CN116195138A - 雷达系统、雷达系统的天线阵列、车辆和操作雷达系统的方法 - Google Patents

Abstract

一种雷达系统包括多个发射天线(26)和多个接收天线(28)，发射天线可以通过相应的发射信号来控制，通过接收天线可以接收发射的雷达信号的回波并将其转换成对应的接收信号。雷达系统另外包括至少一个控制和评估装置(24)，其连接到发射天线(26)和接收天线(28)。至少两个相邻发射天线(26)的相应相位中心(32)布置在假想发射器纵向轴线(34)上。至少一个附加发射天线(26)的相位中心(32)布置在距发射器纵向轴线(34)的发射器横向距离(36)处。垂直于发射器纵向轴线(34)穿过至少一个附加发射天线(26)的相位中心(32)延伸的假想发射器横向轴线(38)与垂直于发射器纵向轴线(34)穿过发射器纵向轴线(34)上的至少两个发射天线(26)之一的相位中心(32)延伸的假想发射器横向轴线(38)间隔开基本距离(40)。发射器纵向轴线(34)上的至少两个相邻发射天线(26)的假想发射器横向轴线(38)之间的发射器纵向距离(42)大于基本距离(40)。

Description

雷达系统、雷达系统的天线阵列、车辆和操作雷达系统的方法

技术领域

本发明涉及一种用于监控物体的至少一个监控区域的雷达系统，

具有多个发射天线，所述发射天线可以使用相应的发射信号来控制，并且可以用于将适用的雷达信号发射到至少一个监控区域中，

具有多个接收天线,其可用于接收发射的雷达信号的回波并将所述回波转换成对应的接收信号，

并且具有至少一个连接到发射天线和接收天线的控制和评估装置，该控制和评估装置可用于产生用于控制发射天线的发射信号，并且可用于从接收的信号中确定与使用雷达信号检测的物体相关的物体信息。

此外，本发明涉及一种用于监控物体的至少一个监控区域的雷达系统的天线阵列，

具有多个发射天线，所述发射天线可以使用相应的发射信号来控制并且可以用于发射适用的雷达信号，

并且具有多个接收天线，所述接收天线可用于接收发射的雷达信号的回波并将所述回波转换成对应的接收信号。

本发明还涉及一种具有用于监控物体的至少一个监控区域的至少一个雷达系统的车辆，该至少一个雷达系统具有：

多个发射天线，所述发射天线可以使用相应的发射信号来控制，并且可以用于将适用的雷达信号发射到至少一个监控区域中，

多个接收天线，所述接收天线可用于接收发射的雷达信号的回波并将所述回波转换成对应的接收信号，

以及至少一个连接到发射天线和接收天线的控制和评估装置，该控制和评估装置可以用于产生用于控制发射天线的发射信号，并且可以用于从接收的信号中确定与使用雷达信号检测的物体相关的物体信息。

此外，本发明涉及一种用于操作用于监控物体的至少一个监控区域的雷达系统的方法，该方法包括：

使用发射信号控制多个发射天线并将适用的雷达信号发射到监控区域中，

使用多个接收天线接收发射的雷达信号的回波并将所述回波转换成对应的接收信号，并使用信号处理来处理接收的信号，

从接收的信号中确定关于监控区域中的物体的物体信息。

背景技术

从DE102018118238A1已知用于操作雷达设备的方法和雷达设备。该方法包括使用至少两个彼此间隔设置的发射天线元件向监控区域发射发射信号。如果需要，使用至少一个接收阵列元件接收由存在于监控区域中的至少一个物体反射的回波信号。从回波信号中确定至少一条物体信息。雷达设备或者在范围操作模式下操作，其中至少两个发射天线元件用于同时发射相同的发射信号，并且从对应的回波信号中确定至少一个物体相对于雷达设备的距离和/或速度，或者在方向操作模式下工操作，其中至少两个发射天线元件用于发射彼此可区分的发射信号，相应可区分的回波信号被分配给发射天线元件，并且物体的至少一个方向分量被确定。

本发明的目的是设计雷达系统、天线阵列、车辆以及在开头提到的类型的方法，其中雷达系统的性能在雷达系统的检测范围和用于方向确定的角度分辨率方面得到改进。

发明内容

根据本发明，这个目的对于雷达系统来说是这样实现的：

至少两个相邻发射天线的相应相位中心布置在假想发射器纵向轴线上，

至少一个另外发射天线的相位中心布置在距发射器纵向轴线的发射器横向间隔处，

穿过至少一个另外发射天线的相位中心垂直于发射器纵向轴线延伸的假想发射器横向轴线与穿过发射器纵向轴线上的至少两个发射天线之一的相位中心垂直于发射器纵向轴线延伸的假想发射器横向轴线具有基本间隔，并且

发射器纵向轴线上的至少两个相邻发射天线的相应假想发射器横向轴线之间的发射器纵向间隔大于基本间隔。

根据本发明，至少两个发射天线沿着发射器纵向轴线布置。至少一个另外发射天线邻近发射器纵向轴线布置。邻近发射器纵向轴线布置的至少一个发射天线也位于邻近另外两个发射天线中的至少一个的适用发射器横向轴线的基本间隔处。

本发明的发射天线装置既可以在方向操作模式下操作，其中可以使用不同的发射信号来控制发射天线，也可以在范围操作模式下操作，其中可以使用相同的发射信号来控制发射天线。

在一有利实施例中，

发射器纵向间隔可以是基本间隔的整数倍，特别是加上或减去公差，和/或

发射器横向间隔可以大于基本间隔，

和/或

发射器横向间隔可以小于发射器纵向间隔。

以这种方式可以实现特别紧凑的发射天线装置。

在另一有利实施例中，至少一个另外发射天线的发射器横向轴线可以布置在发射器纵向轴线上相邻的至少两个发射天线的发射器横向轴线之间。以这种方式，可以更紧凑地实现发射天线装置。

在另一有利实施例中，

至少一些发射天线至少暂时使用相同的发射信号是可控制的，和/或

至少一些发射天线至少暂时使用不同的发射信号是可控制的，使得相应发射的雷达信号至少在接收天线处是至少暂时可区分的，

和/或

至少一些发射天线使用相同的发射信号或不同的发射信号以可切换的方式是可控制的。

使用相同的发射信号至少暂时控制至少一些发射天线允许适用的发射天线同时发射相同的雷达信号。来自各个发射天线的雷达信号因此可被组合以形成具有更大信号强度的公共雷达信号。这样，可以增加检测范围。使用相同的发射信号控制至少一些发射天线的雷达系统的操作模式可被称为范围操作模式。

使用波束形成方法可以有利地操作至少两个相邻发射天线。在波束形成方法中，多个发射通道每个都能够相干地使用特别是以基本间隔布置的相邻发射天线来发射具有定义的相位偏移的相同雷达信号。

能够区分雷达信号允许使用接收天线接收的雷达信号的对应回波能够被分配给适用的发射天线。以这种方式，可以减少用于方向确定的发射天线的投资。雷达系统的操作模式可被称为方向操作模式，其中至少两个发射天线被控制为使得相应发射的雷达信号至少在接收天线处是至少暂时可区分的。

使用MIMO方法可以有利地操作至少两个发射天线。在MIMO方法中，发射天线发射相应的雷达信号，所述雷达信号至少在接收天线处是至少暂时可区分的。以这种方式，可以提高用于方向确定的角度分辨率。

因为至少一些发射天线使用相同的发射信号或不同的发射信号以可切换的方式是可控制的，所以雷达系统可以在方向操作模式和范围操作模式之间切换。至少一些发射天线可以有利地自动和/或根据需要进行切换。

在方向操作模式下比在范围操作模式下可能有更高的角度分辨率。相反，在范围操作模式下比在方向操作模式下可能有更大的检测范围。

雷达系统，特别是雷达系统的至少一个控制和评估装置，可以有利地具有至少一个切换装置，该切换装置可以用于在可以使用相同的发射信号控制至少一些发射天线的操作模式(特别是范围操作模式或波束形成模式)和可以使用不同的发射信号控制至少一些发射天线的操作模式(特别是方向模式或MIMO模式)之间切换雷达系统。

至少四个接收天线的相应相位中心可以有利地布置在假想接收器纵向轴线上，至少两个相邻接收天线的相应相位中心可以彼此以基本间隔布置，

并且至少两个相邻接收天线的相应相位中心可以彼此大于基本间隔的相应接收器纵向间隔布置。

四个接收天线可以有利地沿着假想接收器纵向轴线彼此相邻布置。这里，至少两个接收天线可以基本间隔布置。以此方式，接收天线可以用于执行不同的方向确定。至少两个接收天线可以更大间隔布置。这样，接收天线装置总体上可以更大。这样，可以扩大雷达系统的孔径。

本发明的接收天线装置可以用于在使用不同的发射信号来控制发射天线的方向操作模式和使用相同的发射信号来控制发射天线的范围操作模式下使用雷达系统。

至少一个接收器纵向间隔可以有利地是基本间隔的整数倍，特别是加上或减去公差。这样，接收天线装置的范围可以在接收器纵向轴线的方向上增加。这样，由发射装置和接收器装置形成的相应大的虚拟接收天线阵列可以在雷达系统的方向操作模式下促进相应大的孔径。

位于接收器纵向轴线外侧的两个接收天线的相位中心可以有利地以基本间隔布置。以这种方式，可以在雷达系统的方向操作模式下实现有助于更好角度分辨率的相应虚拟接收天线阵列。

彼此相邻的至少两个接收天线的相位中心可以有利地布置在以基本间隔布置的两个接收天线的相位中心的同一侧，

其中最靠近以基本间隔布置的两个接收天线的接收天线的相位中心和以基本间隔布置的两个接收天线中的最靠近的相位中心之间的接收器纵向间隔可以小于最靠近以基本间隔布置的两个接收天线的接收天线的相位中心和远离以基本间隔布置的两个接收天线的接收天线的相位中心之间的接收器纵向间隔，

或者

其中最靠近以基本间隔布置的两个接收天线的接收天线的相位中心和以基本间隔布置的两个接收天线中的最靠近的相位中心之间的接收器纵向间隔可以大于最靠近以基本间隔布置的两个接收天线的接收天线的相位中心和远离以基本间隔布置的两个接收天线的接收天线的相位中心之间的接收器纵向间隔。这样，在雷达系统的方向操作模式下，可以实现结合大孔径和大角度分辨率的虚拟接收天线阵列。

如果最接近接收天线的接收器纵向间隔小于远程接收天线的接收器纵向间隔，则接收天线装置可以更紧凑。

在这种情况下，基本间隔和两个纵向间隔可以有利地根据Golomb标尺上的标记来布置。

如果最接近接收天线的接收器纵向间隔大于远程接收天线的接收器纵向间隔，则可以在雷达系统的方向操作模式下实现有助于相应大角度分辨率的相应扩展的虚拟接收天线阵列。在这种情况下，在雷达系统的范围操作模式下可以促进更大的孔径。

三个相邻接收天线之间的两个接收器纵向间隔中的较大者和两个接收器纵向间隔中的较小者的商可以有利地为1.5或1.5的整数倍。这样，可以提高角度测量的清晰度。

三个相邻接收天线之间的两个接收器纵向间隔中的较大者和两个接收器纵向间隔中的较小者的商可以有利地是1.5的两倍，也就是说3。

在另一有利实施例中，基本间隔可以对应于使用发射天线发射的雷达信号的波长的一半，特别是加上或减去公差。以这种方式，在雷达系统的方向操作模式下，可以在发射器处实现明显定向的雷达信号。此外，在方向操作模式下，可以进行不同的角度测量。

至少一个发射天线可以有利地具有多个天线元件。这样，可以改善至少一个发射天线的发射特性。可替代地或另外，至少一个接收天线可以有利地具有多个天线元件。这样，可以改善至少一个接收天线的接收特性。

发射天线的相位中心可以有利地布置在发射天线平面中。这样，可以更容易地定义相位中心的位置。这样，可以进行更精确的雷达测量。发射天线的主波束方向可以有利地垂直于发射天线平面延伸。这样，可以更容易地定义主波束方向。

可替代地或另外，接收天线的相位中心可以有利地布置在接收天线平面中。这样，可以更容易地定义相位中心的位置。这样，可以进行更精确的雷达测量。接收天线的主接收方向可以有利地垂直于接收天线平面延伸。这样，可以更容易地定义主接收方向。

可替代地或另外，发射天线的相位中心和接收天线的相位中心可以有利地布置在公共天线平面中。这样，相位中心的位置可被更精确地布置。

至少一些发射天线可以有利地实现为天线阵列。这样，发射天线可被制造和组装在一起。

可替代地或另外，至少一些接收天线可以有利地实现为天线阵列。这样，接收天线可被制造和组装在一起。

可替代地或另外，至少一些发射天线和至少一些接收天线可以有利地实现为公共天线阵列。这样，发射天线和接收天线可被制造和组装在一起。

发射天线装置和接收天线装置的特殊创造性组合意味着，当雷达系统在方向操作模式特别是MIMO模式下操作时，可以实现结合大孔径和大角度分辨率的虚拟接收天线阵列。

雷达系统可以用于确定物体信息，特别是物体、特别是物体目标相对于雷达系统的距离、方向和/或速度。物体目标是物体上发生雷达信号反射的区域，可以使用接收天线将其作为回波接收。

方向确定是确定目标相对于雷达系统所处的方向。在这种情况下，方向可被指定为相对于雷达系统的参考轴线的角度，特别是发射天线的主波束方向。

发射器纵向轴线和/或接收器纵向轴线以及发射天线的主波束方向可以有利地在空间中水平定向。以这种方式，可以角度分辨率监控水平延伸的监控区域。在这里，方向可被确定为方位角。

雷达系统可以有利地具有用于控制发射天线的装置，特别是用于产生发射信号的装置。此外，雷达系统可以具有用于处理接收信号的装置。用于控制和/或处理的装置可以使用公共控制和评估装置以软件和/或硬件的形式实现。控制和评估装置可以具有用于发射号的合适的发射通道和/或用于接收信号的接收通道。发射信号和/或接收信号可以是电信号。这样，电子装置可以用于控制和/或评估。

本发明可以用于车辆的雷达系统，特别是机动车辆。本发明可以有利地用于陆基交通工具，特别是汽车、卡车、公共汽车、摩托车等、飞机和/或船只。本发明也可以用于能够自主或至少半自主操作的车辆。然而，本发明不限于车辆。它也可以用于静止操作的雷达系统。

雷达系统可以有利地连接到车辆的至少一个电子控制设备，特别是驾驶员辅助系统和/或底盘控制系统和/或驾驶员信息设备和/或停车辅助系统和/或手势识别系统等，或者可以是这种设备或系统的一部分。这样，车辆可以自主或半自主操作。

雷达系统可以用于检测站立或移动的物体，特别是车辆、人、动物、植物、障碍物、道路不平，特别是坑洼或岩石、道路边界、路标、空地，特别是停车位、降水等。

在另一有利实施例中，发射天线和接收天线的布置可以用在雷达系统的方向操作模式下，以实现虚拟接收天线阵列，其中至少两个相邻虚拟接收阵列元件可以布置在至少一个假想阵列纵向轴线上，

其中至少两个相邻虚拟接收阵列元件可以彼此以基本间隔布置，

和/或

其中至少两个相邻虚拟接收阵列元件可以大于基本间隔的间隔布置，和/或

其中至少两个相邻虚拟接收阵列元件可以对应于基本间隔的整数倍的间隔布置。彼此以基本间隔布置的虚拟接收阵列元件可以用于实现不同的方向确定。总之，间隔大于基本间隔的虚拟接收阵列单元可以用于实现更大的虚拟接收天线阵列。可以使用更大的虚拟接收天线阵列来实现更大的孔径。因此，总的来说，雷达系统可以在相应大的角度范围内使用，以清楚和更精确地确定目标物体的方向。

通过发射天线的相位中心位置和接收天线的相位中心位置的几何卷积，本发明的发射天线和接收天线的布置可以用于实现具有大量虚拟接收阵列元件的虚拟接收天线阵列。

在另一有利实施例中，虚拟接收天线阵列中的虚拟接收阵列元件可以分布在至少两个假想阵列纵向轴线上的方式布置，

其中布置在不同阵列纵向轴线上的至少两个虚拟接收阵列元件在沿阵列纵向轴线方向观察时可以布置在相同的高度，

和/或

其中在不同的阵列纵向轴线上布置的至少两个虚拟接收阵列元件可以在阵列纵向轴线方向上观察时彼此偏移的方式布置，

和/或

其中在不同的阵列纵向轴线上布置的至少两个虚拟接收阵列元件可以在阵列纵向轴线方向上观察时彼此偏移基本间隔的方式布置。

虚拟接收阵列元件在不同阵列纵向轴线上的布置允许在二维中确定目标物体的方向。当确定目标物体的方向时，虚拟接收阵列元件的偏移布置允许获得更好的角度分辨率。

根据本发明，目的还通过天线阵列来实现，其中至少两个相邻发射天线的相应相位中心布置在假想发射器纵向轴线上，

至少一个另外发射天线的相位中心布置在距发射器纵向轴线的发射器横向间隔处，

穿过至少一个另外发射天线的相位中心垂直于发射器纵向轴线延伸的假想发射器横向轴线与穿过发射器纵向轴线上的至少两个发射天线之一的相位中心垂直于发射器纵向轴线延伸的假想发射器横向轴线具有基本间隔，并且

发射器纵向轴线上的至少两个相邻发射天线的相应假想发射器横向轴线之间的发射器纵向间隔大于基本间隔。

根据本发明，目的还通过车辆实现，其中车辆具有至少一个本发明的雷达系统。

根据本发明，车辆具有可以用于监控车辆周围物体的至少一个雷达系统。借助至少一个雷达系统确定的物体信息可以与驾驶员辅助系统一起用于控制车辆的操作。这样，车辆可以自主或半自主操作。

根据本发明，目的进一步通过方法实现，其中，

在至少两个雷达测量之间，在范围操作模式和方向操作模式之间进行切换，在范围操作模式下，使用相同的发射信号至少暂时控制至少一些发射天线，

以及在方向操作模式下，至少暂时使用不同的发射信号控制至少一些发射天线，使得相应发射的雷达信号至少在接收天线处是至少暂时可区分的。

根据本发明，雷达系统交替地在获得长检测距离的范围操作模式下和在增加用于方向确定的角度分辨率的方向操作模式下操作。

方向操作模式下的可区分性允许反射的雷达信号，也就是说回波，在接收天线处被分配给相应的发射天线。

至少两个发射天线可以有利地用于发射不同编码的雷达信号。这样，雷达信号可以在接收天线处至少暂时相互区分。

发射信号可以有利地相互编码，特别是通过相位调制，以便产生可区分的雷达信号。以这种方式，可以在发射信号和接收信号之间实现至少暂时的信令正交性。这样，雷达信号和相应的回波可以彼此区分开来。

通过适当的评估，特别是使用傅立叶变换，可以在接收器处有利地处理接收的信号。用于执行评估的装置可以有利地以软件和/或硬件的形式实现，特别是在至少一个控制和评估装置中。

否则，与本发明的雷达系统、本发明的天线阵列、本发明的车辆和本发明的方法及其各自的有利配置相关联地示出的特征和优点以相互对应的方式应用，反之亦然。各个特征和优点当然可以相互结合，其中可以出现超出各个效果总和的其他有利效果。

附图说明

从下面的描述中，本发明的其他优点、特征和细节将变得显而易见，其中参照附图更详细地解释了本发明的示例性实施例。本领域技术人员也将方便地单独考虑在附图、说明书和权利要求中组合公开的特征，并将它们组合以形成有意义的进一步组合。示意性地，在附图中，

图1示出了机动车辆的前视图，该机动车辆具有驾驶员辅助系统和雷达系统，该雷达系统用于监控在行驶方向上机动车辆前方的监控区域；

图2示出了图1中机动车辆的平面图；

图3示出了图1和2中机动车辆的侧视图；

图4示出了根据第一示例性实施例的具有发射天线和接收天线的雷达系统的天线阵列的前视图，其可以用于图1至图3的机动车辆中；

图5示出了当雷达系统利用图4中的天线阵列在方向操作模式下操作时实现的虚拟接收天线阵列；

图6示出了来自图4的天线阵列的范围/方向图，其中当雷达系统在范围操作模式和方向操作模式下操作时，雷达系统的检测范围示出为方向的函数；

图7示出了当检测到目标物体时，来自图4的天线阵列的接收信号/方向图，雷达系统在方向操作模式下操作；

图8示出了当检测到两个目标物体时，图4的天线阵列的具有大量测量曲线的接收信号/方向图，雷达系统在方向操作模式下操作；

图9示出了当检测到来自图8的两个目标物体时，来自图4的天线阵列的接收信号/方向图，雷达系统在范围操作模式下操作；

图10示出了根据第二示例性实施例的雷达系统的具有发射天线和接收天线的阵列的前视图，该雷达系统可用于图1至图3的机动车辆中；

图11示出了当雷达系统利用图10的天线阵列在方向操作模式下操作时实现的虚拟接收天线阵列；

图12示出了来自图10的天线阵列的范围/方向图，其中当雷达系统在范围操作模式和方向操作模式下操作时，检测范围示出为方向的函数；

图13示出了当检测到目标物体时，来自图10的天线阵列的接收信号/方向图，雷达系统在方向操作模式下操作；

图14示出了当检测到两个目标物体时，来自图10的天线阵列的具有大量测量曲线的接收信号/方向图，雷达系统在方向操作模式下操作；

图15示出了当检测到来自图14的两个目标物体时，具有来自图10的天线阵列的雷达系统的接收信号/方向图，雷达系统在范围操作模式下操作。

在附图中，相同的部件具有相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出了汽车形式的机动车辆10的前视图。图2示出了机动车辆10的平面图。在图3中，机动车辆10以侧视图示出。

机动车辆10具有雷达系统12。作为示例，雷达系统12布置在机动车辆10的前翼子板中。雷达系统12可以用于监控物体18的在行驶方向16上机动车10前方的监控区域14。雷达系统12也可以不同地布置和定向在机动车辆10上的另一个位置。雷达系统12可以用于确定物体18的物体目标相对于机动车辆10或雷达系统12的物体信息，例如距离r和方向，例如以方位角φ和仰角θ的形式。可选地，也可以确定物体目标相对于机动车辆10的速度。物体18的物体目标是物体18的一部分，雷达波束可以在其上反射并作为回波返回。

物体18可以是站立的或移动的物体，例如其他车辆、人、动物、植物、障碍物、道路不平，例如坑洼或岩石、道路边界、路标、空地，例如停车位、降水等。

为了更好地定向，笛卡尔xyz坐标系的适用坐标轴如图1至图5、图10和图11所示。在所示的示例性实施例中，x轴在机动车辆10的车辆纵向轴线方向上延伸，y轴沿着车辆横向轴线延伸，z轴垂直于x-y平面在空间上向上延伸。当机动车辆10在水平道路上运行时，x轴和y轴在空间上水平延伸，而z轴在空间上竖直延伸。

雷达系统12配置为调频连续波雷达。在专家圈子中，调频连续波雷达系统也被称为FMCW(调频连续波)雷达系统。雷达系统12可以用于以相对于方位角θ和仰角φ的大角度分辨率来检测远距离r处的物体18。

雷达系统12连接到驾驶员辅助系统20。驾驶员辅助系统20可以用于自主或半自主地操作机动车辆10。

雷达系统12包括天线阵列22以及控制和评估装置24。图4示出了根据第一示例性实施例的天线阵列22。图10示出了根据第二示例性实施例的天线阵列。

下面结合图4至9首先描述根据第一示例性实施例的雷达系统12连同天线阵列22。

举例来说，天线阵列22具有三个发射天线26和四个接收天线28。作为示例，接收天线28在空间上布置在发射天线26下方。然而，接收天线28也可以布置在发射天线26上方、旁边或至少在某些情况下与发射天线26相同的高度，例如在发射天线26之间。

每个发射天线26连接到相应的发射通道。发射通道可以用于使用适当的电发射信号来控制相应的发射天线26。因此，每个接收天线28连接到相应的接收通道。接收通道可用于传输来自接收天线28的电接收信号。例如，发射通道和接收通道可以集成在控制和评估装置24中。

通过使用用于控制的电发射信号，发射天线26可以用于发射适用的雷达信号30。

每个发射天线26的位置由其相应的相位中心32定义。

两个发射天线26的相应相位中心32相邻地布置在假想发射器纵向轴线34上。举例来说，发射器纵向轴线34平行于y轴延伸。

第三发射天线26的相位中心32布置在发射器纵向轴线34的旁边，在图4中位于其下方。第三发射天线26位于距发射器纵向轴线34的发射器横向间隔36处。

相应的假想发射器横向轴线38分别穿过三个发射天线26的相位中心32。发射器横向轴线38垂直于发射器纵向轴线34延伸，例如平行于z轴。

各个发射天线26的发射器横向轴线38布置在在发射器纵向轴线34上相邻的两个发射天线26的发射器横向轴线38之间。

各个发射天线26的发射器横向轴线38位于发射器纵向轴线34上，与图4右侧的发射天线26的发射器横向轴线38相距基本间隔40。举例来说，基本间隔40对应于使用发射天线26发射的雷达信号30的波长λ的一半，可选地加上或减去公差。

发射器纵向轴线34上的两个发射天线26的相应发射器横向轴线38之间的发射器纵向间隔42是基本间隔40的三倍，可选地加上或减去公差。发射器横向间隔36小于发射器纵向间隔42，并且大于基本间隔40。

此外，举例来说，天线阵列22具有四个接收天线28。接收天线28可用于接收发射的雷达信号30的回波44，并将所述回波转换成对应的电接收信号。

作为示例，发射天线26的相位中心32和接收天线28的相位中心32布置在公共天线平面中。举例来说，天线平面平行于y-z平面延伸。发射天线26的主波束方向例如垂直于天线平面延伸，也就是说平行于车辆纵向轴线或平行于x轴。举例来说，接收天线28的主接收方向同样垂直于天线平面。

接收天线28的相应相位中心32布置在假想接收器纵向轴线46上。接收器纵向轴线46平行于发射器纵向轴线34延伸。

在图4中，当从左侧观察时，第一和第二接收天线28的相位中心32彼此以基本间隔40布置。以基本间隔40布置的两个接收天线28可以用于对物体目标执行不同的方向确定。

第三和第四接收天线28的相位中心32布置在以基本间隔40布置的两个接收天线28的相位中心32的同一侧。

图4中左起第二接收天线28的相位中心32布置在距左起第三接收天线28的相位中心32第一接收器纵向间隔48a处。第一接收器纵向间隔48a是基本间隔40的两倍，可选地加上或减去公差。

图4中左起第三接收天线28的相位中心32布置在距左起第四接收天线28的相位中心32第二接收器纵向间隔48b处。第二接收器纵向间隔48b是基本间隔40的六倍，可选地加上或减去公差。第二接收器纵向间隔48b和第一接收器纵向间隔48a的商是3。

举例来说，基本间隔40和两个接收器纵向间隔48a和48b可以根据Golomb标尺上的标记来布置。

两个外部接收天线28之间的最大间隔，即第一接收天线28和左起第四接收天线28，用于实现雷达系统12在方位角φ方向上的相应大的孔径。

发射天线26的相位中心32和接收天线28的相位中心32的特定布置允许在雷达系统12的方向操作模式下实现图5所示的虚拟接收天线阵列50，该阵列在方位角φ的方向上结合了大孔径和大角度分辨率。作为示例，接收阵列元件52通过发射天线26的相位中心32的位置和接收天线28的相位中心32的位置的几何卷积来实现。

虚拟接收天线阵列50总共有12个虚拟接收阵列单元52。接收阵列元件52以分布在第一假想阵列纵向轴线54a和第二假想阵列纵向轴线54b上的方式布置。接收阵列元件52在阵列纵向轴线54a和54b上的分布式布置允许在两个空间维度上确定目标物体的方向，即在y轴或方位角φ的方向上和z轴或仰角θ的方向上。作为示例，接收阵列元件52位于公共阵列平面中。举例来说，阵列平面平行于y-z平面延伸。

六个接收阵列元件52布置在第一假想阵列纵向轴线54a上。

当从图5的左侧观察时，第一和第二接收阵列元件52、第三和第四接收阵列元件52以及第四和第五接收阵列元件52每个彼此以基本间隔40布置在第一阵列纵向轴线54a上。彼此以基本间隔40布置的接收阵列元件52可以用于实现不同的方向确定。

当从图5的左侧观察时，第一阵列纵向轴线54a上的第二和第三接收阵列元件52、第五和第六接收阵列元件52、第六和第七接收阵列元件52以及第七和第八接收阵列元件52彼此以第一间隔56a布置。第一间隔50a对应于基本间隔40的两倍。

第七和第八接收阵列元件52之间的第二间隔56b对应于基本间隔40的四倍。

四个接收阵列元件52布置在第二假想阵列纵向轴线54b上。第二阵列纵向轴线54b在阵列平面中平行于第一阵列纵向轴线54a延伸。两个阵列纵向轴线54a和54b平行于y轴延伸。

当沿阵列纵向轴线54a和54b的方向观察时，当从图5的左侧观察时，第二阵列纵向轴线54b上的第一接收阵列元件52布置在与第一阵列纵向轴线54a上的第三接收阵列元件52相同的高度。当沿阵列纵向轴线54a和54b的方向观察时，在第二阵列纵向轴线54b上从左侧起的第二接收阵列元件52布置在与第一阵列纵向轴线54a上的第四接收阵列元件52相同的高度。

当沿阵列纵向轴线54a和54b的方向观察时，当从图5的左侧观察时，第二阵列纵向轴线54b上的第三接收阵列元件52在每种情况下以基本间隔40居中地布置在第一阵列纵向轴线54a上的第五和第六接收阵列元件52之间，也就是说以偏离所述元件的方式。

当沿阵列纵向轴线54a和54b的方向观察时，当从图5的左侧观察时，第二阵列纵向轴线54b上的第四接收阵列元件52布置在第一阵列纵向轴线54a上的第七和第八接收阵列元件52之间，与第八接收阵列元件52相距基本间隔40，也就是说以偏离所述元件的方式。

当从图5的左侧观察时，第二阵列纵向轴线54b上的第一和第二接收阵列元件52布置成彼此相距基本间隔40。

当从左侧观察时，第二阵列纵向轴线54b上的第二和第三接收阵列元件52彼此以第一间隔56a布置，该第一间隔对应于基本间隔40的两倍。当从左侧观察时，第二阵列纵向轴线54b上的第三和第四接收阵列元件52以第三间隔56c彼此布置，该第三间隔56c对应于基本间隔40的六倍。

雷达系统12在纵向轴线54a和54b的方向上也就是在y轴的方向上的孔径由虚拟接收天线阵列50的最大宽度定义。虚拟接收天线阵列50在阵列纵向轴线54a和54b方向上的最大宽度由第一阵列纵向轴线54上的两个外部接收阵列元件52之间的间隔56d规定。两个外部接收阵列元件52之间的间隔56d对应于基本间隔40的12倍。

当以方位角φ和仰角θ确定目标物体的方向时，接收阵列元件52在两个阵列纵向轴线54a和54b上的偏移布置允许获得更好的角度分辨率。

控制和评估装置24以软件和硬件的形式实现。控制和评估装置24连接到发射天线26和接收天线28。控制和评估装置24可以用于生成用于控制发射天线26的电发射信号。此外，控制和评估装置24可以用于从接收天线28的电接收信号中确定与使用雷达信号30检测的物体18相关的物体信息。

雷达系统12可以在范围操作模式和方向操作模式之间切换。为此，发射天线26可使用相同的发射信号或不同的发射信号以可切换的方式是可控制的。因此，接收天线28可以在范围操作模式和方向操作模式之间切换。

从范围操作模式到方向操作模式的切换可以自动进行或者根据需要进行。在方向操作模式下比在范围操作模式下用于方向确定的更高角度分辨率是可能的。相反，在范围操作模式下比在方向操作模式下可能有更大的检测范围。控制和评估装置24具有切换装置58，其可以用于在范围操作模式和方向操作模式之间切换雷达系统12。

在雷达系统12的范围操作模式下，发射天线26可使用相同的发射信号来控制。使用相同的发射信号控制发射天线26允许适用的发射天线26同时发射相同的雷达信号30。为此，发射天线26可以使用所谓的波束形成方法来操作。在这种情况下，多个发射通道中的每个都能够相干地使用相邻的发射天线26来发射具有定义的相位偏移的相同雷达信号30。各个发射天线26的雷达信号30的信号强度相加得到更大的信号强度。这样，可以增加检测范围。

雷达系统12用于连续地执行雷达测量，以便监控物体18的监控区域14。每个雷达测量包括雷达系统12以范围操作模式操作的范围测量序列和雷达系统12以方向操作模式操作的方向测量序列。在雷达测量期间，雷达系统12从范围操作模式切换到方向操作模式。每个雷达测量可以从范围测量序列或方向测量序列开始。

举例来说，下面的文字描述了从范围测量序列开始的雷达测量。

范围测量序列涉及控制和评估装置24，其用于通过使用相同发射信号的相应发射通道来控制发射天线26。每个发射天线26同时发射相同的雷达信号30。各个雷达信号30的信号强度相加，并且随着检测距离的增加一起发射到监控区域14中。

如果雷达信号30击中物体18，则雷达信号30被相应的物体目标反射。使用接收天线28接收反射雷达信号30的回波44，并将其转换成相应的接收信号。

接收的信号被传输到控制和评估装置24，并由后者进行信号处理，例如通过傅立叶变换。从接收的信号中确定关于物体18的物体信息，即距离r、方向，即方位角φ和仰角θ，以及可选地检测到的目标物体相对于雷达系统12的速度。

然后，雷达系统12例如使用控制和评估装置24从范围操作模式切换到方向操作模式，并且执行方向测量序列。

方向测量序列涉及控制和评估装置24，其用于通过使用不同发射信号的相应发射通道来控制发射天线26。不同的发射信号相对于彼此被编码。发射天线26发射雷达信号30，其相对于彼此被适当编码。雷达信号30被发射到监控区域14中。

如果可区分的雷达信号30击中物体18，则雷达信号30被相应的物体目标反射。使用接收天线28接收反射的可区分雷达信号30的回波44，并将其转换成相应的接收信号。

接收的信号被传输到控制和评估装置24。接收的信号被分配给发射天线26，由于雷达信号30和回波44的可区分性，这是可能的。分配的接收信号经过信号处理，例如通过傅立叶变换。从接收的信号中确定关于物体18的物体信息，即距离r、方向，即方位角φ和仰角θ，以及可选地检测到的目标物体相对于雷达系统12的速度。

总之，在雷达测量期间，在范围测量序列中比在方向测量序列中在更大的检测距离中确定与物体目标相关的物体信息。在方向测量序列中以比范围测量序列中更短的检测距离，但是以比范围测量序列中更高的角度分辨率，来确定与物体目标相关的物体信息。

为了比较，图6使用虚线示出了雷达系统12在范围操作模式下的范围/方向图60a，使用实线示出了雷达系统12在方向操作模式下的范围/方向图60b。这里记录了方位角φ上的相应距离。从图6中可以看出，雷达系统12在范围操作模式下具有约250米的最大检测距离。然而，在方向操作模式下，雷达系统12具有仅略小于200米的最大检测范围。相比之下，雷达系统12在方向操作模式下在方位角φ方向上具有比在范围操作模式下更大的视野。

图7以图示的方式示出了来自方向测量序列的接收信号/方向图62a，其中在机动车辆10前方的0°方位角处检测到目标物体。旁瓣电平约为8dB。这足以相对于方向即相应的方位角φ分辨具有不同反射率的目标物体，例如在机动车辆10的实际驾驶情况下。

图8通过图示的方式示出了多个方向测量序列的一族接收信号/方向图62b，其中在机动车辆10的前方围绕0°方位角φ的约11°的角度间隔处检测到两个目标物体，它们相对于雷达系统12具有相同的距离r和相同的速度。该族接收信号/方向图62b中的曲线对应于发射信号的不同相位差。对于所有可能的相位差，可以区分两个目标物体。该族接收信号/方向图62b中的曲线可以例如使用所谓的波束形成方法和/或所谓的超分辨率方法等来确定。

图9示出了对应于图8的方向测量序列的范围测量序列中的接收信号/方向图。基于方位角φ的角度分辨率约为11°。这种情况下的旁瓣电平约为3dB，这不足以分辨在范围工作模式下的两个目标物体。

图10示出了根据第二示例性实施例的雷达系统12的天线阵列22。图11示出了属于图10的天线阵列22的虚拟接收天线阵列50。

与图4至11的第一示例性实施例相似的那些元件具有相同的附图标记。第二示例性实施例与第一示例性实施例的不同之处在于，左侧起第二接收天线28的相位中心32与左侧起第三接收天线28的相位中心32相距接收器纵向间隔48c。接收器纵向间隔48c对应于基本间隔40的三倍，可选地加上或减去公差。

图10中左起第三接收天线28的相位中心32布置在距左起第四接收天线28的相位中心32的接收器纵向间隔48a处。接收器纵向间隔48a对应于基本间隔40的两倍，可选地加上或减去公差。纵向间隔48c和纵向间隔48a的商是1.5。

根据图11的第二示例性实施例的虚拟接收天线阵列50与根据图5的第一示例性实施例的虚拟接收天线阵列50的不同之处在于，根据第二示例性实施例的虚拟接收天线阵列50仅具有11个接收天线28，其中只有7个布置在第一阵列纵向轴线54a上。

与第一示例性实施例相反，在第二示例性实施例中，在第一阵列纵向轴线54a上左起第三接收阵列元件52布置在距左起第二接收阵列元件52的间隔56e处，该间隔对应于基本间隔40的三倍。左起第七接收阵列元件52是第一阵列纵向轴线54a上最右边的接收阵列元件52。虚拟接收天线阵列50的最大宽度对应于左接收阵列元件52和右接收阵列元件52之间的间隔56f。间隔56f对应于基本间隔40的十倍。

此外，当沿阵列纵向轴线54a和54b的方向观察时，当从左侧观察时，在第二阵列纵向轴线54b上的第一接收阵列元件52布置在第一阵列纵向轴线54a上的第二和第三接收阵列元件52之间，与第三接收阵列元件52相距基本间隔40，也就是说以偏离所述元件的方式。

当沿阵列纵向轴线54a和54b的方向观察时，当从左侧观察时，第二阵列纵向轴线54b上的第二接收阵列元件52布置在与第一阵列纵向轴线54a上的第三接收阵列元件52相同的高度处。

当沿阵列纵向轴线54a和54b的方向观察时，当从左侧观察时，第二阵列纵向轴线54b上的第四接收阵列元件52在每种情况下以基本间隔40居中地布置在第一阵列纵向轴线54a上的第六和第七接收阵列元件52之间，也就是说以偏离所述元件的方式。

用于监控物体18的监控区域14的方法涉及根据第二示例性实施例的具有天线阵列22的雷达系统12，其操作类似于根据第一示例性实施例的具有天线阵列22的雷达系统12。

为了比较，图12使用虚线示出了雷达系统12在范围操作模式下的范围/方向图60c，使用实线示出了雷达系统12在方向操作模式下的范围/方向图60d。这里记录了方位角φ上的相应距离。从图12中可以看出，雷达系统12在范围操作模式下具有约250米的最大检测距离。然而，在方向操作模式下，雷达系统12具有仅略小于200米的最大检测范围。相比之下，雷达系统12在方向操作模式下在方位角φ方向上具有比在范围操作模式下更大的视野。

作为说明，图13示出了方向测量序列的接收信号/方向图62d，其中在这足以相对于方向即相应的方位角φ分辨具有不同反射率的目标物体，例如在机动车辆10的实际驾驶情况下。

图14通过图示的方式示出了与多个方向测量序列的接收信号/方向图62e相关的一族曲线，其中在机动车辆10的前方围绕0°方位角φ的约15°的角度间隔处检测到两个目标物体，它们相对于雷达系统12具有相同的距离r和相同的速度。该族曲线对应于方向测量序列，其中发射具有不同相位差的雷达信号30。对于所有可能的相位差，可以区分两个目标物体。该族接收的信号/方向图62b中的曲线可以例如使用所谓的波束形成方法和/或所谓的超分辨率方法等来确定。

对应于图14的情况，在范围测量序列中的接收信号/方向图62f在图15中示出。主瓣的宽度约为16°。旁瓣电平约为5.25dB，这不足以分辨范围操作模式下的两个目标物体。

Claims (10)

1.一种用于监控物体(18)的至少一个监控区域(14)的雷达系统(12)，

具有多个发射天线(26)，所述发射天线可以使用相应的发射信号来控制，并且可以用于将适用的雷达信号(30)发射到至少一个监控区域(14)中，

具有多个接收天线(28),其可用于接收发射的雷达信号(30)的回波(44)并将所述回波转换成对应的接收信号，

并且具有至少一个连接到发射天线(26)和接收天线(28)的控制和评估装置(24)，该控制和评估装置可用于产生用于控制发射天线(26)的发射信号，并且可用于从接收的信号中确定与使用雷达信号(30)检测的物体(18)相关的物体信息

其特征在于，

至少两个相邻发射天线(26)的相应相位中心(32)布置在假想的发射器纵向轴线(34)上，

至少一个另外发射天线(26)的相位中心(32)布置在距发射器纵向轴线(34)的发射器横向间隔(36)处，

穿过至少一个另外发射天线(26)的相位中心(32)垂直于发射器纵向轴线(34)延伸的假想发射器横向轴线(38)与穿过发射器纵向轴线(34)上的至少两个发射天线(26)之一的相位中心(32)垂直于发射器纵向轴线(34)延伸的假想发射器横向轴线(38)具有基本间隔(40)，并且

发射器纵向轴线(34)上的至少两个相邻发射天线(26)的相应假想发射器横向轴线(38)之间的发射器纵向间隔(42)大于基本间隔(40)。

2.如权利要求1所述的雷达系统，其特征在于，

所述发射器纵向间隔(42)是所述基本间隔(40)的整数倍，特别是加上或减去公差，

和/或

所述发射器横向间隔(36)大于基本间隔(40)，

和/或

发射器横向间隔(36)小于发射器纵向间隔(42)。

3.如权利要求1或2所述的雷达系统，其特征在于，

所述至少一个另外发射天线(26)的发射器横向轴线(38)布置在所述发射器纵向轴线(34)上相邻的至少两个发射天线(26)的发射器横向轴线(38)之间。

4.如前述权利要求中任一项所述的雷达系统，其特征在于，

至少一些发射天线(26)至少暂时使用相同的发射信号是可控制的，

和/或

至少一些发射天线(26)至少暂时使用不同的发射信号是可控制的，使得相应发射的雷达信号(30)至少在所述接收天线(28)处是至少暂时可区分的，

和/或

至少一些发射天线(26)使用相同的发射信号或不同的发射信号以可切换的方式是可控制的。

5.如前述权利要求中任一项所述的雷达系统，其特征在于，所述基本间隔(40)对应于使用所述发射天线(26)发射的雷达信号(30)的波长(λ)的一半，特别是加上或减去公差。

6.如前述权利要求中任一项所述的雷达系统，其特征在于，

所述发射天线(26)和接收天线(28)的布置用在所述雷达系统(12)的方向操作模式下，以实现虚拟接收天线阵列(50)，其中至少两个相邻虚拟接收阵列元件(52)布置在至少一个假想阵列纵向轴线(54a、54b)上，

其中，至少两个相邻虚拟接收阵列元件(52)彼此以所述基本间隔(40)布置，

和/或

其中，至少两个相邻虚拟接收阵列元件(52)以大于基本间隔(40)的间隔(56a、56b、56c、56e)布置，

和/或

其中，至少两个相邻虚拟接收阵列元件(52)以对应于基本间隔(40)的整数倍的间隔(56a、56b、56c、56e)布置。

7.如前述权利要求中任一项所述的雷达系统，其特征在于，

所述虚拟接收天线阵列(50)中的虚拟接收阵列元件(52)以分布在至少两个假想阵列纵向轴线(54a、54b)上的方式布置，

其中，布置在不同阵列纵向轴线(54a、54b)上的至少两个虚拟接收阵列元件(52)在从阵列纵向轴线(54a、54b)的方向观察时布置在相同的高度上，

和/或

其中，布置在不同阵列纵向轴线(54a、54b)上的至少两个虚拟接收阵列元件(52)以在阵列纵向轴线(54a、54b)的方向上观察时彼此偏移的方式布置，

和/或，

其中，布置在不同阵列纵向轴线(54a、54b)上的至少两个虚拟接收阵列元件(52)以在阵列纵向轴线(54a、54b)的方向上观察时彼此偏移所述基本间隔(40)的方式布置。

8.一种用于监控物体(18)的至少一个监控区域(14)的雷达系统(12)的天线阵列(22)，

具有多个发射天线(26)，所述发射天线可以使用相应的发射信号来控制并且可以用于发射适用的雷达信号(30)，

并且具有多个接收天线(28)，所述接收天线可用于接收发射的雷达信号(30)的回波(44)并将所述回波转换成对应的接收信号，

其特征在于，

至少两个相邻发射天线(26)的相应相位中心(32)布置在假想发射器纵向轴线(34)上，

至少一个另外发射天线(26)的相位中心(32)布置在距发射器纵向轴线(34)的发射器横向距离(36)处，

穿过至少一个另外发射天线(26)的相位中心(32)垂直于发射器纵向轴线(34)延伸的假想发射器横向轴线(38)与穿过发射器纵向轴线(34)上的至少两个发射天线(26)之一的相位中心(32)垂直于发射器纵向轴线(34)延伸的假想发射器横向轴线(38)具有基本间隔(40)，并且

发射器纵向轴线(34)上的至少两个相邻发射天线(26)的相应假想发射器横向轴线(38)之间的发射器纵向间隔(42)大于基本间隔(40)。

9.一种车辆(10)，具有用于监控物体(18)的至少一个监控区域(14)的至少一个雷达系统(12),该至少一个雷达系统(12)具有：

多个发射天线(26),其可以使用相应的发射信号来控制，并且可以用于将适用的雷达信号(30)发射到至少一个监控区域(14)中，

多个接收天线(28),其可用于接收发射的雷达信号(30)的回波(44)并将所述回波转换成对应的接收信号，

以及至少一个控制和评估装置(24),其连接到发射天线(26)和接收天线(28),可以用于产生用于控制发射天线(26)的发射信号，并且可以用于从接收的信号中确定与使用雷达信号(30)检测的物体(18)相关的物体信息

其特征在于，

车辆(10)具有至少一个如前述权利要求中任一项所述的雷达系统(12)。

10.一种用于操作雷达系统(12)的方法，该雷达系统(12)用于监控物体(18)的至少一个监控区域(14)，该方法包括：

使用发射信号控制多个发射天线(26)并将适用的雷达信号(30)发射到监控区域(14)中，

使用多个接收天线(28)接收发射的雷达信号(30)的回波(44)并将所述回波转换成对应的接收信号，并使用信号处理来处理接收的信号，

从接收的信号中确定关于监控区域(14)中的物体(18)的物体信息

其特征在于，

在至少两个雷达测量之间，在范围操作模式和方向操作模式之间进行切换，在范围操作模式下，至少一些发射天线(26)至少暂时使用相同的发射信号来控制，

以及在方向操作模式下，至少一些发射天线(26)至少暂时使用不同的发射信号来控制，使得相应发射的雷达信号(30)至少在接收天线(28)处是至少暂时可区分的。

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