CN112313530A - 用于校准机动车的mimo雷达传感器的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于对MIMO雷达传感器(8)进行相位校准的方法，所述MIMO雷达传感器具有由多个发送和接收天线元件(14)构成的阵列(10)并且具有多个高频模块(HF1‑HF4)，所述多个发送和接收天线元件在至少一个方向(y，z)上相对于彼此偏移，所述多个高频模块被分别分配给所述阵列810)的一部分(D1‑D4)，其特征在于，将所述阵列(10)如此划分为发送子阵列(TX1‑TX8)和接收子阵列(RS1‑RS4)，使得每个子阵列都被分配给所述高频模块中的恰好一个，并且使得属于不同高频模块的至少两个接收子阵列(RS1，RS2；RS3，RS4)在所述至少一个方向(y，z)上相对于彼此偏移并且在垂直于所述方向的方向(z，y)上彼此对齐，并且所述方法包括具有以下步骤的至少一种校准程序：在将所述雷达传感器投入运行之前：存储天线图，所述天线图为多个角度θ中的每个分配相应的控制向量a_s(θ)，所述控制向量由发送控制向量a_stx(θ)和接收控制向量a_srx(θ)组成，其中，所述控制向量针对每个子阵列分别具有至少一个分量，在投入运行之后：实施雷达测量以定位对象(18)，检查所定位的对象是单个目标还是多个目标，并且如果是单个目标：o借助所述至少两个接收子阵列(RS1，RS2；RS3，RS4)中的每个实施MISO测量，o根据测量结果估计所述对象的角度θ，o针对所述至少两个接收子阵列(RS1，RS2；RS3，RS4)中的每个计算与所述接收控制向量a_srx(θ)的分量相关的第一比较参量，o针对所述至少两个接收子阵列(RS1，RS2；RS3，RS4)中的每个计算与所述MISO测量的结果相关的第二比较参量，针对所涉及的接收子阵列(RS1，RS2；RS3，RS4)，根据所述第一比较参量与所述第二比较参量之间的已知关系来修正所述接收控制向量a_srx(θ)。

Description

用于校准机动车的MIMO雷达传感器的方法

技术领域

本发明涉及一种用于对MIMO雷达传感器进行相位校准的方法，该MIMO雷达传感器具有由多个发送和接收天线元件构成的阵列，所述多个发送和接收天线元件在至少一个方向上相对于彼此偏移，并且该MIMO雷达传感器具有多个高频模块，所述多个高频模块分别被分配给该阵列的一部分。

背景技术

在用于机动车的驾驶员辅助系统中，例如在用于自动距离调节的系统中或在碰撞警报系统中，通常使用雷达传感器来检测交通周围环境。除了距离和相对速度之外，所定位对象的方位角通常也很重要，因为例如在对前方行驶的车辆进行定位时，可以根据方位角来实现车道分配。所定位的对象的仰角也很重要，因为它允许对目标的重要相关性做出说明：例如，目标能够被驶越还是能够从下方行驶穿过，或者目标是否表示具有潜在碰撞风险的障碍物。

可以由天线阵列的发送和/或接收天线的幅度和/或相位差来求取目标的方位角和仰角。为了改善角度估计的准确性和可分离性，可以使用根据MIMO原理(Multiple InputMultiple Output，多输入多输出)工作的雷达传感器。在此，不同于借助一个发送天线和多个接收天线工作的传统SIMO雷达传感器(Single Input Multiple Output，单输入多输出)，在此使用多个发送天线元件和多个接收天线元件。为了能够在接收天线元件处分离发送天线元件的信号，发送信号必须是不相关的(正交的)。这可以通过时分复用、频分复用或码分复用来实现。

在估计角度时，将接收信号与先前测量的角度相关的天线图进行比较。如果仅定位到唯一一个目标(或多个目标，但是所述多个目标能够根据距离和相对速度彼此明确区分开)，则得出所估计的角度作为接收信号与天线方向图之间的最佳匹配的位置。对于多目标估计的一般性情况，已知特定的估计算法，所述估计算法为所有涉及的目标的定位角提供估计值。

到目前为止，在将传感器投入运行之前，在工厂方面针对每个单个的传感器测量天线图。如果将雷达传感器安装在机动车中、例如安装在保险杠后面或诸如机动车品牌标志之类的凸纹结构之后，可能会引起天线图的失真，这在角度估计中导致系统误差。尤其对于MIMO雷达传感器中的发送天线图是这种情况。

由DE 2014 208 899 A1已知一种替代方法，即使在已经将雷达传感器投入运行之后，该方法也能够对具有N_tx个发送天线元件和N_rx个接收天线元件的MIMO雷达传感器的天线图进行校准或再校准。

该方法包括以下步骤：

在将雷达传感器投入运行之前：

-存储天线图，该天线图为多个角度θ中的每个分配相应的控制向量a(θ)，该控制向量由发送控制向量a _tx(θ)和接收控制向量a _rx(θ)组成；

在投入运行之后：

-实施雷达测量以定位对象；

-检查所定位的对象是单个目标还是多个目标；

-如果是单个目标：

-借助发送天线元件中的每个实施SIMO测量；

-根据测量结果估计对象的角度θ；

-针对每个发送天线元件计算与发送控制向量a _tx(θ)的分量相关的第一比较参量；

-针对每个发送天线元件计算与SIMO测量的结果相关的第二比较参量；

-针对每个发送天线元件，根据第一比较参量与第二比较参量之间的已知关系来修正发送控制向量a _tx(θ)。

该方法的优点在于：可以后续地补偿如下干扰影响：所述干扰影响仅在将雷达传感器安装在车辆中时才出现，并且因此在工厂方面校准时尚无法被检测到。例如，如果在驾驶安装有雷达传感器的机动车期间，单个对象以确定的方位角θ定位，则可以根据上述方法针对该特定方位角对发送天线图进行再校准。由于随着时间的推移，单个对象在机动车的运行期间以不同的方位角θ定位，则针对整个方位角范围逐渐获得经修正的(经校准的)发送天线图。然后可以完成校准阶段。然而可选地，也可以持续地继续进行再校准或者以一定间隔重复所述再校准，以便也将天线图中的由老化导致的变化考虑在内。

在上述方法中，仅对天线图的发送部分进行校准。但是，所提及的公开文献还描述一种类似运行的方法，在该方法中，借助多个MISO测量(Multiple Input Single Output，多输入单输出)对天线图的接收部分进行校准。

最近，人们对如下雷达传感器的兴趣日益增加：所述雷达传感器为了产生雷达信号并且为了接收和预先分析处理雷达回波而具有两个或更多的基本上结构相同的高频模块。一方面，这些模块可以单独用于对性能要求不高的雷达传感器、例如驾驶员辅助系统，另一方面，这些模块可以互连以提供具有更高性能、尤其具有更高角度分离能力的雷达传感器。然而，在后一种情况下，需要使不同高频模块彼此精确地同步，以便避免由于不同高频模块的接收部分和/或发送部分中的相位差引起的误差。

已知的解决方案例如设置：分别结合信号传播路径的准确补偿来使用中央振荡器或主/从架构。但是，这些解决方案开销相对较大。

此外，对于具有多个高频模块的雷达传感器而言，存在以下问题：高频模块必须布置成相对于彼此间隔一定的空间距离，并因此可能以不同方式与相应安装环境相互作用和/或(例如由于雷达传感器中的放热)具有不同的温度。因此，由于所涉及的电子部件的温度响应，在雷达传感器运行期间的温度变化会导致出现相位差，所述相位差损害校准的准确性。在对雷达传感器进行一次性的工厂方面的校准时几乎无法预见这些因素，因此很难对其进行控制。

发明内容

本发明的任务在于说明一种方法，该方法允许“在线地”、即在雷达传感器的持续运行时对雷达传感器的多个高频模块进行再校准。

根据本发明，借助在独立权利要求中说明的特征来解决该任务。

该解决方案的核心构思在于：将发送和接收天线的阵列如此划分为发送子阵列和接收子阵列，使得每个子阵列都被分配给高频模块中的恰好一个，并且至少两个接收子阵列在一个方向上相对于彼此偏移并且在垂直于该方向的方向上彼此对齐，然后将一开始描述的用于校准天线图的方法类似地用于子阵列的平面，其中，像对一个单个的天线元件那样处理子阵列。对于属于不同高频模块的子阵列而言，随后通过校准自动地修正由模块的异步所引起的相位误差。

在从属权利要求中说明本发明的有利的扩展方案和构型。

该方法不仅可以用于方位角的角度估计而且也可以用于仰角的角度估计。如果属于不同高频模块的两个或更多的子阵列在水平方向上相对于彼此偏移，则可以借助方位角方面的角度估计来校准所属的高频模块。相反，如果属于不同高频模块的两个或更多的子阵列在竖直方向上相对于彼此偏移，则可以借助仰角方面的角度估计来校准所属的高频模块。

本发明的主题还是一种用于机动车的雷达传感器，在该雷达传感器中实现上述方法中的一个。

附图说明

接下来根据附图进一步阐述实施例。

附图示出：

图1示出雷达传感器的原理图，在该雷达传感器中能够使用本发明；

图2示出具有两个发送天线元件和四个接收天线元件的MIMO雷达传感器的示意图；

图3示出根据图2的雷达传感器在安装在机动车中之后并且在对象定位期间的示意图；

图4示出用于校准根据图1的雷达传感器的方法的流程图。

具体实施方式

图1中所示的雷达传感器8具有由发送和接收天线构成的阵列10以及四个结构相同的高频模块HF1-HF4，所述高频模块被布置在共同的电路板12上。发送和接收天线由布置成竖直列的天线元件14(贴片)构成。

在所示的示例中，阵列10被分为四个域D1-D4，这些域被分别分配有高频模块HF1-HF4中的一个。每个高频模块都为其域提供发送天线的发送信号，并且每个高频模块包括一定数量的混频器(已经是已知的因此在此未示出)，在这些混频器中，将从接收天线接收的信号分别与发送信号的一部分混频并且因此向下混频到中间频带中，使得在分析处理与控制电路16(在此在电路板12外部)中将所述信号数字化并进行进一步处理。

域D1-D4中的每个都包括发送和接收天线的一定数量的子阵列。在所示的示例中，域D1包括两个发送子阵列TX1、TX3和一个接收子阵列RS1，域D2包括两个发送子阵列TX2、TX4和一个接收子阵列RS2，域D3包括两个发送子阵列TX5、TX7和一个接收子阵列RS3，域D4包括两个发送子阵列TX6、TX8和一个接收子阵列RS4。在所示的示例中，发送子阵列TX1-TX8中的每个都由天线元件14的一列或多个平行的(在z方向上)竖直延伸的列构成。相反，接收子阵列RS1-RS4中的每个都由四个平行的列或子-子阵列RX1-RX4、RX5-RX8、RX9-RX12或RX13-RX16构成，它们布置成(在y方向上)水平延伸的两行并且在每行内彼此均匀间隔。

发送子阵列TX1-TX8形成四个对，这些对在z方向上相对于彼此并且相对于接收子阵列RS1-RS4偏移。在此，每个对的发送子阵列在z方向上位于相同的高度上，并且在y方向上彼此具有一距离，该距离大于发送子阵列RS1和RS2(或RS3和RS4)(在y方向上的)的宽度。

多列的发送子阵列可以实现方位角方面的高分辨率的角度估计。根据MIMO原理，在此例如可以借助发送和接收子阵列的不同组合来实现测量，其方式为：借助发送子阵列TX1、TX2交替地进行发送，并且分析处理接收子阵列RS1、RS2的所有八个天线列的接收信号。由于接收信号之间的相位关系取决于发送和接收子阵列在y方向上的相对位置，因此获得的虚拟阵列的宽度是两个接收子阵列RS1、RS2的总和的两倍以上。

发送和接收子阵列在z方向上的偏移还允许根据相同原理在仰角方面进行角度估计。

但是，成功进行角度估计的前提条件是天线图被正确地校准，该天线图根据对象的定位角度说明接收信号之间的相位关系。

但是，在此所示的雷达传感器会出现复杂的情况：例如，域D1和D2中的子阵列由两个不同的高频模块HF1、HF2馈送，使得天线图的正确的校准还取决于两个高频模块HF1、HF2的发送信号之间的可能的相位偏移。因为该相位偏移在雷达传感器运行期间(例如由于高频模块中的温度波动)可能发生变化，因此，雷达传感器的一次性的工厂方面的校准是不够的。

因此，在此描述的本发明的主题主要在于一种方法，该方法允许在雷达传感器的运行期间对天线图进行再校准，使得还可以正确地考虑不同高频模块HF1-HF4之间的相位偏移。

然而为了便于理解，将首先针对图2所示的高度简化的天线阵列阐述校准方法。

在该示例中，天线阵列具有仅两个发送天线元件14T和四个接收天线元件14R。发送天线元件14T由高频模块HF馈送，该高频模块具有所连接的控制与分析处理单元，并且该发送天线单元发送雷达信号，该雷达信号在对象18处反射并且由接收天线元件14R中的每个接收。在控制与分析处理单元中对所接收的信号分开地进行分析处理。

为了清楚起见，在此(以及在图1中)仅示出双基地天线系统，其中，发送天线元件14T与接收天线元件1R4不同。实际上，也可以使用单基地天线方案，其中，使用相同的天线元件来进行发送和接收。

在该示例中，接收天线元件14R以均匀的距离布置在直线上(ULA：Uniform LinearArray，均匀线性阵列)。这也适用于发送天线元件14T，其中，发送和接收天线元件不必一定布置在相同的直线上。

在所示的示例中，以时分复用方法运行雷达传感器。这表示，在任何时刻，N_tx(＝2)个发送天线元件14T中的仅一个被激活。各个天线元件的激活阶段彼此周期性地交替。在图2中，象征性地示出两个发送天线元件14T中的仅下部的天线元件处于激活状态的情况。

替代地，也可以以频分复用方法运行雷达传感器。于是，所有发送天线元件14T将同时被激活但是将会以略微不同的频率工作，使得可以在接收侧重新分离不同发送天线元件的信号。

另一可能性是码分复用方法。在此，针对由发送天线元件14T中的每个所发送的信号调制不同的代码，并且在接收侧通过代码选择性滤波将所述信号彼此分离。

在下文中，出于便于阐述的目的而考虑时分复用方法。在简单的信号模型中，可以认为对象18是点状散射中心，由激活的发送天线元件14T所发射的信号在该散射中心处作为球面波被散射，然后该球面波到达不同接收天线元件14R。然而在图1中，雷达传感器与对象18之间的距离不切实际地小。实际上，该距离如此大，使得雷达传感器8的尺寸与对象距离相比可以忽略不计。图3示出一种更现实的比例关系，其中，对象18以更大距离位于机动车20的前部的前方，在该机动车上布置有雷达传感器8。然后，可以将入射到雷达传感器所在位置的雷达波近似地看作平面波，该平面波几乎以相同的入射角——对象18的(方位)角θ——到达所有接收天线元件14R。

应当以x_n表示四分量向量，其分量(x_n，i，x_n，2，x_n，3，x_n，4)说明由第n个发送天线元件14T所发送并且由四个接收天线元件14R所接收的信号的复值幅度。如果d是从天线元件至天线元件的距离，λ是雷达辐射的波长，并且s＝x_n，i是由接收天线元件14R中的第一个(例如图3中最右边的天线元件)所接收的信号的(时间相关的)复值幅度，则由于到达不同接收天线元件14R的信号之间的传播长度差，适用以下关系式：

xn(θ)＝s(1，e^{·2πi(d/λ)sin(θ)}，e^{·2πi(2d/λ)sin(θ)}，e^{·2πi(3d/λ)sin(θ)}，)^T＝s a _rx(θ) (1)

上标符号“T”应表示转置，这是因为向量在此写成行向量，但应视为列向量。向量a _rx称为接收控制向量。该控制向量说明分别考虑的接收天线阵列的几何特性和波传播特性。这种控制向量不仅可以为ULA天线阵列进行定义，而且可以为其他天线配置进行定义。

相应地，还可以为(在该示例中仅两个)发送天线元件14T的阵列定义控制向量a _tx，其在该示例中基本上说明从发送天线元件至对象18的光学路径的传播长度差。

针对整个MIMO天线阵列得到控制向量

a(θ)＝a _tx(θ)^＊ a _rx(θ) (2)在此，*符号表示克罗内克积。在此处考虑的示例情况中，适用：

a(θ)θ(a_tx，1a_rx，1，a_tx，1a_rx2，a_tx，1a_rx，3，a_tx，1a_rx，4，

a_tx，2 a_rx1，a_tx，2 a_rx，2，a_tx，2 a_rx，3，a_tx，2 a_rx，4)^T (3)

所接收的信号形成具有N_tx·N_rx个分量(在此示例中为8分量)的向量x，其适用：

x(θ)＝s a(θ) (4)

通过了解控制向量a(θ)，可以在对象的角度θ与所接收的信号x之间建立一种(在合适条件下唯一明确的)关系，并且由所接收的信号的幅度和相位关系推断出对象的方位角θ。但是，由于实际上所接收的信号或多或少会有噪声，所以无法精确地计算方位角，而是只能例如借助最大似然估计来估计方位角。

如果将这种原理推广到多目标估计，则由单个角度θ变为向量θ，该向量的分量表示不同目标的角度，由控制向量a变为控制矩阵A，并且适用如下关系式：

x＝Aθ (5)

原则上，对于给定的雷达传感器，在将传感器投入运行之前，天线图可以测量所有可能的方位角θ的所有控制向量a(θ)的整体。然而，在图3所示的示例中，雷达传感器10安装在机动车的保险杠22后面，并且该保险杠22此外还具有确定的凸纹24——例如因为机动车品牌的标志被压印或凸出。由于保险杠的光密度不同于空气的光密度，所以通过雷达波在保险杠22上和在保险杠中的折射而产生传播长度差，这对天线图存在影响。这种影响取决于雷达传感器相对于凸纹24的准确安装位置，因此难以仅在计算上对其进行补偿——尤其例如保险杠的污染会使天线图进一步失真。应当理解，当天线阵列具有较大尺寸时(例如图1中)，这些问题会加剧。

现在的目标是在将雷达传感器安装到车辆中之后后续地如此对天线图进行再校准，使得天线图的这种失真不会在角度估计中导致显著的误差。

首先，应当描述对发送控制向量a _tx(θ)进行再校准的可能性。在此，定义相对控制向量a'_tx(θ)和a'_rx(θ)是符合目的的：

a′_tx(θ)：＝a′_tx(θ)/a_tx，1(θ) (6)

和

a′_rx(θ)：＝a_tx，1(θ)a _rx(θ) (7)

因为等式(2)，于是适用：

a(θ)＝a′_tx(θ)^＊ a′_rx(θ) (8)

因为由此将因子a'_tx(θ)消去。因此，相对发送控制向量a'_tx(θ)的再校准与原始发送控制向量a _tx(θ)的再校准等效。

通过所谓的质量函数q(θ)来描述角度估计的质量。该功能是借助估计算法所求取的估计值相应于所定位对象的实际角位置的概率的度量。对于多目标估计的一般性情况(其中无法根据其距离和相对速度来区分的多个目标以不同的角度θ_j定位)，质量函数通过以下等式给出：

q²(θ)＝x ^H P_A(θ)x (9)

此处，x是借助发送和接收天线元件的不同组合获得的信号的向量，x ^H是x的厄米共轭向量，并且P_A(θ)＝A(A^HA)^-1A^H，其中，A是控制矩阵，其包括所有目标的控制向量。如有必要，如果由于在防护栏等处的反射，多个光学路径从同一目标引导至雷达传感器，则控制矩阵还可以包括针对同一目标的多个控制向量。

在仅具有一个路径的单个目标情况下，该等式简化为：

q²(θ)＝|a ^H(θ)x|²/(|a(θ)|²|x|²) (10)

可以在将雷达传感器投入运行之前对控制向量a(θ)进行测量和归一化。也可以分别在完成测量之后对信号向量x进行归一化。因此在下文中，应认为控制向量和信号向量都被归一化，因此，所述等式被进一步简化为：

q²(θ)＝|a ^H(θ)x|² (11)

向量x可以写成：

x＝{xi}，i＝1...Ntx (12)

在此，xi是如下向量：该向量说明已经由第i个发送天线元件发送并由N_rx个接收天线元件接收的测量信号。然后，针对借助所有发送天线元件14T的(单目标)MIMO角度估计，获得质量函数：

q²(θ)＝|a ^H(θ)x|²＝|∑_i a_tx，i ^＊(θ)a _rx ^H(θ)xi|² (13)

在此，该总和遍及所有N_tx个发送天线元件(总角标i)，并且a_tx，i ^*(θ)是发送控制向量a _tx(θ)的各个分量a _tx，i(θ)的复共轭。等式(13)中的最终变换来自等式(2)。

如果现在将变量y_i(θ)定义为：

y_i(θ)＝a _rx ^H(θ)xi (14)

则由等式(13)得出：

q²(θ)＝|∑_i a_tx，i ^*(θ)y_i(θ)|² (15)

在仅借助第i个发送天线元件实施的单目标SIMO角度估计中，(以归一化)得到：

q²＝|y_i(θ)|²/|_xi|². (16)

现在，根据角度质量可以判定：在角度估计中存在单目标情况还是多目标情况。在多目标情况下，质量函数的值将具有明显更小的值。因此，可以使用如下标准来进行判定：在所估计的角度θ情况下，质量函数低于适当选择的阈值。

但是，也可以可选地使用其他方法和标准来区分单目标情况和多目标情况。

如果忽略信号噪声，则对于真实角度θ近似适用：

xi＝s a_tx，i(θ)a _rx(θ) (17)

其中，s是由目标发射的信号的复值幅度，θ是目标的实际角度。

将等式(17)代入等式(14)，得到：

y_i(θ)＝a _rx ^H(θ)s a_tx，i(θ)a _rx(θ) (18)

由于a _rx(θ)被归一化，因此简化为：

y_i(θ)＝s a_tx，i(θ) (19)

现在，如果借助发送天线元件14T中的每个相继执行SIMO测量，则可以得到等式(19)所说明的类型的N_tx关系。但是，尚无法直接检查：是否满足以及具体以何种程度满足关系(19)，因为幅度s是未知的。但是，可以通过将等式(19)左侧和右侧的向量分别除以其分量中的单个来避免该问题(而在此不通过第一分量a_tx，1(θ)或y₁(θ)限制一般性))。然后得到：

a_tx，n(θ)/a_tx，1(θ)＝y_n(θ)/y₁(θ) (20)

等式(20)左侧的参量是相对发送控制向量a_tx′(θ)的分量。右侧的参量根据等式(14)由测量结果xi和已知的最初使用的接收控制矢量a _rx(θ)得到。

因此，通过具有分量y_n(θ)/y₁(θ)的向量替换先前使用的相对发送控制向量a_tx′(θ)，很容易实现再校准。同样简单的是：根据旧的与新的相对发送控制向量之间的偏差来确定先前使用的天线图的失真程度。

在上述过程中，必须首先实施相干求和(y_i(θ)＝a ^H _rx(θ)xi)，然后构造比例关系y_n(θ)/y₁(θ)。然一般性地，如果通过首先计算比例关系x_n，k/x_1，k然后在所有k(即在所有接收天线元件上)上求平均的方式来简化计算，则仅产生能够容忍的小误差。因此，替代等式(20)，也可以使用以下关系式：

a_tx，n(θ)/a_tx，1(θ)＝(1/N_rx)∑_k(x_n，k/x_1，k) (21)

在此，x_n，k＝(xn)_k＝x_j，其中，j＝(k-1)N_tx+n，这表示x的部分向量xn的第n个分量。

从本质上讲，该方法因此包括以下步骤：

-针对每个发送天线元件(角标n)计算第一比较参量(例如a_tx，n(θ)/a_tx，1(θ))，该第一比较参量取决于发送控制向量a _tx(θ)的分量；

-针对每个发送天线元件计算第二比较参量(例如y_n(θ)/y₁(θ)或∑_k(x_n，k/x_1，k))，该第二比较参量取决于SIMO测量结果；

-针对每个发送天线元件根据第一和第二比较参量之间的已知关系(等式(20)或(21))修正发送控制向量a _tx(θ)(或者等效地修正相对发送控制向量a′_tx(θ))。

一种类似的方法还能够实现接收天线图的校准或再校准，即接收控制向量a _rx。

在此，等式(13)被替换为：

q²(θ)＝|∑_i a_tx，i ^*(θ)a _rx ^H(θ)xi|²＝|a _rx ^H(θ)x′(θ)|² (22)

其中

x′(θ)＝∑_i a_tx，i ^*(θ)xi (23)

类似于等式(12)：

x′＝{xn′}，n＝1...N_rx (23)

在仅以第n个接收天线元件实施的单目标MISO角度估计(Multiple Input SingleOutput)中，(以归一化)得到：

q²＝|xn′|²/(∑_i|xn′_i|²)^·1/2 (24)

可以再次根据角度质量来判定：在角度估计中存在单目标情况还是多目标情况。

如果存在单目标情况并且忽略信号噪声，则对于真实角度θ近似地适用：

xi＝s a_tx，i(θ)a _rx(θ) (25)

类似于等式(18)至等式(20)的计算得出：

a_rx，n(θ)/a_rx，1(θ)＝x′_n(θ)/x′₁(θ) (26)

因此，在这种情况下，第一比较参量是相对接收控制向量a″ _rx(类似于等式(6)地定义)的分量a_rx，n(θ)/a_rx，1(θ)。通过每个接收天线元件(角标n)的参量x′_n(θ)/x′₁(θ)构造第二比较参量，该第二比较参量现在取决于MISO测量的结果。

在这种情况下，也可以近似地使用类似于等式(21)的比较参量和关系式：

a_rx，n(θ)/a_rx，1(θ)＝(1/N_tx)∑_k(x_k，n/x_k，1) (27)

对于根据图1的雷达传感器8，也可以类似地实施上述校准过程。在此，域内子阵列的校准精确地相应于上述方法，其中，发送子阵列(例如TX1和TX3)代替发送天线元件14T，而子-子阵列(例如RX1-RX4)代替接收天线元件14R。

但是，超过域之间的边界的校准过程也是可能的。例如，还可以校准两个接收子阵列RS1和RS2的天线图。于是，接收控制向量具有八个分量——每四个对应两个子阵列中的一个。于是，例如对于八个子-子阵列RX1、RX8的每个(例如分别以四个发送子阵列TX1-TX4)实施MISO测量。借助天线组合TX1、RX1-RX4和TX3、RX1-RX4的测量结果提供针对域D1内的子子阵列的校准。借助天线组合TX2、RX1-RX4和TX4、RX1-RX4的测量结果提供针对相同子-子阵列的校准，但是这两个校准通常会不一致，因为在借助TX2和TX4的测量中，高频模块之间也存在相位偏移。

HF1和HF2会变得明显。相应地适用于域D2中的子-子阵列RX5-RX8的两种可能的校准。一般性地，两个高频模块之间的相位偏移将导致经修正的接收控制向量要么在前四个分量中要么在后四个分量中相互排斥(abWeisen)，这取决于所使用的发送子阵列所在的域。现在，可以使用该偏差来确定高频模块HF1与HF2之间的相位偏移，并在此基础上对两个高频模块进行相位校准。

这有意义地同样适用于域D3和D4以及高频模块HF3和HF4的校准。

高频模块的校准同样可以在借助SIMO测量的发送控制向量的再校准过程中进行。

通过对仰角Φ的天线图进行再校准，还可以以相应的方式确定高频模块HF1与HF3之间的相位偏移以及高频模块HF2与HF4之间的相位偏移，使得最终实现所有四个高频模块的相位校准。

在图4中示出完整的校准过程，这种完整的校准过程可以在驾驶具有雷达传感器8的机动车期间实施。

在步骤S1中，首先执行正常的定位运行，即借助雷达传感器8定位车辆的周围环境中的对象。在此，根据天线图(在方位角和仰角方面)对所定位的对象执行多目标角度估计，这些天线图最初是在雷达传感器投入运行时已经测得的或者是在之前的再校准过程中再校准的。

在步骤S2中，检查在当前的定位循环中是否已经在方位角θ和/或仰角Φ下定位到对象，针对该方位角和/或仰角尚未进行再校准或在一定时间之前已经进行了最后一次再校准。

如果是这种情况(J)，则在步骤S3中借助发送子阵列TX1至TX4中的一个实施针对方位角或仰角的SIMO测量和角度估计。否则(N)返回到步骤S1，并且如此久地执行具有步骤S1和S2的循环，直至以所述角度找到应对其进行再校准的对象为止。

根据在步骤S3中执行的SIMO角度估计中的角度质量，在步骤S4中判定：以角度θ或Φ定位的对象是否涉及单目标对象。

如果不是单目标对象(N)，则又返回到具有步骤S1和S2的循环。如果涉及单目标对象(J)，则在步骤S5中以所有发送子阵列TX1至TX4进行进一步的SIMO测量。以这种方式，获得针对所有发送子阵列参量yi(θ)的完整集合。然后在步骤S6中，根据由此形成的比较参量，对(相对)发送控制向量a'_tx(θ)进行修正(再校准)。

可选地，可以接下来实施步骤S7，其中，对接收对象子阵列RX1至RX16的全部子-子阵列的相同对象执行MISO测量。然后，基于这些测量，在步骤S8中还对(相对)接收控制向量a”_rx(θ)进行修正。

如果使用时分复用方法，则各个SIMO测量或MISO测量之间的时间间隔不应太大，以便(由于对象在测量之间经过的时间中的任何位置改变而引起的)误差不会导致显著误差。但是，可以在时间上如此交错测量和/或如此组合测量结果，从而使由时间偏移引起的误差平均化。在DE 10 2013 209 708 A1中描述了这种方法的一种示例。

在频分复用方法中也存在类似的改进，因为在此，目标的距离结合发送天线元件之间的频率偏移可能导致参量y_i(θ)之间的相位差，这必要时必须被补偿。

Claims (4)

1.一种用于对MIMO雷达传感器(8)进行相位校准的方法，所述MIMO雷达传感器具有由多个发送和接收天线元件(14)构成的阵列(10)并且具有多个高频模块(HF1-HF4)，所述多个发送和接收天线元件在至少一个方向(y，z)上相对于彼此偏移，所述多个高频模块被分别分配给所述阵列810)的一部分(D1-D4)，

其特征在于，将所述阵列(10)如此划分为发送子阵列(TX1-TX8)和接收子阵列(RS1-RS4)，使得每个子阵列都被分配给所述高频模块中的恰好一个，并且使得属于不同高频模块的至少两个接收子阵列(RS1，RS2；RS3，RS4)在所述至少一个方向(y，z)上相对于彼此偏移并且在垂直于所述方向的方向(z，y)上彼此对齐，并且所述方法包括具有以下步骤的至少一种校准程序：

在将所述雷达传感器投入运行之前：

·存储天线图，所述天线图为多个角度θ中的每个分配相应的控制向量a _s(θ)，所述控制向量由发送控制向量a _stx(θ)和接收控制向量a _srx(θ)组成，其中，所述控制向量针对每个子阵列分别具有至少一个分量，

在投入运行之后：

·实施雷达测量以定位对象(18)，

·检查所定位的对象是单个目标还是多个目标，

·如果是单个目标：

о借助所述至少两个接收子阵列(RS1，RS2；RS3，RS4)中的每个实施MISO测量，

о根据测量结果估计所述对象的角度θ，

о针对所述至少两个接收子阵列(RS1，RS2；RS3，RS4)中的每个计算与所述接收控制向量a _srx(θ)的分量相关的第一比较参量，

о针对所述至少两个接收子阵列(RS1，RS2；RS3，RS4)中的每个计算与所述MISO测量的结果相关的第二比较参量，

о针对所涉及的接收子阵列(RS1，RS2；RS3，RS4)，根据所述第一比较参量与所述第二比较参量之间的已知关系来修正所述接收控制向量a _srx(θ)。

2.根据权利要求1的前序部分或根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，将所述阵列如此划分为发送子阵列(TX1-TX8)和接收子阵列(RE1-RS4)，使得每个子阵列都被分配给所述高频模块(HF1-HF4)中的恰好一个，并且使得属于不同高频模块的至少两个发送子阵列(TX1，TX2；TX3，TX4)在所述至少一个方向(y，z)上相对于彼此偏移并且在垂直于所述方向的方向(z，y)上彼此对齐，并且所述方法包括具有以下步骤的至少一种校准程序：

在将所述雷达传感器投入运行之前：

·存储天线图，所述天线图为多个角度θ中的每个分配相应的控制向量a _s(θ)，所述控制向量由发送控制向量a _stx(θ)和接收控制向量a _srx(θ)组成，其中，所述控制向量针对每个子阵列分别具有至少一个分量，

在投入运行之后：

·实施雷达测量以定位对象(18)，

·检查所定位的对象是单个目标还是多个目标，

·如果是单个目标：

о借助每个发送子阵列实施SIMO测量，

о根据测量结果估计所述对象的角度θ，

о针对所述至少两个发送子阵列(TX1，TX2；TX3，TX4)中的每个计算与所述发送控制向量a _stx(θ)的分量相关的第一比较参量，

о针对所述至少两个发送子阵列(TX1，TX2；TX3，TX4)中的每个计算与所述SIMO测量的结果相关的第二比较参量，

о针对所涉及的发送子阵列(TX1，TX2；TX3，TX4)，根据所述第一比较参量与所述第二比较参量之间的已知关系来修正所述发送控制向量a _stx(θ)。

3.根据权利要求1或2所述的方法，所述方法用于具有至少三个高频模块(HF1-HF4)的雷达传感器，在所述方法中，将所述阵列(10)如此划分为发送子阵列(TX1-TX8)和接收子阵列(RS1-RS4)，使得属于第一高频模块(HF1)和第二高频模块(HF2)的至少两个子阵列RS1、RS2布置为在水平方向上相对于彼此偏移，并且使得属于第三高频模块(HF3，HF4)的至少一个另外的子阵列(TX5-TX8)布置为在竖直方向上相对于前两个子阵列偏移，并且在所述方法中，针对所述第一高频模块和第二高频模块(HF1，HF2)的相位校准执行方向角方面的角度估计，针对所述第三高频模块(HF3，HF4)的相位校准执行仰角方面的角度估计。

4.一种MIMO雷达传感器(8)，其具有由多个发送和接收天线元件(14)构成的阵列(10)、多个高频模块(HF1-HF4)以及分析处理与控制电路(16)，所述多个发送和接收天线元件在至少一个方向(y，z)上相对于彼此偏移，所述多个高频模块被分别分配给所述阵列的一部分(D1-D4)，所述分析处理与控制电路用于所述高频模块，其特征在于，所述分析处理与控制电路构造用于实施根据权利要求1至3中任一项所述的方法。

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