CN108431628B - 雷达传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种雷达传感器，所述雷达传感器包括信号产生装置和信号接收装置，所述信号产生装置产生输出信号的序列，以用于产生发射的雷达信号；所述信号接收装置用于接收和处理经反射的雷达信号作为接收信号，所述接收信号被进一步处理，以评估所接收到的所述接收信号，其中，产生一系列自起始频率起升高的电压信号作为输出信号，其中，借助于傅里叶分析评估相应的接收信号，其特征在于，所述输出信号具有经调制的起始频率。

Description

雷达传感器
技术领域
本发明涉及一种雷达传感器，如尤其是用于机动车的雷达传感器。
背景技术
在机动车中越来越频繁地使用雷达传感器。这样的雷达传感器例如使用在驾驶员辅助系统中，以便例如在较大的距离时就已经可靠地识别迎面驶来的车辆，并且能够尽可能精确地确定迎面驶来的车辆的位置和速度。雷达传感器也用于监控机动车的附近的环境。
目前已知的各种雷达系统的区别例如在于其频率调制的类型。工作目的是在选择调制类型时对部分空出的并且在一些位置上密集占据的具有轴线R、v和phi的3D测量空间在复杂的环境中尽可能良好地分辨。根据调制类型，在此能够将分辨率焦点设置为完全不同。
为了实现仍未确定类型的频率调制，使用所谓的电压控制的振荡器，也称为压控振荡器(VCO)。如果所述VCO与其它组件在壳体中组合，那么其称为MMIC。
所述MMIC通常能够经由粗调控制信号在调谐频率方面进行粗略改变。然后经由精调控制信号执行实际的调制。
在此存在不同的调制类型。下面仅讨论其中两个：“慢速啁啾”和“快速啁啾序列”。“啁啾”在此理解为在时间上线性升高的频率。在两种类别中，在目标/对象处产生的回波、即接收信号经受傅里叶分析。在该接收频谱中的不同的频率位置处的高的能量表示实际目标在该频率点处、即所谓的Bin处具有高的概率。
如果使用“慢速啁啾”方案，那么仅执行接收信号的1D傅里叶变换。参数R、v在测量序列内相应地不能被可靠地确定，因为不同的R、v组合具有相同的频谱位置(Bin)。该缺点可以通过组合少量带有不同参数化的“慢速啁啾”和/或通过频移键控(FSK)上行调制来消除。尽管如此，许多目标在复杂环境中重合到相同的频谱位置上。因此，产生所谓的杂波。在杂波中不再能够找到目标。
“快速啁啾序列”方案提供了更好的目标分离。在此发出许多快速的啁啾。首先，每个啁啾的接收信号被傅里叶变换，并且此后将所述1D频谱关于啁啾数量进行变换(2D傅里叶变换)。沿着所述2D-R、v频谱的第一轴线能够读取距离，并且沿着第二轴线能够读取速度。仅存在唯一的R、v位置。
这两种调制类型的共同之处是，关于R和v的唯一性方面的限制。如果在测量场景中的目标表明具有比唯一性界限更高的距离和速度，那么将该目标折合到不期望的频率范围中。但是，在R和v方面的良好的唯一性是期望的。
“快速啁啾序列”方法相对于“慢速啁啾序列”方法的缺点在于，“快速啁啾序列”方法需要较高品质的部件。啁啾产生单元在MMIC上或在MMIC中必须能够非常快速地工作，以便例如以30μs的间隔实现啁啾。同样地，ADC单元的所需的采样频率升高，ADC单元也称为模数转换器。这伴随更大量的采样值，所述采样值必须在计算单元中存储并加以处理。
随着研发进展，对“快速啁啾序列”雷达系统的要求也提高。期望的是直至4GHz的非常高的啁啾带宽，以便实现0.04m的范围辨别能力。同时，当然唯一性不应受到影响。
如果在啁啾内应覆盖高的带宽，那么啁啾产生单元(DAC或PLL)结合MMIC或者在MMIC中快速达到其极限。啁啾品质参数、如噪声或线性将受到影响。经由精调控制输入端也不能够覆盖高的带宽。
发明内容
因此，本发明的目的是，提供一种相对于现有技术改进的雷达传感器。也应提供一种用于运行这样的雷达传感器的相应的方法。
在此，还一目的是找到一种调制形式，与标准“快速啁啾序列”相比，所述调制形式在采样单元和计算单元中不会引起明显的附加耗费。同样期望的是，啁啾的品质参数、例如线性关于标准序列得到保持。在速度和距离方面的唯一性也应尽可能不被减小。
本发明的目的借助根据本发明所述的特征来实现。
本发明的实施例涉及一种雷达传感器，所述雷达传感器包括信号产生装置和信号接收装置，所述信号产生装置产生输出信号的序列，以用于产生发射的雷达信号；所述信号接收装置用于接收和处理经反射的雷达信号作为接收信号，所述接收信号被进一步处理，以评估所接收到的所述接收信号，其中，产生一系列自起始频率起升高的电压信号作为输出信号，其中，借助于傅里叶分析评估相应的接收信号，其特征在于，所述输出信号具有经调制的起始频率。由此实现，获得更好的分辨率，尤其在可相比拟的计算功率下获得更好的分辨率。在此，经调制的起始频率表示，在相应的输出信号中起始频率不是相等的，而是变化的，如升高、线性升高、台阶状升高等。
特别有利的是，从傅里叶分析中在电压信号的序列的维度方向上确定对象的速度。因此能够简单地确定速度。
也有利的是，从傅里叶分析中在电压信号的维度方向上确定对象的距离。因此能够简单地确定距离。
此外有利的是，借助于二维的最大值识别和借助于相位比较或者借助于多个天线的数字波束成形或高分辨率波束成形可确定对象的角度。因此，除了距离和速度以外，也能够完全确定角度进而确定当前方位。
按照根据本发明的构思也符合目的的是，输出信号具有相同的起始值和相同的终值，并且优选从F_c-f_band/2延伸至F_c+f_band/2。在此，F_c定义了平均值，并且f_band定义了信号的带宽。
也有利的是，输出信号具有从输出信号到输出信号升高的起始值和升高的终值。由此实现，上升信号彼此不同，这用于改善的分辨率。
此外也有利的是，仅每第2个输出信号具有升高的起始值和升高的终值，其中，在各每第2个输出信号之间的输出信号具有与前一个信号相同的起始值和/或终值。在此，电压信号例如线性地升高，其中再下一个相继的电压信号分别在电压轴线上错开，使得各个电压信号的中心点又基本上线性地升高。在各再下一个相继的电压信号之间设置有如下的电压信号，所述电压信号对应于前一个信号并且未设有升高的初始值。能够再次使用所述输出信号，并且然后从相应的经反射的信号中能够借助于傅里叶分析评估接收信号，其中所得到的位置分辨率的误差对应于3800MHz频带的低的误差。
在此，在执行傅里叶分析时原则上能够执行相应的快速傅里叶分析。
在此也有利的是，所接收到的经反射的雷达信号借助于混频器转换成更低的中间频率并且随后被采样。相应地也有利的是，经采样的信号用于进一步处理。
本发明的目的通过具有根据本发明的特征的方法来实现。
本发明的实施例涉及一种用于根据上文运行雷达传感器的方法。
附图说明
本发明的有利的改进方案在下面的附图说明中描述。
在此示出：
图1示出用于产生输出信号的视图；
图2示出用于显示输出信号的图表；
图3示出用于阐述基于图2的发射信号来处理接收信号的视图；
图4示出用于显示输出信号的图表；
图5示出用于阐述基于图4的发射信号来处理接收信号的视图；
图6示出用于显示输出信号的图表；和
图7示出用于阐述基于图6的发射信号来处理接收信号的视图。
具体实施方式
图1示出控制器10的另一配置，所述控制器借助于相位调节回路构成为压控的振荡器11。
基于输入信号12可以借助于压控的振荡器11操控为，使得得出期望的输出信号13作为雷达传感器的Tx信号。在此，压控的振荡器11可以是单片的微波电路的一部分。所述单片的微波电路也作为MMIC已知。通过规定电压信号的形状，单片的微波电路借助压控的振荡器来产生相应的电压信号，也称为啁啾。
在此，图2示出具有多个上升电压信号30的输出信号的示例。上升电压信号30的时间间隔是T_Chirp_Chirp。电压信号从F_c-f_band/2升高到F_c+f_band/2。这示出N-1个这样的上升信号。
图3示出了如何能够从二维的快速傅里叶变换中确定距离和速度。在此，从上升电压信号的二维的快速傅里叶变换中不仅确定距离R而且确定速度v。从二维的最大值识别中，也能够借助于多个天线的相位比较来确定对象的角度。
相应地提出上升电压信号40的序列，如其在图4中可见的那样。在此，所述电压信号基本上线性地升高，其中，相继的电压信号分别在电压轴线上错开，使得各个电压信号的中心点又基本上线性地升高。在此，第一电压信号基本上从F_c-f_band/2线性升高到F_c+f_band/2。
输出信号从F_c_slow-f_band_slow/2延伸到F_c_slow+f_band_slow/2，相应的电压信号自该输出信号起开始升高。
图5再次示出了如何能够从二维的快速傅里叶变换中确定距离和速度。在此，从根据图4的上升电压信号的二维的快速傅里叶变换中不仅确定距离R而且确定速度v。从二维的最大值识别中，也能够借助于多个天线的相位比较来确定对象的角度。
从值Kappa＝cR*R+cv*v中得出：对于小的v，R的分辨率dR相对小并且在3800MHz频带中dR＝0.04m和200MHz频带中dR＝0.75m的范围中。
此外，提出上升电压信号50的序列，如其在图6中所示出的。在此，所述电压信号是类似于图2的和类似于图4的交替电压信号。
在此，电压信号基本上线性地升高，其中，再下一个相继的电压信号分别在电压轴线上错开，使得各个电压信号的中心点又基本上线性地升高。在各再下一个相继的电压信号之间设置有对应于前一个信号的电压信号，并且所述电压信号未设有升高的初始值。
随后再次使用所述输出信号，并且然后能够从经反射的信号借助于快速傅立叶分析来评估接收信号，其中，位置的分离能力对应于在3800MHz频带中的分离能力，参见图7。
也称为啁啾形式的另一形式的上升电压信号是啁啾序列斜坡，如其在图2中所示的。在此，各个上升电压信号，也称为啁啾，掠过例如大约200MHz的有效带宽。在该有效带宽内，所接收到的数据在IF频带中被采样。沿着啁啾的转换数据的傅立叶变换给出1D范围频谱。如果现在依次发送多个啁啾序列、例如128个这种啁啾序列，那么又可以沿着分别一个范围频率点(Rangebin)执行傅里叶变换。2D频谱的结果产生2D-Rv图像，参见图3。
如果存在多个可用的Rx天线，那么沿着Rx轴线的另一傅里叶变换产生3D-Rv,phi图像。在所述图像中寻找特征最大值，以便将周围环境中的目标与噪声进行区分。最简单的方法是局部的最大值搜索。在2D-Rv图像中用(Rbin,vbin)明确地描述峰值位置。
已知的啁啾生成器能够良好地产生直至500MHz的啁啾带宽。如果啁啾带宽增高，那么啁啾质量受损。同样地，在带宽增大时，ADC转换器的采样速率必须显著提高，或者啁啾斜率必须减弱。这引起，更多数据被采集或者实现较差的测量参数、例如较差的速度唯一性。
根据本发明的啁啾生成器能够通过智能的和可编程的PLL模块--参见图1--来产生近似任意的啁啾序列，参见图3。然而，所述啁啾形式仍受到一定的限制。在此，各个啁啾的带宽不应该过大。
假定，如上所述经由Vcoarse和Vfine或者通过PLL产生任意的啁啾序列，参见图1。在此，相应的啁啾序列因此应至少基本上看起来如在图4或6中所示出的那样。
在这种情况下有利的是，各个啁啾的带宽是小的，例如大约为200MHz。在两个啁啾T_Chirp_Chirp之间的间隔应是大约30μs，以实现高的速度唯一性。
在此，位于下方的慢速啁啾的扫掠带宽相当大，例如为800MHz。借助这两个参数在76.5GHz中心频率的情况下完全覆盖1GHz频带。现在，在ADC数据的2D变换之后，没有获得R-v图像，而是获得R-kappa图像。
所述参数也应发生变化。如果单个啁啾留在200MHz中，那么中心频率设置为79GHz，并且慢速啁啾带宽设置为3800MHz，因此获得高分辨率的范围-kappa(Range-kappa)图像，参见图5。
所述范围唯一性与示出上述方法的图3中的相同，其中实现了另外的优点，即约4cm的高的范围辨别能力。
速度测量能力在此能够通过图6中的方案相对简单地实现。在图6中，依次到来的两个啁啾具有相同的起始频率。紧跟着的第2块能够直接邻接于错开的起始频率，参见图6，或者在其之间具有例如T_pause＝T_Chirp_Chirp的间歇。
在此，交替上升的斜坡或啁啾的测量数据彼此分开地进行2D傅里叶变换。如果现在在频谱之一中(Rbin_grob,kappa)中找到目标，那么同样在其他频谱中的相同位置处找到所述目标。在该位置处在两个频谱之间的相位差与速度成比例。借助现在确定的速度，能够从以kappa计的速度计算出Rbin_fine＝kappa-vbin。得到测量点(Rbin_grob,Rbin_fein)。“细调”方向上的唯一性明显低于“粗调”方向上。通过借助于在“粗调”和“精调”之间已知的非唯一性界限进行简单的可信性检查可再次建立所述非唯一性。
在此，不变数量的测量数据是有利的。与此有关的是对计算性能的不变的要求。也获得具有充分唯一性的相对高的区域可分离性。在上述示例中，R_max＝100m，其中dr＝0.04m。
附图标记列表：
10控制器
11振荡器
12输入信号
13输出信号
30电压信号
40电压信号
50电压信号

Claims (7)

1.一种雷达传感器，所述雷达传感器包括信号产生装置和信号接收装置，所述信号产生装置产生输出信号的序列，以用于产生发射的雷达信号；所述信号接收装置用于接收和处理经反射的雷达信号作为接收信号，所述接收信号被进一步处理，以评估接收到的所述接收信号，其中，产生一系列自起始频率起升高的电压信号作为输出信号，其中，借助于傅里叶分析评估相应的接收信号，其特征在于，所述输出信号具有经调制的起始频率，其中，仅每第2个输出信号具有升高的起始值和升高的终值，其中，位于各每第2个输出信号之间的输出信号具有与前一个信号相同的起始值和/或终值，其中，对交替上升的电压信号的测量数据彼此分开地进行二维傅里叶变换，如果在第一频谱中找到对象，那么在第二频谱中的相同位置处同样能找到所述对象，在该位置处在第一频谱和第二频谱之间的相位差与速度成比例，其中，借助于二维的最大值识别和借助于相位比较或者借助于多个天线的数字波束成形或高分辨率波束成形能确定所述对象的角度。
2.根据权利要求1所述的雷达传感器，其特征在于，由所述傅里叶分析在所述电压信号的序列的维度方向上确定对象的速度。
3.根据权利要求1所述的雷达传感器，其特征在于，由所述傅里叶分析在所述电压信号的维度方向上确定对象的距离。
4.根据权利要求1至3之一所述的雷达传感器，其特征在于，所述输出信号从F_c-f_band/2延伸至F_c+f_band/2。
5.根据权利要求1至3之一所述的雷达传感器，其特征在于，所接收到的经反射的雷达信号借助于混频器转换成更低的中间频率并且随后被采样。
6.根据权利要求5所述的雷达传感器，其特征在于，经采样的所述接收到的经反射的雷达信号用于进一步处理。
7.一种用于运行根据权利要求1至6之一所述的雷达传感器的方法。
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