CN1746699A - 用于测量距离和速度的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

借助于一种微波信号用来测量距离和速度的方法和装置，尤其用于汽车，其中借助于多种频率变化的调制函数来调制一个载波信号，使多种频率变化的调制函数相同，并且时间上相互偏移，并且所述频率调制的微波信号这样来形成，使得多种频率变化的调制函数中的一种函数的当前频率交替地发送出去，其中发送频率逐段地是恒定的。

Description

用于测量距离和速度的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种借助于一种微波信号来测量距离和速度的方法和装置、尤其用于汽车，其中载波信号借助于多种频率变化的调制函数进行调制，其中所述多种频率变化的调制函数是相同的，并在时间上相互偏移，并且所述频率调制的微波信号这样来形成，使得多种频率变化的调制函数中的一种函数的当前频率交替地发送出去，其中发送频率逐段地是恒定的。
技术背景
由DE 199 35 265 A1已知有一种系统用于借助于电磁波测量在物体之间的距离和相对速度，该系统具有用于从一个第一物体发送电磁波的装置和用于从至少一个第二物体接收反射的电磁波的装置，其中发出信号的频率这样来进行调制，使得调制频率在一个第一时间段里近似线性地从一个第一调制频率值升高到一个第二调制频率值，因此调制频率在一个第二时间段内近似地不变，使调制频率在一个第三时间段内近似线性地从第二调制频率值降到一个第三调制频率值，因而调制频率在一个第四时间段内近似地恒定，并使这些时间段多倍地重复，其中调制频率值中的至少一个和/或至少一个时间段的延续长短是可以改变的。
发明内容
本发明的主题就是提供一种方法和一种装置，借助于它们就在一种FMCW(调频连续波)雷达中阻止了在被识别的物体的相对速度v相对和距离d之间出现的多义性，这尤其出现在有多个被识别的物体时，其途径是应用一种方法和一种装置，在该方法和装置中可以阻止在分析处理中导致虚假目标和实际目标的由距离d和相对速度v相对所组成的可能的物体组合。
按照本发明这通过独立主权利要求中所述特征来解决。有利的改进设计和方案可见从属权利要求。
对于这些调制函数来说比较优选的是指直线。这是有利的，因为若是直线则在调制时存在一种恒定的频率升高，它可以在分析处理中加以考虑。
此外有利的是，所述频率变化的调制函数周期性地重复。
特别有利的是，所述频率变化的调制函数是线性的周期性重复的斜线，它们尤其具有一种锯齿形的变化曲线。
另外有利的是，所述频率变化的调制函数由多个具有不同斜线斜率的线性的斜线组成。
另外有利的是，所述多个频率变化的调制函数是两个或多个时间上错移的调制函数。此外有利的是：频率变化的调制函数的数量是变化的，在这些函数之间在一个斜线内部进行转换用于对微波信号进行调制。
此外有利的是：在两个调制函数之间的转换之间的持续时间是至少发送信号所需的信号运行时间，以便从发送机构一直到达最大要监测的目标距离并返回至接收机构。
更为有利的是，在不同的调制函数之间的转换之间的持续时间是不同的。另外有利的是：对接收信号进行扫描，分配到多个接收通道上，估计或者说近似地重建各自接收通道的接收信号，对于每种被应用的斜线斜度单独地在频率范围内变换，并根据包含在里面的接收频谱这样来分析处理属于一个物体的各自反射中心的频谱线，从而计算物体的各自反射中心的双重移动，并因此计算被探测的物体的相对速度和距离。
此外有利的是，对每个调制函数都设有一个自身的接收通道，其中每个接收通道可以单独设计成按照硬件独立的信号处理路径，但或者也可以对所有接收通道在一个唯一的按照硬件设置的信号处理路径里进行处理，而且所述分析处理算法只区分不同的接收通道。
以一种控制元件的形式实现按本发明的方法是特别有意义的，这种控制元件用于一个物体探测机构的控制器和/或分析处理仪，用来求出被识别的物体的相对速度和距离，尤其在一种汽车里。在这里在该控制元件上存储了一种程序，该程序在一个计算器具上、尤其在一个特殊应用的、集成的开关电路上、在一个微处理器或者信号处理器上是能够运行的，并适合于实施按本发明的方法。在这种情况下就是通过一个存储在控制元件上的程序来实现本发明，因此这种装有程序的控制元件如同所述程序适合于实施的方法那样同样也表示了本发明。作为控制元件尤其可以应用一种电存储介质，例如一种只读存储器。
本发明的其它特征、应用可能性和优点可从以下对附图所示的本发明的实施例所作的说明中得出。所有所述的或所表示的特征本身或任意的组合就构成了本发明的主题，而与它们在权利要求书中的汇总或者它们的引用关系无关，以及与它们在说明书或者附图中的叙述或图示无关。
附图说明
以下根据附图对本发明的实施例进行叙述。附图所示为：
图1：按本发明的装置的一种实施形式的方块简图；
图2：按本发明的调制函数的频率-时间图表；
图3：按本发明的方法的另一个调制函数的另一种频率-时间图表；
图4：借助于两个时间上相互错移的相同的调制函数进行的一种按本发明的调制的一种频率-时间变化图表的细节示图；
图5：借助于三个时间上相互错移的相同的调制函数进行的一种按本发明的调制的一种频率-时间变化图表的另外一个细节示图；
图6：具有两个时间上相互靠得很近的、但时间上相互错移的相同的调制函数的按本发明的调制的第三种频率-时间变化图表的细节示图。
具体实施方式
图1中表示了按本发明装置的一个方块简图。该装置具有一个用于控制和进行信号分析处理的机构1，它将输出信号输出给一个频率控制机构2。在该频率控制机构2里由控制和信号处理机构1的控制信号产生出调制函数，在这些函数之间按照本发明交替地换接，并用它们对一个高频的、最好处于微波频率范围内的载波信号fT进行调制。这种借助于多个在时间上相互错移的相同的调制函数而产生的发射信号，由于在调制载波信号的这些调制函数之间进行了转换，就在发射器3的出口处输送给一个发射天线4，该天线使所述信号作为发射信号5进行反射。另外，发射信号从频率控制机构2传送至接收器9，因为所述发射信号必须是已知的用于在接收器9里进行解调。由发射天线4反射的发射信号5被反射到在传感器检测范围内的物体6上，并作为接收信号7反射回来，其中所述反射信号7由于所述运动的、被探测的物体6的相对速度v相对而有一种双重移动。接收信号7被一个接收天线8接收，并输送给接收机构9。为了实现这种具有分开的发射天线和接收天线4和8的机构，另一种方案也可以设有一个单一静态的发送系统和接收系统，这种系统具有一个唯一的天线用于发射和接收，其中在这种情况下必须附带设有一个发射转接器和接收转接器，借助于该转接器就可以将这些通过相同的天线反射或接收的发射信号和接收信号分开。在接收器9里将由接收天线8输送的接收信号与由频率控制机构2所提供的发射信号进行混合并解调，使所述信号在接着的方块10里进行低通滤波和紧接着的模拟-数字转换。在方块10的出口处则就是一个解调的、低通滤波的数字信号，它被输送给一个多路分配器11。所述多路分配器11将方块10的输出信号分配于k个接收通道上，其中这k个接收通道可以设计成单独的、按硬件来说分开的信号处理路径，或者另一种方法可以借助于一个唯一的按硬件设计的信号处理路径来一起处理，其中k个通道只是通过在软件方面与接收通道不同的软件算法来实施。同时如此确定k个通道的数量：使得对于多个相同的而时间上相互错移的相同的调制函数中的每个调制函数都在接收路径里设有一个自身的分析处理通道，用这些调制函数逐段地对载波频率进行调制。k个接收通道的信号由多路分配器11输给控制-和信号分析处理机构1，该机构1由解调的、低通滤波的、数字化的和多路分配的数据对于每个接收通道近似地重建了各自的接收信号，对于每个在调制函数中所应用的斜线坡度单独地使信号在频率范围内进行转换，并且根据包含在里面的接收频谱这样来分析处理属于一个物体的各自反射中心的相同频率的频谱线，从而明确确定了物体的对应反射中心的不同的双重移动，并由此计算出被探测的物体6的相对速度v相对和距离d。在所述方法中若在物体检测范围之内存在一个以上的物体，那么在分析处理时就不按实际目标和虚假目标来区分，如在已有的系统中必需要的那样，这样就省略了许多计算上的花费。
在图2中表示了一种借助于多个相同的、而时间上相互错移的调制函数进行的锯齿状的调制。可以见到一条曲线，表示频率f与时间t的关系。这里在频率f最小和f最大之间调制载波频率fT。此外可见到调制函数12，它呈锯齿状从下极限频率f最小线性提高到上极限频率f最大，以便接着又在下极限频率f最小处起动。锯齿斜率此处由f最大和f最小之间的频率差以及由一个锯齿斜线的持续时间TR得出。在所示实例中表示了两个调制函数12，它们具有相同的变化曲线，但时间上相互错移，其中它们具有时间上的偏置ΔTR。所要发出的信号就这样产生，以致于在这两个时间上平行的调制函数之间交替地进行转换，并用载波频率fT的各自的单个调制函数的当前频率级状地进行调制并发出。
图3表示了另一种调制方法，其中在这种情况下实现了具有不同斜率的两个斜线。同样也在图3中表示了频率f与时间t的关系，其中调制频率又是在一个下极限频率f最小和一个上极限频率f最大之间进行变化。在所示实例中这两个相同的、但时间上错移的调制函数12并没有锯齿状变化曲线，而是一种斜线状变化曲线，其中升起的斜线与下降的斜线的斜率相比从数量上是不同的。每个斜线斜率分别用极限频率之差f最大-f最小以及斜线时间TR1和TR2来确定，从而在两个恒定的预先规定的斜线斜率之间交替变化。当这两个调制函数12成斜线状以其频率进行变化时，就形成了所要发出的信号5，从而在这两个函数之间交替地转换，并将各自斜线的当前频率分级地发出。
图4表示了一种这样的调制的细节图。它又是表示了取自频率-时间曲线图中的一个部分，其中所述两个升起的、按图2或3变化的调制函数12用虚线表示。所要发出的信号如下来形成：按照函数13来调制，其中在所述两个调制斜线12之间交替地来回转换，并使调制斜线12的各自当前频率对于持续时间T保持保持不变。两个斜线状调制函数12的时间间隔此处为ΔTR，以及一个相同的调制函数12的两个一前一后发出的发射频率的频率差为Δf。在此实施例中在所述两个调制斜线12的来回接通之间的持续时间是同样长的，因而使当前发出的频率对于持续时间T保持保持恒定，因而得出来回接通的周期持续时间T步骤＝2*T保持。由此得出的多重的调制函数13被用于调制载波频率ft并按此方式形成所要发生的信号5。在已发出的信号5反射之后在目标上所接收的接收信号相对于发射信号一方面时间上推移错移，这取决于信号的运行时间，此外还双重推移错移，这取决于所探测物体6的相对速度V相对。扫描到接收信号的时刻用点14标出，它借助于交叉十字表示。此时各自在间隔的末端用恒定的调制频率来扫描解调的接收信号。在此实施例中对应于图4就得出一个扫描频率fa＝1/T保持。扫描频率可以与图4中所示的不同，但也可以更高，就是fa＞1/T保持。
图5中表示了一个同等多重的调制函数13，但它与图4所示实施例相比不仅由两个调制函数12组成，而是如图5所示，由三个调制函数12构成。在图5中又是表示了取自一个频率-时间曲线图表的一个部分，在其中表示有三个调制函数12，它们按照图2或3成锯齿状或斜线状地变化。调制函数12此处在它们的时间函数上是相同的，但在时间上相互推移错移，其中这些直线12的时间错移过ΔTR1或ΔTR2。在所示的实例中调制函数12的这两个时间错移选择相同大小，就是ΔTR1＝ΔTR2，然而也可以选择这两个时间间隔不同，就是ΔTR1≠ΔTR2，因此得出一个调制的多重的调制函数13。多重的调制函数13如下来形成：由时间上分段恒定的频率形成所要发出的信号，其方法是在这三个调制函数12之间交替变化。借助于交叉十字又标出，在什么时刻所述接收信号7由因为运行时间而时间延迟的以及由于探测物体6的相对速度v相对而双重错移的发射信号5组成。这时刻14此处标示出了用于进一步加工和分析处理信号的理想的扫描时刻。假设扫描时刻14的扫描频率为fa，那就得出转换循环的循环持续时间为T步骤＝3/fa，如图5中所示。然而扫描频率也可以更高。在相同调制函数12的两个相邻的发射频率之间的频率差如在图4中所表示的那样为Δf。这样所得出的多重的调制信号13被用于调制载波频率ft，以便形成发射信号5。
按照本发明还可以规定：在具有不同斜率的频率斜线时、如在图3中示例性由具有各自不同斜率的上升和下降的斜线所表示的那样，频率变化的调制函数12的数量是变化的。因此可以规定：例如对上升的斜线来说应用两种频率变化的调制函数12，如在图4中所示的那样，而对于具有一种相对于上升的频率斜线来说斜率不同的下降的频率斜线来说例如就只应用一种或三种频率变化的按图5所示的调制函数12。
为了修正这些调制函数的设计还要注意到：调制频率保持恒定的持续时间T保持的确定应保证在所述时间内发送信号能够走完从发射机构4至探测物体6并返回至接收机构8的运行时间，因而在所述运行时间内调制频率就不转换到另外一个频率变化的调制函数12上，因为否则的话就会难于进行信号的分析处理。另外可以对每个频率变化的调制函数12不同地选择转换持续时间1/fa，其方法例如发出一个频率变化的调制函数12，比一个时间上错移的频率变化的调制函数12更长地进行。
在图6中表示了一个频率-时间关系曲线的另一个部分，在其中又表示了两条直线形状的两种频率变化的调制函数12，它表示出了图4和5中所述函数的一种可能的修改。这两个频率变化的调制函数12的时间间隔、即ΔTR选得这样小，以致于在频率提高所述频率差Δf之后使一个第一发射频率发出，然后使频率变化的调制函数12变换，所述函数预先给定了相同的发射频率f，以致于在调制函数转换的周期持续时间T步骤期间只一次地改变调制频率。在此情况下所述转换的周期持续时间为T步骤＝2/fa，其中然而调制频率保持不变的持续时间T保持是不同长短的。同样此处扫描频率f。也可以是与图6中所示不同地更高，就是fa＞2/T保持。
通过应用所述的用来调制一种载波信号fT的调制函数就获得接收信号，它们一方面在运行时间上错移开了，而且另一方面由于探测物体6的相对速度而具有接收频率的一种双重错移。在传感器检测范围内当存在有多个物体时，那么在分析处理时在低通滤波和模拟-数字转换以及在频率范围里的傅立叶变换之后得到频谱线，其中具有不同相对速度的v相对和/或不同间距d的目标物体大多数产生单独的频谱线并因此是可以分开的。由于对应于按本发明的方法转换按照多重的调制函数13的发射频率就可以根据它们对应的复合价值的频谱线明确地测定出多个探测物体的各自双重频率，并且以此同时地在传感器检查范围内来探测多个物体并针对它们与本身汽车的距离d和相对速度v相对进行分析处理。
因为时间上错移的调制函数具有相同的斜率，所以各自配属于一个反射重心的频谱线在所述对应于调制函数的频谱中近似地各自具有相同的频率，并且可以因此简单地配置于有关的物体。这样就不需要在传统的FMCW-方法中采用对由多个不同斜率的斜线所组成的频谱的分析处理所必需的组合起来的费用以及频谱线对物体(虚假目标)的有错误的配合。
根据各自所探测的物体的相对速度，在这对应于不同调制函数的频谱中对于所述配置于物体的、具有相同频率的频谱线分别形成不同的相位，由这些相位就可以明确地确定物体的相对速度。

Claims (12)

1.借助于一种微波信号用于测量距离和速度的方法，尤其用于汽车，其中借助于多个频率变化的调制函数(12)来调制一种载波信号(fT)，所述多个频率变化的调制函数(12)是相同的并且在时间上是相互错移开的，而且频率调制的微波信号(13)这样形成，使得交替地使多个频率变化的调制函数中的一个调制函数的当前频率发射出去，其特征在于，发射频率逐段地是恒定的(T保持)。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，调制函数(12)是直线。
3.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述频率变化的调制函数(12)被周期地重复(TR；TR1；TR2)。
4.按权利要求1至3中之一所述的方法，其特征在于，所述频率变化的调制函数(12)是线性的、周期性重复的斜线，该斜线具有锯齿形的变化曲线。
5.按权利要求1至3中之一所述的方法，其特征在于，所述频率变化的调制函数(12)由多个线性的、具有不同斜线斜率的斜线组成。
6.按上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，多个频率变化的调制函数(12)是两个或更多时间上错移开的(ΔTR，ΔTR1，ΔTR2)调制函数(12)。
7.按权利要求5或6所述的方法，其特征在于，频率变化的调制函数(12)-而该调制函数之间在一个斜线(Ta，TR1，TR2)之内为了调制微波信号而进行转换-的数量是变化的。
8.接上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在两个调制函数(12)之间的转换之间的持续时间(T保持)至少是信号运行时间，该时间必需要发射信号(5)，以便从发射机构(4)直至最大的要监测的目标距离并返回至接收机构(8)。
9.按上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在不同的调制函数(12)之间的转换之间的持续时间(T保持)是不同的。
10.按上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，对接收信号进行扫描，分配到多个接收通道(k)上，评估或者近似地重建各个接收通道的接收信号，对于每个应用的斜线斜率单独地在频率范围内变换，并根据包含在里面的接收频谱这样来分析处理配属于各个反射中心的频谱线，使得计算各自的反射中心(6)的双重移动、并因此计算探测物体(6)的相对速度(v相对)和距离(d)。
11.借助于一种微波信号用于探测物体的装置，尤其用于汽车，其中设有一个用于产生一种载波信号的机构(3)，设有一个用于产生多个频率变化的调制函数的机构(2)，借助于它们可以调制载波频率(fT)，其中多个频率变化的调制函数(12)是相同的而且在时间上相互错移开(ΔTR，ΔTR1，ΔTR2)，并设有一个转换机构(3)，它使频率调制的微波信号如此由调制函数(12)组成，使得交替地使多个频率变化的调制函数(12)中的一个函数的当前频率进行发射。
12.按权利要求9所述的装置，其特征在于，对于每个调制函数设有一个自身的接收通道。
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