CN107003387A - 用于运行机动车的雷达系统的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种用于运行机动车的雷达系统的方法，其具有如下步骤：接收接收信号(s_ein)；对所述接收信号(s_ein)关于时间求导；由经求导的接收信号(s_ein)求取干涉信号(s_Int)的参数；由所述参数重构所述干涉信号(s_Int)；并且从所述接收信号(s_ein)中消除所述干涉信号(s_Int)。

Description

用于运行机动车的雷达系统的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于运行机动车的雷达系统的方法。本发明还涉及一种用于运行机动车的雷达系统的设备。

背景技术

考虑到交通安全性和自主驾驶，越来越多地给新一代车辆配备雷达传感器。在交通密度高且安装的雷达系统很多的情况下需考虑一个雷达系统除了自己发射的信号以外也接收不同的其他雷达系统的信号。如果系统在重叠的频率范围中进行发射，那么外部信号(Fremdsignal)作为干扰功率映射到自身信号的目标响应中。将一个雷达系统通过另一雷达系统的干扰称为干涉(Interferenz)。

US 2006/0125682A1公开了一种方法，所述方法应该通过时间信号中的跳变或其导数识别干涉的开始和结束。作为对策，执行所谓的“补零(Zero-padding)”并且接下来通过曲线拟合或使用平均值执行有用信号的重构。但是缺点是，有用信号的一部分可能通过所述措施丢失。

发明内容

本发明的任务在于，提供一种用于运行机动车的雷达系统的改善的方法。

根据第一方面，借助一种用于运行机动车的雷达系统的方法解决所述任务，该方法具有如下步骤：

-接收接收信号；

-对所述接收信号关于时间求导；

-由经求导的接收信号求取干涉信号的参数；

-由所述参数重构所述干涉信号；

-从所述接收信号中消除所述干涉信号。

根据第二方面，借助一种用于运行机动车的雷达系统的设备解决所述任务，该设备具有：

-用于对所述接收信号关于时间求导的微分装置；

-用于求取经求导的接收信号的参数的求取装置，其中，所述参数表示所述干涉信号的相位变化(Phasengang)的时间上的求导的度量(Maβ)；

-用于由所述参数重构所述干涉信号的重构装置；

-用于从所述接收信号中消除所述干涉信号的消除装置。

所述方法和所述设备的有利的构型是从属权利要求的主题。

所述方法的有利的扩展方案设置，由经求导的接收信号的极值求取所述干涉信号的参数，其中，由所述极值求取如下直线，所述直线是所述干涉信号的相位变化的时间上的导数的度量。以这种方式，能够对于在接收信号中包含的干涉信号构造有代表性的映射。

所述方法的另一有利的扩展方案设置，由所述接收信号的极值的平均值求取所述干涉信号的幅度。以这种方式，能够通过估计过程求取所述干涉信号的幅度。

所述方法的另一有利的扩展方案设置，求取所述直线的斜率和轴截距(Aschsenabschnitt)。以这种方式能够求取所述相位变化的时间上的导数，借助所述导数能够重构所述干涉信号，以便由其求取排除了干扰的干涉信号的有用信号。

所述方法的另一有利的扩展方案设置，所述雷达系统具有IQ混频器，其中，为了对所述接收信号求导，对于所述IQ混频器的每个路径使用微分装置，其中，借助求取装置求取所述干涉信号的相位变化的时间上的导数的直线的参数，其中，以所述相位变化的时间上的导数对所述接收信号的对于所述IQ混频器的每个路径求导的部分进行加权，其中，对于所述IQ混频器的每个路径求取所述接收信号的有用部分。有利地，以这种方式，不必须确定所述相位变化的零相位角。

所述方法的另一有利的扩展方案设置，所述求取装置仅设置用于所述IQ混频器的一个信号路径。以这种方式能够有利地将所述雷达系统的硬件开销保持地很低。

另一有利的扩展方案设置，执行所述干涉信号的相位变化的零相位角的求取。以这种方式也能够在不存在IQ混频器的情况下执行所述有用信号的重构。

以下借助多个附图以其他特征和优点详细描述本发明。在此，所有在说明书中和在附图中公开的特征构成本发明的主题，而与其在权利要求书中的引用无关。附图主要用于阐述对于本发明关键的原理。相同的或功能相同的元件设有相同的参考标记。

附图说明

在附图中示出：

图1一种传统的雷达系统的框图；

图2所述雷达系统的发射信号以及其他雷达系统的进行干扰的信号的图示；

图3所述雷达系统的接收信号中的干涉的图示；

图4a根据本发明的设备的第一实施方式的框图；

图4b根据本发明的设备的第二实施方式的框图；

图5接收信号的及其时间上的导数的原理性图示；

图6接收信号和经重构的干涉信号的时间上的变化过程；

图7排除了干涉信号的有用信号；

图8a应用所述方法前的频谱；

图8b应用所述方法后的频谱。

具体实施方式

图1示出传统的调频连续波雷达系统(frequenzmoduliertes Dauerstrich-Radarsystem)(英语：frequency modulated continuous wave radar：调频连续波雷达，FMCW)。在此，设置发生器10，所述发生器将发射信号提供给功率分配器20。由所述功率分配器20将信号一半提供给发射天线30并且一半提供给混频器60。由目标反射的接收信号由接收天线40接收并且提供给HF前置放大器50并且之后提供给混频器60。借助混频器60，将所述发射信号和所述接收信号彼此相乘，其中，将结果提供给例如低通滤波器形式的滤波器70用于滤波。从那里，经滤波的信号到达基带放大器80、模/数转换器90并且之后通过接口到达计算机(未示出)。借助这种FMCW雷达系统，例如能够在汽车领域中确定目标的距离、方向和速度。

接下来，考虑线性调频连续波雷达(LFMCW雷达)的相互干扰。

图2在时间/频率图中示出发射信号的多个斜坡f_ego，例如作为具有线性调频脉冲序列调制(Chirp-Sequence-Modulation)的信号，所述线性调频脉冲序列调制以例如由另一机动车的雷达系统发射出的干扰信号或干涉信号s_Int在限定的范围内进行干涉。在发射斜坡f_ego左侧和右侧通过虚线限界的范围代表雷达系统的接收带宽，其中，由目标反射的信号(未示出)具有与发射斜坡f_ego平行地布置在接收带宽内的信号变化过程，其中，所反射的信号相对于发射斜坡f_ego在时间上延迟。

分别在发射信号的发射斜坡f_ego的右侧和左侧的虚线表明图1的雷达系统的滤波器70的作用，从而雷达系统仅仅能够在以圆圈表明的范围中出现发射信号与干涉信号s_Int的干涉作用。如果两个FMCW雷达的频率斜坡相交，则雷达系统的接收信号中的干涉具有相对于干涉间隔的中心的对称性。因此，干涉作用的前提是发射信号与干涉信号的调制的至少不同的斜率。

这可能导致频谱中噪声的提高或目标探测中敏感度的降低。对于所提及的对称性，进行干扰的雷达信号的频率斜坡必须完全位于接收带宽(其在图2中以两条虚线表明)内，如果干涉在有用信号的开始或接近结束时出现，所述对称性是不可能的。然后，但是，由于测量数据的加窗(例如借助Henning窗)的干涉的干扰无论如何都是不强的，因为仅对斜坡边缘处的值弱加权。

对称的原因是干涉信号s_Int在干涉的总持续时间T_int上的相位变化在数学上如下表示所述相位变化：

其中，

……..干涉信号的相位变化

f_Int……..干涉信号s_Int的频率

即在总干涉时间段T_Int上观察，相位变化的和为零。下混频的干涉信号或干扰信号f_Int的频率响应f_Int(t)由干扰信号s_Int与发射信号在图2中以圆圈表明的接收带宽内的差得出。

关于f_Int(T_Int/2)＝0的点(干涉信号与发射信号的交点)产生轴对称。如果对信号进行微分，在产生原点对称的信号，其中，干涉持续时间T_Int的中点构成该原点。这等同于，对轴对称的余弦求导得出原点对称的负正弦。

图3示出干涉对自身雷达的发射信号的频率斜坡f_ego的时间信号的影响。可看到的是，在时间轴的一大部分上出现幅度上小的信号。相反地，在时间轴的大于180与大约270之间的范围中(定性的时间参量)，可看到提高的幅度变化过程，这通过该发射信号通过另一雷达系统的发射信号的干涉作用造成。

现在提出，对所接收的时间信号进行微分并且由其时间上的导数获得关于下混频的干涉信号的具体特性(频率响应)的信息。使用所述信息，以便因此推断所接收的时间信号中的干涉分量并且将该干涉分量从其中去除或减少。其结果是，即涉及一种用于修正入射的时间信号或接收信号s_ein(t)的系统。

雷达系统的接收信号s_ein(t)能够在数学上以一般形式如下表示：

s_ein(t)＝∑s_N+∑s_Int (2)

其中，

s_ein(t)……总接收信号

s_N……有用信号

并且因此构造有用信号s_Nutz与干涉信号s_Int的叠加。

以下考虑对单个干涉信号s_Int的限制，其中，也能够将所述方法应用到具有多个干涉信号的系统上。干涉信号s_Int能够在数学上在时间域中如下表示：

其中，

s_Int……干涉信号

A_Int……干涉信号的幅度

……干涉信号的相位变化

根据如下数学公式，干涉信号s_Int的相位变化由接收信号s_ein的与干涉信号s_Int的频率斜坡的差造成：

其中具有参数：

T_Int 接收带宽内的干涉信号的持续时间

B 所发射的频率斜坡的频率偏移(Frequenzhub)

B_Int 干涉信号的频率斜坡的频率偏移

T_c 所发射的频率斜坡的持续时间

T_c,Int 干涉信号的持续时间

f_c,Int 干涉信号的载频

f_c,ego 发射信号的载频

Δt 干涉信号和发射信号的时间上的偏移

目标响应的零相位角

如下能够在数学上将有用信号s_N描述为恒定频率的振荡：

其中，

f_beat,i……第i个目标响应在下混频之后的恒定的频率

图4a以功能性的方式示出了一种用于运行机动车的雷达系统的设备100的第一实施方式。可看到的是，将接收信号s_ein对于IQ混频器的Q分量和I分量提供给设备100。借助微分装置110，分别对接收信号s_ein的I分量和Q分量进行时间上的求导。

如果构造接收信号s_ein的时间上的导数，那么能够根据如下数学关系式获得关于进行干扰的干涉的信息：

其中，

干涉信号的相位变化的时间上的导数

具有直线的形式，能够由经求导的接收信号s_ein确定所述直线的参数。对此，能够列出高于或低于确定的阈值的峰值或极值，因为相比于有用信号，所述干涉信号s_Int和其导数具有更高的幅度。干涉信号s_Int的幅度A_Int提供其求导前的平均值，能够使用经求导的输入信号s_ein中的极值来确定直线的参数并且因此确定。在此，通过所述极值设立一条直线，对于所述直线存在两个可能的解，所述解的不同在于因子-1(不同的斜率)。“错误”的直线、即具有“错误”的斜率的直线导致干扰功率的提高并且因此能够认为不合理而忽略。其例如能够通过经重构的干涉信号s_Int的极值与接收信号s_ein中的所测量的极值的比较来识别。

在此，所述求取借助求取装置120实现。在此，参数的求取分别仅对于信号分量I、Q来执行，其中，所述参数求取的结果在步骤130中借助乘法装置130与经求导的信号分量相乘。

借助消除装置140(加法器)将经加权的结果与Q分量相加并且由此获得有用信号s_N。然后，还借助控制装置160检查：接收信号s_ein中的干涉分量是提高了还是降低了。对于干涉分量提高了的情况，使用了错误的直线，从而为了构造有用信号s_N，必须使用另一直线。因此，其结果是，出现经修正的输入信号，所述经修正的输入信号已排除干涉分量了。对于Q路径，方法是一样的，其中，作为消除装置141使用减法器141。

如在图5中示出的那样，在接收信号s_in的不受干扰的范围I中，有用信号s_N的时间上的导数与区段II中受干涉的接收信号s_in的导数相比是非常小的。干涉即仅仅出现在范围II中。现在如此对经微分的余弦信号进行加权，从而干涉分量具有与在正弦信号中一样的幅度变化过程。所述权重即必须为这具有类似于f(x)＝x-1的变化过程。因为对于干涉持续时间的中心趋近于无穷大，所以在系统中应该为此设置上限。最后将加权的信号从正弦信号中减去。

如下在数学上示出接收信号s_in的I分量的导数：

对于接收信号s_in的Q分量，适用的是：

以的加权与和导致：

以这种方式，其结果是，接收信号s_ein排除了干涉分量或干涉信号s_Int，从而提供无干涉的有用信号s_N。在一定程度上，也出现有用信号s_N上的损耗，因为加权的I分量还包含有用信号s_N的部分。

有利地，在图4a的设备100中，不一定要求参数估计的很高的准确性，以便如此叠加项，从而在干涉分量中出现幅度的完全消除。除此之外，在所述替代方案中，有利地，不必须确定相位变化的零相位角。

在图4b中，示意性示出设备100的第二实施方式。在这种情况中，在雷达系统中不使用IQ混频器，其中，由接收信号s_in的幅度和频率复制干涉信号s_Int并且将其从接收信号s_in中减去。微分装置110是如图4a的设备100的实施方式中一样的微分装置，求取装置120同样也是。除了直线的斜率和轴截距，在这种情况中，还确定相位变化的零相位角，例如通过在干涉持续时间T_Int的中心(大约在图5的区段II的中心)求取接收信号s_in的相位。要么通过在阈值探测时收集的最外侧的峰值要么通过由于有限的接收带宽最高出现的频率来确定干涉的持续时间。因为滤波器70的频率响应对接收信号s_ein有影响，所以能够利用关于所述影响的预知，以便改善设备100的准确性。

借助以下在附图中示出的测量数据，能够看到，在时间域中相交的干涉斜坡实际上与在图3的仿真中看起来一样。至今的公开示出如下的干涉，即在所述干涉中仅由干涉影响一些(大约3至5个)信号值。在根据本发明的方法中的区别归因于与频率斜坡的高斜率相关的尤其在线性调频脉冲序列调制中使用的高接收带宽与采样率。因此能够认为，根据本发明的方法特别好地适用于线性调频脉冲序列调制。

对于具有出现的干涉的测量周期，已努力尝试通过借助图4b中的设备100的估计来重构干扰信号。

在图6中，实线示出接收信号s_in并且虚线示出由接收信号s_ein的导数重构的干涉信号。

在图7中示出所测量的接收信号s_in和由接收信号s_ein与所重构的干涉信号s_Int的差作为有用信号s_N。优选地，参数的估计应该非常准确，以便执行有意义的重构。

图8a示出雷达系统在借助根据本发明的方法的修正前的频谱。可看到频谱中非常高的噪声分量，其中不存在近的目标。

图8b示出修正后的频谱。在频谱的中心可看到噪声降低了大约10dB，还可看到作为线的各个目标。由此应表明：通过去除干涉分量，能够减少接收信号中的噪声分量。

有利地，雷达系统中的设备100能够作为软件程序实现。但是，也可设想的是，设备100作为软件程序在机动车的一个或多个控制设备中实现。

总之，借助本发明提出一种方法和一种设备，借助所述方法和所述设备能够从雷达系统的接收信号中消除进行干扰的干涉分量。由此能够提高探测准确性并且能够改善接收信号的信噪比。

即使在前面借助具体的实施例描述了本发明，但是本发明不限于此。因此，本领域技术人员也能够实现在前面未公开的实施方式，而不偏离本发明的核心。

Claims (10)

1.一种用于运行机动车的雷达系统的方法，其具有如下步骤：

接收接收信号(s_ein)；

对所述接收信号(s_ein)关于时间求导；

由经求导的接收信号(s_ein)求取干涉信号(s_Int)的参数；

由所述参数重构所述干涉信号(s_Int)；

从所述接收信号(s_ein)中消除所述干涉信号(s_Int)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，由所述经求导的接收信号(s_ein)的极值求取所述干涉信号(s_Int)的参数，其中，由所述极值求取如下直线，所述直线是所述干涉信号(s_Int)的相位变化的时间上的导数的度量。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，由所述接收信号(s_ein)的极值的平均值求取所述干涉信号(s_Int)的幅度(A_Int)。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，求取所述直线的斜率和轴截距。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述雷达系统具有IQ混频器，其中，为了对所述接收信号(s_in)求导，对于所述IQ混频器的每个路径使用微分装置(110)，其中，借助求取装置(120)求取所述干涉信号(s_Int)的相位变化的时间上的导数的直线的参数，其中，以所述相位变化的时间上的导数对所述接收信号(s_ein)的对于所述IQ混频器的每个路径求导的部分进行加权，并且对于所述IQ混频器的每个路径求取所述接收信号(s_ein)的有用部分(s_N)。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述求取装置(120)仅设置用于所述IQ混频器的一个信号路径。

7.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其中，执行所述干涉信号的相位变化的零相位角的求取。

8.一种用于运行机动车的雷达系统的设备(100)，其具有：

用于对所述接收信号(s_ein)关于时间求导的微分装置(110)；

用于求取经求导的接收信号(s_ein)的参数的求取装置(120)，其中，所述参数表示所述干涉信号(s_Int)的相位变化的时间上的求导的度量；

用于由所述参数重构所述干涉信号(s_Int)的重构装置(150)；

用于从所述接收信号(s_ein)中消除所述干涉信号(s_Int)的消除装置(140)。

9.根据权利要求8所述的设备(100)，其中，所述雷达系统具有IQ混频器，其中，所述参数的求取仅可对于所述IQ混频器的一个信号路径执行，其中，以所述参数对所述经求导的接收信号(s_ein)的两个信号路径进行加权，其中，重构所述有用信号(s_N)的I分量和Q分量。

10.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品具有用于在当所述计算机程序产品在控制装置上运行时或在计算机可读的数据载体上存储时实施根据权利要求1至7中任一项所述的方法的程序代码单元。