CN102890269B - 识别车辆的雷达传感器的失调 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于识别车辆的雷达传感器（10）在俯仰方向上的失调的方法，其中，基于由所述雷达传感器（10）接收的地面杂波信号的与所述雷达传感器（10）在俯仰方向上的角度取向相关的特征来识别俯仰方向上的失调的存在。例如，基于由雷达传感器（10）接收的地面杂波信号的与雷达传感器（10）在俯仰方向上的角度取向相关的特征来确定俯仰方向上的失调角（Δα）的数值。

Description

识别车辆的雷达传感器的失调

技术领域

本发明涉及一种用于识别车辆的雷达传感器在俯仰方向上的失调的方法。此外，本发明涉及一种用于确定车辆的雷达传感器在俯仰方向上的失调角的方法。

背景技术

在机动车中越来越多地使用雷达传感器以检测交通环境，例如在所谓的ACC系统（Adaptive Cruise Control：自适应巡航控制）的范畴中，借助所述ACC系统可以实施自动距离调节。基于水平天线方向图进行所探测的雷达目标的水平角度检测。例如，使用相应于确定的俯仰角（例如0°）的水平天线方向图。如果雷达传感器在俯仰方向上失调，则实际使用的天线方向图不同于假定的天线方向图并且影响基于天线图的测量分析处理。

DE 199 37 723 C2描述了一种用于确定雷达的垂直失调的方法，在所述方法中将由雷达目标反射的接收辐射与多个对应于不同高度角失调的天线方向图进行比较，并且由所求得的比较值确定高度角以及高度角的误差角度。

DE 10 2008 054 579 A1描述了一种用于检测雷达传感器的垂直失调的方法，在所述方法中基于由雷达目标反射的信号与指示经调节的雷达传感器的传感器特性匹配的品质来确定垂直失调。

已知的方法基于雷达目标的反射的分析处理并且以理想化的目标特性为前提。

发明内容

本发明的任务是实现在俯仰方向（Elevationsrichtung）上失调的雷达传感器的失调的可靠且自动的识别。根据另一任务，在此不仅要识别雷达传感器是否失调，而且也至少要可靠且自动地确定失调角的数值的量值。

根据本发明，第一任务在开头所述类型的方法中通过如下方式来解决：基于由雷达传感器接收的地面杂波信号的与雷达传感器在俯仰方向上的角度取向相关的特征来识别俯仰方向上的失调的存在。

本发明利用所接收的地面杂波信号与雷达传感器的垂直角度取向极其相关。

通过基于地面杂波信号识别失调的存在，所述方法与随机探测到的雷达目标的目标特性无关。

根据本发明的一个改进方案，所述方法包括确定车辆的雷达传感器在俯仰方向上的失调角度，其中基于由雷达传感器接收的地面杂波信号的与雷达传感器在俯仰方向上的角度取向相关的特征来确定失调角的数值。因此，公开了一种用于确定车辆的雷达传感器在俯仰方向上的失调角的方法，其中基于由雷达传感器接收的地面杂波信号的与雷达传感器在俯仰方向上的角度取向相关的特征来确定失调角的数值。概念“数值（Zahlenwert）”在此不仅可以包括具有正负号的数值而且也可以包括绝对值的数值。例如可以通过确定失调角来进行车辆的雷达传感器在俯仰方向上的失调的识别。例如，可以根据超过一个阈值的失调角来识别失调的存在。

因为所接收的地面杂波信号与雷达传感器的垂直角度取向极其相关并且基于地面杂波信号来确定失调角的数值，所以所述方法与随机探测到的雷达目标的目标特性无关。所述方法能够实现垂直失调的雷达传感器的自动的、可靠的且成本有利的识别，其中不仅识别雷达传感器是否失调，而且也确定失调角的数值，从而可以进行相应的校正。

此外，本发明的主题是雷达传感器，其被构造用于实施根据本发明的方法。

本发明的有利构型和改进方案在从属权利要求中说明。

在一个有利的实施方式中，雷达传感器是FMCW雷达，并且作为特征分析处理由雷达传感器接收的地面杂波信号的频谱的特征，尤其是对于至少一个调制斜坡地面杂波信号的谱中的最大值的频率位置。可以对于给定的车辆固有速度基于雷达传感器的安装高度和对于俯仰方向上的不同角度取向的雷达传感器的垂直天线方向图来计算最大值的位置。最大值的预期位置例如可以对于不同的角度取向和不同的固有速度存放在表中并且用于与所测量的地面杂波信号的最大值的位置进行比较以确定失调角。

在另一实施方式中，通过地面杂波信号的频谱的形状在总体上形成所述特征。对于给定的车辆固有速度，可以基于雷达传感器的安装高度和雷达传感器的垂直天线方向图计算对于雷达传感器在俯仰方向上的不同角度取向地面杂波信号的所预期的谱。随后可以通过与实际由雷达传感器接收的谱的比较来确定存在的失调角。

附图说明

以下借助附图更详细地阐述本发明的实施例。

附图示出：

图1：被构造用于实施根据本发明的方法的雷达传感器的框图；

图2：用于说明在接收地面杂波时的几何关系的图；

图3：雷达传感器的垂直天线方向图的示意图；

图4：在自由行驶时所预期的接收功率的示意图；

图5：用于说明在所述方法中使用的所预期的地面杂波信号的特征的示意图；

图6：所测量的地面杂波信号的特征的示意图；以及

图7：雷达传感器的另一示例的框图。

具体实施方式

图1作为机动车的雷达传感器10的重要组件示出振荡器12、混频器14、天线16和控制设备18。雷达传感器10被构造为FMCW雷达。控制设备18以本身已知的方式被构造用于控制振荡器12和分析处理由天线16接收的雷达信号和确定所检测的雷达目标的定位数据、尤其是距离和相对速度。以下更详细地描述雷达传感器10的对于本发明而言重要的组件。

控制设备18包括频率模块20，其如此控制振荡器12，使得以至少一个斜坡、尤其是一个下降的斜坡来调制由雷达传感器10产生的雷达信号的频率。由振荡器12产生的雷达信号通过混频器14传送给天线16并且由天线发射到车辆前面的周围环境中。在周围环境中的可能的目标上和在路面上反射的雷达回波由天线16接收并且在混频器14中与由振荡器12提供的信号的一部分混频。由此获得中间频率信号z，其对于每个进行反射的目标或者路面的每个进行反射的区段都包含如下频率成份：所述频率成份的频率一方面与雷达波的传播时间相关并且由此与距目标的距离相关，而另一方面由于多普勒效应而与目标的相对速度相关。中间频率信号z在处理模块22中被数字化并且通过离散傅里叶变换分解成与所述斜坡相对应的谱24。

当一些强反射的目标位于雷达传感器10的定位区域中时，谱24对于这些目标中的每一个包含一个显著的峰值，所述峰值的频率位置通过所涉及的目标的距离和相对速度确定。随后可以根据对应于不同斜坡的谱中属于同一目标的峰值的频率确定所述目标的距离和相对速度。相应的分析处理程序对于本领域技术人员而言是已知的并且在此不详细描述。

当在定位区域中没有显著的目标时，例如在没有距离调节的所谓的自由行驶（Freifahrt）时，谱24的形状由所谓的地面杂波确定，即由路面上的地面不平坦部上的反射确定。处理模块22确定谱24中地面杂波信号的最大值的频率位置k。如果所述谱除地面杂波以外也包含目标峰值，则可以事先借助已知的程序滤除所述目标峰值。

如以下还要详细阐述的那样，地面杂波信号的最大值的频率位置k形成信号的如下特征：所述特征与雷达传感器10在俯仰方向上的角度取向相关并且因此能够实现雷达传感器在俯仰方向上的失调角的确定。控制设备18具有比较模块26，所述比较模块将频率位置k与对于雷达传感器10的不同角度取向所预期的频率位置进行比较并且根据比较结果确定和输出俯仰方向上的失调角Δα的数值。为此，比较模块26作为输入获得说明车辆的固有速度V的信号。处理模块22和比较模块26形成地面杂波信号的分析处理装置。

图2示出雷达传感器10，其以在路面30上方的确定的安装高度h安装在车辆中并且从路面上的确定的点32接收地面杂波信号。在水平方向上以及在车辆的行驶方向上测量，点32相对于雷达传感器10具有距离D。点32与雷达传感器10的沿着视线测量的径向距离以d表示。从雷达传感器来看点32的俯仰角以α表示。因此适用：

h=d*sinα。

雷达传感器不仅从所述一个点32而且从在行驶方向上分布在路面30上的多个点接收地面杂波，如以下详细阐述的那样。

图3示意性地示出天线16的垂直的天线方向图，其相应于0°的方位角。关于俯仰角示出以dB为单位的接收功率。天线的灵敏度在3°处具有最大值，即天线16具有向下朝向路面的3°的所谓斜视角。可以以本身公知的方式借助远场中的标准雷达目标来测量天线方向图。在图3中示出了3°处的最大值的频率位置。

图4示意性地示出对于完美调节的传感器地面杂波信号的接收功率根据俯仰方向上的接收角度的预期变化曲线。也就是说，图3中的天线方向图的角度相应于关于水平线的俯仰角。关于角度示出了以dB为单位的接收功率。在考虑雷达传感器10的安装高度h和所反射的雷达信号的与距离相关的衰减的情况下由图3中的天线方向图得到预期的变化曲线。尤其是由在图2中示出的几何形状对于每一个角度得到一个径向距离d，在所涉及的角度下所反射的雷达波以所述径向距离衰减。衰减与d的四次幂成比例。

在所示的示例中，在角度α=10°下接收到接收功率的最大值。角度α以下说明地面杂波的接收功率最大时的角度。

接收到地面杂波信号的最大值的点32对于给定的调制斜坡和车辆的给定的固有速度V相应于地面杂波信号的频谱中的接收功率的最大值的频率位置。以下详细阐述角度与频率位置k之间的关系。对于考虑而言，可以简化地将地面杂波视为“正常的”目标，其距离和相对速度通过地面杂波谱中的最大值的频率位置k给定。对于在图4中示出的最大值位置的分析处理可以简化地假定：路面30的反向散射横截面与角度无关。

当V是车辆的固有速度时，对于点32相对于雷达传感器10的相对速度v（沿着视线测量）有：

v=-V*cosα。

负号因此源于：在目标距离增大的情况下正计数相对速度，而距离d在车辆的固有速度V是正时减小。

在FMCW雷达的情况下，对于地面杂波中的最大值的频率位置k如对于任意目标适用如下公式：

k=(2/c)(d*F+v*f*T)

=(2/c)*F*h/sinα-(2/c)*f*T*V*cosα(1)

其中：

F：调制斜坡的频移

f：所涉及的调制斜坡的中间频率

T：调制斜坡的持续时间

c：光速

在此，频率位置k是无量纲的量，其说明所谓的频率点，在所述频率点中具有路面杂波谱的最大值。如果混频器14是提供中间频率信号的复振幅的IQ混频器，则可以区分正频率与负频率，因此谱具有正部分和负部分。然而，如果混频器14仅仅提供实数的中间频率信号，则在谱中作为独立变量仅仅出现频率位置的绝对值k。

图5示意性地针对一种典型情况示出在根据图3的天线方向图的情况下对于完美调节的雷达传感器10而言地面杂波信号的预期接收功率（失调角Δα=0°）。对于所示示例，以下参数适用：

F=-600MHz

T=5ms

f=76.5GHz

h=0.35m

V=65.7km/h

由在频率点53.9处接收功率的最大值的频率位置可以根据公式（1）确定所属的角度α为α=10°。

通过相应的方式，对于可以通过天线方向图的相应推移来考虑的不同失调角Δα以及对于车辆的不同的固有速度，计算地面杂波信号的最大值的所属预期频率位置k。所预期的频率位置的值例如以表的形式存放在比较单元26中。

图6示例性地示出地面杂波信号的实际在实验中测量的频谱。由处理模块22计算的频谱24在频率点k=54中具有最大值。通过与在比较模块26中存放的、对于给定的固有速度V的预期频率位置的比较来确定失调角Δα。在此情况下，基于与图5的预期频率位置的一致性程度来确定失调角Δα=0°。对于相应的比较，可以确定频率位置与相应的预期频率位置的偏差，其中所对应的频率位置与所测量的频率位置具有最小偏差的那个被确定为失调角。替代地，可以进行内插。

优选通过多次测量的平均来获得地面杂波信号的用于进行分析处理的频谱，从而改善地面杂波信号的信噪比。

在所描述的示例中直接在天线方向图中考虑天线16的斜视角，其方式是，如此关于角度来绘制接收功率，使得在例如3°的斜视角时得到接收功率的最大值。因此，在考虑雷达天线10在俯仰方向上的斜视角的情况下确定失调角Δα。

在所描述的示例中经调节状态中的雷达传感器10在向下朝向地面的方向上具有例如3°的斜视角，而替代地也可以使用不具有斜视角的天线16，只要在天线水平取向时可以从地面反射接收到足够的功率。

所描述的方法尤其具有如下优点：分析处理直接在所接收的雷达信号的频谱中进行并且因此与特定雷达目标的目标特性以及在目标检测时关于天线的相关假设无关。地面杂波信号还具有高可用性并且能够实现传感器的调节的可靠监控。

作为所测量的频谱中的地面杂波信号的最大值的频率位置的直接确定的替代也可考虑：为了确定最大值的频率位置使一个函数、例如多项式与所测量的频谱相匹配并且由通过所述匹配确定的函数参数来确定最大值的频率位置k。

在图7中示出了雷达传感器10的另一示例，其中地面杂波信号的频谱的形状总体上用作所接收的地面杂波信号的待分析处理的特征。相应于根据图1的示例的特征和元件以相同的附图标记表示。

在此情况下，比较模块26'将由处理模块22'计算的所接收的地面杂波信号的频谱24与对于不同的失调角计算的、所预期的频谱34进行比较。对于相应的比较可以使用函数的任何合适的距离度量，例如待比较的函数的差的平方的积分。在比较时，比较频谱34中假定的失调角最好地相应于实际失调角的那个与所测量的谱24最一致。所对应的比较频谱34与所测量的谱具有最小偏差的那个被确定为失调角。

Claims (8)

1.用于识别车辆的雷达传感器(10)在俯仰方向上的失调的方法，其中，使用FMCW雷达作为雷达传感器(10)，基于对于至少一个调制斜坡由所述雷达传感器(10)接收的地面杂波信号的频谱(24)的与所述雷达传感器(10)在俯仰方向上的角度取向相关的特征来识别俯仰方向上的失调的存在，

其特征在于，

在考虑由路面反射的、作为地面杂波信号接收的雷达信号的与距离相关的衰减的情况下识别俯仰方向上的失调的存在，

其中，所述特征包括所述地面杂波信号的频谱(24)中的最大值的频率位置(k)，

或者，所述地面杂波信号的频谱(24)的形状总体上用作待分析处理的特征。

2.根据权利要求1所述的方法，所述方法包括：确定所述雷达传感器(10)在俯仰方向上的失调角，其中，基于由所述雷达传感器(10)接收的地面杂波信号的与所述雷达传感器(10)在俯仰方向上的角度取向相关的特征以及在考虑由路面反射的、作为地面杂波信号接收的雷达信号的与距离相关的衰减来确定所述失调角的数值。

3.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，使由所述雷达传感器(10)接收的地面杂波信号的特征与所述地面杂波信号的预期的、与所述雷达传感器(10)在俯仰方向上的角度取向相关的特征相关。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所预期的特征与所述雷达传感器(10)的垂直天线方向图相关。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述特征包括对于至少一个调制斜坡所述地面杂波信号的频谱(24)中的最大值的频率位置，所述方法具有如下步骤：

计算所测量的地面杂波信号的频谱(24)中的最大值的频率位置；

将所计算的所述最大值的位置与对于所述雷达传感器(10)的不同角度取向根据所述车辆的固有速度、所述雷达传感器(10)的安装高度和所述雷达传感器(10)的垂直天线方向图以及在考虑由路面反射的、作为地面杂波信号接收的雷达信号的与距离相关的衰减的情况下所预期的所述最大值的位置进行比较。

6.根据权利要求1所述的方法，所述方法具有如下步骤：

将所测量的地面杂波信号的频谱(24)与对于所述雷达传感器(10)的不同角度取向借助所述车辆的固有速度、所述雷达传感器(10)的安装高度和所述雷达传感器(10)的垂直天线方向图以及在考虑由路面反射的、作为地面杂波信号接收的雷达信号的与距离相关的衰减的情况下所预期的地面杂波信号的频谱(24)进行比较。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在考虑所述雷达传感器(10)在俯仰方向上的斜视角的情况下识别俯仰方向上的失调的存在。

8.用于机动车的FMCW雷达形式的雷达传感器，其特征在于，所述雷达传感器具有分析处理装置(22，26)，所述分析处理装置被构造用于执行根据权利要求1至7中任一项所述的方法。