CN109946657A - 用于目标检测的雷达装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种用于检测目标(12)的雷达装置(10)。所述雷达装置具有至少一个用于发射发射信号并接收反射信号的天线(14)并具有评估电路(16)，所述评估电路(16)被配置为用于基于所述反射信号确定接收信号。所述雷达装置还具有控制单元(18)，所述控制单元(18)被配置为用于在所述接收信号的频率分区(15)中评估所述接收信号，其中，所述控制单元(18)被配置为用于确定在所述接收信号的所述频率分区(15)中是否包含预定频率(17)，所述预定频率(17)对应于目标(12)相对于所述雷达装置(10)的特定距离(13)。

Description

用于目标检测的雷达装置
技术领域
本发明大致涉及目标检测领域和/或极限物位监测领域。特别地，本发明涉及诸如雷达极限物位检测装置等用于检测目标和/或介质的极限物位的雷达装置。本发明还涉及借助雷达装置检测目标的方法、计算机程序元件以及计算机可读介质。
背景技术
诸如FMCW雷达传感器等雷达装置经常用于确定容器中的介质的填充物位和/或极限物位。雷达装置也能用于检测目标和/或介质的极限物位，其中，特定位置和/或特定区域中的回波能够与目标和/或极限物位相关联。如果存在这种回波，目标能够被标记为存在，并且/或者极限物位能够被标记为达到。另一方面，如果没有检测到回波，则目标能够被标记为不存在，并且/或者极限物位能够被标记为没有达到。现存的雷达装置或雷达传感器借助可与高的计算开支和时间开支相关的傅里叶变换(特别地，借助快速傅里叶变换(FFT))来计算完整的回波曲线，以检测与目标和/或极限物位关联的回波。因此，这也可能需要高的计算能力并且进而需要昂贵的信号处理器和/或微控制器。
也经常地借助持续时间雷达(Dauerradar)来执行目标检测，其中此处，持续时间雷达的测量范围内的不同位置处的所有反射目标都能够产生检测信号，使得检测信号不能够与特定位置处的特定目标的存在相关联。如果使用诸如反射微波屏障等发射器接收器对，则需要两个装置。
发明内容
本发明的实施例可以有利地提供一种改进的用于目标检测和/或极限物位监测的雷达装置。
本发明的一个方面涉及一种用于检测目标的雷达装置和/或雷达传感器。雷达装置具有至少一个用于发射发射信号并用于接收(特别是目标上的)反射信号的天线。雷达装置还具有评估电路，评估电路被配置为用于基于反射信号确定接收信号。雷达装置还具有控制单元，控制单元被配置为用于在接收信号的频率分区中评估接收信号，其中，控制单元被配置为用于确定在接收信号的频率分区中是否包含预定频率，预定频率对应于目标相对于雷达装置的特定距离和/或预定距离并且/或者与该距离相关联。此处，预定频率可以与发射信号在特定距离处的目标上的反射相关联，并且/或者由该反射引起，从而雷达装置能够利用预定频率的存在来确定目标是否存在。
一般地，雷达装置可以称作用于目标检测的雷达传感器。特别地，雷达装置可以是用于确定介质的填充物位的填充物位测量装置。可替代地或可附加地，雷达装置可以是被设计为用于确定(例如容器中的)介质的极限物位的极限物位雷达装置和/或极限物位传感器。雷达装置可以被构造为调频连续波(Frequency Modulated Continuous Wave，FMCW)雷达装置。接收信号同样地可以是FMCW接收信号。可替代地或可附加地，雷达装置可以被构造为步进频率连续波(Stepped Frequency Continuous Wave，SFCW)雷达。
此外，雷达装置可以被构造为用于监测(例如容器中的)介质的极限物位并且/或者用于检测槽中的极限物位的极限物位雷达装置。换句话说，目标可以是介质的极限物位。目标也可以是容器，并且/或者雷达装置可以被配置为用于检测和/或确定容器的存在。一般地，目标可以是反射发射信号的任意目标，例如传送带上的目标和/或产品。例如，也可以借助雷达装置来确定悬臂的位置。
特别地，根据本发明的雷达装置可以被配置为用于仅在测量信号的频率分区中并且/或者单独地在测量信号的频率分区中检查接收信号以确定预定频率的存在。因此，频率分区可以相对于接收信号的整个频谱较小。例如，频率分区可以是接收信号的频谱的至多75％，特别地是频谱的至多50％并且优选地在频谱的1％至25％之间。通过在频率分区中评估接收信号，不必在频率方面评估整个接收信号，并且/或者不必确定完整的回波曲线，反而可以仅在如下的位置上且/或在如下的频率分区中分析接收信号，在该位置上且/或在该频率分区中，由于发射信号的反射而预期在目标上存在回波。同样地，雷达装置可以分析预定频率是否存在于接收信号中。相比于接收信号的完整评估或完整回波曲线的确定，本发明可以节省计算花费和/或计算时间。因此，根据本发明的雷达装置可以快速高效地确定预定频率的存在和/或目标的存在。通过这种方式也可以省去昂贵的信号处理器、控制单元和/或微控制器，使得整体上可以节约成本地制造雷达装置。
预定频率可以被储存在例如雷达装置的存储器中并且例如可以由雷达装置的用户来确定。例如，雷达装置可以具有用于输入目标距离的用户输入的用户界面。控制单元还可以被配置为用于在接收信号中基于在目标距离的用户输入来确定预定频率。例如，为此，在雷达装置的存储器中可以储存用于将距离换算成频率的换算表。可替代地或可附加地，可以通过用户界面输入预定频率。
根据本发明的一个实施例，控制单元被配置为用于基于傅里叶变换在频率分区中评估接收信号。可替代地或可附加地，控制单元被配置为用于在接收信号的频率分区中确定部分回波曲线，部分回波曲线与相对于雷达装置的特定的(特别是预定的)距离范围相关联。因此，例如，在接收信号上可以应用用于频率分区的频率的快速傅里叶变换(FFT)和/或离散傅里叶变换(DFT)。
根据本发明的一个实施例，控制单元被配置为用于基于用于预定频率的格策尔滤波器在频率分区中评估接收信号。可替代地或可附加地，控制单元被配置为用于使用格策尔滤波器在接收信号中确定预定频率的存在。通过使用格策尔滤波器，可以允许快速高效可靠地检查接收信号以确定预定频率的存在并因而确定目标的存在。
根据本发明的一个实施例，控制单元被配置为用于舍弃且/或屏蔽掉接收信号的在频率分区之外的所有频率。因此，控制单元可以被配置为用于仅在频率分区中评估并且/或者分析接收信号。可替代地或可附加地，控制单元可以被配置为用于检查接收信号以单独确定单个预定频率的存在。因而，不必在接收信号的整个频谱上分析接收信号，从而可以高效快速地从接收信号确定出预定频率的存在。
根据本发明的一个实施例，控制单元被配置为用于在多个频率分区中评估接收信号，并确定在每个频率分区中是否包含预定频率。因此，各个频率分区可以不重叠且/或彼此分离。通过这种方式，可以快速高效地确定处于雷达装置的不同距离处的多个不同目标的存在。
根据本发明的一个实施例，控制单元被配置为用于在接收信号中包含预定频率时输出控制信号和/或切换信号。例如，可以通过控制信号将目标的存在通知给用户。为此，例如，控制信号可以用于控制信号灯。也可以基于例如用户界面和/或显示元件上的控制信号进行输出，以将目标的存在指示给用户。
本发明的另一方面涉及雷达装置中的格策尔滤波器的用于在接收信号中确定预定频率的存在的用途。
本发明的另一方面涉及一种借助雷达装置检测目标的方法。所述方法具有以下步骤：
-借助雷达装置的天线，发射发射信号并接收反射信号；
-借助雷达信号的评估电路，基于反射信号生成接收信号；
-借助雷达装置的控制单元，评估接收信号的频率分区，同时在频率分区中确定预定频率的存在，预定频率对应于目标相对于雷达装置的特定范围。
上下文所述的雷达装置的特征、元件和/或特性可以是上下文所述的方法的特征、元件和/或步骤，反之亦然。换句话说，与本发明的一个方面有关的所有公开内容同样地适用于本发明的所有其他方面。
本发明的另一方面涉及一种计算机程序元件，计算机程序元件当在雷达装置的控制单元上被执行时使雷达装置执行上下文所述的方法的步骤。
本发明的另一方面涉及一种储存有计算机程序元件的计算机可读介质和/或存储介质，计算机程序元件当在雷达装置的控制单元上被执行时使雷达装置执行上下文所述的方法的步骤。
在下文中，参考附图说明本发明的实施例。因此，相同的附图标记表示相同的，具有相同作用的或相似的元件。
附图说明
图1示出了根本本发明的实施例的雷达装置。
图2A示出了根据本发明的实施例的雷达装置。
图2B示出了借助图2A的雷达装置10确定的回波曲线。
图3示出了用于说明根据本发明的实施例的用于检测目标的方法的步骤的流程图。
附图中的图示仅是示意性的，并且不是按照比例的。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的实施例的雷达装置10。特别地，雷达装置10被配置为用于检测目标12，目标12位于相对于雷达装置10的距离13处并且/或者布置在相对于雷达装置10的距离13处。在此情况下，特别地，目标12可以是例如容器中的介质的极限物位12和/或槽的极限物位12。然而，目标12也可以任意其他目标12。
雷达装置10具有天线14，天线14用于发射和/或发送发射信号、基于雷达的发射信号和/或雷达信号。天线14还被设计为用于接收反射的信号和/或反射信号。雷达装置10可例如具有用于生成发射信号的雷达模块。
特别地，雷达装置10可以被设计为调频连续波(FMCW)雷达10。因此，在测量周期期间，发射信号的频率可以从起始频率以斜坡的方式变化到终止频率。换句话说，雷达装置10可以被配置为在发射发射信号期间经过频率斜坡。
此外，雷达装置10具有评估电路16，评估电路16连接到天线14并且被配置为用于基于反射信号确定接收信号。为此，例如，评估电路16可以具有混频器16a，混频器16a被设计成用于基于发射信号和/或反射信号来产生中间频率信号。评估电路16也可以具有用于放大中间频率信号的中间频率放大器16b。评估电路16也可以具有用于扫描和/或数字化中间频率信号和/或放大后的中间频率信号的扫描单元16c。因此，一般地，接收信号可以称作与中间频率信号和/或反射信号相关的测量信号。例如，接收信号可以称作经扫描的中间频率信号并且/或者与之相关。
雷达装置10还具有控制单元18，控制单元18连接到评估电路16并且被设计成用于评估、分析且/或处理接收信号和/或接收信号的一部分。例如，控制单元18可以称作并且/或者包括控制电路、处理器、逻辑装置、数据处理装置、信号处理器和/或微控制器。
控制单元18被配置为用于确定在频率分区15中是否包含预定频率17(参见图2A和2B)，预定频率17对应于距离13且/或与之相关联。
例如，雷达装置10可以具有允许用户进行用户输入的用户界面20。因此，用户界面可以具有任意期望的操作元件21和/或控制元件21。用户界面20可以例如具有触摸屏21。用户输入可以例如是目标12的距离13并且/或者与之相关。可替代地或可附加地，用户可以通过用户界面20输入预定频率17。例如，预定频率17可以通过雷达装置10的存储器22中储存的换算表被换算成距离13。也可以在存储器22中储存距离13自身和/或预定频率17。
控制单元18被配置为用于基于傅里叶变换来评估接收信号。为了能够快速高效地检查接收信号以在接收信号的频率分区15中确定预定频率17的存在，控制单元18可以具有格策尔滤波器18a，并且/或者使用格策尔滤波器18a评估接收信号。因此，格策尔滤波器18a可以对应于并且/或者用于单个频率成分15、17的计算(例如FFT)。这种仅评估处于距离13处的目标12上的反射的计算与整个回波曲线相比更快地计算，。频率分区15之外的所有其他的反射和/或频率可被屏蔽掉。因此，控制单元18可以仅在频率分区15中选择性地并且/或者针对预定频率17执行傅里叶变换。同样地，控制单元18被配置为用于基于接收信号仅确定部分回波曲线19(参见图2A和2B)。因此，可以在如下空间区域中实现部分回波曲线19，该空间区域对应于频率分区15，并且在该空间区域中预期存在有目标12。换句话说，控制单元18可以基于预定频率17在接收信号中是否存在的检测来仅分析预期存在有来自目标12的回波和/或反射的位置或区域处的接收信号。因此，通过雷达装置10可以快速、高效地实现目标检测。
然而，一般地，雷达装置10也可以被配置为用于分别在多个频率分区15中确定预定频率17，以便确定不同距离13处的多个不同目标12的存在。为此，雷达装置10可以具有多个格策尔滤波器18a，这些格策尔滤波器18a可以在它们的可定义频率方面是不同的。
如果控制单元18已经在频率分区15中确定出预定频率17，则控制单元18可以产生控制信号和/或切换信号，并且/或者例如通过用户界面20的显示元件23输出控制信号和/或切换信号。
在储存器22中还可以存储有诸如软件指令等计算机程序元件，计算机程序元件在控制单元18上被执行时使雷达装置10分析接收信号以确定预定频率17的存在。
基本上，雷达装置10可以用于监测特定距离13处的目标12并且可以确定目标12是否存在。可替代地或可附加地，雷达装置10可以用于监测雷达装置10和诸如壁等固定的反射目标之间的间隙。因而，可以检查间隙是否空置。
图2A示出了根据本发明的实施例的雷达装置10。除非另有说明，图2A的雷达装置10具有与图1的雷达装置10相同的元件和特征。图2B示出了由图2A的雷达装置10确定的(假设)回波曲线30，回波曲线30示出了接收信号的取决于距离和/或频率的强度。
在图2A和2B所示的示例中，干扰目标25位于目标12或待检测的目标12和雷达装置10之间。除在待检测的目标12上反射之外，发射信号也至少部分地在干扰目标25上反射。因此，在干扰目标25上的反射在回波曲线30中导致干扰反射27。
为了快速地确定目标12的存在，雷达装置10被配置成在频率分区15中仅仅并且/或者单独地确定部分回波曲线19，如上面在图1中所述，在该频率分区15中包含与目标12相关联的预定频率17。接收信号的所有其他频率成分可以被控制单元18舍弃。因此，曲线图30所示的整个回波曲线30仅示出由雷达装置10确定的假设回波曲线30。
图3示出了用于说明通过根据本发明的实施例的雷达装置检测目标12的方法的步骤的流程图。该方法可称作用于操作雷达装置10的方法。
在第一步骤S1中，发射发射信号，并且借助雷达装置10的天线14接收反射信号。在下一步骤S2中，通过雷达装置10的评估电路16基于反射信号产生接收信号。在下一步骤S3中，通过雷达装置10的控制单元18评估接收信号的频率分区15。在下一步骤S4中，确定预定频率17在频率分区15中的存在，其中，预定频率17对应于目标12与雷达装置10的距离13并且/或者与距离13相关联。
另外，应当注意，“包括”不排除其他元素或步骤，并且“一”或“一个”不排除多个。还应注意，参考任一上述实施例描述的特征或步骤也可以用于与其他上述实施例的其他特征或步骤组合。权利要求书中的附图标记不应视为限制。
交叉引用参考
本申请要求于2017年12月8日提交的德国专利申请10 2017 222272.7号的优先权，在此将该申请的全部内容以引用的方式合并到本文中。

Claims (15)

1.一种用于检测目标(12)的雷达装置(10)，所述雷达装置(10)包括：
至少一个天线(14)，其用于发射发射信号并用于接收反射信号；
评估电路(16)，其被配置为用于基于所述反射信号确定接收信号；和
控制单元(18)，其被配置为用于在所述接收信号的频率分区(15)中评估所述接收信号，
其中，所述控制单元(18)被配置为用于确定在所述接收信号的所述频率分区(15)中是否包含预定频率(17)，所述预定频率对应于所述目标(12)相对于所述雷达装置(10)的特定距离(13)。
2.根据权利要求1所述的雷达装置(10)，
其中，所述雷达装置被设计为FMCW雷达装置，并且/或者
其中，所述接收信号是FMCW接收信号。
3.根据前述权利要求中任一项所述的雷达装置(10)，
其中，所述雷达装置被设计为用于监测介质的极限物位的极限物位雷达装置，特别地用于监测容器中的介质的极限物位的雷达装置，并且/或者
其中，所述目标(12)是介质的极限物位。
4.根据前述权利要求中任一项所述的雷达装置(10)，
其中，所述目标(12)是特别地位于传送带上的容器和/或反射目标。
5.根据前述权利要求中任一项所述的雷达装置(10)，
其中，所述控制单元(18)被配置为用于基于傅里叶变换在所述频率分区(15)中评估所述接收信号，并且/或者
其中，所述控制单元(18)被配置为用于在所述接收信号的所述频率分区(15)中确定部分回波曲线(19)，所述部分回波曲线与相对于所述雷达装置(10)的距离范围相关联。
6.根据前述权利要求中任一项所述的雷达装置(10)，
其中，所述控制单元(18)被配置为用于基于格策尔滤波器(18a)在所述频率分区(15)中评估所述接收信号，并且/或者
其中，所述控制单元(18)被配置为用于使用格策尔滤波器(18a)在所述接收信号中确定所述预定频率(17)的存在。
7.根据前述权利要求中任一项所述的雷达装置(10)，
其中，所述控制单元(18)被配置为用于舍弃并且/或者屏蔽掉所述接收信号的在所述频率分区(15)之外的所有频率。
8.根据前述权利要求中任一项所述的雷达装置(10)，
其中，所述控制单元(18)被配置为用于在多个所述频率分区(15)中评估所述接收信号，并分别确定在所述频率分区中是否包含预定频率(17)。
9.根据权利要求1到7中任一项所述的雷达装置(10)，
其中，所述控制单元(18)被配置为用于检查所述接收信号以单独地确定单个所述预定频率(17)的存在。
10.根据前述权利要求中任一项所述的雷达装置(10)，
其中，所述雷达装置还包括用户界面(20)，所述用户界面用于输入所述距离和/或所述预定频率(17)的用户输入，并且/或者
其中，所述控制单元(18)被配置为用于基于所述目标(12)的所述距离的用户输入确定所述预定频率(17)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的雷达装置(10)，
其中，所述控制单元(18)被配置为用于当在所述接收信号中包含所述预定频率(17)时输出控制信号。
12.雷达装置(10)中的格策尔滤波器(18a)的用于在所述雷达装置(10)的接收信号中确定预定频率(17)的存在的用途。
13.一种借助雷达装置(10)检测目标(12)的方法，所述方法包括：
借助所述雷达装置的天线(14)，发射发射信号并接收反射信号；
借助所述雷达装置的评估电路(16)，基于所述反射信号产生接收信号；
借助所述雷达装置的控制单元(18)，评估所述接收信号的频率分区(15)，并同时在所述频率分区(15)中检测预定频率(17)的存在，所述预定频率对应于所述目标(12)相对于所述雷达装置的特定距离(13)。
14.一种计算机程序元件，所述计算机程序元件当在雷达装置(10)的控制单元(18)上被执行时使所述雷达装置(10)执行根据权利要求13所述的方法的步骤。
15.一种计算机可读介质，在所述计算机可读介质上储存有根据权利要求14所述的计算机程序元件。
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