CN112313528A - 用于分析处理至少一个雷达传感器的分析处理设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于至少一个雷达传感器(32)的分析处理设备(30)，其具有电子装置(36)，所述电子装置设计用于分析处理所述雷达传感器(32)的测量信号(34)，其中，所述雷达传感器(32)设计为在其测量周期(10)期间发射雷达信号(12)，并且接收从所述雷达传感器(32)的周围环境反射的雷达信号(14)，并且输出与接收到的反射雷达信号(14)相对应的测量信号(34)，而所述雷达传感器(32)在两个随后的测量周期之间关于预给定的暂停时间保持停用，其中，所述电子装置(36)设计为使用来自至少两个不同测量周期的测量信号(34)和/或使用由来自至少两个不同测量周期的测量信号(34)推导出的分析处理信号来实施傅里叶变换。此外，本发明涉及一种用于分析处理至少一个雷达传感器(32)的对应方法。

Description

用于分析处理至少一个雷达传感器的分析处理设备和方法
技术领域
本发明涉及一种用于至少一个雷达传感器的分析处理设备和一种雷达设备。本发明还涉及一种用于分析处理至少一个雷达传感器的方法。
背景技术
由现有技术已知使用雷达传感器来求取周围环境。例如，DE 10 2016 221 947 A1描述一种用于机动车的雷达传感器，以求取相应的车辆周围环境。
发明内容
本发明提出一种具有权利要求1的特征的用于至少一个雷达传感器的分析处理设备、一种具有权利要求5的特征的雷达设备以及一种具有权利要求7的特征的用于分析处理至少一个雷达传感器的方法。
本发明的优点
本发明提出一种用于分析处理至少一个雷达传感器的可能性，该雷达传感器的测量周期分别被处在中间的暂停时间中断，其中，尽管遵守暂停时间，借助本发明也使得能够在至少两个测量周期上“不中断地观测”雷达传感器的周围环境。
这也可以解释为，在借助本发明来分析处理至少一个雷达传感器时“集成时间(lntegrationszeit)”增大。因此，在分析处理至少一个雷达传感器时，本发明实现改善多普勒分辨率和提高信号噪声比/信号背景比(英语Signal Noise Ratio，SNR)。因此，在借助本发明分析处理至少一个雷达传感器时得出提高敏感度和/或增大作用范围。这里描述的优点可以借助本发明来实现，而不必为此缩短暂停时间或必须降低占用率(Auslastungsgrad)。
在分析处理设备的一种有利的实施方式中，电子装置设计为在使用来自至少两个不同测量周期的测量信号的情况下和/或在使用由来自至少两个不同测量周期的测量信号推导出的分析处理信号的情况下实施关于多普勒效应相关的参量的傅里叶变换。如根据进一步的描述所阐明的那样，分析处理设备的此处描述的实施方式因此可以在分析处理至少一个雷达传感器时改善多普勒分离性。
电子装置优选地设计为对于至少两个不同测量周期的每个线性调频分别实施关于基带频率的傅里叶变换，并且以这种方式分别对于至少两个不同测量周期中的每个测量周期确定多个傅里叶级数，并且在使用至少两个不同测量周期的多个傅里叶级数的情况下和/或在使用由至少两个不同测量周期的多个傅里叶级数推导出的分析信号的情况下进行如下：在使用由来自至少两个不同测量周期的测量信号推导出的分析处理信号的情况下实施傅里叶变换。因此，分析处理设备的此处描述的实施方式可以无问题地用于线性调频序列方法。
该电子装置优选地设计为在使用对于相应的测量周期确定的多个傅里叶级数的情况下对于至少两个不同测量周期中的每个测量周期分别实施关于多普勒频率的另外的傅里叶变换，并且以这种方式对于相应的测量周期分别确定二维傅里叶阵列，并且在使用至少两个不同测量周期的二维傅里叶阵列的情况下进行使用由来自至少两个不同测量周期的测量信号推导出的分析处理信号来实施傅里叶变换。因此，分析处理设备设计为在对至少一个雷达传感器的分析处理(该分析处理借助首先实施的傅里叶变换实现)中扩展所谓的第三维，以对于至少一个雷达传感器的所有测量周期确定二维傅里叶阵列。在分析处理至少一个雷达传感器时，这尤其实现改善多普勒分辨率和提高信噪比。
在具有这样的分析处理设备和至少一个雷达传感器的雷达设备中也实现上述优点。例如至少一个雷达传感器可以分别是FMCW雷达传感器和/或JSFMCW雷达传感器。这些有利的传感器类型因此也可以用于实现本发明。
此外，对用于分析处理至少一个雷达传感器的相应方法的实施也实现上面已经描述的优点。可以无问题地如此扩展所述用于分析处理至少一个雷达传感器的方法，使得实现分析处理设备和雷达设备的上述实施方式的优点。
附图说明
接下来参考附图阐述本发明的其他特征和优点。附图示出：
图1a至1c示出用于阐述用于分析处理至少一个雷达传感器的方法的实施方式的功能图解；并且
图2示出分析处理设备或由其构造的雷达设备的一种实施方式的示意图。
具体实施方式
图1a至1c示出用于阐述用于分析处理至少一个雷达传感器的方法的一种实施方式的功能图解。
可以实施以下描述的方法来分析处理多个雷达传感器。仅示例性地借助以下描述的方法仅分析处理唯一一个雷达传感器。优选地，将相应的雷达传感器用于求取关于雷达传感器的至少部分周围环境的信息。相应的雷达传感器例如可以是监控系统的一部分和/或车辆引导系统的一部分。
在这里描述的方法中，雷达传感器例如是FMCW雷达传感器(英语FrequencyModulated Continuous Wave Radar Sensor，调频连续波雷达传感器)，尤其JSFMCW雷达传感器(英语Joint Sampling Frequency Modulated Continuous Wave Radar Sensor，联合采样调频连续波雷达传感器)。这类雷达传感器在其资源方面非常有效，并且可以很好地解决多值性。因此，可以将FMCW雷达传感器或JSFMCW雷达传感器的优点与以下所述方法的优点一起使用。但是，接下来描述的方法的可实施性不限于使用这些雷达传感器类型之一。例如雷达传感器还可以是OFDM雷达传感器(英语Orthogonal Frequency-DivisionMultiplexing Radar Sensor，正交频分复用雷达传感器)或PN雷达传感器(英语Pseudo-random Noise Radar Sensor，伪随机噪声雷达传感器)。
雷达传感器在其测量周期10期间分别以测量周期时间/测量周期持续时间Δtm发射雷达信号12。雷达传感器还在其测量周期10期间接收从其周围环境反射的雷达信号14，并且输出与所接收的反射雷达信号14相对应的信号作为测量信号。在图1b和1c的功能图解中，相应的坐标系具有时间轴t作为横坐标轴，而由雷达传感器发射的雷达信号12和从其周围环境反射的雷达信号14的时间相关的频率f(t)通过其纵坐标被描述。
仅作为示例，在图1a至图1c的示例中，雷达传感器设计用于实施线性调频序列调制(英语Chirp Sequence Modulation)，使得在唯一一个测量周期10期间以测量周期时间Δtm实施多个线性调频16，优选至少100个线性调频16。测量周期时间Δtm通常处于1ms(毫秒)至40ms(毫秒)之间。测量周期时间Δtm例如可以是20ms(毫秒)。
在两个随后的测量周期10之间，雷达传感器对于预给定的暂停时间/暂停持续时间Δtb保持停用。优选地如此选择暂停时间Δtb，使得通过在各两个随后的测量周期10之间保持的暂停时间Δtb来防止雷达传感器的构件发热。暂停时间Δtb例如可以在5ms(毫秒)至100ms(毫秒)之间。测量循环时间Δtm与暂停时间Δtb之和得出总循环时间/总循环持续时间ΔT。测量周期时间Δtm除以总周期时间ΔT的商通常称为占用率(英语Duty Cycle，占空比)。
由雷达传感器输出的测量信号优选地描述由雷达传感器发射的雷达信号12和从其周围环境反射的雷达信号14之间的频率差。这些频率差由距离相关的分量和相对速度相关的分量/多普勒效应引起的分量组成。距离相关的分量说明周围环境中对所发射的雷达信号12进行反射的至少一个对象到雷达传感器的相应距离。相应地，相对速度相关的分量说明所述至少一个对象相对于雷达传感器运动的相应的相对速度。
借助接下来描述的方法，对雷达传感器的测量信号进行分析处理，其中，尤其使用来自至少两个不同测量周期10的测量信号和/或使用由来自至少两个不同测量周期10的测量信号推导出的分析处理信号实施傅里叶变换。接下来对此进行详细阐述：
在这里描述的方法中，首先对于至少两个不同的测量周期10的每个线性调频16分别实施关于基带频率fB的傅里叶变换18。以这种方式，对于至少两个不同的测量周期10中的每个测量周期10分别确定多个傅里叶级数20。因此，至少两个不同的测量周期10中的每个测量周期10的所确定的傅里叶级数20的总数量相应于每个测量周期10的线性调频16的总数量。
关于基带频率fB的傅里叶变换18也可以称为快速傅里叶变换18(英语FastFourier-Transformation，FFT)。借助快速傅里叶变换18确定的傅里叶级数20全部具有相同总数量的区间(Bins)。关于基带频率fB的傅里叶变换18实现关于在雷达传感器周围环境中的至少一个进行反射的对象的相应距离的“第一维fB的展开”。雷达传感器周围环境中的至少一个进行反射的对象在确定的傅里叶级数20中分别产生一个峰P1，其中，距雷达传感器相同距离的对象的峰P1可以叠加，尽管其相对速度不同。
在图1b中示意性描述的另一方法步骤中，在使用对于相应的测量周期10所确定的多个傅里叶级数20的情况下，对于至少两个不同测量周期10中的每个测量周期10实施关于多普勒频率fD的另外的傅里叶变换22。也可以将所述另外的傅里叶变换22改写为一组对于相应测量周期10的多个傅里叶级数20的每个区间的相应的傅里叶变换22。以这种方式确定对于相应的测量周期10的二维傅里叶阵列24。因此，图lb的功能图解描述了二维快速傅立叶变换，即所谓的2D-FFT。以这种方式确定的二维傅里叶阵列24的第一维fB是雷达传感器周围环境中的至少一个反射对象的相应距离，而二维傅里叶阵列24的第二维fD分别描述雷达传感器周围环境中的至少一个反射对象的相对速度。对于每个测量周期10所确定的二维傅里叶阵列24也可以称为相应的测量周期10的2D谱。雷达传感器周围环境中的至少一个反射对象也会在二维傅里叶阵列24中分别引起一个峰P2。可以借助下述方法步骤来消除二维傅里叶阵列24中的峰P2的叠加：
图1c的功能图解示出作为其他方法步骤的傅里叶变换26，在使用由来自至少两个不同的测量周期10的测量信号推导出的二维傅里叶阵列24的情况下实施该傅里叶变换。关于多普勒效应相关的参量f3来实施傅里叶变换26，其中，优选地对于二维傅里叶阵列24的每个区间分别实施快速傅里叶变换(FFT)。以这种方式，对于确定数量的分析处理测量周期10获得三维傅里叶矩阵28或所谓的3D-FFT。因此，傅里叶变换26将先前确定的二维傅里叶阵列24扩展关于多普勒效应相关的参量f3的第三维。可以针对任何可能的相对速度计算第三维。根据雷达参数的大小，在测量中考虑到目标的进行变化的距离可能是有利的。优选地，对于二维傅里叶阵列24的每个区间展开第三维。
由其二维傅里叶阵列24确定三维傅里叶矩阵28的测量周期10的数量例如可以在2和15之间。更优选地，为确定三维傅立叶矩阵28而分析处理的测量周期10的数量在5和10之间。
由于用于创建三维傅里叶矩阵28的数据来源于至少两个不同的测量周期10，因此三维傅里叶矩阵28能够在所谓的集成时间Ttotal上对雷达传感器周围环境中的至少一个进行反射的对象进行观测，所述集成时间从至少两个不同测量周期10中最早的测量周期开始延伸直至所述至少两个不同测量周期10中最后的测量周期结束。因此，集成时间Ttotal明显长于测量周期时间Δtm或总周期时间ΔT。因此，这里描述的方法允许在等于集成时间Ttotal的持续时间内对雷达传感器周围环境中的至少一个进行反射的对象进行“不间断观察”，而雷达传感器不必对于整个集成时间Ttotal实施测量。因此，雷达传感器可以在集成时间Ttotal期间在暂停时间Δtb中处于非激活状态至少一次，而三维傅里叶矩阵28仍然可以显示关于雷达传感器周围环境中的至少一个进行反射的对象的信息，就像雷达传感器在整个集成时间Ttotal期间实施不中断的测量一样。集成时间Ttotal可以没有问题地选择得如此长，使得在这种长的持续时间期间测量周期不中断的情况下雷达传感器存在高的过热风险。
因此，这里描述的方法甚至对于长的集成时间Ttotal也允许对雷达传感器周围环境中的至少一个进行反射的对象进行“不中断观测”，而不必为此接受雷达传感器的过热。替代地，借助在集成时间Ttotal期间的至少一个暂停时间Δtb，可以没有问题地保持雷达传感器的期望温度。同时，在相对较长的集成时间Ttotal上的“不中断观测”可以实现良好的信噪比(英语Signal Noise Ratio，SNR)，并且与现有技术相比改善了对雷达传感器周围环境中的各个对象的分离能力，因此可靠地避免了多值性。尤其通过关于多普勒效应相关参量f3的所谓的第三维，根据多个目标在第三维上的差异而改善了所述多个目标的可分离性，并且因此也提高了多普勒可分离性。雷达传感器周围环境中的至少一个反射对象也会在三维傅里叶矩阵28中分别引起一个峰P3，其中，不同对象的峰P3能够不发生/几乎不发生叠加。
要指出的是，当在两个随后的测量周期10之间保持相对较长的暂停时间Δtb时，或者当占用率(占空比)相对较低时，也保证了上述优点。因此，借助在此描述的方法，可以在保持暂停时间Δtb和占用率的情况下延长雷达传感器周围环境中的至少一个进行反射的对象的“不中断观测”，其中，同时雷达传感器可以在保持在测量周期10之间的暂停时间Δtb期间冷却，因此不用担心雷达传感器过热。
三维傅里叶矩阵28也可以借助“滑动离散傅里叶变换”(滑动DFT)来确定。为此，在每个测量周期10之后，可以将先前确定的三维傅里叶矩阵28的“最旧的测量周期10”的测量值通过“最新的测量周期10”的测量值来替换，可能使用相位项进行校正。以这种方式可以显着减少用于确定三维傅里叶矩阵28的计算时间。为了减少计算开销，也可以仅关于被认为特别相关的相对速度来确定三维傅里叶矩阵28的第三维。
图2示出分析处理设备或由其构成的雷达设备的一种实施方式的示意图。
在图2中示意性示出的分析处理设备30构造成与至少一个雷达传感器32协作。相应的雷达传感器32设计为在其测量周期期间发射雷达信号12，并且接收从雷达传感器32的(未描述的)周围环境反射的雷达信号14，并且输出与所接收的经反射的雷达信号相对应的测量信号34，而雷达传感器32在两个随后的测量周期之间对于预给定的暂停时间保持停用。与分析处理设备30协作的至少一个雷达传感器32例如可以是FMCW雷达传感器(英语Frequency Modulated Continuous Wave Radar Sensor)、JSFMCW雷达传感器(英语JointSampling Frequency Modulated Continuous Wave Radar Sensor)、OFDM雷达传感器(英语Orthogonal Frequency-Division Multiplexing Radar Sensor)和/或PN雷达传感器(英语Pseudo-random Noise Radar Sensor)。然而，分析处理设备30的适用性不限于这些雷达传感器类型。
分析处理设备30具有电子装置36，该电子装置设计用于分析处理雷达传感器32的测量信号34。电子装置36首先设计为在使用来自至少两个不同测量周期的测量信号34的情况下和/或在使用由来自至少两个不同测量周期的测量信号34推导出的分析处理信号的情况下实施傅里叶变换。电子装置36优选地设计为实施关于多普勒效应相关的参量的傅里叶变换。
如从前面的描述中可以明确看出的那样，电子装置36尤其可以设计为对于至少两个不同测量周期的每个线性调频实施关于基带频率的傅里叶变换，并且以这种方式对于至少两个不同测量周期中的每个测量周期分别确定多个傅里叶级数。然后，电子装置36可以在使用对于相应测量周期所确定的多个傅里叶级数的情况下对于至少两个不同测量周期中的每个测量周期实施关于多普勒频率的另外的傅里叶变换，并且以这种方式对于相应的测量周期确定2维傅里叶阵列。然后，在使用至少两个不同测量周期的二维傅里叶阵列的情况下进行如下：在使用由来自至少两个不同测量周期的测量信号34推导出的分析处理信号的情况下实施傅里叶变换。上述方法可以专门借助电子装置36来实施。
在图2的实施方式中，分析处理设备30是构成有至少一个雷达传感器32的雷达设备38的一部分。然而，分析处理设备30也可以(作为“自身的设备”)与和其分开地构造的至少一个雷达传感器协作。

Claims (10)

1.一种用于至少一个雷达传感器(32)的分析处理设备(30)，所述分析处理设备具有：
电子装置(36)，所述电子装置设计用于分析处理所述雷达传感器(32)的测量信号(34)；
其中，所述雷达传感器(32)设计为在所述雷达传感器的测量周期(10)期间发射雷达信号(12)，并且所述雷达传感器接收从所述雷达传感器(32)的周围环境反射的雷达信号(14)，并且所述雷达传感器输出与所接收的经反射的雷达信号(14)相对应的信号作为测量信号(34)，而所述雷达传感器(32)在两个随后的测量周期(10)之间对于预给定的暂停时间(Δtb)保持停用；
其特征在于，
所述电子装置(36)设计为在使用来自至少两个不同测量周期(10)的测量信号(34)的情况下和/或在使用由来自至少两个不同测量周期(10)的测量信号(34)推导出的分析处理信号(24)的情况下实施傅里叶变换(26)。
2.根据权利要求1所述的分析处理设备(30)，其中，所述电子装置(36)设计为在使用来自所述至少两个不同测量周期(10)的测量信号(34)的情况下和/或在使用由来自所述至少两个不同测量周期(10)的测量信号(34)推导出的分析处理信号(24)的情况下实施关于多普勒效应相关的参量(f3)的傅里叶变换(26)。
3.根据权利要求1或2所述的分析处理设备(30)，其中，所述电子装置(36)设计为对于所述至少两个不同测量周期(10)的每个线性调频(16)分别实施关于基带频率(fB)的傅里叶变换(18)，并以这种方式对于所述至少两个不同测量周期(10)中的每个测量周期(10)分别确定多个傅里叶级数(20)，并且在使用所述至少两个不同测量周期(10)的多个傅里叶级数(20)的情况下和/或在使用由所述至少两个不同测量周期(10)的多个傅里叶级数(20)推导出的分析处理信号(24)的情况下进行如下：在使用由来自至少两个不同测量周期(10)的测量信号(34)推导出的分析处理信号(24)的情况下实施傅里叶变换(26)。
4.根据权利要求3所述的分析处理设备(30)，其中，所述电子装置(36)设计为在使用对于相应的测量周期(10)确定的多个傅里叶级数(20)的情况下对于所述至少两个不同测量周期(10)中的每个测量周期(10)分别实施关于多普勒频率(fD)的另外的傅里叶变换(22)，并且以这种方式对于相应的测量周期(10)分别确定二维傅里叶阵列(24)，并且在使用所述至少两个不同测量周期(10)的二维傅里叶阵列(24)的情况下进行如下：在使用由来自至少两个不同测量周期(10)的测量信号(34)推导出的分析处理信号(24)的情况下实施傅里叶变换(26)。
5.一种雷达设备(38)，所述雷达设备具有：
根据以上权利要求中任一项所述的分析处理设备(30)；
所述至少一个雷达传感器(32)。
6.根据权利要求5所述的雷达设备(38)，其中，所述至少一个雷达传感器(32)分别是FMCW雷达传感器和/或JSFMCW雷达传感器。
7.一种用于分析处理至少一个雷达传感器(32)的方法，
其中，对所述雷达传感器(32)的测量信号(34)进行分析处理，所述雷达传感器在所述雷达传感器的测量周期(10)期间发射雷达信号(12)，并且所述雷达传感器接收从所述雷达传感器(32)的周围环境反射的雷达信号(14)，并且所述雷达传感器输出与所接收的经反射的雷达信号(14)相对应的信号作为测量信号(34)，但是所述雷达传感器在两个随后的测量周期(10)之间对于预给定的暂停时间(Δtb)保持停用；
其特征在于以下步骤：
在使用来自至少两个不同测量周期(10)的测量信号(34)的情况下和/或在使用由来自至少两个不同测量周期(10)的测量信号(34)推导出的分析处理信号(24)的情况下实施傅里叶变换(26)。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，在使用来自所述至少两个不同测量周期(10)的测量信号(34)的情况下和/或在使用由来自所述至少两个不同测量周期(10)的测量信号(34)推导出的分析处理信号(24)的情况下实施关于多普勒效应相关的参量(f3)的傅里叶变换(26)。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其中，对于所述至少两个不同测量周期(10)的每个线性调频(16)分别实施关于基带频率(fB)的傅里叶变换(18)，并以这种方式对于所述至少两个不同测量周期(10)中的每个测量周期(10)分别确定多个傅里叶级数(20)，并且在使用所述至少两个不同测量周期(10)的多个傅里叶级数(20)的情况下和/或在使用由所述至少两个不同测量周期(10)的多个傅里叶级数(20)推导出的分析处理信号(24)的情况下进行如下：在使用由来自所述至少两个不同测量周期(10)的测量信号(34)推导出的分析处理信号(24)的情况下实施傅里叶变换(26)。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，在使用对于相应的测量周期(10)确定的多个傅里叶级数(20)的情况下对于所述至少两个不同测量周期(10)中的每个测量周期(10)分别实施关于多普勒频率(fD)的另外的傅里叶变换(22)，并且以这种方式对于相应的测量周期(10)分别确定二维傅里叶阵列(24)，并且在使用所述至少两个不同测量周期(10)的二维傅里叶阵列(24)的情况下进行如下：在使用由来自所述至少两个不同测量周期(10)的测量信号(34)推导出的分析处理信号(24)的情况下实施傅里叶变换(26)。
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