CN107515399B - 车用雷达系统 - Google Patents

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Abstract

一种车用雷达系统。该车用雷达系统包括：多个传送子阵列，其中该多个传送子阵列相对于一对称轴呈对称，且该多个传送子阵列平行于该对称轴；以及一传送功率分配器，该传送功率分配器耦接于该多个传送子阵列，用来将对应于该多个传送子阵列的多个相位及多个振幅分别施加于该多个传送子阵列；其中，该多个传送子阵列中距离该对称轴最近的一第一传送子阵列与该多个传送子阵列中距离该对称轴最远的一第二传送子阵列之间具有一相位差，该相位差介于120度与180度之间。本发明的车用雷达系统可同时符合LCA系统、DOW系统、RCTA系统以及BSD系统的系统需求，因此可降低生产成本及系统整合时的复杂度。

Description

车用雷达系统
技术领域
本发明涉及一种车用雷达系统，尤其涉及一种可同时检测车辆后方与侧方来车的车用雷达系统。
背景技术
随着交通安全意识的增强，车辆安全配备越来越多元，除了主、被动安全系统(如防死锁煞车系统、煞车力分配系统、循迹系统、电子稳定系统、辅助气囊等)外，预警防护系统也逐渐受到重视。预警防护系统通过雷达系统检测车辆后方或侧方的交通状况，进而主动发出预警灯号或警告声响等信息给予驾驶者，使驾驶者可根据警示结果决定其行驶方向，进而避免交通意外事故的发生。
常见的预警防护系统有车道变换辅助(Lane Change Assistance，LCA)系统、车门开启警示(Door Open Warning，DOW)系统、后方车侧交通警示(Rear Cross TrafficAlert，RCTA)系统以及盲点检测(Blind Spot Detection，BSD)系统，一般来说，LCA系统及DOW系统用来检测车辆后方的交通状况，而RCTA系统及BSD系统则着重于车辆侧方的交通状况。然而，公知技术未发展出可同时达成LCA系统、DOW系统、RCTA系统及BSD系统四种不同功能的雷达天线系统，因此公知技术需在车辆的每一侧(左后侧或右后侧)分别安装多组不同的雷达天线系统，其中一组雷达天线系统的辐射场型朝向车辆的后方，以供LCA系统或DOW系统使用，而另一组雷达天线系统的辐射场型朝向车辆的侧方，以供RCTA系统或BSD系统使用。在此情形下，安装多组雷达天线系统不仅增加生产成本，还提高系统整合时的复杂度。
因此，如何提供一种可同时检测车辆后方与侧方来车的车用雷达系统也就成为业界所努力的目标之一。
从而，需要提供一种车用雷达系统来满足上述需求。
发明内容
因此，本发明的主要目的即在于提供一种车用雷达系统，其可同时在车辆的后方与侧方形成双主波束，以改善公知技术的缺点。
本发明公开一种车用雷达系统，该车用雷达系统包括：多个传送子阵列，其中该多个传送子阵列相对于一对称轴呈对称，且该多个传送子阵列平行于该对称轴；以及一传送功率分配器，该传送功率分配器耦接于该多个传送子阵列，用来将对应于该多个传送子阵列的多个相位及多个振幅分别施加于该多个传送子阵列；其中，该多个传送子阵列中距离该对称轴最近的一第一传送子阵列与该多个传送子阵列中距离该对称轴最远的一第二传送子阵列之间具有一相位差，该相位差介于120度与180度之间。
本发明的车用雷达系统可同时符合LCA系统、DOW系统、RCTA系统以及BSD系统的系统需求，因此可降低生产成本及系统整合时的复杂度。
附图说明
图1为本发明实施例一车用雷达系统的示意图。
图2为一车辆的示意图。
图3为本发明实施例一传送功率分配器的等效电路示意图。
图4为本发明实施例一传送功率分配器的示意图。
图5为图1的车用雷达系统的发射场型图及接收场型图。
图6为图1的车用雷达系统的信噪比能量场型示意图。
图7为本发明实施例的车用雷达系统的发射场型图。
主要组件符号说明：
10 车用雷达系统
20 车辆
100 射频处理模块
102 传送功率分配器
41 线段
40、42、44、46、48 传输单元
A1～A6 振幅
CL 连接线
MB_1、MB_2 主波束
N0～N6 节点
R 辐射件
RLC、RRC 转角处
R_1、R_2 接收子阵列
T_1～T_6 传送子阵列
Sym 对称轴
DR、DT 间距
Figure BDA0001021423760000021
相位
具体实施方式
请参考图1及图2，图1为本发明实施例一车用雷达系统10的示意图，图2为一车辆20的示意图。车用雷达系统10可同时应用于一车道变换辅助(Lane Change Assistance，LCA)系统、一车门开启警示(Door Open Warning，DOW)系统、一后方车侧交通警示(RearCross Traffic Alert，RCTA)系统以及一盲点检测(Blind Spot Detection，BSD)系统，车用雷达系统10可设置于车辆20的一后保险杆两侧的转角处，如图2所示，车用雷达系统10可设置于车辆20的一左后转角处RLC或是一右后转角处RRC。为了达到较佳的预警防护效果，可同时在车辆20的两侧分别设置两组车用雷达系统10(即车辆20的一侧仅需一组车用雷达系统10)，其中一组车用雷达系统10设置于车辆20的左后转角处RLC，而另一组车用雷达系统10设置于车辆20的右后转角处RRC，而每一车用雷达系统10可在车辆20的后方以及侧方(左侧或右侧)形成双主波束(Dual Main Beam)，以同时符合LCA系统、DOW系统、RCTA系统以及BSD系统的系统需求。
如图1所示，车用雷达系统10包含有一射频处理模块100、一传送功率分配器102、传送子阵列T_1～T_6以及接收子阵列R_1、R_2。射频处理模块100可为一发二收的射频处理模块，传送功率分配器102耦接于射频处理模块100与传送子阵列T_1～T_6之间，传送功率分配器102用来于传送子阵列T_1～T_6分别施加不同相位以及不同权重/振幅，以形成双主波束。传送子阵列T_1～T_6可用来传送一雷达信号(如毫米波)，接收子阵列R_1、R_2用来接收对应于该雷达信号的一回波信号，并将回波信号传递至射频处理模块100，射频处理模块100即可根据回波信号检测车辆20后方以及侧方的来车。传送子阵列T_1～T_6为等间距排列，且传送子阵列T_1～T_6及接收子阵列R_1、R_2为具有相同天线结构的子阵列天线。详细来说，传送子阵列T_1～T_6及接收子阵列R_1、R_2中每一子阵列皆包含多个辐射件R及多个连接线CL，并通过连接线CL将多个辐射件R串接成一序列。另外，车用雷达系统10在传送子阵列T_3与传送子阵列T_4之间具有一对称轴Sym，传送子阵列T_1～T_6的连接线CL皆平行于对称轴Sym，且传送子阵列T_1～T_6相对于对称轴Sym呈对称，换句话说，传送子阵列T_1～T_3设置于对称轴Sym的一侧，传送子阵列T_4～T_6设置于对称轴Sym的另一侧。另外，传送子阵列T_1～T_6的激发位置为侧边馈入，即传送子阵列T_1～T_6由节点N1～N6馈入。
另外，传送子阵列T_1～T_6为等间距排列，且传送子阵列T_1～T_6之间相互间隔一传送间距DT(即传送子阵列T_1～T_6中任一传送子阵列T_k与其相邻的传送子阵列T_k+1(或T_k－1)间相间隔传送间距DT)。为了使传送子阵列T_1～T_6所形成的主波束具有较宽的波束宽度(Beamwidth)，传送间距DT可为车用雷达系统10所传输的无线信号波长的二分之一。另外，接收子阵列R_1、R_2之间相互间隔一接收间距DR，因接收间距DR与车用雷达系统的角度扫描范围成递减关系(即接收间距DR越小，角度扫描范围越大)，为了使车用雷达系统10具有较宽广的角度扫描范围，接收间距DR可小于车用雷达系统10所传输的无线信号波长的二分之一。
另外，辐射件R及连接线CL长度各别为传输信号的二分之一波长，同时辐射件的宽度由中央内侧往两旁单调递减，如此一来可使强度分布为相同关系(中间内侧最强，并往两旁单调递减)，当车用雷达系统10垂直设置于车辆20的后保险杆时，传送子阵列T_1～T_6以及接收子阵列R_1、R_2在一垂直平面(Elevation plane)上可集中其辐射能量，以提高天线增益与检测范围，同时抑制旁波束(Sidelobe)。
另外，为了形成双主波束，本发明的车用雷达系统中距离对称轴最近的一第一传送子阵列与距离对称轴最远的一第二传送子阵列之间的一相位差需介于120度与180度之间。以车用雷达系统10为例，车用雷达系统10中距离对称轴Sym最近的传送子阵列T_4(对应于第一传送子阵列)与距离对称轴Sym最远的传送子阵列T_6(对应于第二传送子阵列)之间需具有介于120度与180度之间的相位差(其中传送子阵列T_4及传送子阵列T_6位于对称轴Sym的同一侧)，如此一来，传送子阵列T_1～T_6可在一水平平面(Azimuth plane)上形成两个主波束。
在第一传送子阵列与第二传送子阵列之间形成介于120度至180度的相位差的方式并未有所限，举例来说，可经过适当设计传送功率分配器102，使得传送子阵列T_4与传送子阵列T_6之间需具有介于120度与180度之间的相位差。请参考图3，图3为传送功率分配器102的等效电路示意图。如图3所示，传送功率分配器102分别施加振幅A1～A6以及相位
Figure BDA0001021423760000041
在传送子阵列T_1～T_6，其中，相位
Figure BDA0001021423760000042
分别代表传送功率分配器102的输出节点N1～N6相对于一输入节点N0的相位差(即相位
Figure BDA0001021423760000043
代表输出节点Nm相对于输入节点N0的相位差)。换句话说，传送功率分配器102可经过适当的设计，使得施加于传送子阵列T_4的相位
Figure BDA0001021423760000044
与施加于传送子阵列T_6的相位
Figure BDA00010214237600000414
之间的相位差
Figure BDA00010214237600000415
介于120度与180度之间。在一实施例中，相位
Figure BDA0001021423760000045
可为负30度，相位
Figure BDA0001021423760000046
可为150度，如此一来，相位
Figure BDA00010214237600000411
与相位
Figure BDA00010214237600000412
之间即具有180度的相位差。其余相位
Figure BDA0001021423760000047
可视实际状况而调整，举例来说，相位
Figure BDA00010214237600000413
可为180度，相位
Figure BDA0001021423760000048
可为60度，相位
Figure BDA0001021423760000049
可为90度，相位
Figure BDA00010214237600000410
可为负30度，而不限于此。
另外，传送功率分配器102可经过适当设计，使得距离对称轴Sym最近的传送子阵列具有最大振幅，距离对称轴Sym最远的传送子阵列具有次大振幅，其余传送子阵列具有最小振幅。具体来说，传送功率分配器102可经过适当设计，使得施加于传送子阵列T_3、T_4(距离对称轴Sym最近)的振幅A3、A4为最大，施加于传送子阵列T_1、T_6(距离对称轴Sym最远)的振幅A1、A6为次大，而施加于传送子阵列T_2、T_5的振幅A2、A5为最小。如此一来，可使车用雷达系统10的双主波束的效果更加显著。在一实施例中，振幅A3、A4经过正规化(Normalization，即除以振幅A1～A6中一最大振幅)后的振幅值介于0.5至1之间，振幅A1、A6经过正规化后的振幅值介于0.2至0.5之间，振幅A2、A5经过正规化后的振幅值介于0至0.2之间。
更进一步地，请参考图4，图4为传送功率分配器102的示意图，传送功率分配器102包含传输单元40、42、44、46、48以及多个线段41。传输单元40可为均等(equal)的一功率分配器，而传输单元40可为非均等(unequal)的功率分配器，通过适当设计传输单元40、42、44、46、48可决定施加于传送子阵列T_1～T_6的振幅A1～A6。多个线段41用来连接输入节点N0、传输单元40、42、44、46、48及输出节点N1～N6，通过适当设计多个线段41在输出节点N1～N6与输入节点N0之间的长度可决定相位
Figure BDA0001021423760000051
需注意的是，传送功率分配器不限于利用图4所示的电路结构，传送功率分配器亦可利用其他电路结构来实现。
请参考图5，图5为车用雷达系统10的发射场型图及接收场型图。其中，粗实线代表传送子阵列T_1～T_6所形成的发射场型，虚线及点线代表接收子阵列R_1、R_2所形成的接收场型。传送子阵列T_1～T_6可在水平平面上形成一第一主波束MB_1以及一第二主波束MB_2，由图5可知，第一主波束MB_1所朝向的一第一波束方向介于正20度至正30度之间，第二主波束MB_2所朝向的一第二波束方向介于负40度至负50度之间，即第一波束方向与第二波束方向之间在水平平面上至少相差60度。另外，藉由在形成传送子阵列T_4与传送子阵列T_6之间形成120度至180度的相位差，可在第一波束方向与第二波束方向之间形成至少一零点Null，如此一来，即可在不同水平角度(Azimuth Angle)上形成双主波束MB_1、MB_2。另一方面，由于接收间距DR小于传输信号的二分之一波长，接收子阵列R_1、R_2所形成的接收场型具有大致100度的3dB波束宽度，而使得车用雷达系统10具有宽广的角度扫描范围。
请参考图6，图6为两组车用雷达系统10设置于车辆20的左后转角处RLC以及右后转角处RRC时所形成的发射信噪比能量场型示意图。车用雷达系统10的发射场型连同车辆20绘示于由坐标轴X、Y所构成的一平面(即水平平面(Azimuth Plane))，坐标轴X及坐标轴Y皆以10米为一单位。其中，实线代表设置于车辆20的左后转角处RLC的车用雷达系统10所形成的发射信噪比能量场型，虚线代表设置于车辆20的右后转角处RRC的车用雷达系统10所形成的发射信噪比能量场型。
由图6可知，第一主波束MB_1朝向车辆20的后方，其可使车用雷达系统10的检测范围在达到车辆20后方70米处，而可应用于LCA系统或DOW系统。其中，LCA系统及DOW系统皆需检测车辆20后方的交通情况，惟LCA系统所需的检测范围较DOW系统为远，因此可视需求调整车用雷达系统10的增益，举例来说，当车用雷达系统10应用于LCA系统时，调整车用雷达系统10的增益，使其检测范围较远，当车用雷达系统10应用于DOW系统调整车用雷达系统10的增益，使其检测范围较近。
另一方面，第二主波束MB_2朝向车辆20的侧方，其可使车用雷达系统10的检测范围可达到车辆20侧方40米处，而可应用于RCTA系统或BSD系统。其中，RCTA系统及BSD系统皆需检测车辆20侧后方的交通情况，惟RCTA系统所需的检测范围较BSD系统为远，因此可视需求调整车用雷达系统10的增益，举例来说，当车用雷达系统10应用于RCTA系统时，调整车用雷达系统10的增益，使其检测范围较远，当车用雷达系统10应用于BSD系统调整车用雷达系统10的增益，使其检测范围较近。
由上述可知，车用雷达系统10可设置于车辆20的左后转角处RLC以及右后转角处RRC，并在车辆20的后方以及侧方(左侧或右侧)形成双主波束。相比公知技术，单一车用雷达系统10即可同时符合LCA系统、DOW系统、RCTA系统以及BSD系统的系统需求，如此一来，不仅可降低生产成本，还降低系统整合时的复杂度。
需注意的是，前述实施例用以说明本发明的概念，本领域普通技术人员应当可据以做不同的修饰，而不限于此。举例来说，射频处理模块100为一发二收的射频处理模块，而不限于此，射频处理模块亦可为M发N收的射频处理模块，只要M至少为1而N至少为2，即满足本发明的要求而属于本发明的范畴。另外，在车用雷达系统10中，利用传送子阵列T_4与传送子阵列T_6之间形成120度至180度的相位差，以形成双主波束，而不限于此，在另一实施例中，亦可通过在传送子阵列T_1与传送子阵列T_3之间形成120度至180度的相位差(其中传送子阵列T_1及传送子阵列T_3位于对称轴Sym的另一侧)，以形成双主波束；在又一实施例中，亦可在传送子阵列T_1与传送子阵列T_3之间形成120度至180度的相位差且在传送子阵列T_4与传送子阵列T_6之间形成120度至180度的相位差，以形成双主波束，亦满足本发明的要求而属于本发明的范畴。
另外，车用雷达系统10包含六个传送子阵列，而不限于此，车用雷达系统中传送子阵列的数目可大于6或小于6，只要车用雷达系统包含至少二传送子阵列，且距离对称轴最近的第一传送子阵列与距离对称轴最远的第二传送子阵列之间具有120度至180度的相位差，即满足本发明的要求，而可形成双主波束。也就是说，本发明的车用雷达系统可包含传送子阵列T_1～T_N(即车用雷达系统包含N个传送子阵列)，而车用雷达系统的传送功率分配器可将对应于传送子阵列T_1～T_N的振幅A1～AN及相位
Figure BDA0001021423760000061
施加于传送子阵列T_1～T_N。如此一来，车用雷达系统即可形成双主波束。
具体来说，请参考图7，图7为本发明实施例的车用雷达系统包含N个传送子阵列的发射场型图。由图7可知，具有不同传送子阵列数目的车用雷达系统皆可形成双主波束，即车用雷达系统形成第一主波束及第二主波束，且第一主波束的第一波束方向与第二主波束的第二波束方向之间在水平平面上相差60度至90度。举例来说，当N＝2(代表车用雷达系统包含传送子阵列T_1、T_2)时，对称轴位于传送子阵列T_1与传送子阵列T_2之间，相位
Figure BDA0001021423760000062
可为0度，相位
Figure BDA0001021423760000063
可为120度，振幅A1、A2经过正规化后的振幅值可具有0≦A1≦A2≦1的关系式。当N＝3(代表车用雷达系统包含传送子阵列T_1～T_3)时，对称轴位于传送子阵列T_2上，相位
Figure BDA0001021423760000064
可为120度，相位
Figure BDA0001021423760000065
可为0度，相位
Figure BDA0001021423760000066
可为180度，振幅A1～A3经过正规化后的振幅值可具有0.1≦A1≦A3≦A2≦1的关系式。当N＝4(代表车用雷达系统包含传送子阵列T_1～T_4)时，对称轴位于传送子阵列T_2与传送子阵列T_3之间，相位
Figure BDA0001021423760000067
可为120度，相位
Figure BDA0001021423760000068
与相位
Figure BDA0001021423760000069
皆为0度，相位
Figure BDA00010214237600000610
可为180度，振幅A1、A4经过正规化后的振幅值介于0至0.5之间，振幅A2、A3经过正规化后的振幅值介于0.5至1之间。当N＝5(代表车用雷达系统包含传送子阵列T_1～T_5)时，对称轴位于传送子阵列T_3上，相位
Figure BDA00010214237600000611
可为180度，相位
Figure BDA00010214237600000612
可为60度，相位
Figure BDA00010214237600000613
与相位
Figure BDA00010214237600000614
皆为负30度，相位
Figure BDA00010214237600000615
可为150度，振幅A1、A5经过正规化后的振幅值介于0.2至0.5之间，振幅A2、A4经过正规化后的振幅值介于0至0.2之间，而振幅A3经过正规化后的振幅值介于0.5至1之间。换句话说，当距离对称轴最近的第一传送子阵列与距离对称轴最远的第二传送子阵列之间具有120度至180度的相位差时，车用雷达系统皆可形成双主波束，较佳地，第一传送子阵列及第二传送子阵列位于对称轴的同一侧。
综上所述，本发明的车用雷达系统将(距离对称轴最近的)第一传送子阵列与(距离对称轴最远的)第二传送子阵列之间的相位差固定于120度与180度之间，即可形成双主波束。另外，本发明的车用雷达系统施加于距离对称轴最近的传送子阵列的振幅为最大，施加于距离对称轴最远的传送子阵列的振幅为次大，其余传送子阵列的振幅为最小，使得本发明的车用雷达系统的双主波束的效果更加显著。相比公知技术，本发明的车用雷达系统可同时符合LCA系统、DOW系统、RCTA系统以及BSD系统的系统需求，因此可降低生产成本及系统整合时的复杂度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡是根据本发明权利要求书所做的等同变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种车用雷达系统，该车用雷达系统包括：
多个传送子阵列，其中该多个传送子阵列相对于一对称轴呈对称，且该多个传送子阵列平行于该对称轴；以及
一传送功率分配器，该传送功率分配器耦接于该多个传送子阵列，用来将对应于该多个传送子阵列的多个相位及多个振幅分别施加于该多个传送子阵列；
其中，该多个传送子阵列中距离该对称轴最近的一第一传送子阵列与该多个传送子阵列中距离该对称轴最远的一第二传送子阵列之间具有一相位差，该相位差介于120度与180度之间；
其中该传送功率分配器施加于该第一传送子阵列的一第一振幅大于施加于该第二传送子阵列的一第二振幅；
其中，该车用雷达系统还包括一第三传送子阵列设置于该第一传送子阵列与该第二传送子阵列之间，其中该传送功率分配器施加于该第三传送子阵列的一第三振幅小于该第二振幅。
2.如权利要求1所述的车用雷达系统，其中多个传送子阵列包括多个连接线，该多个连接线平行于该对称轴。
3.如权利要求1所述的车用雷达系统，其中该多个传送子阵列中一传送子阵列与另一传送子阵列相隔一传送间距，该传送间距为该车用雷达系统所传输的无线信号波长的二分之一。
4.如权利要求1所述的车用雷达系统，还包括：
多个接收子阵列；
其中，该多个接收子阵列中一接收子阵列与另一接收子阵列相隔一接收间距，该接收间距小于该车用雷达系统所传输的无线信号波长的二分之一。
5.如权利要求1所述的车用雷达系统，其中该车用雷达系统形成一第一主波束及一第二主波束，该第一主波束及该第二主波束分别朝向一第一波束方向及一第二波束方向，且该第一波束方向与该第二波束方向之间在一水平平面上至少相差60度。
6.如权利要求5所述的车用雷达系统，其中该车用雷达系统在该第一波束方向与该第二波束方向之间形成一零点。
7.如权利要求1所述的车用雷达系统，其中该传送功率分配器包括：
至少一传输单元；以及
多个线段，该多个线段用来连接该至少一传输单元与该多个传送子阵列；
其中，该多个振幅取决于该至少一传输单元，该多个相位取决于该多个线段的长度。
8.如权利要求1所述的车用雷达系统，还包括一射频处理模块，耦接于该传送功率分配器，该射频处理模块为M发N收架构，其中M至少为1而N至少为2。
9.如权利要求1所述的车用雷达系统，其中该第一传送子阵列及该第二传送子阵列位于该对称轴的一侧。
10.一种车用雷达系统，该车用雷达系统包括：
多个传送子阵列，其中该多个传送子阵列相对于一对称轴呈对称，且该多个传送子阵列平行于该对称轴；以及
一传送功率分配器，该传送功率分配器耦接于该多个传送子阵列，用来将对应于该多个传送子阵列的多个相位及多个振幅分别施加于该多个传送子阵列；
其中，该多个传送子阵列中距离该对称轴最近的一第一传送子阵列与该多个传送子阵列中距离该对称轴最远的一第二传送子阵列之间具有一相位差，该相位差介于120度与180度之间；
其中该传送功率分配器施加于该第一传送子阵列的一第一振幅大于施加于该第二传送子阵列的一第二振幅；
其中，该车用雷达系统还包括多个接收子阵列；
其中，该多个接收子阵列中一接收子阵列与另一接收子阵列相隔一接收间距，该接收间距小于该车用雷达系统所传输的无线信号波长的二分之一。
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