的数字数据中提取的短时间序列数据的处理的视图；

图8A是示出了根据第一实施例的测量范围设置表的一个实例的视图；

图8B是示出了根据第一实施例的数据长度表的一个实例的视图；

图9是示意性地示出了根据第一实施例用于获取Capon型相位信息的处理的视图；

图10A是示出了根据第一实施例的接收信号的反射强度变化的视图；

图10B是主要示出图10A所示的反射强度变化的放大视图；

图11是根据第一实施例的第一修改的使用电子捷变雷达的目标检测装置的框图；

图12是图11所示的可变数据长度型相位信息提取块的框图；

图13是根据第一实施例的第二修改的使用电子捷变雷达的目标检测装置的框图；

图14是图13所示的FFT型相位信息提取块的框图；以及

图15是根据第二实施例的图4所示的Capon型相位信息提取块的框图。

具体实施方式

下面参考附图来描述本发明的实施例，其中，除另外指出的以外，在整个说明书中，同样的参考标记指示同样的部件、结构单元或元件。第一实施例

图4是根据本发明第一实施例使用电子捷变雷达的目标检测装置的框图，而图5是图4所示的Capon型相位信息提取块的框图。图6是说明性地示出了通过划分位于当前车辆前的扇形测量区所确定的三个搜索区域的视图。图7是示意性地示出了从经采样的数字数据中提取的短时间序列数据的处理的视图。

图4所示的目标检测装置100的电子捷变雷达是用于频率调制连续波以获得具有载波的发射信号Tx并输出信号Tx的一种FM-CW类型的雷达。电子捷变雷达还是一种数字波束形成雷达，用于针对雷达中所接收的接收信号Rx来执行数字波束形成处理。微波被用作信号Tx的载波(或无线电波)。此外，检测装置100安装在停在停车场等或行驶在路上等的当前车辆的头部。通过测量当前车辆的装置100距目标的目标距离并测量自装置100的目标方位(即目标的方向或目标的方位角)，装置100检测前方目标，如位于当前车辆前面的在前车辆。装置100还测量当前车辆相对于目标的相对速度。当前车辆的电子控制单元(ECU)基于该装置100所检测的信息(目标距离、目标方位和相对速度)来控制当前车辆，以使当前车辆能够安全行驶，而不会与目标碰撞。

如图4所示，检测装置100具有相当于电子捷变雷达的收发器部50、目标检测部60和目标跟踪部70。部50具有用于生成具有调制波的发射信号Tx的第一压控振荡器(VCO)2、用于将信号Tx放大的放大器3、用于将信号Tx的一部分取出的分配器4、用于将分配器4中所分配的信号Tx的主要部分辐射为电磁波的发射天线5和接收阵列天线8。在VCO 2中，通过使用用于调制的直流电源(未示出)输出的受控电压、以频率调制宽度ΔF、针对频率FO的载波来进行三角波调制，使得生成了设置在频率F0±ΔF/2的调制波作为信号Tx。天线5具有四个单元天线(未示出)，以具有沿着水平方向的所期望的方向性。

天线8具有多个阵列天线单元6，其数目为K。K个频道#1，...，#k，...，及#K(k＝1，2，...，K)分别被分配给天线单元6。天线单元6等间隔沿直线排列。每个天线单元6具有两个单元天线(未示出)，以具有沿着水平方向的固定的方向性。天线单元6接收通过在前方目标上反射信号Tx所获得的多个接收信号Rx。

如图6所示，测量基点Zp位于当前车辆25的前表面25a上。例如，基点Zp位于车辆25的中心轴上，而天线5和8被设置在基点Zp以便被放置在沿着当前车辆的行进方向Z(即垂直于前表面25a的中心轴方向)的相同位置。天线5在行进方向Z上以角α(0＜α＜π弧度)的预定宽度来辐射信号Tx，以将信号Tx发射到从车辆25前的基点Zp变宽的扇形测量区域Rm中。天线8可接收从测量区域Rm发射的信号Rx。

部50进一步具有切换开关7、射频(RF)放大器9、混频器10、放大器11、低通滤波器(LPF)12、模数(A/D)转换器13、缓冲器14和第二VCO 15。VCO 15将采样频率Fs的采样时序信号输出到转换器13，而且将切换频率与采样频率Fs相等的时钟信号输出给开关7。

开关7响应于时钟信号，周期性地逐个选择天线单元6，以将每个所选的单元6连接到放大器9。开关7的切换操作是以电的方式执行的。天线单元6中所接收的信号Rx在开关7的切换操作中以时分的方式、以循环1/Fsw被复用。开关7并不以天线单元6的设置顺序来选择天线单元6，而是随机地进行选择。例如，当天线8具有对应5个频道的5个天线单元6时，开关7以第一频道、第三频道、第四频道、第五频道和第二频道的顺序来选择天线单元6。在这个实施例中，虽然针对天线单元6所接收的信号Rx使用开关7进行了时分复用，但是天线单元6所同时接收的信号Rx中的每个可以在相应的A/D转换器中被数字化。

放大器9将经过时分复用的信号放大，而混频器10将经放大的信号和从分配器4发送的发射信号Tx的一部分混频。在该混频中，接收信号Rx被下变换，并且生成了图1下部的图所示的拍频信号S3。经过复用的拍频信号S3具有指示同时发射和接收的发射信号Tx和接收信号Rx之间的频率差的分量。用于生成拍频信号S3的处理是已知的，例如，在所公布的日本专利首次公布No.H11-133142中披露。因此，这里省略了对生成拍频信号S3的处理的详细描述。

在收发器部50中所执行的三角波调制中，如下确定从当前车辆到目标的目标距离以及当前车辆相对于目标的相对速度。当相对速度V等于零时，用Fr表示拍频，而由Fd来表示基于相对速度V的多普勒频率。在向上时间段(即频率增加的时间段)中的拍频Fb1和在向下时间段(即频率减小的时间段)中的拍频Fb2由公式(1)和(2)来表示。

Fb1＝Fr-Fd …(1)

Fb2＝Fr+Fd …(2)

因此，当拍频Fb1和Fb2中的每个被测量时，根据公式(3)和(4)来确定拍频Fr和多普勒频率Fd。

Fr＝(Fb1+Fb2)/2 …(3)

Fd＝(Fb2-Fb1)/2 …(4)

根据公式(5)和(6)由拍频Fr和多普勒频率Fd来计算目标距离R和相对速度V。

R＝(C/(4×ΔF×Fm))×Fr …(5)

V＝(C/(2×F0))×Fd …(6)

符号C表示光速，而符号Fm表示FM调制的频率。

如稍后所描述的，根据针对每个天线单元6的频率搜索范围中的相位信息，计算与根据目标方位确定的到来方向对应的拍频信号S3的反射强度。根据随频率改变的反射强度，确定在向上时间段中的反射强度峰处的拍频Fb1和在向下时间段中的反射强度峰处的拍频Fb2。根据公式(3)至(6)，由确定的频率Fb1和Fb2来确定目标位置和相对速度。

此后，在放大器11中将拍频信号S3放大，并且在LPF 12中将该拍频信号S3的高频噪音去除。然后，在A/D转换器13中，针对拍频信号S3，以VCO 15的采样频率Fs来执行采样数字化(或量化)，以获取针对每个频道的N个接收数据DT1的时间序列(N是等于或大于3的整数)。针对每个频道的N个接收数据DT1指示该频道的天线单元6中所接收的信号Tx和信号Rx之间的N个频率差的时间序列。针对每个频道的N个接收数据DT1是以采样时间周期1/Fs从拍频信号S3中提取的。此外，用于获取针对每个频道的N个接收数据的时间序列的采样量化被重复SSN次(SSN是等于或大于1的整数)。因此，针对每个频道获得了SSN个包括N个接收数据的时间序列。接收数据DT1的总数等于K(频道的数目)×N(对于每个频道的采样的数目)×SSN(快照(snap shot)的数目)。这些接收数据DT1被一次累积在缓冲器14中，并被输出到目标检测部60。

通过接收数据矩阵X_s(t)来表示快照数目s(s＝1，2，...，SSN)时的包括N×K个接收数据DT1的块。通过矩阵X_s(t)的元素X_s(t)[k][n]来表示采样数目n(n＝1，2，...，N)和一个频道k(k＝1，2，...，K)时的一个接收数据DT1。根据公式(7)，通过使用N×K个元素X_s(t)[k][n]来表示矩阵X_s(t)。

此外，当前车辆的电子控制单元(ECU)具有数据长度确定单元40和车辆行驶状态检测单元41，如GPS导航系统、车辆速度传感器等。检测单元41基于车辆位置或车辆速度来检测车辆行驶状态。确定单元40响应于检测单元41中所检测的行驶状态来确定短时数据长度。下文将更加详细地描述单元40和41。

目标检测部60具有Capon型相位信息提取块30、相位校正单元32以及目标方位和距离确定单元33。如图5所示，提取块30具有带通滤波器(BPF)18、短时数据提取单元19、时间序列相关矩阵和逆矩阵计算单元20和Capon相位信息生成单元21。

BPF 18通过提取来自缓冲器14的预定频率范围中的数据，从缓冲区14接收SSN个快照和K个频道的接收数据DT1。如图7所示，提取单元19将接收数据DT1分成K个接收数据块RD，分别与针对每个快照的k个频道对应。每个接收数据块RD具有一个包括N个接收数据DT1的时间序列。然后，当提取单元19接收来自确定单元40的短时数据长度的信息时，提取单元19从每个接收数据块RD中重复地提取或切割具有所述短时数据长度的M(M＜N)个连续设置的接收数据DT1，作为短时数据的时间序列(即短时间序列数据)SD。在该提取中，提取单元19沿着时间轴，从先前刚提取的短时间序列数据SD的顶部位置，将当前要提取的短时间序列数据SD的顶部位置移动一个接收数据的数据长度。因此，从每个接收数据块RD中获取了N-M+1个短时间序列数据SD。换句话说，在本实施例中重要的是，从一个包括N个接收数据DT1的时间序列中获取了N-M+1个短时数据SD的时间序列。N-M+1个短时间序列数据SD沿着时间轴彼此交迭。

更具体地，从针对每个快照的每个接收数据块RD中，提取第一短时间序列数据SD₁、第二短时间序列数据SD₂、...、第p(p＝1，2，...，N-M+1)短时间序列数据SD_p、...、第N-M+1短时间序列数据SD_N-M+1。第一短时间序列数据SD₁表示一个所接收的数据X_s(t)[k][1]到X_s(t)[k][M]的时间序列，第二短时间序列数据SD₂表示一个所接收的数据X_s(t)[k][2]到X_s(t)[k][M+1]的时间序列，...，第p短时间序列数据SD_p表示一个所接收的数据X_s(t)[k][p]到X_s(t)[k][p+M-1]的时间序列，...，第N-M+1短时间序列数据SD_N-M+1表示一个所接收的数据X_s(t)[k][N-M+1]到X_s(t)[k][N]的时间序列。每个频道的这些短时时间序列数据SD由针对每个快照的矩阵形式来表示，而且提取单元19生成具有N-M+1个短时间序列数据SD作为元素的短时数据矩阵X_sk(t)。即，提取单元19根据针对每个快照的从BPF18输出的接收数据DT1来生成每个频道的矩阵X_sk(t)。根据公式(8)来表示针对频道数目k和快照数目s的矩阵X_sk(t)。

将参考图6、图8A和图8B来详细地描述单元40和41中短时数据长度的确定。图8A是示出测量范围设置表的一个实例的视图。图8B是示出数据长度表的一个实例的视图。

检测单元41检测到当前车辆处于某种车辆行驶状态，如停止状态、普通公路行驶状态或高速公路行驶状态。例如，汽车导航系统的全球定位系统(GPS)检测该车辆的当前位置，而检测单元41基于所述当前位置来判断车辆是处于停止状态、普通公路行驶状态还是高速公路行驶状态。检测单元41可以根据车辆行驶的速度(如停止状态、低速状态、中速状态或高速状态)来检测车辆行驶状态。例如，车辆速度传感器检测车辆的当前速度，而检测单元41基于该当前速度来判断车辆是处于停止状态、高于0km/hr且等于或低于20km/hr的低速行驶状态、高于20km/hr且等于或低于60km/hr的中速行驶状态还是超过60km/hr的高速行驶状态。检测单元41将所检测的车辆行驶状态的信息输出给确定单元40。在检测单元41中所辨别的行驶状态的数目是三个或四个。然而，检测单元41可以从两个类型的车辆行驶状态中检测出一个状态，或可以从五个或更多类型的车辆行驶状态中检测出一个状态。

确定单元41根据单元41中所确定的行驶状态来确定距当前车辆的距离的多个值(图6所示的L1和L2)，以所确定的距离值将测量区域Rm分成多个搜索区域(图6所示的AS1、AS2和AS3)，以确定具有距当前车辆的不同距离范围的搜索区域值，并确定针对每个所确定的搜索区域的短时数据长度。检测装置100针对目标搜索每个搜索区域。短时数据长度等于M个接收数据的长度(M是等于或大于2的可变整数，并且M＜N)，而值M是针对每个搜索区域来确定的。

如图6所示，例如，确定单元基于距车辆5的距离将测量区域Rm分成三个搜索区域AS1、AS2和AS3。短距离搜索区域AS1位于从0至L1(L1＞0)的距离内，中距离搜索区域AS2位于从L1至L2(L2＞L1)的距离内，而长距离搜索区域位于大于距离L2。确定单元40可以将测量区域Rm分成两个搜索区域，或四个或更多个搜索区域。当接收停止状态、普通公路行驶状态、低速行驶状态或中速行驶状态时，确定单元40可以将测量区域Rm分成三个搜索区域。当接收高速公路行驶状态或高速行驶状态时，确定单元40可以将测量区域Rm分成两个搜索区域。

确定单元40具有如图8A所示的测量范围设置表Tb1，而且通过参考表Tb1，根据从检测单元41所接收的车辆行驶状态来可变地设置搜索区域AS1、AS2和AS3。如图8A所示，在表Tb1中，距离L1和L2的第一设置与停止状态相关，距离L1和L2的第二设置与普通公路行驶状态相关，而距离L1和L2的第三设置与高速公路行驶状态相关。例如，第二设置中的距离L1和L2(即10m和20m)被设置为大于第一设置中的距离L1和L2(即5m和10m)，而第三设置中的距离L1和L2(即20m和40m)被设置为长于第二设置中的距离L1和L2。距离L1和L2可以针对停止状态、低速行驶状态、中速行驶状态和高速行驶状态中的每个来设置。因此，确定单元40响应于所接收的车辆行驶状态来选择距离L1和L2的一个设置，并基于所选的设置来设置搜索区域AS1至AS3。

确定单元40具有图8B所示的数据长度表Tb2，而且通过参考这个表Tb2，可变地确定针对每个搜索区域的短时数据长度。如图8B所示，在表Tb2中，搜索区域AS1与等于M1个接收数据的长度的长数据长度相关，搜索区域AS2与等于M2个接收数据的长度的中数据长度相关，而搜索区域AS3与等于M3个接收数据的长度的短数据长度相关(N＞M1＞M2＞M3)。针对每个搜索区域，提取单元19生成矩阵X_sk(t)，而且获得M＝M1时的矩阵X_sk(t)、M＝M2时的矩阵X_sk(t)和M＝M3时的矩阵X_sk(t)。

计算单元20根据针对每个搜索区域的矩阵X_sk(t)来计算时间序列相关矩阵R_ff(t)。正如众所周知的，根据公式(9)来表示针对矩阵X_sk(t)的相关矩阵R_ff(t)。

R_{ff} (t) = \frac{1}{SSN \times K \times (N - M + 1)} Σ_{S = 1}^{SSN} Σ_{k = 1}^{K} x_{sk} (t) X_{sk}^{H} (t) - - - (9)

X_sk ^H(t)指示矩阵X_sk(t)的共轭和转置矩阵。于是，针对每个搜索区域的矩阵R_ff(t)，计算单元20推定或计算矩阵R_ff(t)的逆矩阵R_ff ^-1(t)。

Capon相位信息生成单元21根据矩阵X_sk ^H(t)和矩阵R_ff ^-1(t)来生成Capon相位信息矩阵C_ks(t)，C_ks(t)指示Capon相位信息。更具体地，任意频率f的傅立叶变换向量a_f通常根据公式(10)通过使用变量j(j＝1，2，...，N-M+1)和设置在提取单元19中的时间Ts(＝1/Fs)的采样周期来表示。

a_{f} = (\begin{matrix} 1 \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ \exp (2 π \times i \times f \times T_{s} \times (j - 1) \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ \exp (2 π \times i \times f \times T_{s} \times (N - M) \end{matrix}) . . . (10)

正如众所周知的，根据公式(11)通过使用矩阵R_ff ^-1(t)、向量a_f、向量a_f的共轭和转置矩阵a_f ^H，将针对频率f的时间为t的Capon权重w_f(t)表示为一个向量。

w_{f} (t) = \frac{R_{ff}^{- 1} (t) a_{f}}{a_{f}^{H} R_{ff}^{- 1} (t) a_{f}} \cdot \cdot \cdot (11)

当接收数据应该在生成单元21中在频率f1、f2、...、fn所指示的范围(即信号Tx和信号Rx之间的频率差的范围)中被处理时，根据公式(12)来表示具有Capon权重w_f1(t)至w_fn(t)作为元素的Capon相位提取矩阵W(t)。

W_(t)＝[w_f1(t)，…，w_fn(t)] …(12)

因此，根据公式(13)来表示在一个快照s中一个任意频道k的天线单元6中的Capon相位信息矩阵C_ks(t)。

C_{ks} (t) = X_{sk}^{H} (t) W_{(t)} \cdot \cdot \cdot (13)

图9中示意性地示出了作为矩阵X_sk ^H(t)和矩阵W(t)的乘积所获得的矩阵C_ks(t)。图9是示意性地示出了用于获得Capon型相位信息的处理的视图。如图9所示，针对每个天线单元6，在一个快照中获得了Capon相位信息的(N-M+1)个时间序列。因为信息的(N-M+1)个时间序列是从一个包括N个接收数据DT1的序列中获得的，所以，所获得的时间序列的数目基本上变成(N-M+1)倍。换句话说，针对每个快照，基本上可以获得与(N-M+1)个快照对应的(N-M+1)个短时间序列数据。因此，因为原始快照的数目等于SSN，所以基本上获得了SSN×(N-M+1)个快照中的SSN×(N-M+1)个短时间序列数据。

相位校正单元32以与根据公知的过程校正FFT型相位信息相同的方式来校正由矩阵C_ks(t)所指示的Capon相位信息。确定单元33根据针对每个搜索区域的各频道的经校正的Capon相位信息之间相位差来确定目标方位。此外，确定单元33基于针对每个搜索区域的目标方位、根据频率f1、f2、...、和fn的范围中的各频道的Capon相位信息来计算拍频信号S3的反射强度，并根据公式(3)至(8)、根据反射强度来确定目标位置和相对速度。

响应于目标方位、目标方向和相对速度，目标跟踪部70的跟踪处理单元71对检测装置100的雷达进行控制，以锁定目标。然后，针对锁定的目标，执行沿时间轴的跟踪操作。该跟踪操作是众所周知的，并被公开于例如所公布的日本专利首次公布No.2003-270341中。因此，这里省略了对该处理的详细描述。

在这个实施例中，执行在微处理器、数字数据处理器等中安装的软件程序，以在目标检测部60和目标跟踪部70中进行数据处理。然而，可以在半导体器件的集成电路(如现场可编程门阵列(FPGA)、大规模集成电路(LSI)等)中执行目标检测部60和目标跟踪部70中的数据处理。

如上所述，确定单元40将测量区域Rm分成了距当前车辆不同距离的搜索区域AS1至AS3，并确定可针对搜索区域AS1至AS3的短时数据长度M(M1、M2和M3满足M1＞M2＞M3的关系)。针对每个搜索区域，从每个频道的一个包括N个接收数据DT1(M＜N)的时间序列中提取(N-M+1)个短时数据SD的时间序列，以生成每个频道的一个短时矩阵X_sk(t)，根据每个矩阵X_sk(t)来计算相关矩阵R_ff(t)，以计算或推定矩阵R_ff(t)的逆矩阵R_ff ^-1(t)，并根据矩阵R_ff ^-1(t)来计算Capon相位信息矩阵C_ks(t)。然后，基于搜索区域AS1至AS3和频道的矩阵C_ks(t)来检测目标距离和目标方位。

例如，当检测装置100针对目标来对测量区域Rm的短距离区域(即AS1或AS2)进行搜索时，需要以高分辨率来确定目标距离，而允许以相对低的分辨率确定目标方位。因此，目标检测部60确定与M(即M1或M2)个接收数据的长度对应的长数据长度，分别提取(N-M+1)个具有相对大的数据容量的短时间序列数据SD，并根据从(N-M+1)个短时间序列数据SD中导出的相位信息来检测该目标。在这个目标检测中，因为每个短时间序列数据SD的数据容量是相对大的，所以，可以较高的分辨率来确定目标距离。相对照，因为快照的数目(N-M+1)×SSN被实质上降低，所以，目标方位是以相对低的分辨率确定的。

当检测装置100的雷达针对目标对测量区域Rm的长距离区域(即AS3或AS2)搜索时，需要以高分辨率来确定目标方位，而允许以相对低的分辨率来确定目标方位。因此，目标检测部件60确定与M(即M3或M2)个接收数据的长度对应的短数据长度，分别提取(N-M+1)个具有相对小的数据容量的短时间序列数据SD，并根据从(N-M+1)个短时间序列数据SD中导出的相位信息来检测该目标。在这个目标检测中，因为每个短时间序列数据SD的数据容量是相对小的，所以，可充分增加用于确定目标方位的快照的数目(N-M+1)×SSN。因此，可以较高的分辨率来确定目标距离。相对照，因为每个短时间序列数据SD的数据容量小，目标方位是以相对低的分辨率来确定的。

相应地，因为在考虑每个搜索区域距当前车辆的距离的情况下，装置100针对每个搜索区域来设置每个短时间序列数据SD的数据容量，所以，可以适当地调节目标距离的分辨率和目标方位的分辨率，以针对该目标来仔细搜索每个搜索区域，并可清楚地检测到该目标。

此外，因为从一个包括N个接收数据DT1的时间序列中提取了(N-M+1)个短时间数据SD的时间序列，所以，快照的数目可被充分地增加(N-M+1)倍。因此，可以提高目标方位的分辨率。

而且，确定单元40根据车辆行驶状态来确定距当前车辆的距离值L1和L2，并以距离值L1和L2来划分测量区域Rm，以确定测量区域Rm中的搜索区域AS1至AS3。因此，在考虑当前车辆所行驶或停泊的公路的类型(如普通公路或高速公路或停车场)的情况下，或在考虑当前车辆的行驶速度的情况下，装置100可以对测量区域Rm中的短距离区域和长距离区域进行自动且适当地改变。因此，可生成适合于行驶状态的相位信息，以适当地调节目标距离的分辨率和目标方位的分辨率，而且可以适当地检测到目标。此外，因为装置100可以在考虑所检测的行驶状态的情况下自动改变短距离区域和长距离区域，所以当前车辆的驾驶员无需调节分辨率。

图10A和图10B示出了根据这个实施例的目标检测结果。图10A是示出了基于Capon相位信息矩阵C_ks(t)所指示的Capon相位信息的接收信号Rx的反射强度变化的视图，而图10B是主要示出图10A所示的反射强度变化的放大视图。第一目标B1实际上位于距当前车辆约3.7m的第一短距离处，而第二目标B2实际上位于距当前车辆约5.2m的第二短距离。针对五个天线单元1L、2L、3L、4L和5L中的每个检测接收信号S2。根据针对每个搜索区域的矩阵C_ks(t)来获得每个天线单元的Capon相位信息。根据针对每个天线单元的频率f1、f2、...、和fn的范围中的Capon相位信息来计算来自目标方位所确定的到来方向的信号Rx的反射强度。频率对应于距车辆的距离。

如图10A和图10B所示，Capon相位信息的反射强度在第一目标B1的位置处具有第一峰，并且在第一目标B2的位置处具有第二峰。与图3A和图3B所示的相比，这个结果示出了较短目标距离的分辨率被提高，而且这些峰彼此之间被清楚地区分出来。

因此，因为目标距离和目标方位是根据从短时间序列数据SD和Capon权重而导出的Capon相位信息来计算的，所以，可以基于具有高精度的Capon特殊特性来区分地检测出各目标。

在这个实施例中，每次提取了短时间序列数据SD时，提取单元19将短时间序列数据SD的位置移动一个接收数据的数据长度。然而，每次提取了短时间序列数据SD时，提取单元19可以将短时间序列数据SD的位置移动两个或更多个接收数据的数据长度。此外，提取单元19可以从每个包括N个接收数据的时间序列中任意地提取N-M+1个短时间序列数据。

此外，基于搜索区域距当前车辆的距离，针对每个搜索区域，可变地调节从接收数据中提取的短时间序列数据的数据长度，以改变目标距离的分辨率和目标方位的分辨率，而且使用由Capon相位信息矩阵C_ks(t)所指示的Capon相位信息来检测目标。然而，在针对每个搜索区域可变地调节短时间序列数据的数据长度的情况下，可使用根据快速傅立叶变换(FFT)等、根据短时间序列数据来计算的相位信息来代替Capon相位信息。第一实施例的第一修改

图11是根据第一实施例的第一修改使用电子捷变雷达的目标检测装置的框图，而图12是图11所示的可变数据长度型相位信息提取块的框图。

如图11所示，目标检测装置110与图4所示的装置100不同之处在于：装置110具有可变数据长度型相位信息提取块42来代替块30。提取块42从接收数据DT中提取由短时间序列数据来表示的相位信息，该短时间序列数据的数据长度基于搜索区域距当前车辆的距离来可变地调节。

如图12所示，提取块42具有BPF 18、提取单元19和相位信息生成单元43。生成单元43根据每次快照的针对每个搜索区域的任意变换、从每个频道的(N-M+1)个包括M个短时数据的时间序列中生成相位信息。在单元32和33中对单元43的相位信息进行处理，而且在可变地调节目标距离的分辨率和目标方位的分辨率的情况下检测到目标。

因此，相位信息不限于Capon相位信息。

第一实施例的第二修改

图13是根据第一实施例的第二修改的使用电子捷变雷达的目标检测装置的框图，而图14是图13所示的FFT型相位信息提取块的框图。

如图13所示，目标检测装置120与图4所示的装置100不同之处在于：装置120具有FFT型相位信息提取块44来代替块30。提取块44从根据FFT的接收数据DT中提取由短时间序列数据所表示的相位信息，该短时间序列数据的数据长度基于搜索区域距当前车辆的距离来可变地调节。

如图14所示，提取块44具有BPF 18、提取单元19和基于FFT的相位信息生成单元45。生成单元45根据针对每个搜索区域的FFT、从每个频道的(N-M+1)个包括M个短时数据的时间序列中生成FFT型相位信息。在单元32和33中对单元45的FFT型相位信息进行处理，而且在可变地调节目标距离的分辨率和目标方位的分辨率的情况下检测到目标。

因此，虽然FFT型相位信息的精度劣于Capon相位信息的精度，但是在生成FFT型相位信息的过程中计算复杂度可以降低。

第二实施例

通常当根据基矩阵来计算逆矩阵时，不仅增加了计算复杂性，使得计算成本增加，而且要求基矩阵为正则矩阵。因此，为了计算相关矩阵R_ff(t)的逆矩阵R_ff ^-1(t)，要求将短时数据矩阵X_sk(t)设置为等于或低于(N-M+1)×SSN的数据尺寸。为了避免逆矩阵计算中的这个问题，在这个实施例中，使用在前时间的矩阵R_ff ^-1(t-1)根据递归最小二乘(RLS)法来推定和计算矩阵R_ff ^-1(t)。

图15是根据第二实施例的图4所示的Capon型相位信息提取块的框图。如图15所示，提取块30具有BPF 18、提取单元19、时间序列相关矩阵和逆矩阵计算单元46以及生成单元21。通过使用矩阵X_sk(t)和X_sk ^H(t)、在前时间的逆矩阵R_ff ^-1(t-1)、单位矩阵I、忘却因子α(0＜α＜1)和正的常数δ，根据使用RLS法的串行处理，计算单元46针对每个搜索区域来推定或计算矩阵R_ff(t)的逆矩阵R_ff ^-1(t)。公式(14)表示了矩阵R_ff ^-1(t)的计算。

\{\begin{matrix} E_{ff}^{- 1} (0) = δ^{- 1} I \\ R_{ff}^{- 1} (t) = \frac{1}{α} R_{ff}^{- 1} (t - 1) - \frac{Σ_{S = 1}^{SSN} Σ_{k = 1}^{K} R_{ff}^{- 1} (t - 1) X_{sk} X_{sk}^{H} R_{ff}^{- 1} (t - 1)}{α^{2} + α Σ_{S = 1}^{SSN} Σ_{k = 1}^{K} X_{Sk}^{H} R_{ff}^{- 1} (t - 1) X_{sk}} \end{matrix} \cdot \cdot \cdot (14)

例如，该计算公开于KIKUMA所写的“Adaptive Antenna Technique”中。

因此，因为矩阵R_ff(t)的逆矩阵R_ff ^-1(t)是根据使用RLS法的串行处理来推定和计算的，所以降低了在推定和计算矩阵R_ff ^-1(t)的过程中的计算复杂度。此外，即使当短时数据矩阵X_sk(t)具有大的数据尺寸时，也可以可靠地获得矩阵R_ff ^-1(t)。

Claims

1.一种设置在车辆上的目标检测装置，其包括：

收发器部，其将具有频率调制连续波的第一信号发射到测量区域中，接收从所述测量区域发射的第二信号，并生成拍频信号，该拍频信号指示所述第一和第二信号之间的频率差；

接收数据生成单元，其根据所述拍频信号来生成包括N个接收数据的时间序列，N是等于或大于3的整数；

数据长度确定单元，其根据距所述车辆的距离将所述测量区域分成多个搜索区域，并且确定针对所述搜索区域的每个的短时数据长度，针对每个搜索区域的短时数据长度不同于针对其他搜索区域的短时数据长度；

短时数据提取单元，其从针对所述搜索区域的每个的所述N个接收数据中提取多个包括M个短时数据的时间序列，所述包括M个短时数据的时间序列具有所述短时数据长度，M＜N；

相位信息生成单元，其根据针对所述搜索区域的每个的所述多个包括M个短时数据的时间序列来生成相位信息；以及

目标检测单元，其基于所述搜索区域的相位信息来确定从所述车辆到所述搜索区域之一中存在的目标的距离和所述目标相对于所述车辆的目标方位，并根据所述目标距离和所述目标方位来检测所述目标。

2.根据权利要求1所述的装置，其进一步包括：

车辆行驶状态检测单元，其检测所述车辆的行驶状态，

其中所述数据长度确定单元适于根据所述行驶状态来确定多个距离值，并以所确定的距离来划分所述测量区域，以确定具有距所述车辆的不同距离范围的搜索区域。

3.根据权利要求2所述的装置，其中所述车辆行驶状态检测单元适于检测作为所述车辆的行驶状态的车辆停止状态、普通公路行驶状态或高速公路行驶状态，而所述数据长度确定单元适于：当所述车辆行驶状态检测单元检测到所述高速公路行驶状态时，确定高距离值，当所述车辆行驶状态检测单元检测到所述普通公路行驶状态时，确定中距离值，以及当所述车辆行驶状态检测单元检测到所述车辆停止状态时，确定低距离值。

4.根据权利要求2所述的装置，其中所述车辆行驶状态检测单元适于根据所述车辆的行驶速度来检测所述行驶状态，所述车辆的行驶速度包括所述车辆的停止。

5.根据权利要求1所述的装置，其中所述相位信息生成单元适于根据快速傅立叶变换将所述多个包括M个短时数据的时间序列变换成所述相位信息。

6.根据权利要求1所述的装置，其中所述相位信息生成单元包括：

时间序列相关矩阵和逆矩阵计算块，其根据所述多个包括M个短时数据的时间序列来计算时间序列相关矩阵，并计算所述时间序列相关矩阵的逆矩阵；以及

Capon相位信息生成块，其根据所述逆矩阵来计算Capon权重，并根据所述多个包括M个短时数据的时间序列和所述Capon权重来计算Capon相位信息。

7.根据权利要求6所述的装置，其中所述时间序列相关矩阵和逆矩阵计算块适于：通过使用在前时间的逆矩阵，根据递归最小二乘(RLS)法来推定当前时间的逆矩阵。

8.根据权利要求1所述的装置，其中所述数据长度确定单元适于：延长针对一个距所述车辆长距离的搜索区域的数据长度，并缩短针对一个距所述车辆短距离的搜索区域的数据长度。

9.根据权利要求1所述的装置，其中所述短时数据提取单元适于：从所述N个接收数据中提取所述多个包括M个短时数据的时间序列，同时在每次提取一个包括M个短时数据的时间序列时，将所述包括M个短时数据的时间序列在所述N个接收数据上移动预定的数据长度，M＜N。

10.根据权利要求1所述的装置，其中所述收发器部包括：

信号发射单元，其对连续波进行频率调制，以获得所述第一信号，并将所述第一信号辐射到所述测量区域；

信号接收单元，其具有分别与多个频道对应的多个接收器元件，在所述接收器元件的每个中接收来自所述测量区域的第二信号；以及

拍频信号生成单元，其将所述接收器元件的每个中所接收的所述第一信号和所述第二信号混频，以生成针对所述频道的每个的拍频信号，

其中所述接收数据生成单元适于生成针对所述频道的每个的包括N个接收数据的时间序列，所述短时数据提取单元适于提取针对所述频道的每个的所述多个包括M个短时数据的时间序列，所述相位信息生成单元适于生成针对所述频道的每个的相位信息，而所述目标检测单元适于基于所述频道的相位信息来检测所述目标。