CN105074497A - 借助具有不同调制的两种切换状态的天线阵列的雷达设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种用于具有切换天线的雷达的调制方案。在此，具有切换天线的天线阵列的各个切换状态与雷达信号的调制紧密结合。通过这种方式可能的是，在时分复用方法中使用所设计的天线并且因此能够实现切换状态之间的短时间。由此，也能够实现越过切换状态的相位分析处理。

Description

借助具有不同调制的两种切换状态的天线阵列的雷达设备和方法

技术领域

本发明涉及一种具有切换天线阵列的雷达设备以及一种用于运行具有切换天线阵列的雷达设备的方法。

背景技术

现代车辆越来越多地配备有驾驶辅助系统。所述驾驶辅助系统在流动的交通中或例如在道路边缘停泊车辆时支持车辆驾驶员。以经调制的信号工作的雷达系统证明适于目标参数——例如对象的距离和相对速度的确定。在此，通过调制方法的合适选择，能够实现根据这些参数进行目标参数的准确估计和各个目标的分离。

不同种类的天线用于目标参数的角度估计。除传统的并行扫描系统以外，在此切换天线方案也越来越令人感兴趣。例如出版文献DE102009029503A1公开了一种具有平面天线装置的雷达传感器设备，所述平面天线装置具有多个垂直定向的、以稀疏阵列形式的天线列。

例如时分复用方法适于切换天线的运行，在所述时分复用方法中相继使用切换天线。然而，在此也必须考虑目标对象的可能运动。

因此，存在对具有以下切换天线阵列的雷达设备的需求：所述切换天线阵列在各个切换状态之间允许短的时间间隔。此外，存在对以下雷达设备的需求：所述雷达设备能够实现越过所使用的天线阵列的不同切换状态的相位分析处理。

发明内容

本发明根据一个方面提供具有切换天线阵列的雷达设备，所述天线阵列设计用于在第一切换状态中接收第一雷达回波并且在第二切换状态中接收第二雷达回波，其中所述第一雷达回波基于所发送的具有第一调制的雷达信号并且所述第二雷达回波基于所发送的具有第二调制的雷达信号。

根据另一方面，本发明提供一种用于运行雷达设备的方法，所述雷达设备具有切换天线阵列，所述方法具有以下步骤：在所述切换天线阵列中调节第一切换状态；发送具有第一调制的第一雷达信号；在所述天线阵列的第一切换状态中接收第一雷达回波；在所述切换天线阵列中调节第二切换状态；发送具有第二调制的第二雷达信号；在所述天线阵列的第二切换状态中接收第二雷达回波。

本发明的构思是，将雷达设备中的天线阵列的各个切换状态及其转换与所使用的雷达信号的调制结合。因此，雷达设备中的天线阵列的各个切换状态分别与各自经调制的信号紧密关联。

通过雷达信号的不同调制与天线阵列的不同切换状态的关联，可能的是，在时分复用运行中使用切换天线阵列并且在此能够实现各个切换状态之间的短时间。因此，也能够实现越过切换状态的相位分析处理。

另一个优点在于，通过使用经不同调制的信号能够实现距离与相对速度估计的唯一明确性。此外，可以通过天线的转换实现改善的角度估计。

根据本发明的一种实施方式，所述切换天线阵列在第一切换状态中的天线特性与所述切换天线阵列在第二切换状态中的天线特性不同。通过各个切换状态中天线特性的变化能够进一步改善雷达设备的角度分辨率。

在另一种实施方式中，所述雷达设备还包括设计用于发送所述第一雷达信号和所述第二雷达信号的发送天线。

根据一种特定实施方式，所述发送天线是切换天线阵列。通过将切换天线阵列用作发送天线，对于雷达信号的发送也能够实现不同的天线配置。因此，可以附加地改善雷达设备的分辨率。

在另一种实施方式中，在预先确定的时间段上交替地发送所述第一雷达信号和所述第二雷达信号。通过两个不同的雷达信号越过一个时间段的连续发送，能够在雷达设备的视野中实现对象的距离与相对速度的可靠估计。

根据一种特定实施方式，所述第一雷达信号和所述第二雷达信号是经FMCW调制的雷达信号。这种经FMCW(FrequencyModulatedContinuousWave：调频连续波)调制的雷达信号证明适于距离和相对速度的确定。

本发明还包括一种具有根据本发明的雷达设备的机动车。

附图说明

本发明的其他特征和优点由以下参考附图的描述得出。

附图示出：

图1：具有根据本发明的一种实施方式的雷达设备的机动车的示意性示图；

图2：具有根据本发明的一种实施方式的切换天线阵列的雷达设备的示意性示图；

图3：具有根据本发明的一种实施方式的经频率调制的雷达信号的序列的频率时间图；

图4：一种根据本发明的一种实施方式的用于运行雷达设备的方法的示意性示图。

在附图中部分地示出元件的透视图，为清楚起见，所述元件不一定按比例绘出。总的来说，相同的参考标记表示同样的或起相同作用的部件。

具体实施方式

图1示出具有根据本发明的一种实施方式的雷达设备10的机动车1。雷达设备10在此包括天线阵列、优选切换天线阵列。在此，根据天线阵列的切换状态得出不同的方向特性20、21。因此，一方面，为了良好的角度分辨率可以以相对较大的合成孔径运行天线阵列。另一方面，也能够实现以下切换状态：在所述切换状态中可以提高分辨率的唯一明确性。

同样也可能的是，运行具有相同方向特性、但具有不同相位中心的发送天线的雷达设备1。在这种情况下，通过不同的相位中心产生与方向有关的相位响应。与方向有关的相位响应同样可以用于雷达设备10中的进一步处理。

图2示出根据本发明的一种实施方式的雷达设备的示意性示图。雷达设备包括控制设备13。所述控制设备13产生发送信号，所述发送信号通过发送天线12发送。发送天线12在此或者可以由单个天线元件组成或者可以如所示的那样由具有多个天线元件12a的天线阵列组成。如果发送天线12由具有多个元件12a的天线阵列组成，则对于发送天线12也能够实现多个不同的切换状态。通过这种方式也可以匹配发送天线12的天线特性。

在控制设备13已经产生发送信号并且所述发送信号已经通过发送天线12发送之后，所述信号由一个或多个对象反射。发送信号的反射部分随后由接收天线11检测。接收天线11在此优选是具有多个接收元件11a的天线阵列。

如果接收天线11具有多个接收元件11a，则可以将这些接收元件直接供给到控制单元13。替代地，接收天线11可以作为切换接收天线实施，在所述切换接收天线中各个天线元件11a可以通过合适的切换元件在不同的配置中相互连接并且在此必要时选择可用的接收天线元件11a的仅仅一部分用于进一步处理。

对于切换接收天线11，在此能够实现不同的切换状态。根据切换状态在此可以选择例如一些、优选间隔远的天线元件11a，以便获得尽可能大的孔径。替代地，一些相互紧邻的天线元件11a的选择也是可能的。这样的切换状态优选能够实现具有提高的唯一明确性的方向特性。

根据切换状态选择的天线元件11a的接收信号被供给给控制单元13。控制单元13根据对应的发送信号来分析处理接收信号。因此，在成功的处理之后，可以通过控制设备13输出关于距离、相对速度和角度估计的信息。因此，可以通过接收天线11和/或发送天线12的控制实现雷达设备的改善的角度估计。

两个发送天线元件12a和四个接收天线元件11a的所示数量在此应理解为仅仅示例性的。发送天线元件12a和接收天线元件11a的其他任意数量同样是可能的。各个天线元件11a和12a的在图2中示出的等距间距在此仅仅是示例性的。天线阵列11和12尤其也可以涉及稀疏天线阵列，在所述稀疏天线阵列中至少部分地在各个天线元件之间存在较大的空位。因此，例如也可以以相对较小数量的天线元件合成相对较大的孔径。此外在一种特定实施方式中可能的是，例如各个天线元件布置到λ/2栅格上，其中λ是雷达设备的所使用的中频的波长。但用于天线元件的其他间距也是可能的。优选地，各个天线元件的布置在此如此构型，使得基于具有尽可能少的天线元件的切换天线阵列的所使用的切换状态产生最佳的角度估计。

在图2中对于发送天线12和接收天线11分别示出分离的天线阵列。此外，也可能的是，不仅对于发送信号的发送而且对于反射信号的接收使用一个共同的天线阵列。通过发送天线和接收天线组合在一个共同的天线阵列中能够实现雷达设备的特别高效的构型。

为了除角度估计以外也能够实现唯一明确的距离估计和相对速度估计，通过发送天线12发送具有不同调制的雷达信号。图3示出具有用于发送信号的两种不同调制的频率时间图。这两种调制——一方面具有上升的频率的正向线性调频脉冲(Up-Chirp)和另一方面具有随时间下降的频率的反向线性调频脉冲(Down-Chirp)——在此相互交错，也即分别交替地发送正向线性调频脉冲和反向线性调频脉冲。对于这两种调制中的每一种实施分离的分析处理，以便由这两种分析处理的组合能够实施距离和相对速度的唯一明确的确定。除在此示出的两种不同的调制以外，此外也能够实现多于两种的不同调制，以便进一步改善唯一明确性。例如可以使用具有不同斜率的多个正向线性调频脉冲和/或多个反向线性调频脉冲。

对于发送信号的所使用的调制中的每一种，发送天线12的天线阵列和/或接收天线11的天线阵列在不同的切换状态中运行。例如，根据图3，具有上升频率的信号可以由第一切换状态中的天线阵列接收并且具有以下降频率进行的调制的信号可以由具有第二切换状态的天线阵列接收。在这种情况下，对于发送信号在两种调制中的发送，发送天线12的天线阵列可以在相同的切换状态中运行。替代地，用于发送天线12的不同切换状态对于发送信号的不同调制也是可能的。

在另一种实施方式中，对于发送信号的每一种调制可以使用发送天线12的不同切换状态。例如，根据图3，具有上升频率的信号可以在发送天线12的第一切换状态中发送并且具有下降频率的信号可以在发送天线12的第二切换状态中发送。在这种情况下，接收天线11对于两种调制可以在相同的切换状态中运行。替代地，对于两种调制也能够实现接收天线11的不同切换状态。

在多于两种用于发送信号的不同调制的情况下，也可能的是，对于发送信号的一些调制改变发送天线的切换状态并且在此使接收天线的切换状态不变，并且对于发送信号的另外一些调制使发送天线的切换状态相同并且改变接收天线的切换状态。优选地，在此，所发送的信号的每一种调制相应于发送天线和/或接收天线的切换状态的各自配置。但原则上也可能的是，用于发送信号的调制的数量与用于发送天线和/或接收天线的切换状态的数量不同。然而，在这种情况下，预期用于分析处理的更高开销。

信号处理对于天线阵列的每一种切换状态分离地进行。对于距离和相对速度的估计进行均衡(Abgleich)，并且可以相互对应所述均衡中的峰值。在目标的距离和相对速度已知之后，通过调制之间的时间偏移形成的相位偏移可以由距离和相对速度确定。随后，对于角度估计可以使用来自两种调制的信息。因此，通过先前所述的方案实现在所探测的目标的角度估计方面和/或唯一明确性方面精度的提高。

根据先前所述的方案，多个频率斜坡(正向线性调频脉冲和反向线性调频脉冲)相互交错，并且在此对于各个频率斜坡中的每一个可以选择天线切换状态的一个各自配置。在此，根据经FMCW调制(FrequencyModulatedContinuousWave：调频连续波)的雷达配置的方案，各个频率斜坡对于天线配置的相同切换状态分别始终相同。

然而，此外，适于将各个频率斜坡相互交错并且将其分别分配给各自的天线切换状态的替代调制方法同样是可能的。例如，以下方法也特别适合：在所述方法中正向线性调频脉冲和反向线性调频脉冲的各个斜坡还与所谓的慢斜坡叠加，从而在时间上改变用于斜坡的频率的起点和终点。所述方法例如以多速调频连续波(MSFMCW：MultispeedFrequencyModulatedContinuousWave)方法的名称而闻名。

同样，线性调频脉冲序列调制是可能的。但在这种情况下，具有相同的或至少非常相似的调制特性的不同斜坡是适合的。通过距离和相对速度的分离进行的探测和估计又可以确定相位偏移。

图4示出一种用于运行具有切换天线阵列的雷达设备的方法的示意性示图。在第一步骤110中调节天线阵列的第一切换状态。随后，在步骤120中发送具有第一调制的第一雷达信号并且在步骤130中通过天线阵列接收雷达回波。

进一步地，在步骤140中调节天线阵列的第二切换状态。随后，在步骤150中发送具有第二调制的第二雷达信号并且在步骤160中借助天线阵列接收第二雷达回波。

总而言之，本发明涉及一种用于具有切换天线的雷达的调制方案。在此，将具有切换天线的天线阵列的各个切换状态与雷达信号的调制紧密结合。通过这种方式可能的是，在时分复用方法中使用切换天线阵列并且因此能够实现切换状态之间的短时间。由此，也能够实现越过切换状态的相位分析处理。

Claims (8)

1.一种雷达设备(10)，其具有切换天线阵列(11)，所述天线阵列设计用于在第一切换状态中接收第一雷达回波并且在第二切换状态中接收第二雷达回波，其中，所述第一雷达回波基于所发送的具有第一调制的雷达信号，并且所述第二雷达回波基于所发送的具有第二调制的雷达信号。

2.根据权利要求1所述的雷达设备(10)，其中，所述切换天线阵列(11)在所述第一切换状态中的天线特性与所述切换天线阵列(11)在所述第二切换状态中的天线特性不同。

3.根据权利要求1或2所述的雷达设备(10)，所述雷达设备还包括发送天线(13)，所述发送天线设计用于发送所述第一雷达信号和所述第二雷达信号。

4.根据权利要求3所述的雷达设备(10)，其中，所述发送天线(13)是切换天线阵列。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的雷达设备(10)，其中，所述第一雷达信号和所述第二雷达信号在预先确定的时间段上交替地发送。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的雷达设备(10)，其中，所述第一雷达信号和所述第二雷达信号是经FMCW调制的雷达信号。

7.一种机动车(1)，其具有根据以上权利要求中任一项所述的雷达设备(10)。

8.一种用于运行雷达设备(10)的方法(100)，所述雷达设备具有切换天线阵列，所述方法具有以下步骤：

在所述切换天线阵列中调节(110)第一切换状态；

发送(120)具有第一调制的第一雷达信号；

在所述天线阵列的第一切换状态中接收(130)第一雷达回波；

在所述切换天线阵列中调节(140)第二切换状态；

发送(150)具有第二调制的第二雷达信号；

在所述天线阵列的第二切换状态中接收(160)第二雷达回波。