CN109655821A - 用于确定目标的角方位、地点和/或速度的雷达方法和雷达系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于确定目标的角方位、地点和/或尤其矢量的速度的雷达方法，其中，第一发送‑接收单元和至少一个、尤其在空间上与第一发送‑接收单元分离的、第二发送‑接收单元不同步，然而，以时间偏差Δtn无线或有线地触发所述第一发送‑接收单元和所述第二发送‑接收单元的测量开始，其中，相关联地处理各发送‑接收单元的测量。本发明还涉及一种用于确定目标的角方位、地点和/或尤其矢量的速度的雷达系统、一种雷达方法和/或雷达系统的用于移动装置的应用以及一种移动装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于确定目标的角方位、地点和/或尤其矢量的速度的雷达方法和雷达系统。
背景技术
已知的雷达方法、尤其用于估算矢量速度(参见[1]-[3])的雷达方法使用分布式雷达装置，所述分布式雷达装置单独地且彼此独立地测量物体(目标)的多普勒速度。所述多普勒速度能够解释为对雷达和目标之间的连接矢量的矢量速度的投影。如果所述雷达和所述目标的位置是已知的或者能够确定的，那么通过对线性方程组求解能够从各个投影中确定矢量速度。然而，该方法的精度与所述站相对于所述目标的几何分布高度相关(“精度因子”)。
对于雷达测量(尤其用于确定矢量速度)的另一可行性在于，评估两个天线之间的相位特性曲线差异(参见[4]-[11])。该方法能够实现更高的精度并且与几何问题较少地相关。然而，在根据[4]-[7]的现有技术中，仅处理下述情况：所述目标处于0°方位角(视轴)和阵列远场中。公开文献[8]-[11]也处理方位角≠0°的情况，但不处理阵列近场的情况。涉及相位特性曲线差异的根据[4]-[11]的现有技术的方法使用两个天线，所述天线连接到雷达装置上。
因为对于准确测量切向速度而言需要相对大的孔径，所以所述目标不处于0°方位角和/或近场中的情况是非常令人感兴趣的。
[1]D.Kellner,M.Barjenbruch,K.Dietmayer,J.Klappstein,和J.Dickmann,"Instantaneous lateral velocity estimation of a vehicle using doppler radar,"(利用多普勒雷达估算车辆的瞬时横向速度)in Information Fusion(FUSION)(信息融合(FUSION)),2013 16th International Conference on,2013(2013年第16届国际会议),第877-884页。
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[3]W.Montlouis和P.-R.J.Cornely,"Direction of Arrival and AngularVelocities(DOAV)Estimation using Minimum Variance Beamforming,"(利用最小方差波束成形来估算到达的方向和角速度(DOAV))in Radar Conference,2007IEEE,2007(在雷达会议中，2007IEEE，2007年),第641-646页。
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[10]J.A.Nanzer,"Resolution of interferometric angular velocitymeasurements,"(干涉测量的角速度测量的解决方案)in Antennas and Propagation(APSURSI),2011IEEE International Symposium on,2011,pp.3229-3232(天线和传播(APSURSI)，2011IEEE国际研讨会，2011年，第3229-3232页)。
[11]J.A.Nanzer,"Micro-motion signatures in radar angular velocitymeasurements,"(在雷达角速度测量中的微动特征)in Radar Conference(RadarConf)2016IEEE,2016,pp.1-4(在2016雷达会议(RadarConf)，IEEE，2016年，第1-4页)。
[12]T.Wagner,R.Feger,和A.Stelzer,"Wide-band range-Doppler processingfor FMCW systems,"(用于FMCW系统的宽带距离多普勒处理)in Radar Conference(EuRAD),2013European,2013,pp.160-163(2013雷达会议(EuRAD)，2013欧洲，2013年，第160-163页)。
发明内容
本发明的目的是，以尽可能简单的方式和方法以相对高的精度确定目标的角方位、地点和/或尤其矢量的速度。
所述目的借助权利要求1的特征来实现。
尤其，所述目的通过一种用于确定目标的角方位、地点和/或尤其矢量的速度的雷达方法来实现，其中，第一发送-接收单元和至少一个(尤其在空间上与第一发送-接收单元分离的)第二发送-接收单元不同步，然而，以时间偏差(触发-偏移时间)Δtn(无线或有线地)触发第一发送-接收单元和第二发送-接收单元的测量开始。优选地，相关联地处理各发送-接收单元的测量。
如果在第一和第二发送-接收单元之间的时间偏差(触发-偏移时间)大于1ps，优选大于1ns，必要时大于10ns，那么应将第二发送-接收单元视为与第一发送-接收单元不同步。然而，时间偏差Δtn必要时能够为≤10μs，优选为≤1μs(尤其在动态目标的情况下)。尤其在静止目标的情况下，时间偏差也可以更大。尤其可将相关联处理理解为，对各发送-接收单元的测量如此进一步处理，就好像所述各测量由共同的本地振荡器生成的那样。对此的一个示例是SIMO雷达的两个接收天线。
由此能够以简单的方式和方法检测目标，尤其能够确定目标的角方位、地点和/或优选矢量速度。尤其，即使在方位角≠0°和/或近场中的情况下，本发明也能够实现简单且准确地估算(确定)矢量速度。此外能够使用粗略同步的分布式雷达站来产生大的孔径。
应将时间偏差(触发-偏移时间)Δtn尤其理解为，所述时间偏差取决于该方法或系统地尤其由于使用无线和/或有线传输而产生。因此，时间偏差Δtn尤其是方法或系统固有的。优选地，各发送-接收单元的测量(和/或发送信号)不由共同的本地振荡器生成。
至少两个测量信号(所述测量信号由共同的目标反射)优选彼此干涉，尤其通过复共轭乘法，尤其在时域中(＝非排他性的替代方案a))。在此应注意的是，复共轭乘法能够对应于通过具有归一化幅度的复数指针的除法。
替代地或附加地，压缩的、尤其距离-多普勒压缩的信号能够彼此干涉，优选通过卷积，尤其在频域中(＝非排他性的替代方案b))彼此干涉。
优选沿xy方向进行全息术处理。干涉优选沿着多普勒方向例如通过时域中的乘法(替代方案a))或通过频域中的卷积(替代方案b))进行。全息术既能够在a)中也能够在b)中提供作为干涉的基础。
尤其，(替代地或附加地)使至少两个信号能够首先在空间上例如在笛卡尔x,y-坐标系中全息地干涉，以及然后在多普勒平面(速度平面)中通过时域中的乘法(替代方案a)，尤其通过共轭复数乘法，或通过频域中的卷积(替代方案b)干涉。
优选地，由所得出的信号确定目标的矢量速度。
原则上，所述方法特别优选地配置成，使得能够确定目标的(2D或3D-)矢量速度。
优选地，第一和/或第二发送-接收单元基于具有已知(矢量)速度的一个或多个目标(例如静止目标)的(矢量)速度确定其自身(矢量)速度(自运动估计)。
在第一替代方案中，所述目标能够处于近场中。替代地，所述目标也能够处于远场中。应将近场优选理解为目标的如下距离，所述距离小于或等于在两个发送-接收单元之间的间距的(或者在多个发送-接收单元的情况下在彼此相距最远的两个发送-接收单元之间的间距的)10倍，或者小于或等于由发送-接收单元构成的系统的孔径大小的10倍。尤其将远场理解为目标的如下距离，所述距离超过刚刚提到的相对值。特别优选地，所述目标处于近场中。尤其在近场中(与现有技术不同)，能够以简单的方式和方法实现精确测量。
在一个具体的实施形式中，各发送-接收单元形成分布式孔径。在多个发送-接收单元之间的间距能够是至少20cm，更优选地为至少50cm，更优选地为至少100cm(在多个发送-接收单元的情况下，这能够适用于到各下一发送-接收单元的间距，或者替代地适用于在所有可行的发送-接收单元对中在彼此具有最大间距的两个发送-接收单元之间的间距)。
目标的定位优选根据全息原理进行。
在具体的实施形式中，所述方法是FMCW雷达方法(其中FMCW代表频率调制的连续波)。
优选地，所述方法根据距离-多普勒原理工作。
在具体的实施形式中，所述至少两个发送-接收单元是单站的。在各发送-接收单元之间的间距优选为在同一发送-接收单元的发射天线和接收天线之间的相应间距的至少5倍、更优选地为至少10倍(在下文中也称为Rx天线＝接收天线，或Tx天线＝发射天线)。
尤其在全息干涉之后，傅里叶变换沿着慢速时间(slow time)进行。“慢速时间”在更下文中更详细地定义。能够执行峰值搜索，以确定椭圆/双曲线速度，尤其在(目标的)多个或所有像素中执行。此外，椭圆/双曲线参数的确定能够尤其在(目标的)多个或所有像素中执行。替代地或附加地，可以执行椭圆/双曲线速度到(笛卡尔)矢量速度的变换。
信号频率在形成干涉之前能够被减半。
能够确定多普勒速度，尤其以用于至少部分地补偿多普勒频移。
能够使用最佳滤波法，尤其以用于至少部分地补偿多普勒频移和/或用于相对高的雷达带宽和/或相对高的目标速度的情况。
能够借助于分数阶傅里叶变换(FRFT)来执行距离-多普勒压缩，尤其在具有相对高的雷达带宽和/或相对高的目标速度的情况下。
能够附加地将一个或多个必要时(距离-多普勒)压缩的信号在方位角方向上进行压缩，优选借助于傅里叶变换和/或数字波束成形算法来压缩，尤其用于旁瓣抑制。
在实施形式中提出下述方法，其中使用至少三个发送-接收单元，优选执行3D速度确定，尤其通过形成两对的交会，所述两对分别由椭圆体和双曲面构成。替代地或附加地，能够使用最佳滤波法，其中对于搜索区域中的多个或全部[x,y,z,vx,vy,vz]组合形成假设(Hypothesen)并且将其与测量数据进行比较。
根据实施形式提出下述方法，其中：
在所述第一发送-接收单元中产生第一信号并且经由路径发送、尤其辐射，
在所述第二发送-接收单元中产生另一第一信号并且经由所述路径发送、尤其辐射，
由所述第一发送-接收单元的所述第一信号和由这样的由所述第二发送-接收单元经由所述路径接收到的第一信号形成第一比较信号，并且
由所述第二发送-接收单元的所述第一信号和由这样的由所述第一发送-接收单元经由所述路径接收到的第一信号形成另一比较信号，
其中，优选所述另一比较信号从所述第二发送-接收单元传输到、尤其是通信到所述第一发送-接收单元，和/或
其中，优选由所述第一比较信号和所述另一比较信号形成比较-比较信号，和/或
其中，在第一步骤中补偿通过各发送-接收单元中的系统偏差引起的各比较信号的偏差，并且在第二步骤中，将由两个比较信号中的第一比较信号或者由从该第一比较信号推导出的信号构成的至少一个复数值用于调整两个比较信号中的第二比较信号的至少一个复数值或者从该第二比较信号中导出的信号的值，进而形成调整信号，其中，调整成，使得通过数学运算来形成复数值的矢量和或差或者形成复数值的相位的和或差。该方法的改进方案(下面也称为方法I和方法II)能够从DE 10 2014 104 273 A1和/或WO 2017/118621 A1中得出。因此，DE 10 2014 104 273 A1和/或WO 2017/118621 A1的相关的公开内容应明确地通过引用的方式成为本发明的组成部分。在DE 10 2014 104 273A1中也描述了一种相应的雷达系统。根据DE 10 2014 104 273 A1的方法在下文中应称为“方法I”。根据DE 10 2014 104 273 A1的雷达系统的配置应称为“配置I”。用于增加相关联性的雷达系统的另一种方法以及另一种配置能够从WO 2017/118621A1中得出。在这两个申请中描述的方法或雷达系统在下文中应称为“方法II”以及“配置II”。根据方法I和/或II，本方法优选应用于直接路径和交叉路径。
上述目的还通过用于确定目标的角方位、地点和/或尤其矢量的速度的雷达系统来实现，雷达系统尤其用于执行上述方法，设有第一发送-接收单元和至少一个第二发送-接收单元，所述第一发送-接收单元和第二发送-接收单元彼此不同步，设有控制装置，所述控制装置配置为，以时间偏差(触发-偏移时间)Δtn无线或有线地触发第一发送-接收单元和第二发送-接收单元的测量开始，设有计算和/或评估装置，所述计算和/或评估装置配置为，使得发送-接收单元的测量被相关联地处理。
只要(例如在(相应的)发送-接收单元中)执行计算、评估或其它方法步骤，则其中还包括必要时物理上独立的评估装置，所述评估装置连接到一个或多个发送-接收单元上。还有控制装置，例如为了触发所述测量开始，能够构成为物理上独立的控制装置(必要时在具有评估装置的共同的组件、尤其壳体中)，所述控制装置连接到一个或多个发送-接收单元上。例如，相应的发送-接收单元能够构成为下述装置，所述装置由具有一些(少许)产生信号的或处理信号的组件的尤其一个或多个天线构成，而其它组件例如信号比较单元或者控制和/或评估装置能够作为结构上独立的组件连接到这样的装置上。只要使用组件，则所述组件(只要技术上可行)就能够构成为由用于处理的组件构成的所谓硬件，和/或转换为完全或部分地在处理器中执行的信号或数据处理步骤。
通常，控制和/或评估装置能够是一个或多个发送-接收单元的组成部分，或者连接到一个或多个这样的发送-接收单元上。必要时能够设有物理上独立的控制和/或评估装置，所述控制和/或评估装置连接到相应的发送-接收单元上或者相应的发送-接收单元的其它组件上。替代地，控制和/或评估装置必要时能够集成到第一和/或第二(通常是另外的)发送-接收装置中，例如集成在共同的壳体中和/或作为结构单元而集成。
每个发送-接收单元能够具有一个或多个发送-接收天线。
上述目的还通过上述类型的方法和/或上述类型的系统的用于移动装置、优选车辆、尤其是轿车和/或卡车的应用来实现。
上述目的还通过包括上述系统的移动装置、优选车辆、尤其是轿车和/或卡车来实现。
附图说明
在下面的说明中，也参考附图描述本发明的其它基础、方面和实施形式。在此：
图1示出彼此间隔开的两个接收单元；
图2示出在与图1不同的配置中的两个接收单元；
图3示出目标在近场中的运动的视图；
图4示出所得出的用于估算速度的3D频谱；
图5示出具有两个轿车的测量情况；
图6示出具有四个轿车以及一个行人的测量情况。
具体实施方式
在下面的说明中，对于相同的和起相同作用的部件使用相同的附图标记。
用于定位的分布式雷达站的相关联处理：
根据距离-多普勒原理工作的FMCW雷达的发送信号和接收信号的相位通常能够描述为
和
其中：
-tf＝0...T＝t-ti：“快速时间”或“fast time”；T是扫描持续时间，t是绝对时间。
-ti＝iT：“慢速时间”或“slow time”，i＝0...M是扫描次数，M是瞬时脉冲群中的斜坡数量。
-从Tx天线到目标并返回到Rx天线的“飞行时间”；drt(tf,ti)是与之相应的间距(参见(4))。
-f0：载波频率；扫描斜率；B：带宽；c：传播速度。
-扫描的未知初始相位。
-目标的反射相位。
于是，由Rx信号(接收到的信号)与Tx信号(发送的信号)混合产生的(基带)信号的相位是
具有往返间距
在此，drt,0表示在瞬时脉冲群开始时到目标的往返间距，并且νr表示目标相对于雷达的径向速度。在忽略含有tf 2，ti 2和tfti的项的情况下将(4)代入(3)，得出
在(5)中得到的信号相位仅与到目标的间距、目标的相对径向速度和目标的反射相位有关。未知的初始相位在(3)的混合过程中消失。
如果使用N个分布式雷达站(发送-接收单元)，它们的时钟不是频率同步的，但是是相同类型的，对于这些分布式雷达站而言，经由有线或无线的方式同时以精度Δtn触发所述测量开始，并且它们的斜坡以频率偏移Δfn彼此位错，对于雷达数n中的基带信号相位获得下述信号模型：
各个相位项具有下述含义：
-相位偏移项，所述相位偏移项与在各站之间的路径差异相关并且能够用于角度估算。
-与间距成比例的频率。通过在“快速时间”方向上的压缩(例如借助于FFT)产生。
-频率，所述频率与径向速度是成比例的。通过在“慢速时间”方向上进行压缩(例如借助于FFT)产生。
-相位项，所述相位项在每个站n中近似相等，前提条件是目标的反射特性在由雷达照射的每个方向上都是相同的。
因为在有线情况下，触发-偏移时间Δtn≈15ns(必要时0.1至100ns，尤其是5到30ns)，和在无线触发的情况下Δtn≈1μs(必要时0.1至10μs，尤其是0.5到2μs)，通常，|ν|Δtn≈0，意即所述目标位置在时间Δtn期间保持近似恒定。
因此仅与在相应的雷达和目标之间的间距相关并且能够在所有站中相关联地处理。各雷达形成分布式孔径。
对于在距离-压缩(沿着快速时间tf的压缩)之后的站n中的信号sn适用：
在该处，Wd表示在距离中使用的窗口函数的傅里叶变换。从该信号模型出发，能够借助于下述最佳滤波器根据全息原理执行目标的2D定位：
具有对于往返间距的假设
PTx,n或PRx,n是雷达n的Tx天线或Rx天线的已知的2D位置。每个雷达(发送-接收单元)可具有一个或多个Tx或Rx天线。如果存在多于1个天线，那么必须根据相同的原理对于每个Tx-Rx组合分别创建一个假设。Pt,hyp是用于目标的2D位置的待检测假设。如果在(9)中的坐标由3D坐标替换，那么所述方法能够直接适配于3D。
目标位于Pt,hyp位置的概率于是如下计算：
如果所述目标位于孔径的远场中，那么用于波束成形方法的(10)减小，并且关于x和y的2D搜索能够通过用于间距的1D搜索和随后的用于角度的搜索来替换。
如果所述目标处于孔径的近场中，那么优选可根据(10)来执行2D搜索。因为目标在各个雷达中能够处于不同的距离区间中(“range migration”)，所以必要时需要在距离方向上进行内插法，所述内插法能够实施为复数值的线性内插法。
该方法允许非同步的分布式雷达站的相关联处理，这能够实现大的孔径。由此能够实现以高的精度定位目标。
对分布式雷达站进行相关联处理以确定远场中的矢量目标速度
图1示出了以间距b1彼此间隔开的两个发送-接收单元1、2，所述发送-接收单元根据FMCW-距离-多普勒原理与目标几乎同时地测量，所述目标以矢量速度ν运动。
如果目标处于天线阵列的远场中(该天线阵列包括发送-接收单元1、2(和必要时另外的发送-接收单元))，那么几何形状能够如在图1中所示。所述目标最初在雷达极坐标系中为[d0,θ0]并且以矢量速度ν运动。在雷达与目标之间的间距变化(径向分量)能够描述为：
d(t)＝d0+vrt (11)
具有径向速度νr。所述角度变化(切向分量)是
在该处，ω表示角速度，并且νt表示切向速度。在距离压缩(例如借助于傅立叶变换)之后，在根据FMCW距离-多普勒原理工作的发送-接收单元1、2中的相关的信号模型是：
其中，Wd表示在距离内使用的窗口函数的傅里叶变换。在此，ti表示FMCW斜坡的开始时间(“慢速时间”或“slow time”)。由于远场近似d0>>b1，对于在两个雷达中测量到的到目标的间距适用d1≈d2＝d0，通过两个信号的干涉得出：
其中，|·|*表示复共轭。借助近似ωati≈0和通过泰勒序列展开，(14)能够近似为
沿着ti的随后的傅里叶变换得出：
在此，fa表示在图像范围中(方位角方向)所产生的信号频率。角速度ωa/切向速度νt于是得出：
其中，fa,max表示沿着fa方向(在图像范围中的方位角方向)的2D频谱s(d，2πfa)中的最大值的位置。
干涉模拟(14)也能够应用于距离-多普勒压缩的数据。在(14)中的乘法于是必须通过卷积代替。
通过借助于标准-距离-多普勒方法和(17)中的与此正交的切向速度νt估算νr，能够确定完整的速度矢量。这以知道相对于目标的角度θ0为前提条件。所述角度例如能够借助已知的角度估算技术(波束成形)来确定。
分辨率和唯一性范围
矩形窗口的切向速度估算的分辨率能够通过在(17)中代入来计算出
(对于Hann窗口，分辨率≈低2倍。)
通过在(17)中代入对于唯一性范围能够得出
因此，分辨率和唯一性范围都与相对于目标的间距和角度相关。孔径b1的增大引起分辨率的改善和唯一性范围的减小。如果在现有的两个接收单元之间存在另外的接收单元，那么这引起唯一性范围的增大。
用于确定矢量目标速度的分布式雷达站的相关联处理的常见解决方案(也在近场
中)
以至少两个粗略同步的雷达单元(发送-接收单元)为前提条件。在各单元之间的间距为b1(参见图2；图2示出以间距b1彼此间隔开的两个发送-接收单元，所述发送-接收单元根据FMCW距离-多普勒原理与目标几乎同时测量)。两个雷达单元是准单站的(在Rx和Tx之间的相应的间距<<b1)。对于到目标的间距不一定适用d0>>b1，意即所述目标能够处于近场中。
在这种情况下，根据FMCW距离-多普勒测量原理的信号模型能够在距离压缩后表示为：
drt,n(ti)描述了从雷达Tx天线到目标并且返回到Rx天线的多普勒路径间距：
PTx,n/PRx,n在此是雷达单元n的Tx/Rx天线的2D位置。Pt是目标在2D中的位置。||·||表示欧几里德范数。对于ti＝0适用drt,0,n＝drt,n(0)。
图1示出目标在双雷达单元布置的近场中作为沿着椭圆/双曲线的运动的视图。从图3中的几何形状可见，目标的位置能够通过椭圆和双曲线的交会来确定，其中，两个雷达处于焦点中。椭圆通过下述参数描述
并且双曲线通过
来描述。由此产生的椭圆/双曲线方程是
椭圆：其中，并且
双曲线：其中，
椭圆与双曲线的交点[x0,y0](严格来说，存在两个交点，然而其中一个能够通过合理性考虑而容易地选择，另一个位于雷达单元后方)为
对于运动的目标，获得x＝x0+νxti，并且y＝y0+νyti，进而aE(ti)和aH(ti)(这些线性方程适用于情况||ν||<<drt，其中T是FMCW斜坡持续时间)。
两个信号的直接干涉在此可能是不可行的，因为drt,0.1≠drt,0.2(“距离迁移”)。代替于此，优选遵循全息干涉方法：
其中，
在此，Pt,hyp是用于2D中的目标位置的假设。如果在没有复共轭的情况下使两个信号干涉，那么获得
目标运动因此能够被解释为沿着双曲线对应于径向速度从椭圆到椭圆的运动aE(ti)，和解释为沿着椭圆对应于切向速度从双曲线到双曲线的垂直于其的运动aH(ti)(参见图3)。
跟随于此的沿着ti的傅里叶变换得到：
该变换的结果在图4中示出。图4示出用于估算在给定x和y的情况下得到的切向/径向速度的3D频谱。两种频谱具有相同形状，但是位于沿着z轴线的不同部位上。
在所得出的3D频谱中沿着ωΔ或ωΣ方向的最大值搜索提供
和
借助于(26)和(32)的偏导数，速度矢量的分量能够计算成
和
和
于是，在笛卡尔坐标系中的速度矢量是
获得唯一性范围
在(29)中的相位加法引起测量到的多普勒频率加倍，这引起所述唯一的测量范围减半。这能够优选通过如下方式避免：信号频率在干涉形成之前减半。对于呈分析形式的通用信号s(t)＝Aexp(jφ(t))，该信号能够表示为
(傅立叶变换的频率缩放属性)。因此，能够至少基本上完全获得在多普勒方向上的唯一性范围。
补偿多普勒频移
优选能够通过如下方式补偿多普勒频移：对于每个目标确定多普勒速度，进而校正间距。替代地，能够遵循类似于[12]的最佳滤波法。然后，能够将本发明中介绍的算法优选不变地应用于结果。
高带宽或高速度
如果雷达具有高带宽或者目标非常快速地运动，使得不再满足近似那么基于FFT的多普勒压缩可能不再适用，因为到目标的间距在瞬时脉冲群期间从斜坡到斜坡明显改变。
这种情况同样能够借助类似于[12]的最佳滤波法来覆盖。替代地，能够借助于分数阶傅里叶变换(FRFT)来执行距离-多普勒压缩。然后，在本发明中介绍的算法能够不变地应用于结果。
旁瓣抑制
如果两个雷达单元都具有两个或更多个天线，那么能够借助于傅立叶变换或数字波束成形算法(Bartlett、Capon、MUSIC等)附加地在方位角方向上压缩距离-多普勒压缩的信号。然后能够将所介绍的方法不变地应用于结果。这引起在所产生的[x,y,νx,νy]图像中的旁瓣抑制。
目标在径向和切向速度用的3D频谱中的彼此间的分配
在空间分辨率单元中存在多于一个目标的情况下，各目标能够根据幅度相互分离，这是因为源自一个目标的信号在两个频谱中具有相同的幅度A12，但是具有不同的频率和相位(参见方程(30)和(31)和图4)。如果在空间分辨率单元中存在两个或更多个具有相同幅度的目标，那么能够借助于后续的跟踪算法来完成目标分离。
向3D/2个以上的雷达站的扩展
借助于至少三个空间定位的雷达单元(发送-接收单元)能够实现目标的3D矢量速度估算。所述结果由两对的交会而产生，所述两对由椭圆体和双曲面构成。
所述方法一般性地能够扩展到任意数量的发送-接收单元和雷达装置，尤其是如果使用最佳滤波器来代替傅里叶变换处理。对于该方法，对于搜索区域中的每个[x,y,z,νx,νy,νz]组合形成假设并将其与测量数据进行比较。对于在假设位置Phyp＝[xhyp,yhyp,zhyp]处的目标和在位置pn处的雷达数n，在雷达n和目标之间的间距dn(xhyp,yhyp,zhyp)和从雷达到目标的单位矢量νn(xhyp,yhyp,zhyp)能够计算为
对于在雷达n中根据FMCW距离-多普勒原理的测量信号sn(d,ti)，能够列出下述最佳滤波器
具有用于径向速度的假设νr,hyp,n(νx,hyp,νy,hyp,νz,hyp)(多普勒速度)：
|·在此表示两个矢量的标量乘积。所述结果因此计算成
具有雷达单元数量Nrad和FMCW扫描次数Nsw。通过在所得到的4D伪谱中的最大值搜索，能够确定目标位置和矢量速度。对于3D问题，根据类似的方式获得6D频谱。
所述方法可能在计算上比之前提出的基于FFT的方法更麻烦。
方法在根据方法I和/或II获得的直接路径和交叉路径上的应用
如果两个雷达相对于目标根据方法I和/或II进行测量，那么获得两个直接测量路径(drt,11＝2d1：雷达1→目标→雷达1，drt,22＝2d2：雷达2→目标→雷达2)和两个交叉路径(drt,12＝d1+d2：雷达1→目标→雷达2，drt,21＝d2+d1：雷达2→目标→雷达1)。因为方法I和/或II能够实现对各交叉路径进行相位相关联的评估，所以它们还能够根据所描述的方法得以处理以估算矢量速度。
如果通过drt,11和drt,21来表达方程(22)和(23)中的双曲线和椭圆参数，那么获得
和
因此，所述方法能够不变地也应用于由一个直接路径和一个交叉路径构成的组合。这具有的优点是：能够看到如下的目标，所述目标能够在所述交叉路径中和一个直接路径中可见，但是不能在两个直接路径中都可见。
根据所提出的方法用于矢量速度估算的应用示例
图5示出在汽车领域中的应用，其具有汽车(20)，所述汽车配备有两个雷达(1)、(2)，所述雷达几乎同时通过一个信号触发。另一汽车(30)沿箭头(4)方向行驶。
汽车(20)例如可以在十字路口等待或开到十字路口。借助对汽车(20)上的雷达数据进行的标准处理，能够确定到汽车(30)的间距和角度。此外，能够确定相对的径向速度。因为在这种情况下汽车(30)近似切向地运动到雷达(1)、(2)和目标即汽车(30)之间的连接轴线，所以多普勒频率将是≈0Hz。测量到的径向速度因此将是≈0m/s。因此不能确定，汽车(30)是行驶还是停车。借助根据本发明提出的方法，雷达站(1)、(2)的信号能够被相关联地处理，尽管各雷达站不是(相位)同步的，并且从中能够确定汽车(30)的(完整的)矢量速度。所述信息能够与其它用于环境检测的算法融合，这对于驾驶员辅助系统和自动驾驶是有利的。借助于该方法，必要时结合现有的方法，能够为雷达图像中的每个点分配振幅(功率)、速度和运动方向。
图6示出另一种应用，其具有汽车(20)，所述汽车配备有两个雷达(1)、(2)，所述雷达通过一个信号几乎同时触发，汽车沿箭头(4)方向行驶。在路边存在停放的汽车(30)。行人(5)沿着箭头(6)方向在道路上行进。
如果汽车(20)沿箭头(4)方向运动并且在路边存在停放的汽车(30)，那么汽车(20)可能直到最后一刻都无法识别沿箭头(6)方向运动的行人(5)，这是因为行人可能被停放的汽车遮挡。一旦雷达能够看到行人，那么附加地测量切向速度能够实现更快的响应并且防止可能的事故。
总而言之，本发明尤其也包括对物体(目标)的(2D或3D)矢量速度的特别准确的估算。为此可设有至少两个(在空间上分离的)FMCW雷达，所述雷达尤其根据距离-多普勒原理进行测量。这些FMCW雷达优选仅粗略地时间同步。两个站能够(近似)同时触发并发送和接收FMCW瞬时脉冲群(相互间具有已知的频率偏移)。然后能够由得出的(基带)信号的干涉来估算在周围环境中的物体(目标)的完整的矢量速度。
就此要指出的是，上面描述的所有部件或功能，自身单独地或者以任何组合，尤其是在附图中示出的细节，被作为对于本发明而言重要的内容而要求保护。由此的变型对于本领域技术人员而言是熟悉的。
Claims (15)
1.一种用于确定目标的角方位、地点和/或——尤其矢量的——速度的雷达方法，其中，第一发送-接收单元(1)和至少一个——尤其在空间上与第一发送-接收单元分离的——第二发送-接收单元(2)不同步，然而，以时间偏差Δtn无线或有线地触发所述第一发送-接收单元(1)和所述第二发送-接收单元(2)的测量开始，其中，相关联地处理各发送-接收单元(1、2)的测量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，
a)使由共同的目标反射的至少两个测量信号彼此干涉，尤其通过复共轭乘法，和/或
b)使距离-多普勒压缩的信号彼此干涉，尤其通过卷积，和/或
c)执行、尤其沿xy方向执行全息术并且沿着多普勒方向执行干涉。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，由所得出的信号确定所述目标的矢量速度。
4.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，所述目标处于近场中，或者替代地所述目标处于远场中。
5.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，各发送-接收单元(1、2)形成分布式孔径。
6.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，根据全息术原理实现所述目标的定位。
7.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，所述方法是FMCW雷达方法，和/或是根据距离-多普勒原理工作的方法。
8.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，所述至少两个发送-接收单元(1、2)是单站的。
9.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，尤其在权利要求2的替代方案c)中，执行、优选沿着慢速时间执行傅里叶变换，
和/或——尤其在多个或所有像素中——执行峰值搜索，以确定椭圆/双曲线速度，
和/或——尤其在多个或所有像素中——执行椭圆/双曲线参数的确定，和/或执行所述椭圆/双曲线速度到——优选笛卡尔的——矢量速度的变换。
10.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，信号频率在形成干涉之前被减半，和/或确定多普勒速度，尤其以用于至少部分地补偿多普勒频移，和/或使用最佳滤波法，尤其以用于至少部分地补偿多普勒频移和/或用于相对高的雷达带宽和/或相对高的目标速度的情况，和/或借助于分数阶傅里叶变换(FRFT)执行距离-多普勒压缩，尤其在相对高的雷达带宽和/或相对高的目标速度的情况下执行，和/或将一个或多个——必要时距离-多普勒压缩的——信号附加地在方位角方向上进行压缩，优选借助于傅里叶变换和/或数字波束成形算法进行压缩，尤其以用于旁瓣抑制。
11.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，使用至少三个发送-接收单元，其中，优选执行3D速度确定，尤其通过形成两对的交会，所述两对分别由椭圆体和双曲面构成，和/或使用最佳滤波法，其中，对于搜索区域中的多个或全部[x,y,z,vx,vy,vz]组合形成假设并且将所述假设与测量数据进行比较。
12.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，
在第一发送-接收单元(1)中产生第一信号并且将该第一信号经由路径发送、尤其辐射，
在第二发送-接收单元(2)中产生另一第一信号并且将该另一第一信号经由所述路径发送、尤其辐射，
由所述第一发送-接收单元(1)的所述第一信号和由这样的由所述第二发送-接收单元(2)经由所述路径接收到的第一信号形成第一比较信号，并且
由所述第二发送-接收单元(2)的所述第一信号和由这样的由所述第一发送-接收单元(1)经由所述路径接收到的第一信号形成另一比较信号，
其中，优选所述另一比较信号从所述第二发送-接收单元(2)传输到、尤其是通信到所述第一发送-接收单元(1)，和/或
其中，优选由所述第一比较信号和所述另一比较信号形成比较-比较信号，和/或
其中，在第一步骤中，补偿通过各发送-接收单元中的系统偏差引起的各比较信号的偏差，并且在第二步骤中，将由两个比较信号中的第一比较信号或者由从该第一比较信号推导出的信号构成的至少一个复数值用于调整两个比较信号中的第二比较信号的至少一个复数值或者从该第二比较信号中导出的信号的值，进而形成调整信号，其中，调整成，使得通过数学运算来形成复数值的矢量和或差或者形成复数值的相位的和或差。
13.一种用于确定目标的角方位、地点和/或——尤其矢量的——速度的雷达系统，所述雷达系统尤其用于执行根据权利要求1至12之一所述的方法，其中，设有第一发送-接收单元(1)和至少一个第二发送-接收单元(2)，所述第一发送-接收单元和第二发送-接收单元彼此不同步，设有控制装置，所述控制装置配置为，以时间偏差Δtn无线或有线地触发所述第一发送-接收单元(1)和所述第二发送-接收单元(2)的测量开始，设有计算和/或评估装置，所述计算和/或评估装置配置为，使得各发送-接收单元(1、2)的测量被相关联地处理。
14.一种根据权利要求1至12之一所述的方法的和/或根据权利要求13所述的系统的用于移动装置、优选车辆、尤其是轿车和/或卡车的应用。
15.一种移动装置、尤其车辆、优选轿车和/或卡车，包括根据权利要求13所述的系统。
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