CN101430378B - 实现目标体方向的精确检测的车辆安装方向检测设备 - Google Patents

Abstract

一种安装在车辆上的方向检测设备，其根据车辆速度来被控制，以通过将高分辨率检测处理或低分辨率检测处理选择性地应用于从雷达设备的阵列天线的单元获得的接收信号来检测一个或多个目标体的相应方向，其中该选择是根据速度是否达到预定阈值来决定的。高分辨率检测处理基于接收信号之间的相关性，利用零扫描型算法如MUSIC，而低分辨率检测处理则例如基于数字波束形成。

Description

实现目标体方向的精确检测的车辆安装方向检测设备

技术领域

本发明涉及一种方向检测设备，该方向检测设备基于由阵列天线接收的信号来估算电磁波的到来方向。

具体而言，本发明涉及一种以安装在车辆上的雷达设备实现的方向检测设备，该方向检测设备发射雷达波，并基于来自目标体的反射波的相应到来方向来检测目标体的方向。

背景技术

已知多种进行方向检测的雷达设备，它们具有用于接收雷达波的、由多个天线单元构成的阵列天线。从雷达设备发射的雷达波从目标体反射，雷达波所导致的相应接收信号从天线单元获得。雷达波的到来方向以及因此从雷达设备到目标体的方向基于这些接收信号来估算。已知用于实现这一点的各种方法，包括波束扫描法如数字波束形成(DBF)和零扫描法如MUSIC(多信号分类)。对于波束扫描法，每个目标体的方向使用由阵列天线获得的接收信号图案的相应主瓣来估算，从而使方向检测分辨率由天线的波束宽度决定。对于零扫描法，由于利用了具有窄半角的阵列天线的零点，所以可达到高的方向检测分辨率。这例如在日本的科学技术出版社于1998年出版的、作者为Nobuo Kikuma的“Adaptive Signal Processingby Array Antenna”(第194-199页)中进行了描述，该文献在下文中称为参考文献1。

在安装在车辆(下文中为说明简洁起见称为“本地车辆”)上的、用于检测诸如环境中其它车辆的物体的雷达设备的情形下，可供系统安装用的空间非常有限。雷达系统的总体尺寸主要由天线设备的尺寸决定，所以希望使天线尽可能紧凑。

图5中的图(a)图示了一种雷达设备的情形，该雷达设备利用波束扫描法来基于检测接收信号强度/方向谱(DBF谱)(即，从雷达设备的阵列天线的各单元获得的接收信号强度水平所组成的图案)的主瓣来检测目标体的方向。这种方法出现这样的问题：由于阵列天线的波束宽度大，所以方向检测分辨率低。因此，当多个目标体靠拢时，该设备可能不能区分该多个目标体的相应方向。而且，如果必须使天线尺寸小(即，天线孔径小)，则天线的波束宽度变大，使得基于接收信号图案的主瓣的方向检测的分辨率相应地变低。

另一方面，对于零扫描型算法如MUSIC，即使使天线尺寸小，也可达到高的方向检测分辨率。然而，当目标体的速度之差很低或为零(例如当本地车辆和目标体停下时发生)时，该设备变得难以精确检测目标体的方向(如图5中的图(b)所示)。

也就是说，如果目标体和本地车辆静止，使得目标体的速度之间没有差异，则从目标体到来的相应反射波将具有强的相关性。具体而言，来自任何一对目标体的反射波的相应相位之差都将不随时间变化。对于零扫描型算法如MUSIC，入射的反射波的到来方向基于这里称为观察矩阵的相关矩阵来获得，观察矩阵基于来自阵列天线的各单元的接收信号来建立。考虑针对每个天线单元获得的接收信号，当信号包含与多个入射的反射波(从各自不同的方向到来)对应的分量、且这些信号分量具有强的相关性时，系统将判定反射雷达波沿着单个方向(即，从单个目标体)到来。因此，使用诸如MUSIC的算法不能精确检测目标体的相应方向。这里，“相关性”表示一对这样的信号分量(构成了来自天线单元的接收信号)之间的相位差不随时间变化。

如上述参考文献1的第247-263页中所述，已知这样一种方法：其抑制从不同方向到来的入射雷达波之间的相关性，从而利用空间平均生成相关矩阵。对于该方法，指定阵列天线的天线单元的数量为M、子阵列的天线单元的数量为K(<M)，则各天线信号从分别平移了一个单元位置的子阵列(即，从总共N个子阵列(其中N＝M-K+1))获得。所需的相关矩阵(在估算期望方向时使用)通过对基于从各子阵列获得的天线信号的集合导出的相关矩阵取空间平均来获得。

也就是说，从不同方向到来的入射波之间的相位关系由波的接收点决定。通过导出通过连续平移接收点而获得的相应相关矩阵、并使用这些矩阵中的值的平均来导出用于最终相关矩阵的值，可抑制入射波之间的相关性对最终相关矩阵的影响。

然而，可检测的不同方向的数量由相关矩阵的阶(即，由构成阵列天线的天线单元的数量)决定。如果如上所述那样利用分别从多个连续平移的天线子阵列获得的相关矩阵的空间平均，则出现这样的问题：其方向可被分别检测的目标体的数量将减少。

特别而言，如果要使雷达设备的尺寸紧凑，从而使阵列天线必须小，则这成为严重的问题。

发明内容

本发明的目的是克服上述问题，方法是提供一种安装在车辆上的方向检测设备，从而能可靠地检测目标体的相应方向，具体而言，从而当安装有该设备的车辆低速行驶或停下时，其方向可被同时分别检测的目标体的数量不减少。

为了实现上述目的，根据第一方面，本发明提供了一种安装在车辆上的方向检测设备，该设备包括：发射电磁波的发射天线；以及包括多个天线单元的阵列天线，用于当发射波分别从一个或多个目标体反射时接收反射电磁波。当这样的反射波被接收时，相应接收信号从天线单元获得，并且该设备基于接收信号检测该一个或多个目标体的方向。

该设备还包括第一方向检测装置和第二方向检测装置。第一方向检测装置通过将观察矩阵(即，相关矩阵，表示来自天线单元的接收信号之间的相关关系)应用于零扫描型方向检测算法来获得目标体方向。

第二方向检测装置利用从阵列天线获得的接收信号图案的主瓣来检测目标体方向，并且与第一方向检测装置相比具有较低的方向检测分辨率。

该设备进一步包括选择器装置，选择器装置获取车辆当前行驶的速度，如果速度超过预定阈值，则选择第一方向检测装置来进行方向检测，而如果速度未超过该阈值，则选择第二方向检测装置来进行方向检测。

可以将速度阈值设为0km/h，使得仅当本地车辆停下时才选择第二方向检测装置。然而，优选的是将阈值设置为大于零的值，以确保当本地车辆因拥挤的交通状况而在走走停停的状况下工作(即，交替地低速移动和停下)时，选择装置将不进行重复的连续选择操作。

当本地车辆缓慢行驶或停下时，其方向要被检测的目标体一般位于本地车辆附近，且一般只需在这种行驶状况期间检测这种位于附近的目标体的方向。对于任何特定尺寸的目标体而言，目标体越近，其尺寸与方向检测设备的波束宽度相比就越大。因此，在本地车辆缓慢行驶或停下的状况期间，使用第二方向检测装置而不管其相对低的方向检测分辨率，通常将达到足够的方向检测精度。

因此，对于本发明，通常(即，当本地车辆以正常速度行驶时)使用具有高的方向检测分辨率的第一方向检测装置进行方向检测。然而，当本地车辆在难以用第一方向检测装置实现检测而可使用第二方向检测装置获得足够精度的状况下(且仅在这样的状况下)行驶时，使用第二方向检测装置进行方向检测。

因此，无论安装有该设备的车辆的行驶速度如何均可实现可靠的方向检测，而其方向可由该设备分别区分的目标体的数量不减少(减少的原因是车辆停下或低速移动)。

根据第二方面，本发明提供了一种甚至当本地车辆低速行驶或停下时也能达到高的方向检测精度的方向检测设备。对于该设备，如果车辆速度不超过阈值，使得不选择前述第一方向检测装置来进行方向检测，则第二方向检测装置检测目标体的近似方向。然后第三方向检测装置限定以该近似方向为中心的多个附加方向。还生成准观察矩阵，准观察矩阵是这样的相关矩阵：其表示在反射波沿着附加方向到达之后将被阵列天线接收的情况下将从天线单元获得的相应推定接收信号之间的相关关系。

然后第三方向检测装置通过将准观察矩阵与观察矩阵相加来导出附加观察矩阵(即，附加相关矩阵)。然后在方向检测计算中使用该附加观察矩阵，该方向检测计算采用与第一方向检测装置的检测算法相同的检测算法(例如MUSIC)。

对于这样的方向检测设备，如果例如雷达波从两个不同方向到达天线(从两个目标体反射)并且相应反射雷达波之间存在强的相关性，则在这些到来方向中的至少一个方向与附加方向之一基本重合的情况下，相关性(如附加矩阵中表示的)将被有效地破坏。

因此，附加观察矩阵可与适当的方向检测方法如MUSIC算法一起使用，以可靠地检测使雷达波反射的一个或多个目标体的相应方向，即使目标体静止、靠拢和位于附近。

对于这样的方向检测设备，即使雷达波从多个不同方向到达天线(即，从多个目标体反射)并且从不同方向到达的雷达波之间存在相当大程度的相关性，则将准观察矩阵与测量矩阵相加的效果是破坏该相关性。因此，所得附加测量矩阵可与适当的方向检测方法如MUSIC算法一起使用，以可靠地检测使雷达波反射的一个或多个目标体的相应方向，即使本地车辆和目标体是静止的。

因此，从本发明的此方面可知，如果本地车辆的速度不超过阈值，则第三方向检测装置使用与第一方向检测装置所使用的估算算法相同的估算算法来进行方向检测，使得可实现精确的检测。

根据第三方面，本发明提供了一种具有近似方向检测装置的方向检测设备，该近似方向检测装置利用DBF(数字波束形成)、基于阵列天线的信号接收图案的主瓣来近似检测一个或多个目标体的方向。然后生成表示来自阵列天线的天线单元的实际接收信号之间的相关关系的观察矩阵。此外，导出如上所述那样表示多个附加方向之间的相关性的准观察矩阵，并将准观察矩阵与观察矩阵相加以获得其中消除了相关性的影响的附加观察矩阵。然后在执行能够实现比近似方向检测分辨率高的检测分辨率的方向检测算法(如MUSIC算法)时使用附加观察矩阵。因此，无论目标体和本地车辆的速度如何，仅利用单个处理序列就可以高的分辨率实现精确的方向检测。

附图说明

图1是脉冲雷达设备的实施例的框图；

图2是用于描述由该实施例中的测量控制部分对RF电路部分进行的工作控制的时序图；

图3是由该实施例的处理执行部分执行的、针对目标体检测进行的处理的流程图；

图4示出了用于描述当安装有雷达设备的车辆的速度低于预定值时由该实施例执行的方向检测处理的图；

图5示出了用于描述使用雷达设备的现有技术的方向检测方法中出现的问题的图；以及

图6是用于描述具有单个处理序列的可替选实施例的流程图。

具体实施方式

图1是脉冲雷达设备1的框图，脉冲雷达设备1安装在本地车辆上，检测环境中的其它车辆、行人、障碍物等的相应方向。如图1所示，脉冲雷达设备1包括发射天线3、接收天线5、RF放大器电路部分7和信号处理部分9。发射天线3发射雷达波，接收天线5接收从发射天线3发射后从目标体反射的雷达波。RF放大器电路部分7以一系列高频脉冲生成发射信号，这一系列高频脉冲被提供给发射天线3；RF放大器电路部分7还处理从接收天线5提供的接收信号。信号处理部分9控制RF放大器电路部分7的工作，并且检测与使雷达波反射的目标体有关的信息(下文中称为目标体信息)，其中目标体信息是从接收信号导出的。发射天线3是贴片天线。接收天线5是这样的线性阵列天线：其具有分别是平行且等距排列的贴片天线的K个天线单元(其中K是大于1的整数)，其中相邻天线单元之间的间距为d。

RF电路部分

RF放大器电路部分7包括振荡器11、分路器12、发射开关13、放大器14、本地振荡器信号开关15和相移电路16。振荡器11生成毫米波段内(对于此实施例，26GHz波段内)的高频信号。分路器12将来自振荡器11的高频信号的路径分成主高频信号和本地振荡器信号的路径。发射开关13由从信号处理部分9提供的定时脉冲ST控制，以经由放大器14向发射天线3提供具有固定脉冲宽度的连续高频信号脉冲，其中脉冲宽度由定时信号ST决定。放大器14对高频信号脉冲进行放大，然后向发射天线3提供高频信号脉冲作为发射信号。

在由通过延迟定时信号ST而形成的门信号决定的固定时间间隔内，本地振荡器信号开关15向后续级提供本地振荡器信号。相移电路16向本地振荡器信号开关15的输出信号施加90°(π/2弧度)相移。

RF放大器电路部分7进一步包括放大器部分21、接收开关22、混合器23和24以及检测部分25。放大器部分21由分别对从接收天线5的天线单元提供的接收信号进行放大的一组放大器组成。接收开关22由信号处理部分9所产生的选择器信号SG控制，以选择来自接收天线5的天线单元之一的接收信号，并向下一级提供所选择的接收信号。混合器23将接收开关22所选择的接收信号与来自本地振荡器信号开关15的本地振荡器信号混合，而混合器24将接收开关22所选择的接收信号与被相移电路16相移了90°后的本地振荡器信号混合。检测部分25由分别对混合器23和24的输出信号积分的一对积分器构成。

通过对混合器23的输出信号积分得到的检测部分25的输出信号将称为Q信号，通过对混合器24的输出信号积分得到的信号将称为I信号。

信号处理部分

信号处理部分9由A/D转换器部分31、测量控制部分33和处理执行部分35组成。A/D转换器部分31由分别对来自RF放大器电路部分7的Q和I信号进行A/D转换的一对A/D转换器组成。除了前述信号ST、GT和XG以外，测量控制部分33还生成采样时钟信号SCK来控制A/D转换器部分31。处理执行部分35是普通类型的微机，该微机通过基于以数字数据获取的目标体信息的计算来执行目标体测距和方向检测，其中所述数字数据由A/D转换器部分31对来自天线5的天线单元的接收信号进行采样来得到。

测量控制部分

测量控制部分33被配置成在测量与一个或多个目标体之间的距离的距离检测模式下、或者在获得一个或多个目标体的方向的方向检测模式下工作，其中工作模式由从处理执行部分35提供的选择信号SEL决定。在描述诸特定实施例时在此使用的术语“方向”应理解为表示关于本地车辆的前移方向而测得的方位方向。然而，应理解，本发明的原理不限于方位方向检测。

距离检测模式

当选择信号SEL选择了距离检测模式时，测量控制部分33生成切换信号XG，使得在连续间隔(下文中称为接收周期)中的每个间隔内，多个雷达波脉冲被连续发射。在每个发射脉冲后经过了延迟时间之后，从所得接收雷达波获得的信号被检测，其中延迟时间在接收周期内连续增大，如图2中的图(a)所示，且其中接收开关22被控制成在接收周期的持续时间内固定地选择来自接收天线5的天线单元中特定的一个天线单元的接收信号。这是针对K个天线单元中的每个天线单元连续进行的，即，是以循环重复序列进行的。

具体而言，指定R_m为该设备要检测的距离的最大值，Ta为测量间隔，即雷达波传播到位于最大距离R_m处的目标体并从该目标体返回所需的时间(其中Ta＝2R_m/C，C是光速)，并指定发射雷达波脉冲的脉冲宽度(也即定时信号ST的脉冲宽度和门信号GT的脉冲宽度)为τ(＝Ta/M，其中M是大于1的整数)，则在每个接收周期(M×Ta)内，定时信号ST的脉冲在每个测量间隔Ta的开始时生成，即，在接收周期内连续输出M次。如图所示，采样时钟信号SCK的周期T_s与测量间隔Ta相同。

每次输出定时信号ST，都在延迟间隔D之后输出门信号GT。每次输出信号，延迟间隔D都增加τ(即，D＝0，τ，2T，3τ......(M-1)τ)。这里假设延迟间隔D的每个增量对应于脉冲宽度τ，然而本发明不限于此，也可以使增量小于τ。D的增量越小，距离分辨率越大。

这样，如图2中的图(a)所示，每次发射雷达波的脉冲(每次输出定时信号ST)，都在定时信号ST后经过了延迟间隔之后输出门信号GT，混合器23、24和检测部分25由此检测由接收天线5的天线单元获得的接收信号。延迟间隔在每个发射脉冲处(即，以沿着时间轴、在测量间隔Ta的范围内连续扫描的门信号GT的定时)连续增大，直到接收周期(M×Ta)结束为止。其时发射信号与接收信号之间发生高相关性(即，其时混合器23、24的输出信号的幅度(表示为由A/D转换器部分31获得的采样值)超过预定水平)的门信号GT的定时每个都被检测，作为雷达波传播到特定目标体并从该目标体返回、或者传播到每个都位于相似距离处的多个目标体并从该多个目标体返回所需的时间。这被称为匹配滤波器法。

方向检测模式

测量控制部分33被配置成使得：如果选择信号SEL选择了方向检测模式，则测量控制部分33与输出定时信号ST同步地输出开关信号SG，来控制接收开关22选择来自天线单元中的一些连续天线单元的接收信号。具体而言，来自测量控制部分33的信号XG在测量间隔Ta内选择来自天线单元之一的接收信号，其中此操作在每个接收周期(K×Ta)内、针对K个天线单元中的每个天线单元连续地进行，如图2中的图(b)所示。

每次输出定时信号ST，都在经过了固定延迟间隔D之后输出门信号GT，其中D的值由处理执行部分35设置。

从由延迟间隔D的量值决定的距离到来的反射雷达波被接收天线5的相应天线单元接收。在每个测量间隔Ta内，基于来自特定天线单元的接收信号获得的Q和I信号被提供给信号处理部分9。

测量控制部分33被配置成使得：在距离检测模式下和方向检测模式下，都生成采样时钟信号SCK(其周期T_s与定时信号ST的周期Ta同步)，使得检测部分25的积分时段从其时输出定时信号ST的脉冲的定时一直延伸到下一测量周期Ta结束。

因此，如果已使用距离检测模式估算了目标体的距离，则可使用方向检测模式(采用距离信息来设置延迟间隔D的值)估算该目标体的方向。目标体检测处理

参照图3中的流程图描述由处理执行部分35执行的目标体检测处理。此处理以预定的固定时间间隔重复执行。在开始该处理时，首先(步骤S110)，将测量控制部分33设置在距离检测模式下，然后对I和Q信号进行采样(A/D转换)。接着，在步骤S120中，处理所得采样数据以获得使雷达波反射的一个或多个目标体的距离。

具体而言，基于与在测量范围Ta内扫描的门信号GT的M次连续出现对应的、分别从I和Q信号获得的M对采样数据值(下文中简称为I值和Q值)，获得其时接收信号幅度(根据从各天线单元的接收信号获得的成对的Q和I值来计算)超过预定阈值的门信号GT的定时(延迟时间D的值)中的每个定时。与目标体之间的距离R(C×D/2，其中C是光速)基于时间D来计算，时间D为雷达波传播到该目标体并从该目标体返回所需的时间。如果存在其时上述阈值被超过的门信号GT的多个定时(这意味着已检测到多个目标体的相应距离)，则计算与门信号GT的这些定时对应的各R值。

接着，在步骤S130中，判断作为距离检测模式下工作的结果是否检测到位于各自不同距离处的一个或多个目标体(即，基于延迟时间D计算出目标体的距离R的至少一个值)。如果未检测到目标体，则结束该处理。

然而，如果在步骤S130中发现已检测到一个或多个目标体，则执行步骤S140，在步骤S140中，选择在前一步骤S130中获得的距离R中的一个(即，在后面描述的步骤S150到S240中也未处理的距离值)。接着，在步骤S150中，向测量控制部分33通知由测量控制部分33选择的延迟间隔D和对应的距离R，然后将测量控制部分33设置在方向检测工作模式下，其中对来自RF放大器电路部分7的Q和I信号进行采样。

接着，在步骤S160中，基于工作在方向检测模式下时从接收天线5的K个天线单元的相应接收信号连续获得的K对Q和I值，生成由表达式(1)表示的K维接收信号矢量X。矢量X的K个元素是分别对应于来自天线单元的K个接收信号的复值，其每个都由作为虚部的Q值和作为实部的对应I值构成，其中阵列序列对应于天线单元的阵列序列。使用该接收信号矢量X，以具有K行和K列的相关矩阵生成观察矩阵R_xx(下面的表达式(2))。

X＝(x₁，x₂，...，x_k)^T   (1)

R_xx＝XX^H   (2)

在上式中，T表示矢量转置，H表示复共轭转置。

接着，在步骤S170中，获取本地车辆的速度V，并判断速度V是否超过预定阈值V_th(其对于此实施例是10km/h)。如果超过阈值(“是”判断)，则执行步骤S180，在步骤S180中，使用MUSIC算法进行方向估算。然后，操作前进至步骤S220。

具体而言，对于MUSIC方向估算，获得λ₁～λ_k(其中λ₁≥λ₂≥...≥λ_k)作为在步骤S160中导出的观察矩阵R_xx的相应本征值，并基于超过预定噪声功率水平的本征值的数量来估算记为L的入射波数量(即，接收到反射波的方向的数量)。还计算对应于本征值λ₁～λ_k的本征矢量e₁～e_k。

导出噪声本征矢量E_N(由下式(3)限定)，E_N是与低于热噪声功率水平的(K-L)个本征值对应的本征矢量。此外，获得评价函数P_MU(θ)，如下式(4)所示，其中θ表示关于作为基准的本地车辆的前移方向而测得的方向(角度值)，a(θ)表示接收天线5关于方向θ的复响应。

E_N＝(e_L+1，e_L+2，...，e_k)   (3)

$P_{\mathrm{MU}}\left(\mathrm{\&theta;}\right)=\frac{a^H\left(\mathrm{\&theta;}\right)a\left(\mathrm{\&theta;}\right)}{a^H\left(\mathrm{\&theta;}\right)E_N{E}_N^{H}a\left(\mathrm{\&theta;}\right)}---\left(4\right)$

在通过将评价函数P_MU(θ)应用于方向的范围(角度值)而获得的角度谱(MUSIC谱)中，在与入射雷达波(从相应目标体反射)的到来方向对应的角度值处出现尖峰。因此，检测反射波的估算到来方向θ₁-θ_L，作为MUSIC谱中的相应峰。

然而，如果在上述步骤S170中判断为“否”，则执行步骤S190，在步骤S190中，使用DBF(数字波束形成)进行方向估算。对于DBF方向估算，使用在步骤S160中获得的接收信号矢量的本征值(x₁-x_k)来通过应用FFT(快速傅里叶变换)处理进行波束形成。由此获得目标体的近似方向θ_DB(或彼此位置靠近的多个目标体的近似方向)，作为阵列天线的接收信号图案的主瓣的方向，即，检测到的近似方向对应于接收信号功率的最高水平。

接着，在步骤S200中，限定一组N个附加方向θ_A1～θ_AN(其中N是固定的大于1的整数)，该组附加方向以在步骤S190中获得的近似方向θ_DB为中心(见图4中的图(b))。

然后，基于这N个附加方向导出准接收信号矢量X_Ai(i＝1，2，...，N)，如下式(5)所示，其中d是接收天线5中相邻天线单元之间的间距，λ是发射雷达波的波长。每个准接收信号矢量对应于在雷达波沿着对应的一个附加方向θ_Ai被接收的情况下将分别从K个天线单元(即，在图2中的图(a)所示的接收间隔(k×Ta)内)获得的一组K个推定接收信号。

更具体而言，对应于特定附加方向的每个准接收信号矢量表示将由A/D转换器部分31获得的、表示与该特定附加方向对应的该组K个推定接收信号的Q和I分量对的采样值。

然后，使用N个准接收信号矢量X_Ai来计算N个对应的相关矩阵X_AiX_Ai ^H，并对它们求和并乘以预定系数α，以获得下文中称为准观察矩阵的矩阵。然后，将在步骤S160中生成的观察矩阵R_xx与此准观察矩阵相加，如下式(6)所示，以生成附加观察矩阵R_xx′。

$X_{\mathrm{Ai}}={(1,e^{j{\mathrm{\&mu;}}_i},e^{2j{\mathrm{\&mu;}}_i},...,e^{(K-1){\mathrm{j\&mu;}}_i})}^T---\left(5\right)$

其中μ_i＝(2πd/λ)sinθ_Ai

${R_{\mathrm{xx}}}^{\&prime;}=R_{\mathrm{xx}}+\mathrm{\&alpha;}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{X}_{\mathrm{Ai}}{X}_{\mathrm{Ai}}^H---\left(6\right)$

等式(6)中的α的值设置在0<α<0.1范围内。

接着，在步骤S210中，以与步骤S180相同的方式使用MUSIC算法执行方向检测，但其中使用步骤S200中获得的附加观察矩阵R_xx′代替观察矩阵R_xx。然后，执行步骤S220。由此从MUSIC谱获得位于所选距离R处的一个或多个目标体的方向。

在步骤S220中，存储表示在步骤S140中选择的距离R的信息以及表示利用在步骤S180或步骤S210中计算出的MUSIC谱获得的对应方向的信息，作为目标体信息的一项(或多项)(即，每一项是距离/方向信息的链接组合)。

接着，在步骤S230中，判断是否已针对在步骤S120中计算出的(一个或多个)距离值R中的每个距离值执行步骤S140到步骤S220的处理。如果还未处理任何距离值R，则操作返回到步骤S140以重复上述处理。如果已处理了所有距离值R，则执行步骤S240，在步骤S240中，读出已在执行步骤S220时存储的目标体信息的所有项，并将该所有项提供给车辆的外部设备。然后，结束该处理。

附加方向(例如，图5中的图(b)中的θ_A1～θ_A5)的数量和间距将根据具体系统需求来决定。例如，如果使相邻附加方向之间的间距大，则可能存在对相关性的抑制不足的危险，且可能有必要相应增大等式(6)中的系数α的值。优选地将附加方向的范围限制为不超出来自目标体的反射波的可能到来方向的已知范围。

上述实施例涉及所附权利要求的内容如下。在步骤S180中执行的处理对应于第一方向检测装置，步骤S190的处理对应于第二方向检测装置和近似方向检测装置，步骤S170的处理对应于选择器装置，步骤S200的处理对应于准观察矩阵生成装置，步骤S210的处理对应于第三方向检测装置和精细方向检测装置。

本发明获得的效果

对于上述第一实施例，如果本地车辆的速度V大于阈值V_th，则通过MUSIC法、使用基于测量结果(即，基于由阵列天线的各单元获得的接收信号)生成的观察矩阵R_xx进行方向估算。如果速度V未达到阈值V_th(使得来自多个分开的目标体的反射雷达波之间可能存在强的相关性)，则首先使用DBF进行近似测量(上述步骤S190)，以获得目标体的近似方向，然后基于近似方向测量结果导出准测量矢量(准互相关矢量)X_Ai。然后使用准测量矢量X_Ai来生成附加观察矩阵R_xx′。

在附加观察矩阵R_xx′中，来自各自分开的目标体的反射雷达波之间的任何相关性的影响被抑制。然后通过MUSIC法、使用附加观察矩阵R_xx′进行方向估算(上述步骤S200、S210)。

因此，对于上述实施例，无论本地车辆的速度如何均可使用MUSIC算法进行方向估算。由此，无论本地车辆的速度如何均变得可以精确检测多个分开的目标体的相应方向。

因此，可以理解，对于本发明，即使本地车辆和目标体都停下，在与用于执行方向检测的零扫描型算法如MUSIC一起使用的相关矩阵中，也可抑制通过目标体的反射而被接收的相应雷达波之间的相关性。由此可实现对一个或多个目标体的相应方向的有效检测。

其它实施例

对于上述第一实施例，如果本地车辆的速度V大于阈值V_th，则仅使用MUSIC算法进行方向估算(上述步骤S180)。然而，也可以代之以总是执行步骤S190到S210(即，DBF处理继之以MUSIC处理)而无论本地车辆的速度如何。由此，可仅使用单个处理序列达到高的方向检测精度。在该情形下，上述步骤S190对应于在所附权利要求中叙述的近似方向检测装置，而上述步骤S210对应于精细方向检测装置。图6示出了这样的可替选实施例的工作的流程图。

此外，对于上述实施例，使用MUSIC算法执行高分辨率方向检测(例如，步骤S180、S210)，而利用天线接收信号图案的主瓣执行近似方向检测(例如，步骤S190)。然而，本发明不限于此。也可以例如用某种其它算法如ESPRIT(借助旋转不变性技术的信号参数估算)实现高分辨率方向检测。

此外，对于上述实施例，本发明是针对用作方向检测设备的脉冲雷达设备来说明的。然而，本发明也适于使用发射连续雷达波的雷达设备，如FMCW(频率调制连续波)雷达设备。

Claims (7)

1.一种安装在车辆上的方向检测设备，包括：发射天线，用于发射电磁波；以及包括多个天线单元的阵列天线，用于从一个或多个目标体中的每个目标体接收所得的反射电磁波，其中所述设备被配置成基于从所述天线单元获得的实际接收信号来检测所述目标体的相应方向，

其中所述设备包括：

第一方向检测装置，所述第一方向检测装置响应于所述实际接收信号，用于计算表示所述实际接收信号之间的相关关系的观察矩阵，并且被配置成通过将零扫描型方向检测算法应用于所述观察矩阵来进行所述目标体方向检测；

第二方向检测装置，所述第二方向检测装置被配置成利用所述阵列天线的接收信号图案的主瓣、以比所述第一方向检测装置的分辨率低的分辨率检测所述目标体方向；

准观察矩阵生成装置，所述准观察矩阵生成装置被配置成限定将所述第二方向检测装置所检测到的所述方向作为中心方向的多个附加方向，并计算表示在所述反射电磁波将沿着每个所述附加方向被接收的情况下将从所述天线单元获得的相应推定接收信号之间的相关关系的准观察矩阵；

第三方向检测装置，所述第三方向检测装置被配置成通过将所述准观察矩阵与所述观察矩阵相加来导出附加观察矩阵，并执行与所述第一方向检测装置所执行的所述方向检测算法相同的方向检测算法，以由此获得所述目标体的相应方向；以及

选择器装置，所述选择器装置被配置成获取所述车辆的速度的值，并当所述速度超过预定阈值时选择所述第一方向检测装置来进行所述目标体方向检测，而当所述速度未超过所述阈值时选择所述第三方向检测装置来进行所述目标体方向检测。

2.根据权利要求1所述的方向检测设备，其中所述准观察矩阵生成装置被配置成：

计算分别对应于所述附加方向的多个准接收信号矢量，

分别基于所述准接收信号矢量计算多个相关矩阵，并且

对所述多个相关矩阵求和。

3.一种安装在车辆上的方向检测设备，包括：发射天线，用于发射电磁波；以及包括多个天线单元的阵列天线，用于从一个或多个目标体中的每个目标体接收所得的反射电磁波，由此从所述天线单元获得相应的实际接收信号，所述设备被配置成基于所述接收信号检测所述目标体的相应方向，

其中所述设备包括：

近似方向检测装置，所述近似方向检测装置被配置成利用所述阵列天线的主瓣检测所述目标体的近似方向；

准观察矩阵生成装置，所述准观察矩阵生成装置被配置成导出以所述近似方向为中心的多个附加方向，并生成表示在所述反射波将沿着所述附加方向被所述阵列天线接收的情况下将从所述天线单元获得的相应推定接收信号之间的相关性的准观察矩阵；以及

精细方向检测装置，所述精细方向检测装置被配置成计算表示所述实际接收信号之间的相关关系的观察矩阵，通过将所述准观察矩阵与所述观察矩阵相加来导出附加观察矩阵，并通过将所述附加观察矩阵应用于零扫描型方向检测算法、以比所述近似方向检测装置的检测分辨率高的检测分辨率检测所述目标体的所述相应方向。

4.一种基于由阵列天线的多个天线单元响应于来自一个或多个目标体的入射的反射电磁波而获得的接收信号来检测所述目标体的相应方向的方法，其中所述阵列天线安装在车辆上，所述方法包括：

计算表示所述接收信号之间的相关关系的第一观察矩阵；

获取所述车辆当前行驶的速度的值，并判断所述速度是否超过预定阈值；

当所述速度超过所述阈值时，将所述第一观察矩阵应用于零扫描型方向检测算法，来获得所述相应方向；

当所述速度未超过所述阈值时，基于所述阵列天线的接收信号图案的主瓣来计算所述目标体的近似方向；

确定以所述近似方向为中心的多个附加方向；

计算表示在所述反射电磁波将沿着每个所述附加方向被接收的情况下将从所述天线单元接收的推定接收信号之间的相关关系的第二观察矩阵；

将所述第二观察矩阵与所述第一观察矩阵相加以获得附加观察矩阵；并且

将所述附加观察矩阵应用于所述零扫描型方向检测算法，来获得所述相应方向。

5.根据权利要求4所述的方法，其中计算所述第二观察矩阵的步骤包括以下步骤：

计算分别对应于所述附加方向的多个准接收信号矢量，

分别基于所述准接收信号矢量计算多个相关矩阵，并且

对所述相关矩阵求和。

6.一种基于由阵列天线的多个天线单元响应于来自一个或多个目标体的入射的反射电磁波而获得的接收信号来检测所述目标体的相应方向的方法，其中所述阵列天线安装在车辆上，所述方法包括：

计算表示所述接收信号之间的相关关系的第一观察矩阵；

基于所述阵列天线的接收信号图案的主瓣来计算所述目标体的近似方向；

确定以所述近似方向为中心的多个附加方向；

计算表示在所述反射电磁波将沿着每个所述附加方向被接收的情况下将从所述天线单元接收的推定接收信号之间的相关关系的第二观察矩阵；

将所述第二观察矩阵与所述第一观察矩阵相加以获得附加观察矩阵；并且

将所述附加观察矩阵应用于零扫描型方向检测算法，来获得所述相应方向。

7.根据权利要求6所述的方法，其中计算所述第二观察矩阵的步骤包括以下步骤：

计算分别对应于所述附加方向的多个准接收信号矢量，

分别基于所述准接收信号矢量计算多个相关矩阵，并且

对所述多个相关矩阵求和。

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