CN106796283A - Mimo雷达测量方法 - Google Patents
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Abstract
MIMO‑FMCW雷达传感器和用于定位雷达目标(18)的MIMO时分复用方法,其中,借助发射信号执行FMCW雷达测量,所述发射信号的调制模式对于不同的发射开关状态(m)包括斜坡(24;28;34;38)的在时间上相互交错的序列(22;26;32;36),所述发射开关状态在用于发射的天线元件(12)的选择方面区别;由二维谱(56)中的峰的位置(k,I)确定所述雷达目标(18)的相对速度(v)的模糊值;针对与对于所述相对速度(v)的确定的值中的多个值预期的相位关系(a(v,m))的一致性方面检查谱(X)的谱值之间的相位关系;据此从所述相对速度(v)的所确定的周期值中选择所述雷达目标(18)的相对速度(v)的估计值;并且根据所获得的基带信号(b)之间的振幅和/或相位关系确定所述雷达目标(18)的角度。
Description
技术领域
本发明涉及一种借助进行角分辨的MIMO-FMCW雷达传感器定位雷达目标的方法,其中,将所接收的信号与所发射的信号向下混频成基带信号,并且根据对于所述雷达传感器的用于发射和接收的天线元件的不同选择获得的基带信号之间的振幅和/或相位关系确定所定位的雷达目标的角度。
本发明还涉及一种尤其用于机动车的雷达传感器,所述雷达传感器构造用于实施所述方法。
背景技术
在机动车中使用FMCM雷达传感器用于检测交通环境,尤其用于定位其他车辆。可以将定位结果用于不同的辅助功能,例如用于自动间距调节、自动碰撞警告或也用于在严重碰撞危险时自动触发紧急制动。
在FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave/调频连续波)雷达传感器中使用具有经斜坡状调制的频率的发射信号。在斜坡的变化过程期间连续发射该信号。由接收信号通过与发射信号混频来产生基带信号,所述基带信号被采样和分析处理。
基带信号的频率相应于在给定时刻发射的信号与在同一时刻接收的信号之间的频率差。基于发射信号的频率调制,该频率差与信号从雷达传感器到对象并且返回的传播时间以及因此与对象的间距有关。然而基于多普勒效应,频率差也包含通过对象的相对速度决定的分量。因此,在单个斜坡上的频率差的测量还不允许间距的和相对速度的确定,而是仅仅提供这些参量之间的线性关系。该关系可以在间距/速度图(d-v-Diagram)中表示为直线。
已知FMCW雷达传感器,在所述FMCW雷达传感器中以相同的、相对短的斜坡的序列——即所谓的快速线性调频“Rapid Chirps”)进行工作,所述斜坡相对于其持续时间具有高的频率偏移(Frequenzhub)并且因此如此陡峭,使得在基带信号中,频率移位的与间距有关的分量占主导,而多普勒移位通过斜坡序列被采样。因此,为了在相对速度的测量范围内允许相对速度的明确确定,需要短斜坡的足够高的重复率。彼此相继的短斜坡之间的时间错位尤其必须小于多普勒频率的半个周期持续时间。
雷达传感器大多具有多个天线元件,所述多个天线元件相互成一间距地布置在一条线上,例如布置在水平线上,从而所定位的对象的不同方位角导致雷达信号从对象直至相应天线元件要经过的传播长度方面的差。这些传播长度差导致由天线元件接收并且在所属的分析处理通道中分析处理的信号的相位方面的相应差异。然后通过在不同通道中接收的(复)振幅与天线图中的相应振幅进行比较,可以确定雷达信号的入射角和因此所定位的对象的方位角。
在MIMO雷达(Multiple Input/Multiple Output/多输入多输出)中通过以下方式实现较大的角分辨能力:即不仅借助多个进行接收的天线元件、而且借助多个进行发射的天线元件工作,其中,分析处理进行发射和进行接收的天线元件的不同组合,所述不同组合导致所反射的信号的相应传播长度差。
在MIMO雷达中,借助进行发射的天线元件的不同选择发射的信号必须相互正交或者在时间上可分离。这例如可以通过码分复用、频分复用或者时分复用来实现。然而码分复用方法要求高的耗费并且仅仅能够实现信号的有限的正交性。在频分复用中存在以下缺点:相位与多普勒频率移位与相应的波长有关。因此,在此提出的方法基于时分复用原理。然而存在以下问题:所定位的对象的相对运动结合在借助不同开关状态的测量之间的时间差导致相位差,所述相位差使后续的角度估计变得困难。
发明内容
本发明的任务是,说明一种用于MIMO雷达的时分复用方法,所述时分复用方法允许较准确的角度估计。
根据本发明,所述任务通过一开始所述类型的方法来解决,在所述方法中:
(a)对所发射的信号进行斜坡状频率调制,并且所发射的信号具有以下调制模式:所述调制模式包括斜坡的多个序列,所述斜坡在相应的序列内以时间间隔时间错位地彼此相继,
其中,所述序列中的至少两个分配给不同的发射开关状态并且在时间上相互交错,所述发射开关状态在用于发射的天线元件的选择方面区别,
其中,在分配给不同发射开关状态的彼此相继的斜坡之间在相关发射开关状态之间进行切换,
其中,给所述发射开关状态中的至少一个分别分配所述序列中的在时间上相互交错并且相互间相对于第一序列具有分配给相应的另一序列的时间错位的至少两个序列,
(b)至少对于分配有多个序列的至少一个发射开关状态、分开地对于这些序列中的每一个序列,由所述基带信号通过二维傅里叶变换计算二维谱,其中,在第一维中逐个斜坡进行变换并且在第二维中通过斜坡索引进行变换,所述斜坡索引计数所述序列内的斜坡,
(c)根据在所述基带信号的至少一个二维谱中的峰的位置确定雷达目标的相对速度的以预先确定的速度周期为周期的值,
(d)针对与在相应的发射开关状态中对于所述相对速度的周期值中的多个周期值预期的相位关系的一致性方面检查在分开地计算的二维谱中分别在相同位置上以及分别对于相同发射开关状态获得的谱值的相位关系,以及
(e)根据所述检查的结果从所述相对速度的所确定的周期值中选择所述雷达目标的相对速度的估计值。
这些序列在时间上相互交错。也就是说,在一个序列的斜坡之间的间隙中布置有相应的另一(另外的多个)序列的斜坡。在此,术语“相互交错”与“相互交叉”或者“相互交织”同义地使用。
通过斜坡的相应序列实现多普勒频率移位的欠采样,从而所获得的关于相对速度的信息具有模糊性。相对速度的值尤其以一定的速度间隔为周期
其中,c是光速,f0是平均发射频率,Tr2r是在一个序列内的斜坡之间的时间间隔。因此,由在所采样的基带信号的二维谱中的分配给雷达目标的峰的位置,确定雷达目标的相对速度的具有模糊性的值。然后通过以下方式可以解模糊性:即检查对于相对速度的相应值预期的在分配给同一个发射开关状态的序列的信号之间的相位关系与所测量的相位关系有多好的一致性。所预期的相位关系分别与相对速度和在相关序列之间的时间错位有关。
这允许在以下速度测量范围内明确地估计相对速度:所述速度测量范围例如可以是借助所述斜坡序列中的仅仅一个斜坡序列的测量的明确范围的多倍。尤其有利的是,能够实现在一个序列的斜坡之间、也就是在斜坡中点之间的相对大的时间间隔,从而可以降低硬件耗费,或者在相同的硬件耗费的情况下能够实现比较准确的定位。
通过序列的由此变得容易的、在时间上的相互交错产生以下优点:即几乎同时测量用于确定角度的、以不同的发射开关状态获得的基带信号或者所述基带信号的谱,从而能够最小化和/或能够特别准确地校正由相对运动引起的相位移位。
因此,尽管通过较小的时间间隔降低了硬件成本,仍然能够实现改善的角度估计。
在长度相应于时间间隔Tr2r的调制模式周期内,斜坡优选地以不均匀的间距布置,从而调制模式尽管有规律性的时间间隔Tr2r仍然具有尽可能少的对称性。基于统一的时间间隔Tr2r,不同序列的斜坡之间的时间错位逐个周期地重复。
优选地,在选择用于雷达目标的相对速度的估计值的步骤(e)中,在相对速度的测量范围内明确确定相对速度的估计值,其中,测量范围的上最大值vmax与序列内的斜坡中点的时间间距Tr2r成以下关系:
Tr2r>c/(4f0vmax)
其中,c是光速,f0是平均发射频率。这相应于通过相应的斜坡序列,以彼此相继的斜坡之间的时间间距Tr2r对雷达目标的最大可检测的相对速度vmax进行欠采样。优选地,Tr2r至少为关系式右侧的所述参量的多倍。
优选地,在选择用于雷达目标的相对速度的估计值的步骤(e)中,在相对速度的测量范围内明确确定相对速度的估计值,其中,测量范围的上最大值vmax与相应的另一序列的相应时间错位T12成以下关系:
T12>c/(4f0vmax)
优选地,T12为关系式右侧的所述参量的至少多倍。通过选择在斜坡序列之间的相对大的时间错位T12的方式,可以降低用于实施所述方法的硬件耗费,因为能够允许所测量的相位关系的最终的模糊性。因为在较大的测量范围内仍然可以确定用于相对速度的明确估计值。
在从属权利中说明本发明的有利的构型。
在进行角分辨的测量时,天线元件沿以下方向布置在不同的位置中:雷达传感器沿所述方向有角分辨能力。例如使用多个天线元件用于接收。对于在相应的角位置中的理想的、近似点状的雷达目标,在不同的天线元件中接收的信号之间存在独特的相位与振幅关系。所接收的信号之间的振幅比与天线元件的方向角和灵敏度曲线有关。通过分析处理相位关系和/或分析处理振幅关系,可能的是,确定所定位的雷达对象的角位置。
对于在给定的间距处的并且具有给定的反射强度的标准对象,在天线图中示出由天线元件发射的并且在雷达目标上反射之后在天线元件上接收的信号的振幅和相位与所定位的雷达目标的角位置的相互关系。例如通过比较对于同一个雷达目标进行的用于发射和接收的天线元件的不同选择而获得的振幅和/或相位与相应的天线图,可以确定雷达目标的角位置。
在相应序列内彼此相继的斜坡优选地具有相同的斜坡斜率和相同的、它们的斜坡中心频率的差以及特别优选地具有相同的频率偏移,其中,所述斜坡中心频率的差可选地不等于零,其中,在相应的序列中有相同斜坡索引的斜坡具有相同的斜坡斜率和相同的斜坡中心频率以及特别优选地具有相同的频率偏移。如果除可选地不等于零地选择的、逐个斜坡的频率差以外,所有序列的所有斜坡的频率变化过程相同,则能够特别准确地测量由雷达目标的相对速度引起的相位关系,并且简化角度确定。
如果序列之间的时间错位和在序列内的斜坡的时间间距处于相同的数量级,则能够特别好地利用可供使用的测量时间。此外,还能够将对象加速度对各个序列的基带信号之间的相位关系的影响保持得尽可能小。此外,因此还能够对于在序列与在序列内的斜坡的时间间距之间的时间错位选择有利的值,所述值尽可能“不可通约”,即相互间不成倍数关系。然后由解模糊性产生特别大的用于相对速度的测量范围。与此相应地,调制模式包含斜坡之间的间歇。调制模式尤其优选地具有至少一个间歇,该间歇有规律地在一个序列的分别两个彼此相继的斜坡之间反复出现,以从间歇到间歇的时间间隔,所述时间间隔等于一个序列的斜坡之间的时间间隔。
优选地,相应序列的斜坡在调制模式的主要时段期间交替布置,也就是说,这些序列很大程度在时间上重叠。
在另一序列的斜坡与第一序列的相关斜坡之间的分配给相应的另一序列的时间错位优选地小于相应序列内的斜坡之间的时间间隔的两倍,特别优选地小于该时间间隔。后者等同于:在第一序列的两个彼此相继的斜坡之间始终发射分配给相同的发射开关状态的斜坡的相应的另一序列的相应斜坡。
优选地,将分开地计算的二维谱合并成基带信号的二维谱,尤其是功率谱,在用于确定所述相对速度的值的步骤(c)中使用所述二维谱。合并例如是非相位相干的,优选地将谱值的绝对量值平方进行非相位相干求和得到功率谱。由此能够改善峰的探测。因此尤其可以绝大部分均衡通过将可供使用的测量时间划分成多个斜坡序列以及间歇而引起的、分开地计算的谱的信噪比的降低。
在检查相位关系的时候优选地使用根据以下等式的关系:
所述等式使另一序列的相应的谱的谱值的相位与相同的发射开关状态m的第一序列的谱的谱值的相位之间的预期相位差与分配给所述另一序列的时间错位T12和所述相对速度v形成关系,其中,c是光速,f0是平均发射频率。一般性地,替代用于第二序列的T12和地,写分配给发射开关状态m的序列中的第i序列的Tli,m以及其中,i>1。
在检查相位关系时优选使用与相对速度v有关的、并且可选地与发射开关状态m有关的、根据以下等式的测量的控制向量a(v,m)
其中,m表示相应的发射开关状态,I是计数序列的序列数目,i=1,...,I,并且在向量的第i个分量中,对于i>1,Tli,m是分配给第i序列的、相对于第一序列的时间错位,对于分配给第m发射开关状态的序列而言。序列之间的时间错位始终涉及分配给同一个发射开关状态的序列。控制向量a(v)在该记号中是列向量,其分量分别描述第i序列相对于第一序列的部分测量的所预期的相位差,其中,所预期的相位差分别确定为复指数函数的相位。该向量分量的数目是I。共同的指前因子是归一化因子并且为1,除以所使用的序列的数目I的平方根。在指数函数的指数中,只要没有其他说明,则j表示虚单位。
优选地,在不同的发射开关状态m中,使用相应的另外的序列相对于相应的第一序列的不同的时间错位Tli,m。换句话说,每一个对于具有多个所分配的序列的另一发射开关状态使用的时间错位T1h,m(其中,m>1且h=1,..,H)区别于每一个对于第一发射开关状态所使用的时间错位T1i,1(其中,i=1,..,I),其中,H是另一发射开关状态的所使用的序列的数目并且可选地区别于I。因此,控制向量a(v,m)与相应的时间错位并且因此与相应的发射开关状态有关。
优选地,给所述发射开关状态中的第一和第二发射开关状态分别分配所述序列中的在时间上相互交错并且相互间相对于相应的发射开关状态的第一序列具有分配给所述发射开关状态的相应的另一序列的时间错位的至少两个序列,其中,在不同的发射开关状态中使用另外的序列的不同的时间错位。
优选地,对用于确定角度的基带信号进行相位校正,所述相位校正补偿对于相对速度的估计值预期的相位移位。
优选地,在相应序列中的分别具有相同斜坡索引的斜坡中在调制模式中将分别分配有斜坡的发射开关状态的顺序混合。换句话说,顺序不同于一般顺序,在所述一般顺序中发射开关状态依次以其相应的所分配的斜坡出现。由此能够减小相对速度的估计误差对角度确定的影响。尤其优选地,在具有相同斜坡索引的第一或者第二发射开关状态的一个序列的两个斜坡之间始终发射具有相同斜坡索引的分别另一发射开关状态的一个序列的至少一个斜坡。
对控制向量a(v,m)的认识允许:在峰的位置处建立雷达目标的相对速度v与所接收的复谱值之间的(在合适条件下明确的)关系并且由所接收的信号的相位关系推断出雷达目标的相对速度v。然而,因为实际上所接收的信号或多或少有噪声,所以不能够精确计算速度,而是只能估计,例如借助极大似然估计。
例如对于接收通道n,将测量向量定义为
其中,i=1,...,I,在向量Xi(n,m)的第i个分量中表示接收通道n的和发射开关状态m的斜坡的第i序列的所采样的基带信号的二维谱的位置k,l处的复谱值。例如n计数接收通道,其中,在N个接收通道的情况下n=1,...,N,并且m计数发射开关状态,其中,在M个发射开关状态的情况下,m=1,...,M。
附图说明
以下根据附图详细阐述实施例。
示出:
附图1示出具有两个发射天线元件和四个接收天线元件的MIMO-FMCW雷达传感器的图;
附图2示出具有时间错位地发射的同类斜坡的四个序列的调制模式;
附图3示出速度/间距图,其具有雷达目标的以预先确定的间隔为周期的相对速度值;
附图4示出MIMO-FMCW雷达传感器的分析处理装置的详细框图;以及
附图5示出调制模式的另一个示例。
具体实施方式
附图1示出(MIMO)FMCW雷达传感器10的一个非常简单的示例的图,所述(MIMO)FMCW雷达传感器在该示例中仅仅具有两个发射天线元件12和四个接收天线元件14。实际上,更大数目的天线元件是可能的。发射天线元件12由控制与分析处理单元16馈电并且发射雷达信号,所述雷达信号在对象18上反射并且由接收天线元件14中的每一个接收。发射天线元件12和接收天线元件14分别同类地构造并且因此具有一致的视距。发射和接收天线元件可以分别由贴片天线阵列组成。
所接收的信号被向下混频成基带信号并且在控制与分析处理单元16中被分析处理。雷达传感器10例如在前面安装在车辆中并且用于测量对象18——例如在前面行驶的车辆——的间距d、角度和相对速度v。在雷达测量内借助上升的或者下降的斜坡的序列调制发射信号的频率。
仅仅出于概览性原因,在此示出一种双基天线系统,在所述双基天线系统中,发射天线元件12不同于接收天线元件14。实际上也可以使用单基天线方案,在所述单基天线方案中,对于发射和接收使用相同的天线元件。
天线元件12、14沿以下方向布置在不同的位置中:在雷达传感器10沿所述方向有角分辨能力。在该示例中,接收电线单元14以均匀的间距布置在一条直线上(ULA;UniformLinear Array:均匀线性阵列)。同样的也适用于发射天线元件12,其中,发射与接收天线元件不是必须必然布置在同一直线上。如果要使用雷达传感器来测量对象的方位角,则以下直线水平延伸:天线元件布置在所述直线上。相反,在用于测量俯仰角的传感器中,天线元件布置在垂直的直线上。也可以考虑二维天线阵列,借助所述二维天线阵列不仅能够测量方位角、而且能够测量俯仰角。
在所示示例中,以时分复用方法运行雷达传感器10。在每一个时刻,M=2个发射天线元件12中的最多一个活动并且发射所述发射信号。各个天线元件12的活动期相互周期性地交替。在附图1示出以下情况:在所述情况中,两个发射天线元件12中的仅仅下面的天线元件活动。
附图2在时间t上绘出发射信号20的发射频率f。在测量时借助每个发射天线元件12发射在时间上相互交错的具有相同的斜坡参数的斜坡的两个序列。在附图2中以粗实线或细实线表示分配给第一发射天线元件12的斜坡24的第一序列22和斜坡28的第二序列26。在附图2中以粗虚线或细虚线表示分配给第二发射天线元件12的斜坡34的第一序列32和斜坡38的第二序列36。说明斜坡所属的序列的编号i、在序列内的斜坡的相应斜坡索引j以及相应的天线元件12的编号m。
给每一个发射天线元件m分配一个时间错位T12,m,m=1,...,M,相应的第二序列26、36的斜坡28、38相对于相应的第二序列22、32的具有相同的斜坡索引j的斜坡24、34以所述时间错位移位。时间错位T12,1和T12,2优选地不一样大。
在每个序列内,彼此相继的斜坡以时间间距Tr2r相互移位。时间间距Tr2r对于所有发射天线元件12的所有序列都相同。此外,分别在一个序列的两个彼此相继的斜坡之间存在至少一个共同的间歇P。
在附图2所示的示例中,在一个序列内彼此相继的斜坡的斜坡中心频率的差等于零。因此,所有斜坡都有同一频率变化过程。斜坡中心频率在此相应于平均发射频率f0。
附图4示意性地示出由控制与分析处理单元16实施的用于确定相对速度v、间距d和对象角度的操作的详细框图。为了简化示意图,仅仅对于一个接收通道n示出所述处理。
对于发射天线元件m的每个序列i,对所接收的经采样的基带信号bi,m分别进行二维傅里叶变换(2D-FFT)。第一维相应于对于各个斜坡获得的基带信号的变换。第二维相应于通过斜坡的序列、也就是通过斜坡索引j的变换。因此,对于发射天线元件m的每个序列i获得二维谱Xi(n,m)。相应变换的参量的、也就是窗口(bin)(采样点或节点)的相应数目优选地对于第一维来说对于所有谱是统一的,并且对于第二维来说对于所有谱是统一的。
基于雷达目标18的相对速度v以及借助发射天线元件m进行的相应于各个斜坡序列的部分测量之间的时间错位T12,m,在所述两个部分测量之间出现相位差。相位差示例性地在等式(2)中说明。所述相位差作为在两个二维谱中在相同位置(k,l)处出现的峰X1(n,m)(k,l)、X2(n,m)(k,l)的复振幅(谱值)之间的相位差来获得。然而,基于相应的两个序列的相互相应的斜坡之间的相对大的时间错位T12,m,在借助同一发射天线元件m进行的两个部分测量之间的相位差的确定不允许直接推断出相对速度v。因为基于相位的周期性,对于单个相位差产生相对速度v的与此有关的值的模糊性。
将所获得的二维谱Xi(n,m)提供给第一功能块54,该功能块根据复谱通过形成相应谱值的绝对量值的平方来分别计算功率谱,并且通过求和或者求平均来将功率谱逐点合并成积分的二维功率谱56。
在功率谱56中的相应于雷达目标18的峰的位置——所述位置在此作为窗口k,l给出——相应于各个谱Xi(n,m)中的峰的位置。根据FMCW等式k=2/c(dF+f0vT),由第一维、相应于峰的位置的窗口k地获得雷达目标的相对速度v与间距d之间的线性关系。在此,c是光速,F是斜坡偏移,T是单个斜坡的斜坡持续时间,f0是平均发射频率。如果一个序列的彼此相继的斜坡的频率差等于零,则第二维I中的峰位置仅仅包含关于雷达目标的相对速度v的信息。
附图3示意性地示出一个图,在其中在间距d上绘出相对速度v。v和d之间的线性关系作为直线绘出。在该示例中,由多普勒频率采样获得的关于雷达目标的相对速度的信息根据等式(1)具有根据预先确定的间隔的模糊性,因为多普勒频率通过相对大的时间间隔Tr2r没有明确地被采样。对于根据频率窗口k得出的v-d直线附加地,还通过虚线表示由频率窗口I确定的、相对速度v的周期值。标出与v-d直线的交点。所述交点相应于雷达目标18的相对速度的和间距的可能值对(v,d)。其速度应被确定的实际目标通过叉号X来标记。
现在如以下阐述的那样解所求取的速度v的模糊性。将关于相对速度v的可考虑的周期值的信息v*交给第二个功能块58,该功能块此外还获得部分测量的二维复谱Xi(n,m)。
为了分析处理所测量的相位差,根据等式(3)根据相对速度v计算理想测量的控制向量a(v),所述公式在此对于I=2个序列是:
相应地定义测量向量ak,l(n,m),其中,替代所预期的与速度有关的复值地,使用部分测量的所计算的二维谱的峰的位置k,l处的复振幅(谱值)作为向量的分量,如在等式(4)中说明的那样;在似然函数的以下定义中进行归一化。
根据测量向量和控制向量,将相对速度谱S(v)形式的归一化似然函数定义为:
在此,表示测量向量ak,l(n,m)的埃尔米特伴随向量,也即行向量,其中,各个分量与向量ak,l(n,m)的分量复共轭。因此,似然函数相应于测量向量与传输通道的控制向量之间的(复)内积的量值平方的归一化和,其中,在不同的传输通道上进行求和,其中,一个传输通道分别表示接收通道n和发射开关状态m的组合。
相对速度谱S(v)一般来说相应于相对速度v的周期函数的叠加。似然函数的最大值相应于参数v的最可能的值。自身通常假定,相对速度谱S(v)是模糊的。最大值分别相应于对于v的相关值得出的理想的相位移位与根据测量向量的所测量的相位移位的平均最佳一致性。然而仅仅在与从根据窗口(k,I)中的峰的位置的分析处理获得的、相对速度v的周期值相应的部位处需要分析处理函数S(v)。在该示例中应假设,在实际的相对速度v=0m/s时产生最大一致性,在那,函数S(v)具有所预期的最大值1。
因此,可以通过相位关系中的附加信息解由峰的位置产生的模糊性。根据线性关系确定属于相对速度v的所选择的估计值的、间距d的估计值。
功能块58将相对速度v的和间距d的所求取的估计值以及峰的复振幅X输出给角度估计器60。例如可以将所估计的相对速度v用于补偿通过相对速度v引起的、各个序列的谱值相对于参考序列的相位移位。附加地或者替代基带信号的谱X地,也可以将基带信号b直接输出给角度估计器60,或者可以单独将由基带信号b计算的谱输出给角度估计器。
因此,首先单独地处理相应于斜坡的不同序列的时间信号(基带信号)。然后,在通过非相干积分获得的功率谱56中探测雷达目标18。然后,基于所述探测和在峰的位置处的复振幅来解速度v的模糊性。
优选地,如所描述的那样,共同对于所有接收通道和所有发射天线元件将谱非相干合并成功率谱56。这改善了峰探测。
附图5示意性地示出发射信号20’的另一个示例,其中,相对于与附图2的示例,序列以混合的顺序交错。在具有发射开关状态m=1的两个序列22、26的相同斜坡索引j的两个斜坡24、28之间布置具有另一发射开关状态m=2的相同斜坡索引j的至少一个斜坡(在此:两个斜坡34、38)。如上所述那样进行分析处理。由此,在确定相对速度的估计值v时出现的可能的估计误差Δv对对于发射开关状态m的各个序列获得的信号的相位校正的影响可以至少部分地相互均衡。
可以修改根据示例描述的方法,其方式是,对于至少一个发射开关状态在时间上交错地发射斜坡的第一序列i=1和斜坡的至少两个另外的序列i=2、i=3。在此,所述斜坡的另外的序列具有与第一序列不同的时间错位。例如,第三序列的斜坡与第一序列的相应斜坡之间的时间错位T13,m区别于时间错位T12,m。由此还可以更好地抑制模糊性,从而能够实现较大的时间间距Tr2r。
在个别情况下可能会发生:具有不同间距和不同速度的两个雷达目标在谱56中具有同一峰位置(k,I)。所测量的相位关系然后不能够分配给雷达目标的唯一的相对速度。分析装置16可以设置用于根据最大一致性的超过阈值的偏差、也就是根据相对速度谱S(v)的可考虑的值中的最大值与预期最大值1的超过阈值的偏差识别这样的测量干扰。然后,分析装置16可以输出干扰信号。但是也可以根据以下来识别在谱56中的峰的暂时出现的多重占用(belegung),即分析装置16在根据雷达目标18的v和d的估计值实施的对所探测的对象的跟踪时在多个测量周期上识别出误探测。
优选地,对于用于多个依次执行的雷达测量使用斜坡的不同的调制参数,例如使用不同的中心频率、斜坡斜率、时间间距Tr2r和/或时间错位T12,m。由此能够将峰位置的偶然的多重占用限制到个别情况上。
替代将各个谱非相干合并成功率谱56地,也可以考虑,借助数字波束成形(beamforming)将接收通道n合并成一个接收通道。在此,例如对于相应的发射开关状态m,借助相应的加权因子将N个接收通道的谱或测量向量相干地——也即在考虑相位的情况下——相加。然后,相应地在S(v)的关系式中省去在n上求和。
Claims (11)
1.一种用于借助进行角分辨的MIMO-FMCW雷达传感器(10)定位雷达目标(18)的方法,其中,将所接收的信号与所发射的信号(20)向下混频成基带信号(b),并且根据对于所述雷达传感器(10)的用于发射和接收的天线元件(12;14)的不同选择获得的基带信号(b)之间的振幅和/或相位关系确定所定位的雷达目标(18)的角度,
其特征在于,
(a)对所发射的信号(20)进行斜坡状频率调制,并且所发射的信号具有以下调制模式:所述调制模式包括斜坡(24;28;34;38)的多个序列(22;26;32;36),所述斜坡在相应的序列内以时间间隔(Tr2r)时间错位地彼此相继,
其中,所述序列(22;26;32;36)中的至少两个分配给不同的发射开关状态(m)并且在时间上相互交错,所述发射开关状态在用于发射的天线元件(12)的选择方面区别,
其中,在分配给不同发射开关状态(m)的彼此相继的斜坡(24;28;34;38)之间在相关发射开关状态(m)之间进行切换,
其中,给所述发射开关状态(m)中的至少一个分别分配所述序列(22;26)中的在时间上相互交错并且相互间相对于第一序列(22)具有分配给相应的另一序列(26)的时间错位(T12,m)的至少两个序列,
(b)至少对于分配有多个序列(22;26)的至少一个发射开关状态(m)、分开地对于这些序列(22;26)中的每一个序列,由所述基带信号(b)通过二维傅里叶变换计算二维谱(X),其中,在第一维中逐个斜坡进行变换并且在第二维中通过斜坡索引(j)进行变换,所述斜坡索引计数所述序列内的斜坡,
(c)根据在所述基带信号(b)的至少一个二维谱(56)中的峰的位置(k,I)确定雷达目标(18)的相对速度(v)的以预先确定的速度周期为周期的值,
(d)针对与在相应的发射开关状态中对于所述相对速度(v)的周期值中的多个周期值预期的相位关系(a(v,m))的一致性方面检查在分开地计算的二维谱(X)中分别在相同位置(k,l)上以及分别对于相同发射开关状态(m)获得的谱值的相位关系,以及
(e)根据所述检查的结果从所述相对速度(v)的所确定的周期值中选择所述雷达目标(18)的相对速度(v)的估计值。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,给所述发射开关状态(m)中的至少两个分别分配所述序列(22;26;32;36)中的在时间上相互交错并且相互间相对于相应的发射开关状态(m)的第一序列(22;32)具有分配给所述发射开关状态(m)的相应的另一序列(26;36)的时间错位(T12,m)的至少两个序列,其中,在不同的发射开关状态(m)中使用另外的序列(26;36)的不同的时间错位(T12,1;T12,2)。
3.根据以上权利要求中任一项所述的方法,其中,在相应的序列(22;26;32;36)内彼此相继的斜坡(24;28;34;38)具有相同的斜坡斜率(F/T)并且具有相同的、它们的斜坡中心频率的差,
其中,所述斜坡中心频率的差可选地不等于零,以及
其中,在相应的序列(22;26;32;36)中具有相同斜坡索引(j)的斜坡(24;28;34;38)具有相同的斜坡斜率(F/T)和相同的斜坡中心频率。
4.根据以上权利要求中任一项所述的方法,其中,所述序列(22;26;32;36)的斜坡(24;28;34;38)具有相同的频率偏移(F)。
5.根据以上权利要求中任一项所述的方法,其中,将至少对于分配有多个序列的至少一个发射开关状态(m)、对于所述序列(22;26)中的每一个分开地计算的二维谱(X)合并成所述基带信号(b)的二维谱(56),在用于确定所述相对速度(v)的值的步骤(c)中使用所述二维谱。
6.根据以上权利要求中任一项所述的方法,其中,在检查所述相位关系时使用根据以下等式的关系:
所述等式使另一序列(26)的相应谱(X)的谱值的相位与所述第一序列(22)的谱(X)的谱值的相位之间的预期相位差与分配给所述发射开关状态m的另一序列(26)的时间错位T12,m和所述相对速度v形成关系,其中,c是光速,f0是平均发射频率。
7.根据以上权利要求中任一项所述的方法,其中,在针对与预期相位关系的一致性检查所述相位关系时计算测量向量ak,l(n,m)与与所述相对速度的值v有关的控制向量a(v,m)的复内积的绝对量值的平方,其中,m表示发射开关状态,n表示所使用的接收通道,其中,所述测量向量ak,l(n,m)的分量是在峰的位置(k,l)处所述接收通道n的对于分配给所述发射开关状态m的序列分开地计算的谱(X)的谱值,其中,是ak,l(n,m)的埃尔米特伴随向量,其中,所述控制向量a(v,m)是对于具有相对速度v的雷达目标的理想测量的控制向量,其中,所述控制向量a(v,m)的分量除共同的归一化因子以外分别是对于分配给所述发射开关状态m的相应序列(26)的时间错位(T12,m)预期的相对于所述第一序列(22)的相位差其中,所述控制向量a(v,m)的第一分量除共同的归一化因子以外等于1。
8.根据以上权利要求中任一项所述的方法,其中,在针对与预期相位关系的一致性检查所述相位关系时根据以下关系式确定一致性S(v)的相应程度:
其中,MN是发射开关状态m和接收通道n的所使用的组合,ak,l(n,m)是测量向量,其分量是在所述峰的位置(k,l)处对于所述发射开关状态m的各个序列(22;26;32;36)的基带信号(b)和对于各个接收通道n分别分开地计算的谱(X)的谱值,是ak,l(n,m)的埃尔米特伴随向量,并且a(v,m)是借助所述发射开关状态m对于具有所述相对速度v的雷达目标进行理想测量的控制向量。
9.根据以上权利要求中任一项所述的方法,其中,在所述谱值之间的相位关系的干扰的情况下,这相应于具有不同相对速度的两个雷达目标在至少一个二维谱(56)中占据相同的位置(k,l)的情况,可从没有达到相位关系与预期相位关系的预期一致性程度识别出存在干扰。
10.根据以上权利要求中任一项所述的方法,其中,根据至少一个二维谱(56)的第一维中的峰的位置(k)确定雷达目标(18)的间距(d)和相对速度(v)之间的线性关系,并且根据至少一个二维谱(56)的第二维中的峰的位置(I)至少确定雷达目标(18)的以预先确定的速度周期为周期的、相对速度(v)的值。
11.一种MIMO-FMCW雷达传感器,其具有在其中实现了权利要求1至10中任一项所述方法的控制与分析处理装置(16)。
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