CN110471052A - 雷达设备及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例涉及雷达设备及其控制方法。提供了一种雷达设备，其能够通过简单的方法进行高准确度的距离计算。雷达设备包括：发射无线电波的发射电路；调节从发射电路发射的无线电波的发射角度的调节电路；接收多个信号的接收电路，这些信号是基于由调节电路做出的调节而从发射电路发射并且分别从物体反射的无线电波；以及通过处理所接收的信号来计算到物体的距离的信号处理电路。信号处理电路包括：存储由接收电路接收的关于信号的信号强度数据的缓冲器，所接收的信号分别对应于发射角度；以及对存储在缓冲器中的关于所接收的信号的信号强度数据的基于等距离的部分执行校正处理的校正电路。

Description

雷达设备及其控制方法

相关申请的交叉引用

于2018年5月10日提交的日本专利申请No.2018-091452的公开内容(包括说明书、附图和摘要)通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开涉及一种雷达设备，其基于从物体反射的无线电波来检测距物体的距离。

背景技术

通常，雷达设备用于各种目的。例如，近期的汽车安装有雷达设备以用于防止碰撞和自动巡航的目的。

在这样的雷达设备中，通过将从向物体发射脉冲波到接收到从物体反射的脉冲波所花费的时间乘以光速来计算与物体之间的距离。

具体地，为了计算到物体的距离，测量从向物体发射脉冲波到接收到从物体反射的脉冲波所花费的时间。

所反射的波的信号强度可能随时间降低。

因此，在日本未审查专利申请公开No.2006-64644中，提出了随着时间增加由接收电路进行的放大的程度作为平滑接收波信号强度的一种方法。

然而，存在这样的情况：来自物体的所反射的波的信号强度不仅受到到物体的距离而且还受到物体的尺寸和反射率的极大影响。

因此，如上述专利文献中提出的，随时间均匀增加由接收电路进行的放大程度也可能增加由于物体的尺寸和反射率引起的噪声。这可能使得难以准确地计算到物体的距离。

上述专利文献中提出的方法存在另一问题，即，该方法仅适用于脉冲雷达设备。

发明内容

本公开解决了上述问题，并且提供了一种能够以简单的方式进行高度准确的距离计算的雷达设备和一种用于控制雷达设备的方法。

从本说明书的描述和附图中，本发明的其他目的和新颖特征将变得很清楚。

根据本公开的一个方面的雷达设备包括：发射无线电波的发射电路；调节从发射电路发射的无线电波的发射角度的调节电路；接收多个信号的接收电路，这些信号是基于调节电路做出的调节而从发射电路发射并且分别从物体反射的无线电波；以及通过处理所接收的信号来计算到物体的距离的信号处理电路。信号处理电路包括：存储由接收电路接收的关于信号的信号强度数据的缓冲器，所接收的信号分别对应于发射角度；以及对存储在缓冲器中的关于所接收的信号的信号强度数据的基于等距离的部分执行校正处理的校正电路。

根据本发明的实施例，本公开的雷达设备及其控制方法能够以简单的方式实现高度准确的距离计算。

附图说明

图1是用于描述根据第一实施例的由雷达设备1进行的空间测量的概要的图；

图2是用于描述由第一实施例的雷达设备1使用的空间测量方法的图；

图3是用于描述由第一实施例的雷达设备1进行的空间测量的测距的示例的图；

图4是第一实施例的雷达设备1的配置的框图；

图5是用于描述第一实施例的信号处理单元12的配置的图；

图6是用于描述来自第一实施例的FFT 21的输出的图；

图7是用于描述根据第一实施例的与波束方向角相对应的信号波形的图；

图8是用于描述由第一实施例的雷达设备1执行的校正处理的图；

图9是用于描述在第一实施例的雷达设备1的扫描范围中获取的信号强度数据的基于等距离的部分的图；

图10A是示出在第一实施例的信号校正电路23处经历偏移处理之前的信号强度数据的图；

图10B是示出在第一实施例的信号校正电路23处经历偏移处理之后的信号强度数据的图；

图11是由第一实施例的雷达设备1执行的校正处理的流程图；以及

图12是用于描述根据第二实施例的二维测距的结果的图。

具体实施方式

将参考附图详细描述本发明的实施例。在下面参考的附图中，相同的部分和相互等同的部分将用相同的附图标记表示，并且将避免描述性的重复。

第一实施例

图1是用于描述根据第一实施例的由雷达设备1进行的空间测量的概要的图。

图2是用于描述根据第一实施例的由雷达设备1使用的空间测量方法的图。

第一实施例的雷达设备1例如附接到天花板，如图1和2所示。

以下描述基于雷达设备1附接到天花板的示例情况，但是雷达设备1的安装位置不限于天花板，并且雷达设备1可以安装在各种指定位置。

雷达设备1控制测量目标方向上的扫描。这可以通过控制发射或接收的波的方向性来实现。在本示例中，雷达设备1在一个方向上扫描。

第一实施例的雷达设备1以间隔一定角度的每个角度来发射波，并且通过测量从物体反射的波，测量雷达设备1与物体之间在所反射的波的方向上的距离。

可以使用相控阵来机械地或电子地控制发射或接收的波的方向性。通过控制发射或接收的波的方向性(下文中也称为“波束摆动”)，雷达设备1可以测量在波束方向上到物体的距离。

可以将各种测距方法应用于雷达设备1，例如，FCM(快速线性调频调制(FastChirp Modulation))方法或使用脉冲波或FMCW(频率调制连续波)的方法。

雷达设备1可以通过在测量空间中在不同方向上发射波并且测量所反射的波来测量不同方向上的距离。

因此，安装在特定位置的雷达设备1可以确定测量目标空间中存在的物体的位置和形状。

图3是用于描述由第一实施例的雷达设备1进行的空间测量的测距的示例的图。

图3示出了在空间测量的情况下距离相对于波束角的关系。基于极坐标系来表示距离，使得平坦表面(例如，地板和墙壁的表面)被表示为平缓曲线。例如，在存在人或桌子的情况下，到人或桌子的距离表示为较短，其中距离曲线偏离平缓部分。

图4是第一实施例的雷达设备1的配置的框图。

如图4所示，雷达设备1包括发射天线2、接收天线3、发射器4、接收器5、混频器6和7、VCO(压控振荡器)8、基带单元9、ADC10、波束方向控制单元11和信号处理单元12。

但是，在本示例中，配置中包括六个天线，但是天线的数目是可选的。

雷达设备1在基带单元9处生成诸如CW、FMCW和脉冲波的基带信号。

在混频器6处，通过组合来自VCO 8的载波信号和基带信号来生成发射信号。

当接收到发射信号时，发射器4将发射信号分配给发射天线2，以便在由波束方向控制单元11指定的方向上输出波束。从相应发射天线2输出所分配的发射信号。发射信号撞击物体，从物体反射，并且然后由接收天线3接收。

接收器5放大从接收天线3中的每个接收天线接收的信号，并且使接收天线3中的每个接收天线接收的信号被处理以用于由波束方向控制单元11进行波束形成。在由信号处理单元12执行波束形成处理的情况下，接收器5可以被配置为不执行波束形成处理。

由接收器5接收的信号与来自VCO 8的载波信号在混频器7处组合，并且从而产生基带接收信号。

基带接收信号由ADC 10转换为数字信号。

通过对数字信号进行预定处理，信号处理单元12提取距离信息并且输出所提取的距离信息。距离信息与来自波束方向控制单元11的波束方向角信息相关联。

图5是用于描述第一实施例的信号处理单元12的配置的图。

如图5所示，信号处理单元12包括接收波束形成单元20、FFT 21、缓冲器22、信号校正电路23和距离提取单元24。

接收波束形成单元20提供从ADC 10输出的接收信号，该信号具有与波束方向角相对应的方向性。

FFT 21对来自接收波束形成单元20的输出执行FFT处理。缓冲器22存储来自FFT21的输出。

当存储来自FFT 21的输出时，缓冲器22将来自FFT 21的输出与从波束方向控制单元11输出的波束方向角相关联。具体地，缓冲器22存储在从物体反射之后关于所接收的信号的信号强度数据，所接收的信号对应于作为波束从波束方向控制单元11输出的信号。

信号校正电路23基于从FFT 21输出并且存储在缓冲器22中的值来执行数据校正处理。具体地，信号校正电路23对存储在缓冲器22中的关于多个所接收的信号的信号强度数据的基于等距离的部分执行校正处理。

距离提取单元24从由信号校正电路23校正的信号强度数据中提取距离信息。

图6是用于描述使用第一实施例的雷达设备1进行的空间测量模拟的图。

仅利用参考图1描述的空间中存在的桌子来进行模拟，并且这个空间里没有人。

图6示出了存储在缓冲器22中的信号强度数据的状态，其中信号强度数据对应于波束角。

信号强度由灰度阴影表示，更接近白色的阴影表示更高的接收信号强度，并且更接近黑色的阴影表示更低的接收信号强度。示出高信号强度的数据被认为是表示从物体反射的强烈波。也就是说，假定物体存在于与高信号强度相对应的位置。

图7示出了与作为具有预定波束方向角的波束而输出的与所发射的信号相对应的关于所接收的信号的信号强度数据的波形。

具体地，图7示出了与图6所示的约-60度的波束方向角相对应的所提取的信号强度数据。

参考图7，示出了高信号强度状态，其中距离约为2m，并且距离也约为4m。

根据预期，高信号强度应当出现在约4m的距离(相当于到墙壁的距离)处，但是，在图7所示的情况下，在由于来自桌子的反射而生成虚假信号(噪声)的地方，信号强度较高。

再次参考图6，在整个波束扫描范围内在相同距离(约2m)处观察到虚假信号。因此，简单地基于信号强度数据的峰值来确定距离可能导致基于虚假信号而错误地识别出不存在的物体。

尽管在本示例中，FCM方法被用作测距的示例方法，但是可以通过各种方法获取类似的结果，例如，使用脉冲波或FMCW。

例如，可以通过峰值检测方法或CFAR(恒定虚警率(received-signal))方法来确定具体距离值。

在第一实施例中，关于多个所接收的信号的信号强度数据(即，从雷达设备1发射到整个波束扫描范围之后被反射的无线电波)存储在缓冲器22中，并且对关于多个所接收的信号的信号强度数据进行预定的校正处理。

具体地，对关于多个所接收的信号的信号强度数据的基于等距离的部分执行校正处理。

图8是用于描述由第一实施例的雷达设备1执行的校正处理的图。

图8示出了相对于存储在缓冲器22中的波束角的信号强度数据的状态。图8所示的数据与图6所示的数据相同。

对关于多个所接收的信号的信号强度数据的基于等距离的部分(由图8中的箭头指示)执行校正处理。

图9是用于描述从关于多个所接收的信号的信号强度数据中提取的基于等距离的部分的图。

作为示例，图9示出了从关于多个所接收的信号的信号强度数据中提取的基于等距离(约2m)的部分，其在图8中表示为由箭头指向的水平区域。

这种信号强度数据的基于等距离的部分很可能是由同一物体生成的。

如图9所示，在扫描范围内，信号强度很高，其中波束角范围为-20到+20度，而在扫描范围之外，信号强度很低。

因此，在由第一实施例的雷达设备1执行的校正处理中，将关于多个所接收的信号的信号强度数据的基于等距离的部分中的低信号强度确定为表示噪声。

这是基于以下假定：与雷达设备1等距离地没有任何圆弧状或球形物体。

作为具体的校正方法，执行偏移处理以消除信号强度数据的基于等距离的部分中包括的噪声。

作为示例，假定平均噪声水平约为50dB。

噪声水平可以通过各种方法来计算。例如，通过计算信号强度数据的基于等距离的部分的平均值，可以将所计算的平均值视为噪声水平。代替平均值，可以应用中值、第N值或模式值。

备选地，可以计算仅低于预定值的信号强度数据的平均值。也就是说，可以仅基于可能是噪声的数据来计算噪声水平。以这种方式，可以进一步提高本实施例的雷达设备1的测距准确度。

在这种情况下，对于噪声消除，将信号强度数据的基于等距离的部分减去50dB。

以这种方式，可以消除特定距离处的噪声。

在本示例中，对与约2m的距离相对应的信号强度数据部分执行校正处理。对覆盖整个距离范围的信号强度数据的基于等距离的部分执行类似的处理。

具体地，如下进行偏移处理：提取覆盖0到5m的距离范围的信号强度数据的基于等距离的部分；计算信号强度数据的每个等距离部分的噪声水平；并且从信号强度数据的相应的基于等距离的部分中减去与所计算的噪声水平相对应的信号强度。

图10A和10B是用于比较在由第一实施例的雷达设备1中包括的信号校正电路23执行的校正处理之前和之后的信号强度数据的图。

图10A示出了与图6所示的相同状态的信号强度数据。

图10B示出了在作为由信号校正电路23执行的偏移处理的结果而抑制(减小)了由噪声生成的虚假信号的信号强度的状态下的信号强度数据。

距离提取单元24在波束扫描范围上从信号校正电路23获取信号强度数据，其中虚假信号强度得到抑制。距离提取单元24基于校正后的信号强度数据来提取距离信息。例如，如上所述，可以通过峰值检测方法或CFAR(恒定虚警率)方法获取具体距离值。

通过执行上述处理，第一实施例的雷达设备1可以通过简单的方法计算准确的距离。

图11是由第一实施例的雷达设备1执行的处理的流程图。

参考图11，雷达设备1的发射器4向物体发射无线电波(S2)。

接下来，雷达设备1的接收器5接收从物体反射的信号(S4)。在由ADC 10转换成数字数据之后，所接收的信号被输入到信号处理单元12。

接下来，雷达设备1的缓冲器22存储通过在FFT 21处对输入到信号处理单元12的数字数据执行FFT处理而生成的信号强度数据(S6)。此时，缓冲器22存储将该数据与从波束方向控制单元11输出的波束方向角信息相关联的信号强度数据。

接下来，波束方向控制单元11确定整个扫描范围的波束扫描是否已经完成(S8)。

当在S8中确定整个扫描范围的波束扫描尚未完成(S8：否)时，波束方向控制单元11调节波束方向角(S10)。

然后，执行返回S2。波束方向控制单元11重复该处理，直到整个扫描范围的波束扫描完成。

当在S8中由波束方向控制单元11确定整个扫描范围的波束扫描已经完成(S8：是)时，信号校正电路23提取存储在缓冲器22中的关于多个所接收的信号的信号强度数据的基于等距离的部分(S12)。

接下来，信号校正电路23计算用于噪声消除的偏移值(S14)。

然后，信号校正电路23根据所计算的偏移值来执行偏移处理(S16)。具体地，执行处理以从信号强度数据的相对应的基于等距离的部分中减去所计算的偏移值。

接下来，信号校正电路23确定整个扫描范围的基于等距离的部分的校正是否已经完成(S18)。

当在S18中确定整个扫描范围的基于等距离的数据部分的校正尚未完成(S18：否)时，信号校正电路23返回到S14并且在更新基于等距离的数据部分之后重复上述处理。

另一方面，当在S18中信号校正电路23确定整个扫描范围的基于等距离的数据部分的校正已经完成(S18：是)时，距离提取单元24基于校正后的信号强度数据来提取距离信息(S20)。

然后执行结束(结束)。

如上所述，可以通过简单的方法来抑制噪声，并且可以提高相对于物体的测距准确度。

根据现有技术，在一个方向上进行测距，并且仅基于在该方向上获取的测距数据来确定该方向上的距离。

在本发明第一实施例中使用的方法中，通过扫描雷达设备1的整个扫描范围而接收的信号强度数据被存储在缓冲器22中。对存储在缓冲器22中的信号强度数据的基于等距离的部分执行用于数据校正的偏移处理。基于校正后的数据来提取距离信息。

本实施例的雷达设备1的上述配置使得可以通过简单的方法去除相对于物体的噪声，并且提高了测距准确度。

第二实施例

尽管在第一实施例中，基于通过一维扫描获取的测距数据来进行噪声水平计算，但是在空间测量中，可以进行二维扫描。

具体地，可以例如在X方向和垂直于X方向的Y方向上进行扫描。

然后可以获取信号强度数据的基于等距离的部分作为不同于一维线性数据的二维平面数据。

图12是用于描述根据本发明的第二实施例的二维测距的结果的图。

在图12中，示出了相对于X和Y方向上的波束方向角的信号强度数据。

对于二维平面数据，也可以通过在根据第一实施例的一维数据方面描述的偏移处理来抑制作为噪声而生成的虚假信号的强度。

也就是说，通过对所获取的平面数据执行偏移处理，如结合第一实施例描述的偏移处理，可以提高测距准确度。

已经基于实施例具体地描述了本公开，但是本公开不限于这些实施例，并且可以在不脱离其主旨的情况下以各种方式进行修改。

Claims (5)

1.一种雷达设备，包括：

发射电路，所述发射电路发射无线电波；

调节电路，所述调节电路调节从所述发射电路被发射的所述无线电波的发射角度；

接收电路，所述接收电路接收多个信号，所述信号是基于由所述调节电路做出的调节而从所述发射电路被发射、并且分别从物体被反射的所述无线电波；以及

信号处理电路，所述信号处理电路通过处理所接收的信号来计算到所述物体的距离，

其中所述信号处理电路包括：

缓冲器，所述缓冲器存储由所述接收电路接收的关于所述所接收的信号的信号强度数据，所述所接收的信号分别对应于所述发射角度；以及

校正电路，所述校正电路对被存储在所述缓冲器中的关于所述所接收的信号的所述信号强度数据的基于等距离的部分执行校正处理。

2.根据权利要求1所述的雷达设备，其中所述校正电路：

从被存储在所述缓冲器中的关于所述所接收的信号的所述信号强度数据中提取信号强度数据部分，每个部分基于等距离；

计算所提取的信号强度数据部分中的每个部分的平均值；以及

基于所述计算的结果，对被存储在所述缓冲器中的关于所述所接收的信号的所述信号强度数据执行偏移处理。

3.根据权利要求1所述的雷达设备，其中所述校正电路：

从被存储在所述缓冲器中的关于所述所接收的信号的所述信号强度数据中提取信号强度数据部分，每个部分基于等距离、并且在信号强度方面低于预定值；

计算所提取的信号强度数据部分中每个部分的平均值；以及

基于所述计算的结果，对被存储在所述缓冲器中的关于所述所接收的信号的所述信号强度数据执行偏移处理。

4.根据权利要求1所述的雷达设备，

其中所述调节电路调节无线电波发射角度，使得所述无线电波在第一方向上从所述发射电路被发射到第一扫描范围，并且在垂直于所述第一方向的第二方向上从所述发射电路被发射到第二扫描范围。

5.一种雷达设备控制方法，包括以下步骤：

发射无线电波；

调节所述无线电波的发射角度；

接收多个信号，所述信号是基于所述调节而被发射、并且分别从物体被反射的所述无线电波；以及

通过处理所接收的信号来计算到所述物体的距离，

其中所述计算距离的步骤包括：

存储与所述发射角度相对应的关于所述所接收的信号的信号强度数据；以及

对关于所述所接收的信号的所存储的信号强度数据的基于等距离的部分执行校正处理。