CN105556334A - 用于确定远离的对象的间距和相对速度的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于确定至少一个远离观察点的对象的间距(R)和相对速度(v)的方法，所述方法包括以下方法步骤：-从所述观察点连续发射各一信号周期(T_Chirp)的至少一个第一和第二电磁信号；-所述信号由具有恒定的频率和预给定的相同的持续时间的信号区段(突发)组成，其中信号的信号区段借助频率步扫过预给定的调制范围；-通过以下方式相互交错地发射所述信号：使得不同信号的信号区段在时间上相互连接，其中在不同信号的相互连接的信号区段之间存在频率跳变；-接收由对象作为回波信号反射的信号并且进行与发射信号的混频操作，用于将接收信号变换到同一个模拟信道中的基频带中；-进行模数转换并且采样所接收的回波信号的信号区段并且对于每一个信号区段提取至少一个采样值；-借助傅立叶变换级分开地分析处理所发射的不同信号的不同回波信号的采样值并且确定相应于所述信号区段的峰的频率并且确定所发射的信号的回波信号之间的相位差，其特征在于，以与所述第一信号(A)的相应信号区段的频率相同的频率发射所述第二信号(B)的信号区段。

Description

用于确定远离的对象的间距和相对速度的方法

技术领域

本发明涉及一种用于确定至少一个远离观察点的对象的间距和相对速度的方法，所述方法包括以下方法步骤：

-从观察点连续发射各一个信号周期(T_Chirp)的至少一个第一和第二电磁信号；

-所述信号由具有恒定的频率和预给定的相同的持续时间的信号区段(Bursts：突发)构成，其中信号的信号区段借助频率步扫过预给定的调制范围；

-通过以下方式相互交错地发送所述信号：使不同信号的信号区段在时间上彼此连接，其中在不同信号的彼此连接的信号区段之间存在频率跳变；

-接收由对象作为回波信号反射的信号并且与发射信号进行混频操作，以便将接收信号变换到一个共同的模拟通道中的基频带中；

-进行模数转换并且采样所接收的回波信号的信号区段并且对于每一个信号区段提取至少一个采样值；

-借助傅立叶变换级分开地分析处理所发射的不同信号的不同回波信号的采样值并且确定相应于信号区段的峰的频率并且确定所发射的信号的回波信号之间的相位差。

背景技术

所述方法尤其可以用于检测道路交通中的交通参与者。在此，观察点可以是地点固定的，例如如果在繁忙的道路、交叉路口或其它交通焦点上检测交通流量。所述方法的另一应用领域是驾驶员辅助系统。所述驾驶员辅助系统基于：检测并且分析处理相对于可能运动的车辆的交通，从而必要时可以识别导致警告信号的触发的或者必要时在紧急情况下干预车辆的引导的危急情况。这种类型的已知的系统能够调节与前方行驶的车辆的间距、识别车道变换时的碰撞危险以及必要时在与障碍物的碰撞危险时触发紧急制动。

对于所述系统而言本质是，能够可靠识别多个对象并且也能够给所述对象分配正确的相对速度。

本发明涉及连续发射的电磁信号、尤其雷达信号。对于交通应用而言，76与77GHz以及24与24.25GHz之间的频率带尤其重要。在这些高的频率时，由于短的波长4mm或12.5mm，所以能够实现具有非常小的结构大小的天线，从而用于雷达传感器的空间需求是小的并且能够将所述雷达传感器不显著地安装在车辆上。

原则上，可以借助以恒定频率发射的、由运动对象反射的信号来确定运动对象的相对速度，其方式是，确定由多普勒效应引起的频率移位。为了能够求取所发射、所反射并且再次接收的信号的渡越时间(Laufzeit)(由此得出间距确定)，已知的是周期性地改变、例如线性地增大或线性地减小所发射的信号的频率。所发射和在此所接收的信号之间的频率差包含关于间距的信息，然而仅仅当对象相对于观察点不运动时才以唯一的方式。否则，由于间距测量和多普勒效应的重叠产生多义性。通过所发射的信号或信号周期的适合构造，能够至少部分地排除多义性。因此例如的已知是，发射多个不同的信号周期(T_Chirp)，以便通过各个T_Chirp以及整个信号的分析处理来计算唯一的测量值。其不利在于通过多个T_Chirp的使用增大的测量时间，所述测量时间不仅对于警告应用而言而且对于在紧急情况中对车辆的引导的干预而言是紧要的。

因此为了缩短测量时间已知的是，使多个发射信号相互交错，其方式是，对于例如两个信号构成信号区段并且交替地发射第一信号的信号区段、第二信号的信号区段等。在此，相互交错的信号的数量原则上没有限制。

在通过EP1325350B1已知的在开始时所述类型的方法中，发射具有恒定频率的信号区段。信号的信号区段在信号周期(T_Chirp)期间通过相关信号的信号区段的频率的阶梯状突然跳变扫过预给定的调制范围(f_Sweep)。通过在一个信号区段内使用恒定的频率，能够进行快速且稳定的分析处理。分析处理原理基于：由于所进行的频率确定和相位确定，在距离速度坐标系中存在各一个多义性直线。然而可以求取两个直线的交点，所述交点能够唯一地实现对象的地点和相对速度的期望分配。对于无错误的分析处理而言有意义的是，如此构造两个多义性直线，使得它们尽可能或几乎相互垂直。可以通过调制范围的选择在其斜率方面来调节由频率测量得出的直线，而对于由相位确定得出的直线的倾斜而言，两个相互交错地发射的信号之间的频率移位是重要的。因此，两个相互交错的信号的信号区段之间的频率差表示以下参数：借助所述参数可以影响用于分析处理的信噪比。

已知的方法已经在实践中经过检验。然而，对于困难的监视情况需要将三或四个不同的信号相互交错，以便实现在距离方面唯一的测量结果。因此，分析处理耗费是显著的并且需要不仅有效率的算法而且快速的计算性能。此外，对于更复杂情况的分析处理而言，在用于实施所述方法的装置的发射器部件中也需要显著的耗费。

发明内容

本发明所基于的任务在于，如此构型开始时所述类型的方法，使得在没有测量时间的显著延长的情况下对于复杂的情况也能够实现简化的分析处理。

为了解决所述任务，开始时所述方法根据本发明的特征在于，借助与第一信号的相应信号区段的频率相同的频率来发射第二信号的信号区段。

因此，根据本发明的方法基于：第一信号和第二信号的信号区段之间的频率差为零。在最简单的情形中，第二信号视为相对于第一信号仅仅在时间上移位并且此外可以相同地构造。

根据本发明的方法基于以下认识：借助第一信号和第二信号的信号区段之间的频率差为零，距离速度坐标系中的多义性直线平行于距离坐标延伸并且因此与地点无关。因此，在相位测量时可以直接且唯一地确定相对速度，因为测量结果与对象和观察点之间的距离不存在相关性。通过这种方式，可以求取速度并且将其输入到多义的频率测量中，从而由频率测量能够唯一地实现相对于所确定的速度值的距离确定。

通过本发明不排除，在信号交错时也使用第三信号。然而示出，甚至对于复杂情况而言两个相互交错的信号的使用是定期足够的。

在此，所述分析处理优选以自身已知的方式通过所接收的信号的正交调制来实现，即虚部和实部的分离。将通过这种方式变换到基频带中的信号数字化并且逐信号地分开地单独进行快速傅立叶变换。然后，以通常的方式根据阈值方法在频率范围中求取因此分配给确定的频率的峰。对于每一个信号求取频率。随后，求取相应频率的相位并且构成两个所接收的信号的相位差。频率包含相对速度和间距作为参数。因为通过相位差确定已经可以求取速度，所以能够以简单的方式计算所属的间距。

得出以下：在相同频率的信号区段方面两个信号的时间移位优选应当至少具有三个信号区段的长度。更小的时间移位引起用于待求取的速度的相位测量的小的说服力，因为所测量的相位的与速度相关的斜率变得过小并且因此随之带来过小的信噪比。三个或五个突发宽度的间距引起测量直线的显著更大的斜率并且因此引起速度的显著改善的求取。第二信号相对于第一信号的更大的时间移位可以进一步增大速度确定的灵敏度，但引起测量时间的并且因此响应速度的显著延长。

附图说明

以下根据在附图中示出的实施例进一步阐述本发明。附图示出：

图1：两个相互交错地发射的信号的示意图；

图2：RV图中的多义性直线的示图；

图3：根据图1的、用于第二信号的位于本发明范畴内的一种变形方案的示图。

具体实施方式

图1示出相互交错地发射的第一信号A和第二信号B。第一信号A由多个在持续时间T上发射的信号区段组成。持续时间T相应于关于T＝1/f_Step的频率f_Step。在信号A的信号区段之间设置等长的间歇，在所述间歇中可以发射信号B的信号区段。在所示的实施例中，第二信号B以时间延迟dT(＝d/f_Step)开始，其中d在此＝3，从而在第一信号A的前两个突发之间不发射第二信号的信号区段。对于没有发射间歇的交错而言，d是奇数并且因此例如也可以＝5。

在图1中所示的优选实施例中，第一信号A的信号区段与第二信号B的信号区段之间的频率步分别为恒定的f_Incr，从而信号A和B在所扫过的频率范围f_Sweep上的斜率相互平行。第一信号A的第一信号区段与第二信号B的第一信号区段之间的频率差为零。通过频率步f_Incr扫过的频率范围是f_Sweep。信号周期(T_Chirp)的持续时间为T_Chirp。信号A和B(必要时一个或多个另外的信号)的平行性有助于分析处理。

图2阐明在距离速度坐标系中的、用于相位测量和频率测量的多义性直线。特征化相位测量的直线平行于R轴。这意味着，速度V₀包含在与对象的间距R₀无关的相位测量中。由频率测量得出的直线与用于相位测量的直线的交点能够实现间距R₀的确定。

因此可以识别出，相位差构成用于确定相对速度V的基础。适用如下(对于雷达信号的载波频率f_c，其目前为24GHz或77GHz)：

可以得出可能的地点分辨率ΔR：

$\mathrm{\Δ}R=\frac{c}{2\·f_{Sweep}}$

$k=\frac{v}{\mathrm{\Δv}}-\frac{R}{\mathrm{\ΔR}}\⇔\frac{v}{\mathrm{\Δv}}=\frac{R}{\mathrm{\ΔR}}+k$

速度分辨率Δv由信号区段T_Chirp的CPI长度得出。借助其由突发构成的信号序列通过傅立叶变换和阈值探测来分析处理两个信号中的每一个信号。在两个序列中在所分析处理的两个频谱的经傅立叶变换的输出信号中的相同的整数指数k＝k_A＝k_B时探测出具有确定的间距和确定的速度的单个对象。在两个信号序列中，将出现相同的间距多义性和速度多义性。两个复数的频谱峰的所测量的相位和存在区别并且包含可以用于解决多义性的差异化的速度信息。由于在两个序列中的相干测量技术，可以分析处理相位差以便间距确定和速度确定。相位差可以分析地通过以下公式来描述：

其中，N是两个不同频率的每一个发射频率A和B中的频率步的数量。在第一次计算时，可能是多义的，然而可以通过将测量结果根据上式的组合来解决多义性。两个测量结果的交点引起间距的和相对速度的唯一确定。

在考虑相位差的情况下，得到唯一的测量结果：

在图2中，坐标R₀，V₀相应于两个多义性直线的交点。

图3阐明，在本发明范畴内的改进也是可能的，其中与第一信号加倍地交错地发射第二信号。在第一信号A的第二和第三信号区段之间以及第三和第四信号区段之间的间隙中以各两个相同频率的信号区段发射第二信号。相应地，在第一信号A的第四和第五以及第五和第六信号区段之间发现与第一信号A的第三信号区段相同频率的信号区段。由此得出，第一信号A的两个f_Incr相应于第二信号B的相同频率的信号区段对之间的频率跳变。

在测量时间相同时，在所述变型方案中可以每个所分辨的峰获得附加的用于速度的差相测量值，以便对于相对速度增大测量精确度和单义的测量范围。

图3可以识别出，可以超过通过f_Sweep预给定的范围地“延长”所述信号中的一个或多个。尤其可以通过以下实现：在d＝3或d＝5时由于缺少第二信号B的信号区段，不必须将在范围f_Sweep的开始时存在的调制空隙(Modulationsloch)包括到分析处理中，因为由于所延长的信号超过范围f_Sweep的端部能够实现对不受调制空隙干扰的、相应于f_Sweep的频率范围的分析处理。

由所述实施例可以识别出，第一和第二信号优选以同一频率开始，以便扫过所述调制范围。

Claims (5)

1.一种用于确定至少一个远离观察点的对象的间距(R)和相对速度(v)的方法，所述方法包括以下方法步骤：

从所述观察点连续发射各一信号周期(T_Chirp)的至少一个第一和第二电磁信号；

所述信号由具有恒定的频率和预给定的相同的持续时间的信号区段(突发)组成，其中，信号的所述信号区段借助频率步扫过预给定的调制范围；

通过以下方式相互交错地发射所述信号：使不同信号的信号区段在时间上彼此连接，其中，在不同信号的彼此连接的信号区段之间存在频率跳变；

接收由对象作为回波信号反射的信号并且进行与发射信号的混频操作，以便将所接收的信号变换到一个共同的模拟信道中的基频带中；

进行模数转换并且采样所接收的回波信号的信号区段并且对于每一个信号区段提取至少一个采样值；

借助傅立叶变换级分开地分析处理所发射的不同信号的不同回波信号的采样值并且确定相应于所述信号区段的峰的频率并且确定所发射的信号的回波信号之间的相位差，

其特征在于，以与所述第一信号(A)的相应信号区段的频率相同的频率发射所述第二信号(B)的信号区段。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一和所述第二发射信号相同并且彼此时间错位地发射。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述时间错位相应于三个信号区段(3T)的长度。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述时间错位相应于五个信号区段(5T)的长度。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二信号(B)由所述第一信号(A)的每一个第二信号区段构成，所述第二信号区段以两个信号区段的形式两次与所述第一信号(A)的信号区段交错地发射。