CN107787460A - 用于运行雷达设备的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行雷达设备(100)的方法，所述方法具有如下步骤：‑求取具有反射的雷达辐射的时间信号的矩阵；‑由时间信号求取雷达目标的距离‑速度‑功率矩阵的元素；‑在第一维度中对所述距离‑速度‑功率矩阵的元素执行第一离散一维傅里叶变换；‑在第二维度中对所述距离‑速度‑功率矩阵的元素如此执行第二离散一维傅里叶变换，使得对所述距离‑速度‑功率矩阵的每隔一个元素在数学上定义地执行进行第二离散一维傅里叶变换。

Description

用于运行雷达设备的方法
技术领域
本发明涉及一种用于运行雷达设备的方法。本发明还涉及一种雷达设备。
背景技术
在机动车领域中，越来越多地使用雷达系统来支持机动车先进的驾驶员辅助系统。所提及的雷达系统的主要任务在于，求取相对于机动车附近的对象的距离和所述对象(例如车辆、行人、静止的障碍物等等)的速度。这例如对于驾驶员辅助系统“自适应巡航控制”(ACC)是重要的，在该自适应巡航控制中，使用对车辆的距离和相对速度的准确估计来求取机动车的合适行为。
在机动车中，也能够使用所提及的雷达系统来实现安全功能，例如当不再能避免碰撞时，警告处于紧急情况中的驾驶员或者引起完全制动。
已知各个不同的信号调制方法，其中，线性调频序列调制(CS-调制)是一种尤其经常在车辆雷达系统中使用的调制类型。在该调制类型中，发送所谓的线性调频信号(线性调频的电磁信号)，在该线性调频信号中，信号的当前频率是线性时变的。所述线性调频序列调制的一个优点在于，该线性调频序列调制能够实现同时对对象的距离和相对速度进行估计。
在接收到反射的线性调频信号后并且在合适的预处理后，通常将反射的时间信号存储在二维矩阵中，其中，矩阵每列包含所接收的线性调频脉冲的信号的值，其中，矩阵的列数相应于发送序列的线性调频信号的数量。
沿着数据矩阵的列对线性调制的数据元素进行离散傅里叶变换(DFT)允许在雷达照亮区域中对目标的距离(或者距离范围)进行估计。所述矩阵的列的数据元素代表目标对象的距离。沿着所得矩阵的行执行第二离散傅里叶变换允许对目标对象的相对速度进行估计。
二维离散傅里叶变换的执行产生距离-速度-功率矩阵(d-v矩阵)，其中，d-v矩阵元素的幅值在第三维度中代表对于目标对象的相应距离和相应速度的反射信号能量的估计。在实践中，为了该目的通常执行快速傅里叶变换，所述快速傅里叶变换实现离散傅里叶变换的高效执行。
发明内容
本发明的任务在于，提出一种用于运行雷达设备的经改善的方法。
根据第一方面借助一种用于运行雷达设备的方法解决所述任务，所述方法包括如下步骤：
-求取具有反射的雷达辐射的时间信号的矩阵；
-由时间信号求取雷达目标的距离-速度-功率矩阵的元素；
-在第一维度中对于距离-速度-功率矩阵的元素执行第一离散一维傅里叶变换；
-在第二维度中对于距离-速度-功率矩阵的元素如此执行第二离散一维傅里叶变换，使得对于第二维度的距离-速度-功率矩阵的每隔一个元素在数学上定义地移位地执行第二离散傅里叶变换。
根据第二方面借助一种雷达设备解决所述任务，所述设备包括：
-用于产生雷达目标的距离-速度-功率矩阵的元素的产生装置；
-用于评估所述距离-速度-功率矩阵的元素的评估装置，其中，借助该评估装置，距离-速度-功率矩阵的元素可以在第一维度中均匀评估，其中，借助该评估装置，距离-速度-功率矩阵的元素可以在第二维度中在数学上定义地移位地评估。
以这种方式，能够更好地求取距离-速度-功率矩阵的元素的根据功率的峰值。结果，这能够通过如下方式实现：实现一种六边形“采样网络”，由此有利地，为了评估仅必须将距离-速度-功率矩阵的元素与六个其他数值进行比较。“真正的”d-v空间(距离-速度空间)是连续的二维空间，在所述二维空间中，d-v空间的每个点处的值相应于所接收的雷达信号的幅度，所述雷达信号已经由具有相对于雷达的定义的距离和定义的速度的对象产生。因为仅仅存在受限数量的输入数据，多以仅能在确定的点处对“真正的”d-v空间进行“采样”。因此，结果，能够有利地提供矩阵“粒度”的提高，由此，有利地支持对于目标的距离和相对速度的经改善的估计。
根据本发明的方法的优选实施方式是从属权利要求的主题。
所述方法的一种有利的扩展方案设置：借助线性调频序列调制产生距离-速度-功率矩阵的元素。以这种方式，使用在车辆领域有利的调制类型，所述调制类型特别适用于高实时性要求。
所述方法的一种有利的扩展方案设置：首先，对于距离-速度-功率矩阵的所有列元素执行离散傅里叶变换，其中，随后对于距离-速度-功率矩阵的所有行元素执行离散傅里叶变换。以这种方式，能够逐列产生矩阵元素，其中，有利地，当接收到后续的线性调频信号并且产生后续的矩阵元素时，借助离散傅里叶变换已经能够处理以上的线性调频信号的数据元素。以这种方式，支持所述方法的高实时性。
所述方法的另一有利的扩展方案设置：首先，对于距离-速度-功率矩阵的所有行元素执行离散傅里叶变换，其中，随后对于距离-速度-功率矩阵的所有列元素执行离散傅里叶变换。由此，能够将对于整个矩阵执行离散傅里叶变换的顺序颠倒，由此，能够提供一种在数学方面等效的效应，所述效应尤其能够适用于时间不太关键的雷达应用(例如在天文学、大地测量学等中)。
所述方法的另一有利扩展方案设置：将距离-速度-功率矩阵的每隔一行的每个元素乘以因子e-jπn/N，该因子具有如下参数：
n……距离-速度-功率矩阵的列编号
N……距离-速度-功率矩阵的总列数
以这种方式，提供本方法的一种在数学上定义的技术实现。
附图说明
接下来，借助其他特征和优点、根据多个附图详细描述本发明。在此，所有所述的或示出的特征与其在权利要求中的或者该权利要求所回引的摘要无关地，以及与它们在说明书中和附图中的表示无关地，单独地或者以任意组合的形式组成本发明的主题。
在附图中示出：
图1示出一种用于具有测试单元的d-v矩阵的传统的采样方案；
图2示出一种电信装置的已知的布置方案；
图3示出一种用于具有测试单元的d-v矩阵的根据本发明的采样方案；
图4示出一种用于d-v矩阵的传统采样方案的最坏情况情景；
图5示出一种用于d-v矩阵的根据本发明的采样方案的最坏情况情景；
图6示出一种用于具有长形构造的目标对象的d-v矩阵的传统采样方案；
图7示出一种用于具有长形构造的目标对象的d-v矩阵的根据本发明的采样方案；
图8示出用于运行雷达设备的方法的一种实施方式的原理上的流程图；
图9示出根据本发明的雷达设备的一种实施方式的原理上的方框图。
具体实施方式
图1在d-v平面中示出用于距离-速度-功率矩阵(d-v矩阵)的传统采样方案的原理上的展示。该d-v平面在x方向上以相对于目标对象(未示出)的机动车的雷达设备的速度v为刻度，并且在y方向上以相对于目标对象(未示出)的机动车的雷达设备的距离d为刻度。为了可靠地求取目标对象，需要求取距离-速度-功率矩阵的元素的峰值，其中，每个峰值代表一个潜在的目标对象，前提是：所述峰值的在第三维度中绘制的功率幅度处于本底噪音之上。在示出的具有矩形布置的测试单元1或者采样点的已知的采样方案中，能够通过将每个矩阵元素与八个相邻的矩阵元素比较来发现局部峰值。图1借助方形框指示性地示出：一个测试单元(英语，cell under test，CUT)在d-v平面中由八个潜在的相邻元素或者测试单元1包围。
在典型应用中，目标对象的d-v光谱由于受限的窗口大小的影响而具有二维图样，该二维图样能够包括一个主瓣(英语，main lobe)和多个旁瓣(英语，side lobe)。这具有通过多个相邻单元传播电磁信号能量的效果。当仅考虑主瓣时，测试单元1越接近d-v光谱的峰值，则存在越高的信号能量。
尽管四个最近的相邻测试单元1(在“北”、“南”、“东”和“西”)相对于特别的测试单元1具有相对于测试单元1的最小距离，相对于对角布置的相邻测试单元(在东北、西北、东南和西南)的距离仍然可观地更大。由此可以看出，距离-速度-功率矩阵的采样点与测试单元1之间的距离可能差异很大。这是矩形采样方案的固有特性并且表示：遥远的单元(“东北”、“西北”、“东南”和“西南”)对于其他目标对象的影响更敏感。
所述矩形采样方案的替代方案是一种六边形采样方案，其中，每隔一个行值或列值以半值移动。在位置采样数据方面的六边形采样方案的优点对于地球物理应用是已知的，其方式是：以这种方式能够实现面的高效覆盖。由此，能够降低每个点与采样点之间的最大距离或最坏情况距离。因此，通常在位置上根据六边形图样布置移动无线电铁塔或者无线通信的其他装置，如在图2的曲线图中借助x轴和y轴能够原理上看出。
在所提及的地球物理的应用中，待采样的二维区域是地表的物理区域，其中，两个维度具有相同的物理长度单位。
建议对具有线性调频序列数据的传统二维矩阵进行离散二维数字或离散傅里叶变换，其中，根据六边形采样方案来应用傅里叶变换。
在此，例如首先产生二维d-v矩阵，在该d-v矩阵中，每个数据元素相应于时间线性调频序列信号的信号能量。以这种方式，例如能够借助32个线性调频信号相对于分别512个值产生具有512行和32列的d-v矩阵。
随后，沿着d-v矩阵的每一列执行一维数字傅里叶变换(优选在使用快速傅里叶变换(FFT)的情况下)。
随后，对于d-v矩阵的每隔一行(例如每个偶数行)执行对于整行的所有元素的一维数字傅里叶变换。
最后，将每隔一行(例如每个奇数行)的所有元素乘以因子e-jπn/N，其中：
n…d-v矩阵的列编号，0到N-1
N…d-v矩阵的列数
随后，在每隔一行(例如每个奇数行)的在数学上如此处理的元素上执行一维数字傅里叶变换。
最后提及的步骤的效果是：在所谓的半频点(Halb-Frequenz-Bins)处执行数字傅里叶变换或者在通常的标准频点(Standard-Frequenz-Bins)之间处评估数字傅里叶变换，而不是如在传统数字傅里叶变换的情况下在k/N个每采样步骤周期处，其中：
k...具有0到N-1之间的值的整数
结果，由此，在(k+1/2)/N个每采样步骤周期的瓣处评估数字傅里叶变换。
替代地，也能够实现所述方法，其方式是：首先，在d-v矩阵的所有行上完整地执行数字一维傅里叶变换，直到该d-v矩阵的所有元素经变换。随后，将每隔一行的元素乘以因子e-jπn/N，其具有如下参数：
m…行编号
M…总行数
由此，能够实现：首先处理行，随后对替代的列应用移位数字傅里叶变换(等效于d-v矩阵的转置)。
接下来列出Matlab代码，借助该Matlab代码能够实现所述方法：
function XX＝fft2hex(x)
％x–time domain data matrix
％XX–calculated d-v matrix
X1＝fft(x,[],1)；
N＝size(x,2)；
for ii＝2:2:size(X1,1),
X1(ii,:)＝X1(ii,:).*exp(-1j*pi*(0:(N-1))/N)；
end
XX＝fft(X1,[],2)；
end
由图3看出，通过这种采样，测试单元1分别仅还具有六个相邻测试单元1。图3借助测试单元1的六边形轮廓将其表明。
在接下来的表1中示出，测试单元1的相邻元素的数量以如下方式减少：
相邻元素的数量 速度域 距离域
2 1 0
4 1/2 1
表1
与之相比，传统采样方案具有相邻单元相对于测试单元1的如下距离，如在以下的表2中示出的那样：
相邻元素的数量 速度域 距离域
2 1 0
4 1 1
2 0 1
表2
图5示出距离-速度-功率矩阵的这种采样与图4相比的优点。
图4借助四个箭头表明，在传统的矩形采样方案中在最坏情况情景中，一个采样点可以具有四个相邻的、基本上相等地间隔开的采样点。以这种方式，可能难以实现目标对象的可靠探测。
相反地，可以由图5借助更改的采样方案看出，在最坏情况情景中，一个采样点仅还具有三个具有分别等距离的相邻采样点，其中，与图4相比，相对于相邻采样点的距离减小。由此，目标对象的评估过程能够显著简化和改善，因为d-v空间中的峰值相对于相邻采样点的距离减小。由图3看出，在所述情况下，仅需要与相邻采样点进行六次比较，而不是八次(如可以由图1看出的那样)。
图6示出d-v矩阵的一种传统的矩形采样方案，其中，应该探测长形构造的目标对象200。可以看出，由于该采样方案的均匀结构，出目标对象200相对所有采样点或者说测试单元1的距离基本上相等地构造。
相反地，图7示出，借助六边形采样方案，d-v矩阵的各个采样点或者说测试单元1比其他方案更接近目标对象200。由此，探测长形构造的目标对象200更简便和准确。这尤其在目标对象模糊时(例如弱反射的行人)有用，采样点越接近目标对象200的峰值，则随后目标对象200的信号峰值对相邻d-v矩阵元素的幅度的贡献越强。结果，在使用图7的采样方案时，“真正”的目标在d-v空间中相对于下一个采样点的距离仅仅是在使用图6的传统采样方案时的大约一半。
图8在原理上示出一种根据本发明的方法的执行方式的流程图。
在步骤300中，执行求取具有反射的雷达辐射的时间信号的矩阵并且求取雷达目标的距离-速度-功率矩阵的元素。
在步骤310中，在第一维度中对于距离-速度-功率矩阵执行第一离散一维傅里叶变换。
在步骤320中，在第二维度中对于距离-速度-功率矩阵的元素如此执行第二离散一维傅里叶变换，使得对于距离-速度-功率矩阵的每隔一个元素在数学上定义地移位地执行第二离散一维傅里叶变换。
图9强烈简化地示出雷达设备100，其具有用于产生雷达目标200的距离-速度-功率矩阵的元素的产生装置10。雷达设备100还具有用于评估距离-速度-功率矩阵的元素的评估装置20，其中，借助该评估装置20，距离-速度-功率矩阵的元素能够在第一维度中均匀地评估，其中，借助该评估装置20，距离-速度-功率矩阵的元素能够在第二维度中在数学上定义地移位地评估。
有利地，雷达设备100可以构造为传统的电子硬件，其中，借助软件能够执行硬件的配置、例如快速傅里叶变换的实现和其他的雷达信号处理步骤的实现。替代地，也能够完全在软件中实现所述方法。有利地，只要使用线性调频序列调制，则也能够将根据本发明的方法使用用于其他应用、例如超声设备。
本领域技术人员可以合适地修改并且彼此组合本发明的所述特征，而不会偏离本发明的核心。

Claims (9)

1.一种用于运行雷达设备(100)的方法，所述方法具有如下步骤：
求取具有反射的雷达辐射的时间信号的矩阵；
由所述时间信号求取雷达目标的距离-速度-功率矩阵的元素；
在第一维度中对于所述距离-速度-功率矩阵的元素执行第一离散一维傅里叶变换；
在第二维度中对于所述距离-速度-功率矩阵的元素如此执行第二离散一维傅里叶变换，使得对于所述距离-速度-功率矩阵的每隔一个元素在数学上定义地移位地执行第二离散一维傅里叶变换。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，借助线性调频序列调制产生所述距离-速度-功率矩阵的元素。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，首先对于所述距离-速度-功率矩阵的所有列元素执行离散傅里叶变换，其中，随后对于所述距离-速度-功率矩阵的所有行元素执行离散傅里叶变换。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，首先对于所述距离-速度-功率矩阵的所有行元素执行离散傅里叶变换，其中，随后对于所述距离-速度-功率矩阵的所有列元素执行离散傅里叶变换。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，将所述距离-速度-功率矩阵的每隔一行的每个元素乘以因子e-jπn/N，所述因子具有如下参数：
n……所述距离-速度-功率矩阵的列编号
N……所述距离-速度-功率矩阵的总列数。
6.一种雷达设备(100)，所述设备具有：
用于产生雷达目标(200)的距离-速度-功率矩阵的元素的产生装置(10)；
用于评估所述距离-速度-功率矩阵的元素的评估装置(20)，其中，借助所述评估装置(20)，所述距离-速度-功率矩阵的元素能够在第一维度中均匀地评估，其中，借助所述评估装置(20)，所述距离-速度-功率矩阵的元素能够在第二维度中在数学上定义地移位地评估。
7.根据权利要求6所述的雷达设备(100)，其中，借助所述产生装置(10)，线性调频序列调制能够被执行。
8.根据权利要求6或7所述的雷达设备(100)，其中，借助所述评估装置(20)将所述距离-速度-功率矩阵的每隔一行的每个元素乘以因子e-jπn/N，所述因子具有如下参数：
n……所述距离-速度-功率矩阵的列编号
N……所述距离-速度-功率矩阵的总列数。
9.一种具有程序代码装置的计算机程序产品，其用于当所述计算机程序产品在电子的雷达设备(100)上运行或者存储在计算机可读的数据载体上时，执行根据权利要求1至5中任一项所述的方法。
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