CN104635212A - 用于汽车的单基地多射束雷达传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于汽车的雷达传感器，具有多个发射和接收天线（10，10'），这些天线在它们的方位角的定向特性上是不同的并且它们各被分配一个混合器（12，12'），所述雷达传感器具有偶数数量的发射和接收天线（10，10'），并且用于一半数量的发射和接收天线（10）的混合器（12）中的两个混合器被作为传输混合器，即作为在光轴（28）的一侧上的具有强发射功率的天线（10）配置，而用于另一半数量的发射和接收天线（10'）的两个混合器（12'），即位于光轴（28）的另一侧上作为隔离混合器、作为具有弱发射功率或没有任何发射功率的天线（10'）配置并且具有比所述被作为传输混合器配置的天线较小的传输功率。

Description

用于汽车的单基地多射束雷达传感器

本申请是申请号200880103336.3，申请日 2008年6月25日和发明名称为“用于汽车的单基地多射束雷达传感器”的原申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于汽车的雷达传感器，其具有多个发射和接收天线，这些天线在其方位角的定向特性上是不同的并且它们各被分配一个混合器，该混合器将发射信号与接收的信号相混合，其中，混合器中的至少一个是传输混合器并且混合器中的至少另一个具有较小的传输功率。

背景技术

雷达传感器在汽车中结合司机辅助系统用于对汽车周围环境中的物体，尤其是前面行驶的其它车辆进行定位并且测量它们的距离和相对速度。依据这种雷达传感器的定位数据，例如在ACC系统（自适应巡航控制系统）中不仅可以自动地将自己汽车的速度调节至一个确定的目标速度，而且只要前面行驶的汽车被定位就也可以自动地与前面行驶的汽车的速度相适配，从而以合适的安全车距跟随该汽车。汽车中的雷达传感器的另一种应用例子是预测安全系统（PSS），其用于尽可能提早地识别出逼近的碰撞并且自动地采取措施，由此尽可能地避开碰撞或至少在最大程度上减轻碰撞的后果。

雷达传感器中的同一天线元件不仅用于发射雷达信号而且用于接收在物体放射的信号的雷达传感器被称为单基地（或有源）雷达传感器。所分配的混合器用于将一部分发射信号与接收的信号混合并且这样地产生一个中间频率信号，该信号的频率等于发射的和接收的信号之间的频率差。该频率差由于多普勒效应而取决于反射物体的相对速度。在发射信号的频率被连续调制的雷达系统中，例如在FMCW雷达（频率调制的连续波）中，频率差此外还取决于信号的运行时间，从而通过已知的评估技术可以由物体的定位信号不仅导出该距离而且导出相对速度。

具有在它们的方位角的定向特性上有区别的多个发射和接收天线的多射束雷达传感器此外也可以确定被定位的物体的方位角。为了影响定向特性，例如可以设置一个用于雷达波折射的光学透镜，和/或可以充分利用参与的天线元件的衍射和干涉效应。在具有光学透镜的雷达传感器情况下，例如多个发射和接收天线相对于透镜的光轴稍微错开地布置在一个水平线上，从而它们的主辐射方向和相应地它们的主敏感性方向相互间是稍微不同的。然后通过比较由不同路径（即由不同的发射和接收天线）接收的信号的幅值和/或相位，可以确定物体的方位角，即从传感器出发观看物体所处于的方向角。

在先进的车用雷达系统中要求该系统不仅对活动的物体、即尤其是对其它行驶的车辆做出反应，而且也对静止的物体，如例如静止的车辆或在行车道上的其它障碍物做出反应。依据其自身的运动和在测量的相对速度和自身车辆的行驶速度之间的相应的差值能够相对容易地识别出行驶中的车辆，而对于静止的物体而言，评价该物体针对汽车辅助系统的相应的任务的关系重要性则要困难的多。在一个结构丰富的环境中，例如在城市交通中，一般有相当大数量的静止物体位于雷达传感器的定位范围中，由此对多个信号的评估变得相当地困难。

由于这些原因，因此希望这样地设计雷达传感器的可见范围或定位场，按照可能性从一开始就仅仅接收对于由汽车辅助系统要实施的任务也确实是关系重大的物体的信号。因此尤其是应该这样地形成定位场，即尽可能没有位于行车道外部很远的物体的雷达回波（反射信号）被接收。另一方面，一种例如用于距离调节系统（ACC）的雷达传感器（LRR；远程雷达）应该具有在数量级为约200米或以上的尽可能大的作用范围。由于雷达射束的不可避免的发散，则在更大的距离情况下几乎不再可能将定位场限制在邻近的行车道范围上。

由DE102004030755A1已知，在多射束雷达中，例如在具有四个发射和接收天线的雷达传感器中，两个外部天线的发射功率相对于两个内部天线的发射功率被对称地减小。这样用两个内部天线可以达到大的作用范围并且在大的距离下仍然可以达到较窄的定位场，而用较弱的边缘射束保证在较小的距离情况下定位场具有足够大的宽度。

各个不同的射束的发射功率例如可以借助于配置所属的混合器进行调整。通常在雷达传感器中使用在此处考虑的类型的传输混合器，在该传输混合器中，用于与接收的信号混合的发射信号的一部分被传输到通向天线的线路中并由此通过该天线发射。另一方面已知有所谓的隔离混合器，在该传输混合器中实际上没有发生发射信号至天线线路的传输。配有这种混合器的天线因此只可以接收其它天线发射的信号，并且该接收的信号然后在混合器中与发射信号混合。在纯粹的传输混合器和纯粹的隔离混合器之间此时所有可设想的分级都是可能的。被传输到天线线路中的信号的相对强度在此处应该称为“传输功率”。

发明内容

本发明的任务是提供一种用于汽车的雷达传感器，借助于该雷达传感器可以以简单的方式实现与对应的应用情况相匹配的定位场形式。

该任务按照本发明如此地解决，即发射和接收天线的分配相对于其传输功率是不同的混合器是非对称的。

在按照本发明的雷达传感器中因此具有至少两个发射和接收天线，它们相对于传感器的中轴线相互对称地设置并且它们中所配属的混合器的传输功率相互是不同的。其结果是一种非对称的定位场。本发明由此可以以简单的手段，尤其是在使用相同的构件下（由这些构件也构造出具有对称的定位场的常规雷达传感器），制造出具有非对称的定位场的雷达传感器，从而定位场可以与涉及的传感器的对应的任务最佳地匹配。

本发明的一种特别的应用可能性在于，为一个汽车装配两个雷达传感器，它们布置在汽车的左侧和右侧上并且具有非对称的，例如相互间镜像对称的定位场。通过两个定位场的叠加，则在总体上获得一个不损失作用范围的较宽的定位场。由此明显减小在近区域中的死角。

此时特别有利的还在于，在大致对于距离调节特别重要的区域中在方位角为零的附近和在大的和中等的距离下通过两个雷达传感器的定位场的叠加而达到很高的盈余度，其使得从测量周期到测量周期中对物体的跟踪，即所谓的“Tracking（追踪）”变得容易。此外，通过补偿由各个不同的雷达传感器的获得的针对同一个物体的方位角可以更精确地确定物体的准确位置。

本发明可以应用于具有任意数量的发射和接收天线的传感器。同样地，对于混合器，在纯粹的传输混合器和纯粹的隔离混合器之间的中间形式的所有可设想的组合都是可能的。

附图说明

本发明的实施例在附图中示出并且在以下的说明中详细描述。

附图所示：

图1是理想典型的传输混合器的原理简图；

图2是理想典型的隔离混合器的原理简图；

图3是按照本发明的雷达传感器的原理简图；

图4是按照图3的雷达传感器的天线图，

图5是按照图3的雷达传感器的定位场的未按尺寸比例画出的图；和

图6是具有两个按照本发明的雷达传感器和所属的定位场的汽车的示意图。

具体实施方式

图1示出了一个雷达传感器的天线10和所属的混合器12的简化电路图。混合器12中通过馈送线路14被输入在图3中示出的振荡器16的发射信号S，例如具有在76GHz数量级的频率的信号。通过将混合器12与天线10连接的天线线路18，混合器获取由天线10接收的信号E，和通过混合这两个信号，混合器产生中间频率信号Z，该信号经输出线路20输出到一个没有示出的评估电路。

混合器12在实际中是已知的集成的结构元件（MMIC；单片微波集成电路），它在本情况下构造成传输混合器。这意味着发射信号S的功率的一部分被传输到天线线路18中和然后通过天线10发射，从而天线10作为发射和接收天线工作。相应的信号流在图1中通过箭头象征性地表示。可以看到，在天线线路18上有两个在相反的方向上的信号流。相应地，双箭头A象征性地表示，天线10既发射也接收雷达辐射。

图2示出了用于天线10'和所属的混合器12'的相应的电路图。与图1所示电路图的区别仅仅在于，混合器12'构造成隔离混合器。这意味着，（在理想情况下）没有功率从馈送线路14传输到天线线路18上。因此在这种理想情况下，天线10'作为纯粹的接收天线工作，这通过单向的箭头B象征性地表示。相应地在天线线路18上也只存在在一个方向上的一个信号流，即在朝着混合器12'的方向上。

在实际中，图2所示的混合器12'也可以将发射信号S的功率的一个很小部分传输到天线线路18上，从而天线10'也发射微弱的信号。一般地可以这样地配置MMIC，即实现在纯粹的传输混合器和纯粹的隔离混合器之间的每种中间形式，也就是说，传输功率，即传输到天线线路18上的功率部分，可以按照需求进行调整。

图3示出了按照本发明的一种实施方式的雷达传感器22的原理简图。在印刷电路板24上总共这样地布置了四个天线10，10'，使得它们在安装位置上的水平线上处于均匀的间距上。共同的透镜26这样地与天线10相间隔地布置，使得天线大致处于透镜的焦平面中。透镜26限定雷达传感器的光轴28。由于天线10远近不同地相对于光轴28错开设置，因此它们的射束通过透镜26集束成四个射束30a-30b，它们在稍微不同的方位角下发射。

两个在图3中位于上部的、产生在发射方向上位于右边的射束30a和30b的天线10各被分配一个作为传输混合器工作的混合器12。相反，另外两个天线10'各被分配一个混合器12'，该混合器具有明显更小的传输功率和因此在此处应该简称为隔离混合器。通过在图3中的双箭头或箭头象征性地表示出，天线10作为发射和接收天线工作，而天线10'主要作为接收天线工作并且此时接收由另外两个天线10发射的信号的回波。

此处描述的雷达传感器22的特点在于，在所属的混合器12，12'的传输功率方面相互不同的天线10和10'的布置相对于传感器的光轴28是不对称的。在所示的示例中，具有强发射功率的两个天线10位于光轴的一侧，而具有弱发射功率或没有这种发射功率的两个天线10'位于光轴的另一侧。

所属的天线图在图4中示出。图4中的曲线32列出了作为整体的雷达传感器22依赖于方位角的发射增益。由于发射的雷达辐射只来自于在同一侧相对于光轴28错开设置的两个天线10，因此曲线32不是在方位角0°下具有其最大值，而是在某个一定的方位角α0下具有其最大值，在所示的示例中该方位角为大约+6°。相对于主辐射角α0，由通过曲线32列出的发射增益基本上是对称的，因为只有该两个天线10对该增益作出贡献，它们的混合器12具有相同的配置并且将大致相同强度的信号传输到天线上。

在图4中的曲线34a-34b列出对于每个单个的射束30a-30d的双路（双向）增益（发射和接收增益）。属于要发射的天线10的曲线34a和34b具有最高的主波瓣极大值（主峰值），并且这些极大值相对于主辐射角α0是对称的。这些天线在该方向上具有它们的最大的敏感性的原因在于在该方向上它们的发射增益也是最大的。

相反，属于不发射的天线10'的曲线34c和34d具有较弱的主波瓣极大值，其此外相对于主辐射角α0是不对称的。此外，在曲线34d下的主波瓣极大值比在曲线34c下的要小，因为属于曲线34d的天线对于某个方向具有其最大的敏感性，在该方向上两个发射的天线10仅仅发射出相当小的功率。

为了能够尤其由雷达传感器定出与雷达传感器22处于预定距离处的物体，四个天线中的至少一个天线的两路增益必须高于一个确定的探测门限。这种探测门限的一个示例在图4中以水平的线36示出。该探测门限与属于雷达传感器的两个边缘射束30a和30d的曲线34a和34d的交叉点限定了一个定位范围的间隔界限αl， α2，雷达传感器22对于该预定距离具有该定位范围。可以看到，该定位范围不仅相对于方位角0°是不对称的，而且相对于主辐射角α0也是不对称的。定位范围的左界限αl与α0之间具有大约18°的角度距离，而右界限α2与α0之间只有大约8°的距离。

如果对于每个可以设想到的物体距离确定一个相应于定位门限36的定位门限和定位范围的所属的界限，那么在整体上获得一个定位场38，如针对在此处描述的传感器而在图5中示出的那样。定位场38在此处是在一种坐标系中示出，该坐标系的用“距离”表示的X轴平行于汽车的纵轴线延伸，而用“横向错移”表示的Y轴对应于汽车的横轴线。此时在该示例中假定，雷达传感器22这样地安装在汽车中，使得汽车纵轴（Y轴）不是对应于方位角0°，而是对应于主辐射角α0。换言之，通过两个发射天线10的错移引起的主辐射方向的角度偏差通过相应地安装雷达传感器在很大程度上被补偿。

相反，非对称性不被补偿，这种非对称性是通过天线与混合器12和12'的不同的配置形成的并且导致在图4中的曲线34a-34d的不对称的图象。该不对称性也出现在图5中的定位场中。尤其看到，定位场在右侧最大仅仅达到大约15m的横向错移，而在左侧最大达到大约25m的横向错移。定位场在左侧具有两个“外翻”38c，38d，它们对应于图4中的曲线34c和34d的主波瓣极大值而在右侧没有。在主辐射方向的附近，定位场38具有两个主（波）瓣38a，38b，它们对应于图4中的曲线34a，34b的主波瓣极大值。

图6中示意示出汽车40的平面图，其中在前保险杆区域中安装有两个雷达传感器22L和22R，在汽车的左侧和右侧上各安装一个。这两个雷达传感器22L，22R原则上具有与图3示出的雷达传感器22相同的结构，但是相互镜像对称配置的，从而它们的定位场38L，38R因此也是相互镜像对称的。此外，两个定位场38L和38R相应于雷达传感器22L和22R的错位从侧面上相互相对地错开。每个单个的定位场38L和38R都具有为本身采取的与图5中的定位场38相同的不对称性。但是，由于镜像对称地布置传感器，对于整体由两个传感器构成的定位系统在整体上也实现一个对称的定位场。

两个非对称的并且基本上相互镜像对称的定位场的叠加具有一系列的主要优点。一方面可以这样地实现，使得总定位场在超过一个相对较大的距离范围上具有比较恒定的宽度。由此可以达到一个足够大的定位深度，同时随着距离的逐渐增大越来越不重要的、位于行车道旁边的物体不会进入到视野中，而另一方面在很小的距离情况下对车前区可以达到实际上无缝隙的监视，而不会出现值得注意的死角。

在每个定位场38L和38R的一个相对较大的核心范围中一个物体用至少两个天线定位，从而通过评估幅值和相位可以确定物体的方位角。在定位场38L和38R相互重叠的范围中，此外可以将测量的距离和相对速度以及方位角（后者考虑了在雷达传感器22L和22R之间的错移）相互进行比较，由此达到更高的测量精度和可靠性。为了进行控制，测量的物体方位角也可以附加地通过三角测量法计算。也可以以这种方式探测到和在计算上弥补两个雷达传感器22L，22R的可能的误调整。

所描述的实施例可以以多种方式进行变化。例如可以使用具有不同数量的射束的雷达传感器，例如具有三个或六个射束。在具有四个射束的雷达传感器情况下例如也可以将三个传输混合器和一个隔离混合器相互组合起来。相应地，在具有不同的射束数量的传感器情况下，也可以实现混合器类型的不同的组合。还可以的是，设置三个或更多个不同的混合器类型，例如一个纯粹的传输混合器，一个纯粹的隔离混合器和一个具有平均传输功率的混合器，并且这些混合器然后非对称地分配给不同的天线。

Claims (2)

1. 用于汽车的雷达传感器，具有多个发射和接收天线（10，10'），这些天线在它们的方位角的定向特性上是不同的并且它们各被分配一个混合器（12，12'），该混合器将发射信号（S）与接收的信号（E）相混合，其中，混合器中的至少一个（12）是传输混合器和混合器中的至少另一个（12'）具有较小的传输功率，其中，相对于在其传输功率上是不同的混合器（12，12'），发射和接收天线（10，10'）的分配关于光轴（28）是非对称的，其特征在于，所述雷达传感器具有偶数数量的发射和接收天线（10，10'），并且用于一半数量的发射和接收天线（10）的混合器（12）中的两个混合器被作为传输混合器，即作为在光轴（28）的一侧上的具有强发射功率的天线（10）配置，而用于另一半数量的发射和接收天线（10'）的两个混合器（12'），即位于光轴（28）的另一侧上作为隔离混合器、作为具有弱发射功率或没有任何发射功率的天线（10'）配置并且具有比所述被作为传输混合器配置的天线较小的传输功率。

2. 按照权利要求1所述的雷达传感器，其特征在于，主要作为隔离混合器配置的全部混合器（12'）属于发射和接收天线（10'），这些天线的定向特性在相同的方向上偏移于雷达传感器的光轴（28）。