DE102006036099B4

DE102006036099B4 - Radarvorrichtung

Info

Publication number: DE102006036099B4
Application number: DE102006036099.0A
Authority: DE
Inventors: Mai Sakamoto; Kazuma Natsume; Yasuyuki Miyake
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2005-08-02
Filing date: 2006-08-02
Publication date: 2023-03-02
Anticipated expiration: 2026-08-03
Also published as: JP2007040806A; US7495605B1; JP4857644B2; US20090040097A1; DE102006036099A1

Abstract

Radarvorrichtung, die einen Algorithmus zum Schätzen einer Empfangsrichtung verwendet, der in einem vorbestimmten Zeitabstand ausgeführt wird, um ein Objekt zu erfassen, wobei die Radarvorrichtung aufweist:- ein Sendemittel (11), das ein Wellensignal zu dem Objekt sendet;- ein Empfangsmittel (12), welches das gesendete Wellensignal, das von dem Objekt reflektiert wurde, empfängt;- ein Schwebungssignalerzeugungsmittel (14), das eine Mehrzahl von Schwebungssignalen auf der Grundlage des empfangenen Wellensignals erzeugt;- ein Korrelationsmatrixerzeugungsmittel (18), das eine Mehrzahl von Korrelationsmatrizen auf der Grundlage der Schwebungssignale bezüglich jeder Frequenzkomponente der Schwebungssignale berechnet;- ein Additionsmittel (18), das eine Mehrzahl von Additionskorrelationsmatrizen berechnet;- ein Speichermittel (21), das wenigstens einen Teil einer Mehrzahl vorheriger Korrelationsmatrizen, die an einem vorherigen Zeitpunkt von dem Korrelationsmatrixerzeugungsmittel (18) berechnet wurden, speichert, oder das wenigstens einen Teil einer Mehrzahl vorheriger Additionskorrelationsmatrizen, die an einem vorherigen Zeitpunkt von dem Additionsmittel (18) berechnet wurden, speichert;- ein Erfassungsmittel (18), das wenigstens eine Frequenzkomponente der Schwebungssignale erfasst, wobei die Frequenzkomponente eine vorbestimmte Bedingung erfüllt;- ein Extraktionsmittel (18), das eine Extraktionsmatrix aus den Additionskorrelationsmatrizen extrahiert, wobei die Extraktionsmatrix einer Frequenzkomponente entspricht, welche der von dem Erfassungsmittel (18) erfassten Frequenzkomponente am nächsten ist; und- ein Richtungsberechnungsmittel (18), das eine Richtung des Objekts bezüglich der Radarvorrichtung auf der Grundlage der Extraktionsmatrix berechnet, wobei- das Empfangsmittel (12) eine Mehrzahl von in einem Array angeordneten Elementen (E1-EN) aufweist,- das Schwebungserzeugungsmittel (14) über einen Hochfrequenzschalter (13) mit jeweils einem der Elemente (E1-EN) des Empfangsmittels (12) verbunden ist und ein Schwebungssignal durch Mischen des gesendeten Wellensignals und des empfangenen Wellensignals bezüglich jedes der Elemente (E1-EN) erzeugt, und- das Additionsmittel (18) die Additionskorrelationsmatrizen berechnet, indem es die von dem Korrelationsmatrixerzeugungsmittel (18) berechneten Korrelationsmatrizen zu den vorherigen Korrelationsmatrizen oder den vorherigen Additionskorrelationsmatrizen, die in dem Speichermittel (21) gespeichert sind, addiert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Radarvorrichtung zur Erfassung eines Abstands und einer Richtung eines Objekts bezüglich der Radarvorrichtung.
Es sind verschiedene Arten von Radarvorrichtungen zur Erfassung eines Abstands und einer Richtung eines Objekts bezüglich der Radarvorrichtung bekannt. Eine FMCW-(Frequency Modulated Continuous Wave)-Radarvorrichtung sendet kontinuierlich ein frequenzmoduliertes Radarsignal in Richtung eines Objekts und erfasst den Abstand oder eine relative Geschwindigkeit des Objekts auf der Grundlage der gesendeten, von dem Objekt reflektierten Welle.
Gemäß einem Verfahren zur Erfassung der Richtung des Objekts dreht sich ein Sendemittel zum Aussenden eines Radarsignals mechanisch und tastet das gesendete, von dem Objekt reflektierte Radarsignal ab. Gemäß einem anderen Verfahren, bei dem ein Algorithmus zur digitalen Strahlformung (DBF) verwendet wird, ist das Sendemittel ortsfest und eine Antenne mit einer Mehrzahl von in einem Array angeordneten Elementen empfängt das gesendete Radarsignal. Das empfangene Radarsignal wird digital verarbeitet und die Richtung des Objekts auf der Grundlage des digitalen Signals erfasst. Insbesondere wird bei dem DBF-Algorithmus ein Winkelspektrum auf der Grundlage des empfangenen Radarsignals bezüglich jedes der Elemente erzeugt und ein Peak des Winkelspektrums erfasst. Die Richtung des Objekts wird auf der Grundlage des Peaks des Winkelspektrums geschätzt.
Bei einem Algorithmus zur Strahlformung, wie beispielsweise dem DBF-Algorithmus, wird das Winkelspektrum derart erzeugt, dass die Amplituden des Empfangssignals, wie in den 10A und 10B gezeigt, an einem gegebenen Zeitpunkt miteinander verbunden werden. Ein MUSIC-Algorithmus (Multiple Signal Classification Algorithm) dient als Algorithmus zum Schätzen einer Empfangsrichtung (DOA) mit einer hohen Auflösung.
Bei dem DOA-Schätzalgorithmus werden Korrelationsmatrizen berechnet, Eigenwerterweiterungen bezüglich jeder der Korrelationsmatrizen ausgeführt, das Winkelspektrum aus Eigenvektoren der Korrelationsmatrizen berechnet und die Richtung des Objekts auf der Grundlage des Winkelspektrums berechnet.
Eine in der US 6 121 917 A (entspricht der JP H11 - 133 142 A ) offenbarte FMCW-Radarvorrichtung erfasst die Richtung des Objekts mit Hilfe des Strahlformungsalgorithmus. Bei der FMCW-Radarvorrichtung wird das empfangene Wellensignal einer schnellen Fourier-Transformation (FFT) unterzogen, um eine Peakfrequenz eines Abstandsleistungsspektrums zu erhalten. Anschließend wird der Strahlformungsalgorithmus einzig auf die Peakfrequenzkomponente des Empfangssignals angewandt, so dass der zur Erfassung der Richtung des Objekts erforderliche Rechenaufwand reduziert wird.
Wenn der Strahlformungsalgorithmus in der Radarvorrichtung verwendet wird, hängt die Auflösung der Radarvorrichtung jedoch von der Anzahl der in dem Array angeordneten Elemente ab. Folglich muss die den Strahlformungsalgorithmus verwendende Radarvorrichtung größer ausgebildet werden, um eine hohe Auflösung zu erzielen.
Der DOA-Schätzalgorithmus mit einer hohen Auflösung, wie beispielsweise der MUSIC-Algorithmus, erreicht die hohe Auflösung, ohne die Anzahl der Elemente zu erhöhen. Bei dem DOA-Schätzalgorithmus kann die Auflösung erhöht werden, indem das Rauschen durch eine Summation des Empfangssignals über die Zeit verringert wird. Die Summation wird derart ausgeführt, dass ein in einem laufenden Prozess berechnetes laufendes Winkelspektrum und ein in einem vorherigen Prozess berechnetes vorheriges Winkelspektrum addiert werden.
Wenn sich das Objekt bewegt, verändert sich jedoch eine dem Abstand entsprechende Frequenz zwischen dem vorherigen Prozess und dem laufenden Prozess. Folglich muss der DOA-Schätzalgorithmus in jedem Prozess auf sämtliche Frequenzkomponenten des Empfangssignals angewandt werden, um das Winkelspektrum zu berechnen und muss das Winkelspektrum in einem Speicher gespeichert werden. Für die Berechnung des Winkelspektrums ist eine Eigenwerterweiterung mit hohem Rechenaufwand erforderlich. Folglich erhöht sich der Rechenaufwand deutlich, wenn das Winkelspektrum bezüglich jeder Frequenzkomponente berechnet wird. Bei dem DOA-Schätzalgorithmus führt die hohe Auflösung zu einem deutlichen Anstieg des Rechenaufwands.
Weiterer relevanter Stand der Technik ist bekannt aus der DE 102 43 115 A1 und der DE 101 05 240 A1 .
Es ist angesichts des vorstehend beschriebenen Problems Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Radarvorrichtung bereitzustellen, die eine hohe Auflösung ohne eine deutliche Erhöhung des Rechenaufwands erzielt.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Radarvorrichtung mit den Merkmalen der Ansprüche 1 oder 5. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Eine Radarvorrichtung verwendet einen Algorithmus zum Schätzen einer Empfangsrichtung, der in einem vorbestimmten Zeitabstand ausgeführt wird, um ein Objekt zu erfassen, wobei die Radarvorrichtung aufweist: ein Sendemittel (11), das ein Wellensignal zu dem Objekt sendet; ein Empfangsmittel (12), welches das gesendete Wellensignal, das von dem Objekt reflektiert wurde, empfängt; ein Schwebungssignalerzeugungsmittel (14), das eine Mehrzahl von Schwebungssignalen auf der Grundlage des empfangenen Wellensignals erzeugt; ein Korrelationsmatrixerzeugungsmittel (18), das eine Mehrzahl von Korrelationsmatrizen auf der Grundlage der Schwebungssignale bezüglich jeder Frequenzkomponente der Schwebungssignale berechnet; ein Additionsmittel (18), das eine Mehrzahl von Additionskorrelationsmatrizen berechnet; ein Speichermittel (21), das wenigstens einen Teil einer Mehrzahl vorheriger Korrelationsmatrizen, die an einem vorherigen Zeitpunkt von dem Korrelationsmatrixerzeugungsmittel (18) berechnet wurden, speichert, oder das wenigstens einen Teil einer Mehrzahl vorheriger Additionskorrelationsmatrizen, die an einem vorherigen Zeitpunkt von dem Additionsmittel (18) berechnet wurden, speichert; ein Erfassungsmittel (18), das wenigstens eine Frequenzkomponente der Schwebungssignale erfasst, wobei die Frequenzkomponente eine vorbestimmte Bedingung erfüllt; ein Extraktionsmittel (18), das eine Extraktionsmatrix aus den Additionskorrelationsmatrizen extrahiert, wobei die Extraktionsmatrix einer Frequenzkomponente entspricht, welche der von dem Erfassungsmittel (18) erfassten Frequenzkomponente am nächsten ist; und ein Richtungsberechnungsmittel (18), das eine Richtung des Objekts bezüglich der Radarvorrichtung auf der Grundlage der Extraktionsmatrix berechnet, wobei das Empfangsmittel (12) eine Mehrzahl von in einem Array angeordneten Elementen (E1-EN) aufweist, das Schwebungserzeugungsmittel (14) über einen Hochfrequenzschalter (13) mit jeweils einem der Elemente (E1-EN) des Empfangsmittels (12) verbunden ist und ein Schwebungssignal durch Mischen des gesendeten Wellensignals und des empfangenen Wellensignals bezüglich jedes der Elemente (E1-EN) erzeugt, und das Additionsmittel (18) die Additionskorrelationsmatrizen berechnet, indem es die von dem Korrelationsmatrixerzeugungsmittel (18) berechneten Korrelationsmatrizen zu den vorherigen Korrelationsmatrizen oder den vorherigen Additionskorrelationsmatrizen, die in dem Speichermittel (21) gespeichert sind, addiert.
Bei einem herkömmlichen DOA-Schätzalgorithmus werden die Korrelationsmatrizen aus Schwebungssignalen erzeugt. Anschließend werden Winkelspektren aus jedem Eigenvektor von jeder der Korrelationsmatrizen berechnet. Das Speichermittel speichert die Winkelspektren als vorherige Information, und die Winkelspektren werden in einem nächsten Prozess zur Rauschunterdrückung verwendet.
Bei dem in der Radarvorrichtung verwendeten DOA-Schätzalgorithmus wird eine Position des Objekts (d.h. eine Frequenzkomponente, die ein Vorhandensein des Objekts anzeigt) über die Schwebungssignale geschätzt und anschließend ein der Position entsprechendes Winkelspektrum berechnet. Korrelationsmatrizen, die in einem laufenden Prozess berechnet werden, und vorherige Korrelationsmatrizen, die in einem vorherigen Prozess berechnet wurden, werden zur Rauschunterdrückung summiert. Bei der Radarvorrichtung speichert das Speichermittel folglich die Korrelationsmatrizen als vorherige Information und nicht die Winkelspektren.
Beispielsweise beträgt der zur Berechnung der Korrelationsmatrizen erforderliche Rechenaufwand bei einem MUSIC-Algorithmus ungefähr ein Dreizehntel des zur Berechnung der MUSIC-Spektren erforderlichen Rechenaufwands. Da die Radarvorrichtung zur Verringerung des Rauschens die Korrelationsmatrizen anstelle der Winkelspektren verwendet, kann eine deutliche Erhöhung des Rechenaufwands verhindert werden. Folglich erzielt die Radarvorrichtung eine hohe Auflösung, ohne den Rechenaufwand deutlich zu erhöhen.
Die obige und weitere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, die unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung gemacht wurde, näher ersichtlich. In der Zeichnung zeigt:

1 ein Blockdiagramm einer Radarvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine Anordnung mit Elementen einer Empfangsantenne der in der 1 gezeigten Radarvorrichtung;
3A ein Diagramm mit einem Prinzip von Schwebungssignalen, die in der Radarvorrichtung der 1 erzeugt werden;
3B ein Diagramm mit einem Prinzip von Schwebungssignalen, die in der Radarvorrichtung der 1 erzeugt werden;
4A ein Diagramm mit einem reflektierten Wellensignal, das von den Elementen der Empfangsantenne der in der 1 gezeigten Radarvorrichtung empfangen wird;
4B FFT-Schwebungssignal, die erzeugt werden, indem die Schwebungssignale der 3B einer FFT unterzogen werden;
4C. ein Diagramm mit einem Summenschwebungssignal der summierten FFT-Schwebungssignale der 4B;
5 ein Ablaufdiagramm eines Prozesses, der von einem Mikrocomputer der in der 1 gezeigten Radarvorrichtung 2 ausgeführt wird;
6 eine Tabelle mit dem Rechenaufwand des Mikrocomputers der in der 1 gezeigten Radarvorrichtung;
7 ein Ablaufdiagramm eines Prozesses, der von einem Mikrocomputer einer Radarvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird;
8 ein Ablaufdiagramm eines Prozesses, der von einem Mikrocomputer einer Radarvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird;
9 ein Ablaufdiagramm eines Prozesses, der von einem Mikrocomputer einer Radarvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird;
10A ein Diagramm eines Winkelspektrums, das erzeugt wird, wenn reflektierte Wellensignale bei einem Strahlformungsverfahren aus eine vorderen Richtung an Elementen ankommen; und
10B ein Diagramm des Winkelspektrums, das erzeugt wird, wenn die reflektierten Wellensignale bei dem Strahlformungsverfahren aus einer schrägen Richtung an den Elementen ankommen.

Nachstehend wird eine Radarvorrichtung 100 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 beschrieben. Die Radarvorrichtung 100 weist eine Sendeantenne 11, eine Empfangsantenne 12 mit N Elementen E1-EN, die in einem Array angeordnet sind, wobei N eine positive ganze Zahl ist, einen Hochfrequenzschalter 13, einen Mischer 14, einen Oszillator 15, einen D/A-Wandler 16, einen A/D-Wändler 17, einen Mikrocomputer 18, eine Schaltersteuereinheit 19 und einen Zeitgeber 20 auf.
Der Mikrocomputer 18 gibt ein digitales Sendesignal an den D/A-Wandler 16. Der D/A-Wandler 16 wandelt das digitale Sendesignal in ein analoges Sendesignal und gibt das analoge Sendesignal an den Oszillator 15. Der Oszillator 15 gibt das analoge Sendesignal mit einer vorbestimmten Frequenz an die Sendeantenne 11. Die Sendeantenne 11 wandelt das analoge Sendesignal in ein Radarsignal und sendet das Radarsignal zu einem Objekt.
Die Empfangsantenne 12 empfängt das gesendete, von dem Objekt reflektierte Radarsignal. Das empfangene Radarsignal wird bezüglich jedes der Elemente E1-EN in ein analoges Empfangssignal gewandelt. Der Hochfrequenzschalter 13 wiederum sendet das analoge Empfangssignal an den Mischer 14. In dem Mischer 14 wird das analoge Empfangssignal mit dem analogen Sendesignal gemischt, um ein Schwebungssignal bezüglich jedes der Elemente E1- EN zu erzeugen. Das Schwebungssignal wird an den A/D-Wandler 17 gegeben und in ein digitales Empfangssignal gewandelt. Das digitale Signal wird an den Mikrocomputer 18 gegeben.
Der Mikrocomputer 18 steuert den Hochfrequenzschalter 13 über die Schaltersteuereinheit 19 an und steuert ferner eine Abtastfrequenz des A/D-Wandlers 17 über den Zeitgeber 20. Der Mikrocomputer 18 weist einen Speicher 21 auf.
Der Mikrocomputer 18 führt einen Abstandsberechnungsprozess zur Berechnung des Abstands zwischen der Radarvorrichtung 100 und dem Objekt und einen Richtungsberechnungsprozess zur Berechnung der Richtung zwischen der Radarvorrichtung 100 und dem Objekt aus.
Nachstehend wird der Abstandsberechnungsprozess unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschrieben.
Die Elemente E1-EN der Empfangsantenne 12 sind, wie in 2 gezeigt, in einem vorbestimmten Abstand S voneinander entfernt angeordnet.
Hierdurch werden eine Zeitverzögerung und eine Frequenzverschiebung zwischen dem gesendeten Radarsignal, das von dem Oszillator 15 frequenzmoduliert wurde, und dem empfangenen Radarsignal hervorgerufen. Die Zeitverzögerung entspricht dem Abstand zwischen der Radarvorrichtung 100 und dem Objekt, und die Frequenzverschiebung entspricht einer relativen Geschwindigkeit zwischen der Radarvorrichtung 100 und dem Objekt. Eine Phasenverschiebung des empfangenen Radarsignals bezüglich des gesendeten Radarsignals nimmt mit zunehmendem Abstand zwischen der Radarvorrichtung 100 und dem Objekt zu. Der Abstand und die relative Geschwindigkeit zwischen der Radarvorrichtung 100 und dem Objekt kann auf der Grundlage der Phasenverschiebung erfasst werden. Folglich wird ein Schwebungssignal als Frequenzunterschied zwischen dem gesendeten Radarsignal und dem empfangenen Radarsignal berechnet.
Das Schwebungssignal weist, wie in den 3A und 3B gezeigt, eine erste Schwebungsfrequenz Bu in einem Zunahmebereich, in welchem die Frequenz des gesendeten Radarsignals zunimmt, und eine zweite Schwebungsfrequenz Bd in einem Abnahmebereich, in welchem die Frequenz des gesendeten Radarsignals abnimmt, auf. Folglich weist das Schwebungssignal ein erstes Schwebungssignal mit der ersten Schwebungsfrequenz Bu und ein zweites Schwebungssignal mit der zweiten Schwebungsfrequenz Bd auf.
Wenn die Empfangsantenne 12 die N Elemente E1-EN aufweist, wird das Schwebungssignal bezüglich jedes der N Elemente E1-EN erzeugt. In der gesamten Empfangsantenne 12 werden folglich 2N Schwebungssignale erzeugt. Insbesondere werden N erste Schwebungssignale mit der ersten Schwebungsfrequenz Bu und N zweite Schwebungssignale mit der zweiten Schwebungsfrequenz Bd erzeugt.
Der Abstand und die relative Geschwindigkeit zwischen der Radarvorrichtung 100 und dem Objekt sind durch die nachstehenden Gleichungen gegeben: $D = {C \cdot T / (4 \cdot Δ F)} \cdot (BuH + BdH)$
$V = {C / (4 \cdot F 0)} \cdot (BuH - BdH)$
In den obigen Gleichungen (1) und (2) beschreibt D den Abstand, V die relative Geschwindigkeit, C die Lichtgeschwindigkeit, ΔF einen Frequenzbereich des gesendeten Radarsignals und F0 die Mittenfrequenz von ΔF. BuH ist das erste Schwebungssignal, das auf der Grundlage des von dem Element EH empfangenen Radarsignals erzeugt wird, wobei H eine positive ganze Zahl kleiner oder gleich N ist (d.h. 1 ≤ H ≤ N). Bdh ist das zweite Schwebungssignal, das auf der Grundlage des von dem Element EH empfangenen Radarsignals erzeugt wird.
Nachstehend wird der Richtungsberechnungsprozess unter Bezugnahme auf die 4A bis 4C beschrieben. Der Mikrocomputer 18 führt den Richtungsberechnungsprozess in einem vorbestimmten Zeitabstand Ts aus.
Zunächst wird jedes der N Schwebungssignale Bu1-BuN einer schnellen Fourier-Transformation (FFT) unterzogen, um N FFT-Schwebungssignale Bful-BfuN zu erzeugen. Gleichermaßen werden die N Schwebungssignale Bd1-BdN der schnellen Fourier-Transformation (FFT) unterzogen, um N FFT-Schwebungssignale Bfd1-BfdN zu erzeugen. Obgleich in der 4B einzig die FFT-Schwebungssignale Bful-BfuN dargestellt sind, werden die FFT-Schwebungssignale Bfd1-BfdN auf die gleiche Weise wie die FFT-Schwebungssignalen Bful-BfuN verarbeitet.
Anschließend wird eine Korrelationsmatrixgruppe RG mit Korrelationsmatrizen unter Verwendung jedes der FFT-Schwebungssignale erzeugt. Beispielsweise weist die Korrelationsmatrixgruppe RG in dem in der 4B gezeigten Fall M Korrelationsmatrizen R(F1)-R(FM) auf, wobei M eine positive ganze Zahl größer als 1 ist. Eine Korrelationsmatrix R(FI) entspricht einer Frequenz FI, wobei I eine positive ganze Zahl kleiner oder gleich M ist (d.h. 1 ≤ I ≤ M). Wenn die Empfangsantenne 12 die N Elemente E1-EN aufweist, ist jede der Korrelationsmatrizen R(F1)-R(FM) eine N × N Matrix.
Es wird, wie nachstehend noch beschrieben, eine Additionskorrelationsmatrixgruppe UG mit Additionskorrelationsmatrizen U(F1)-U(FM) derart erzeugt, dass die Korrelationsmatrixgruppe RG in einem laufenden Prozess zu einer vorherigen Korrelationsmatrixgruppe RoG, welche der Korrelationsmatrixgruppe RG entspricht, die in einem vorherigen Prozess (d.h. Ts früher) erzeugt wurde, erzeugt und in dem Speicher 21 gespeichert wird. Die Additionskorrelationsmatrixgruppe UG weist weniger Rauschen als die Korrelationsmatrixgruppe RG auf. Das Verwenden der vorherigen Korrelationsmatrixgruppe RoG als vorherige Information verringert das Rauschen.
Nachstehend wird ein in der Radarvorrichtung 100 verwendeter MUSIC-Algorithmus beschrieben. Durch den MUSIC-Algorithmus kann die Radarvorrichtung 100 eine hohe Auflösung ohne eine Erhöhung des Rechenaufwands erzielen.
Die in der 4B gezeigten FFT-Schwebungssignale Bfu1-BfuN werden summiert, um ein in der 4C gezeigtes Summenschwebungssignal BFu0 zu erzeugen. Das Summenschwebungssignal BFu0 weist, wie aus der 4C ersichtlich, weniger Rauschen als jedes der FFT-Schwebungssignale Bfu1-BfuN auf. Gleichermaßen werden die FFT-Schwebungssignale Bfd1-BfdN summiert, um ein Summenschwebungssignal BFd0 zu erzeugen, das weniger Rauschen als jedes der FFT-Schwebungssignale Bfd1-BfdN aufweist.
Wenn das empfangene Radarsignal eine von dem Objekt reflektierte Welle beinhaltet, weist jedes der Summenschwebungssignale BFu0, Bfd0 eine Peakintensität auf. Beispielsweise weist das Summenschwebungssignal Bfu0 in der 4C die Peakintensität bei einer Frequenz FP auf, wobei P eine positive ganze Zahl kleiner oder gleich M ist. Die Peakfrequenz FP wird erfasst und eine Extraktionsmatrix C(FP), die eine der Peakfrequenz FP entsprechende Additionskorrelationsmatrix U(FP) ist, aus den Additionskorrelationsmatrizen U(F1)-U(FM) der Additionskorrelationsmatrixgruppe UG extrahiert.
Nachstehend wird ein den Abstandsberechnungsprozess und den Richtungsberechnungsprozess beinhaltender Prozess 500 unter Bezugnahme auf die 5 beschrieben. Obgleich nachstehend einzig die Schwebungssignale Bul-BuN diskutiert werden, werden die Schwebungssignale Bdl-BdN auf die gleiche Weise wie die Schwebungssignale Bul-BuN verarbeitet. Der Mikrocomputer 18 führt den Prozess 500 in dem vorbestimmten Zeitabstand Ts als Unterbrechungsprozess aus.
Der Prozess 500 beginnt mit dem Schritt S501, bei dem der Mikrocomputer 18 die Schwebungssignale Bul-BdN gewinnt.
Anschließend schreitet der Prozess 500 zu Schritt S502 voran, bei dem die Schwebungssignale Bu1-BdN der FFT unterzogen werden, um die FFT-Schwebungssignale Bful-BfuN zu erzeugen.
Anschließend schreitet der Prozess 500 zu Schritt S5D3 voran, bei dem die FFT-Schwebungssignale Bfu1-BfuN zu dem Summenschwebungssignal Bfu0 summiert werden.
Anschließend schreitet der Prozess 500 zu Schritt S504 voran, bei dem die Peakfrequenz FP des Summenschwebungssignals Bfu0 erfasst wird.
Anschließend schreitet der Prozess 500 zu Schritt S505 voran, bei dem die Korrelationsmatrixgruppe RG mit den M Korrelationsmatrizen R(F1)-R(FM) aus den in Schritt S502 erzeugten FFT-Schwebungssignalen Bfu1-BfuN berechnet wird.
Anschließend schreitet der Prozess 500 zu Schritt S506 voran, bei dem jede der Korrelationsmatrizen R(F1)-R(FM) der Korrelationsmatrixgruppe RG mit einem Gewichtungsfaktor (1 - K) multipliziert wird und jede der Korrelationsmatrizen Ro(F1)-Ro(FM) der vorherigen Korrelationsmatrixgruppe RoG mit einem Gewichtungsfaktor K multipliziert wird, wobei K ein fester Wert zwischen 0.0 und 1.0 ist. Die vorherige Korrelationsmatrixgruppe RoG ist, wie vorstehend beschrieben, die Korrelationsmatrixgruppe RG, die in einer vorherigen Schleife (d.h. Ts früher) des Prozesses 500 erzeugt wurde. Anschließend werden die mit dem Gewichtungsfaktor (1 - K) multiplizierte Korrelationsmatrixgruppe RG und die mit dem Gewichtungsfaktor K multiplizierte vorherige Korrelationsmatrixgruppe RoG summiert, um die Additionskorrelationsmatrixgruppe UG mit den Additionskorrelationsmatrizen U(F1)-U(FM) zu erzeugen. Folglich ist die Additionskorrelationsmatrix U(FI), d.h. jede der Additionskorrelationsmatrizen U(F1)-U(FM) der Additionskorrelationsmatrixgruppe UG, durch die nachstehende Gleichung gegeben: $U (FI) = R (FI) \cdot (1 - K) + Ro (FI) \cdot K$
Anschließend schreitet der Prozess 500 zu Schritt S507 voran, bei dem die Extraktionsmatrix C(FP) aus der Additionskorrelationsmatrixgruppe UG extrahiert wird. Die Extraktionsmatrix C(FP) ist die der in Schritt S504 erfassten Peakfrequenz FP entsprechende Additionskorrelationsmatrix U(FP).
Anschließend schreitet der Prozess 500 zu Schritt S508 voran, bei dem eine Eigenwerterweiterung der Extraktionsmatrix C(FP) ausgeführt wird.
Anschließend schreitet der Prozess 500 zu Schritt S509 voran, bei dem ein MUSIC-Spektrum auf der Grundlage eines Eigenvektors der Extraktionsmatrix C(FP) berechnet wird.
Anschließend schreitet der Prozess 500 zu Schritt S510 voran, bei dem die Richtung des Objekts in dem Zunahmebereich auf der Grundlage des MUSIC-Spektrums berechnet wird. Da die Schwebungssignale Bd1-BdN auf die gleiche Weise wie die Schwebungssignale Bu1-BuN verarbeitet werden, wird ebenso die Richtung des Objekts in dem Abnahmebereich berechnet.
Anschließend schreitet der Prozess 500 zu Schritt S511 voran, bei dem die in Schritt S505 erzeugte Korrelationsmatrixgruppe RG als die vorherige Korrelationsmatrixgruppe RoG, die in einer nächsten Schleife des Prozesses 500 verwendet wird, in dem Speicher 21 gespeichert wird.
Anschließend schreitet der Prozess 500 zu Schritt S512 voran, bei dem eine Paarabgleichung bzw. -abstimmung (pair matching) des Objekts auf der Grundlage der Intensität des Summenschwebungssignals Bfu0, der Richtung des Objekts in dem Zunahmebereich, der Intensität des Summenschwebungssignals Bfd0 und der Richtung des Objekts in dem Abnahmebereich ausgeführt wird. Auf diese Weise werden der Abstand und die relative Geschwindigkeit zwischen der Radarvorrichtung 100 und dem Objekt erfasst.
Auf den Schritt S512 folgend kehrt der Prozess 500 zu Schritt S501 zurück.
Die in einer laufenden Schleife des Prozesses 500 erzeugte Korrelationsmatrixgruppe RG wird zu der vorherigen Korrelationsmatrixgruppe RoG, die in der vorherigen Schleife des Prozesses 500 erzeugt wurde, addiert und in dem Speicher 21 gespeichert. Bei solch einem Ansatz kann die Additionskorrelationsmatrixgruppe UG weniger Rauschen als die Korrelationsmatrixgruppe RG aufweisen.
Die Peakfrequenz FP, welche das Vorhandensein des Objekts anzeigt, wird erfasst, und die der Peakfrequenz FP entsprechende Extraktionsmatrix C(FP), wird aus der Additionskorrelationsmatrixgruppe UG extrahiert. Das MUSIC-Spektrum wird mit Hilfe der Extraktionsmatrix C(FP) erzeugt. Insbesondere wird die Eigenwerterweiterung nur bezüglich der Extraktionsmatrix C(FP) ausgeführt, um das MUSIC-Spektrum zu erzeugen. Folglich ist der Rechenaufwand für den Mikrocomputer 18 verglichen mit dem Fall, bei dem die Eigenwerterweiterung bezüglich jeder der Additionskorrelationsmatrizen U(F1)-U(FM) ausgeführt wird, sehr gering.
Die vorherige Information wird aus den folgenden Gründen als Korrelationsmatrix in dem Speicher 21 gespeichert.
6 zeigt eine Tabelle mit dem Rechenaufwand zum Wandeln der FFT-Schwebungssignale Bfu1-BfuN in jeder Form pro Frequenz (d.h. eine der Frequenzen F1-FM). In der Tabelle beschreibt R ± R eine Addition/Subtraktion reeller Zahlen und R × R eine Multiplikation reeller Zahlen.
Es sind, wie in der Tabelle der 6 gezeigt, 500 Additionen/Subtraktionen und 500 Multiplikationen erforderlich, um eine der M Korrelationsmatrizen R(F1)-R(FM) aus den FFT-Schwebungssignalen Bfu1-BfuN zu berechnen. Gleichermaßen sind 3500 Additionen/Subtraktionen und 3500 Multiplikationen erforderlich, um die Eigenvektoren von einer der M Korrelationsmatrizen R(F1)-R(FM) aus den FFT Schwebungssignalen Bfu1-BfuN zu berechnen. D.h., es sind 3000 Additionen/Subtraktionen und 3000 Multiplikationen erforderlich, um die Eigenvektoren von einer der Korrelationsmatrizen R(F1)-R(FM) zu berechnen.
Bei dem in der 4 gezeigten Fall werden 500 × M Additionen/Subtraktionen und 500 × M Multiplikationen ausgeführt, um die M Korrelationsmatrizen R(F1)-R(FM) aus den FFT-Schwebungssignalen Bfu1-BfuN zu berechnen. Beispielsweise werden dann, wenn der Anzahl von M 10 beträgt, 50000 Additionen/Subtraktionen und 50000 Multiplikationen ausgeführt, um die 10 Korrelationsmatrizen R(F1)-R(F10) aus den FFT-Schwebungssignalen Bfu1-BfuN zu berechnen.
Wenn der Speicher 21 die Eigenvektoren von jeder der Korrelationsmatrizen R(F1)-R(FM) speichert, werden ferner 3000 × M Additionen/Subtraktionen und 3000 × M Multiplikationen ausgeführt, um die Eigenvektoren zu berechnen. Der der Peakfrequenz FP entsprechende Eigenvektor der Korrelationsmatrix R(FP) wird jedoch einzig zur Erzeugung der Extraktionsmatrix C(FP) verwendet. Folglich sind 3000 × (M - 1) Additionen/Subtraktionen und 3000 × (M - 1) Multiplikationen überflüssig, wenn die Peakfrequenz in der vorherigen Schleife gleich der in der laufenden Schleife ist. Gleichermaßen sind 3000 × (M - 2) Additionen/Subtraktionen und 3000 × (M - 2) Multiplikationen überflüssig, wenn die Peakfrequenz in der vorherigen Schleife nicht gleich der in der laufenden Schleife ist.
Angesichts des Rechenaufwands ist es folglich zweckmäßig, die vorherige Information als Korrelationsmatrizen R(F1)-R(FM) in dem Speicher 21 zu speichern.
Auf diese Weise erzielt die Radarvorrichtung 100 eine hohe Auflösung, ohne den Rechenaufwand zu erhöhen.
Obgleich in der ersten Ausführungsform der Fall, bei dem ein Objekt erfasst wird, diskutiert wurde, kann die Radarvorrichtung 100 zwei oder mehr als zwei Objekte erfassen.
Wenn die Anzahl der Objekte beispielsweise zwei beträgt und der Abstand zwischen einem Objekt und der Radarvorrichtung 100 nicht gleich dem Abstand zwischen dem anderen Objekt und der Radarvorrichtung 100 ist, weist das Summenschwebungssignal Bfu0 zwei Peakintensitäten, d.h. zwei Peakfrequenzen auf. In diesem Fall werden zwei Extraktionsmatrizen C(FP), von denen eine der einen Peakfrequenz und die andere der anderen Peakfrequenz entspricht, aus der Additionskorrelationsmatrixgruppe UG extrahiert. Die MUSIC-Spektren werden auf der Grundlage von jeder der zwei Extraktionsmatrizen C(FP) berechnet, so dass jede Richtung der zwei Objekte erfasst werden kann.
Wenn der Abstand zwischen einem Objekt und der Radarvorrichtung 100 demgegenüber gleich dem Abstand zwischen dem anderen Objekt und der Radarvorrichtung 100 ist, weist das Summenschwebungssignal Bfu0 nur eine Peakintensität auf. In diesem Fall wird eine der Peakfrequenz entsprechende Extraktionsmatrix C(FP) aus der Additionskorrelationsmatrixgruppe UG extrahiert. Das MUSIC-Spektrum wird auf der Grundlage der Extraktionsmatrix C(FP) berechnet. Da das MUSIC-Spektrum Signale beinhaltet, die jede Richtung der zwei Objekte anzeigen, d.h. das MUSIC-Spektrum weist zwei Peaks auf, kann jede Richtung der zwei Objekte erfasst werden.
Nachstehend wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 5 und 7 beschrieben. In der zweiten Ausführungsform führt der Mikrocomputer 18 einen in der 7 gezeigten Prozess 700 anstelle des in der 5 gezeigten Prozesses 500 aus. Der Prozess 700 weist, wie in der 7 gezeigt, die Schritte S705 bis S711 anstelle der Schritte S505 bis S511 des Prozesses 500 auf. Obgleich nachstehend einzig die Schwebungssignale Bu1-BuN diskutiert werden, ist zu beachten, dass die Schwebungssignale Bd1-BdN auf die gleiche Weise wie die Schwebungssignale Bu1-BuN verarbeitet werden.
Nach Abschluss der Schritte S501 bis S504 schreitet der Prozess 700 zu Schritt S705 voran, bei dem die Korrelationsmatrixgruppe RG mit den M Korrelationsmatrizen R(F1)-R(FM) aus den in Schritt S502 erzeugten FFT-Schwebungssignalen Bfu1-BfuN berechnet wird.
Anschließend schreitet der Prozess 700 zu Schritt S706 voran, bei dem jede der Korrelationsmatrizen R(F1)-R(FM) der Korrelationsmatrixgruppe RG mit dem Gewichtungsfaktor (1-K) multipliziert und jede der vorherigen Additionskorrelationsmatrizen Uo(F1)-Uo(FM) einer vorherigen Korrelationsmatrixgruppe UoG mit einem Gewichtungsfaktor K multipliziert wird. Die vorherige Korrelationsmatrixgruppe RoG ist die in einer vorherigen Schleife (d.h. Ts früher) des Prozesses 700 erzeugte Additionskorrelationsmatrixgruppe UG. Anschließend werden die mit dem Gewichtungsfaktor (1-K) multiplizierte Korrelationsmatrixgruppe RG und die mit dem Gewichtungsfaktor K multiplizierte vorherige Additionskorrelationsmatrixgruppe UoG addiert, um die Additionskorrelationsmatrixgruppe UG mit den Additionskorrelationsmatrizen U(F1)-U(FM) zu erzeugen. Folglich kann die Additionskorrelationsmatrix U(FI), d.h. jede der Additionskorrelationsmatrizen U(F1)-(FM) der Additionskorrelationsmatrixgruppe UG durch die folgende Gleichung beschrieben werden: $U (FI) = R (FI) \cdot (1 - K) + Uo (FI) \cdot K$
Anschließend schreitet der Prozess 700 zu Schritt S707 voran, bei dem die Extraktionsmatrix C(FP) aus der Additionskorrelationsmatrixgruppe UG extrahiert wird. Die Extraktionsmatrix C(FP) ist die der in Schritt S504 erfassten Peakfrequenz FP entsprechende Additionskorrelationsmatrix U(FP).
Anschließend schreitet der Prozess 700 zu Schritt S708 voran, bei dem die Eigenwerterweiterung der Extraktionsmatrix C(FP) ausgeführt wird.
Anschließend schreitet der Prozess 700 zu Schritt S709 voran, bei dem das MUSIC-Spektrum auf der Grundlage des Eigenvektors der Extraktionsmatrix C(FP) berechnet wird.
Anschließend schreitet der Prozess 700 zu Schritt S710 voran, bei dem die Richtung des Objekts in dem Zunahmebereich auf der Grundlage des MUSIC-Spektrums berechnet wird. Da die Schwebungssignale Bd1-BdN auf die gleiche Weise wie die Schwebungssignale Bu1-BuN verarbeitet werden, wird ebenso die Richtung des Objekts in dem Abnahmebereich berechnet.
Anschließend schreitet der Prozess 700 zu Schritt S711 voran, bei dem die in Schritt S706 erzeugte Additionskorrelationsmatrixgruppe UG als vorherige Additionskorrelationsmatrixgruppe UoG, die in einer nächsten Schleife des Prozesses 700 verwendet wird, in dem Speicher 21 gespeichert wird.
Anschließend schreitet der Prozess 700 zu Schritt S512 voran.
Folglich wird bei dem Prozess 700 die in der vorherigen Schleife erzeugte vorherige Additionskorrelationsmatrixgruppe UoG verwendet, um die Additionskorrelationsmatrixgruppe UG zu erzeugen. Bei einem derartigen Ansatz kann die Additionskorrelationsmatrix UG auf der Grundlage von zwei oder mehr als zwei vorherigen Korrelationsmatrixgruppen erzeugt werden, so dass die Additionskorrelationsmatrixgruppe UG der zweiten Ausführungsform ein geringeres Rauschen als die Additionskorrelationsmatrixgruppe UG der ersten Ausführungsform aufweisen kann.
Nachstehend wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 5 und 8 beschrieben. In der dritten Ausführungsform führt der Mikrocomputer 18 einen in der 8 gezeigten Prozess 800 anstelle des in der 5 gezeigten Prozesses 500 aus. Der Prozess 800 weist, wie in der 8 gezeigt, die Schritte S805 bis S811 anstelle der Schritte S505 bis S511 des Prozesses 500 auf. Obgleich nachstehend einzig die Schwebungssignale Bu1-BuN diskutiert werden, ist zu beachten, dass die Schwebungssignale Bd1-BdN auf die gleiche Weise wie die Schwebungssignale Bu1-BuN verarbeitet werden.
Nach Abschluss der Schritte S501 bis S504 schreitet der Prozess 800 zu Schritt S805 voran, bei dem die Korrelationsmatrixgruppe RG mit den M Korrelationsmatrizen R(F1)-R(FM) aus den in Schritt S502 erzeugten FFT-Schwebungssignalen Bfu1-BfuN berechnet wird.
Anschließend schreitet der Prozess 800 zu Schritt S806 voran, bei dem eine der in Schritt S504 erfassten Peakfrequenz FP entsprechende Korrelationsmatrix R(FP) aus der Korrelationsmatrixgruppe RG extrahiert wird. Ferner wird eine der Peakfrequenz FP entsprechende vorherige Korrelationsmatrix Ro(FP) aus einer vorherigen Korrelationsmatrixgruppe RoG mit M Korrelationsmatrizen Ro(F1)-Ro(FM) extrahiert. Die vorherige Korrelationsmatrixgruppe RoG ist die in einer vorherigen Schleife (d.h. Ts früher) des Prozesses 800 erzeugte und in dem Speicher 21 gespeicherte Korrelationsmatrixgruppe RG.
Anschließend schreitet der Prozess 800 zu Schritt S807 voran, bei dem die Korrelationsmatrix R(FP) mit dem Gewichtungsfaktor (1-K) multipliziert und die vorherige Korrelationsmatrix Ro(FP) mit dem Gewichtungsfaktor K multipliziert wird. Anschließend werden die mit dem Gewichtungsfaktor (1-K) multiplizierte Korrelationsmatrix R(FP) und die mit dem Gewichtungsfaktor K multiplizierte vorherige Korrelationsmatrix Ro(FP) addiert, um die Additionskorrelationsmatrix U(FP) zu erzeugen. Folglich kann die Additionskorrelationsmatrix U(FP) durch die folgende Gleichung beschrieben werden: $U (FP) = R (FP) \cdot (1 - K) + Ro (FP) \cdot K$
Anschließend schreitet der Prozess 800 zu Schritt S808 voran, bei dem die Eigenwerterweiterung der Additionskorrelationsmatrix U(FP) ausgeführt wird.
Anschließend schreitet der Prozess 800 zu Schritt S809 voran, bei dem das MUSIC-Spektrum auf der Grundlage des Eigenvektors der Additionskorrelationsmatrix U(FP) berechnet wird.
Anschließend schreitet der Prozess 800 zu Schritt S810 voran, bei dem die Richtung des Objekts in dem Zunahmebereich auf der Grundlage des MUSIC-Spektrums berechnet wird. Da die Schwebungssignale Bd1-BdN auf die gleiche Weise wie die Schwebungssignale Bu1-BuN verarbeitet werden, wird ebenso die Richtung des Objekts in dem Abnahmebereich berechnet.
Anschließend schreitet der Prozess 800 zu Schritt S811 voran, bei dem die in Schritt S805 erzeugte Korrelationsmatrixgruppe RG als vorherige Korrelationsmatrixgruppe RoG, die in einer nächsten Schleife des Prozesses 800 verwendet wird, in dem Speicher 21 gespeichert wird.
Anschließend schreitet der Prozess 800 zu Schritt S512 voran.
Bei dem Prozess 500 gemäß der ersten Ausführungsform wird die Additionskorrelationsmatrixgruppe UG mit den Additionskorrelationsmatrizen U(F1)-U(FM) derart erzeugt, dass die Korrelationsmatrixgruppe RG zu der vorherigen Korrelationsmatrixgruppe RoG addiert wird. Wenn die Anzahl der Objekte eins (1) beträgt, weist das Summenschwebungssignal Bfu0 nur eine Peakfrequenz auf. Obgleich jede der Additionskorrelationsmatrizen U(F1)-U(FM) berechnet wird, wird folglich nur die der Peakfrequenz FP entsprechende Additionskorrelationsmatrix U(FP) verwendet. D.h., die Berechnung der Additionskorrelationsmatrizen U(F1)-U(FM) könnte mit Ausnahme der Berechnung der Additionskorrelationsmatrix U(FP) überflüssig sein. Demgegenüber wird die Additionskorrelationsmatrix U(FP) bei dem Prozess 800 gemäß der dritten Ausführungsform derart erzeugt, dass die Korrelationsmatrix R(FP) zu der vorherigen Korrelationsmatrix Ro(FP) addiert wird. Folglich kann eine überflüssige Berechnung vermieden werden.
Bei dem Prozess 500 muss der Speicher 21 die vorherige Korrelationsmatrixgruppe RoG und die Additionskorrelationsmatrixgruppe UG gleichzeitig speichern. Bei dem Prozess 800 muss der Speicher 21 demgegenüber die vorherige Korrelationsmatrixgruppe RoG und die Additionskorrelationsmatrix U(FP) gleichzeitig speichern. Folglich kann der Speicher 21 bei dem Prozess 800 eine kleinere Speicherkapazität als bei dem Prozess 500 aufweisen.
Nachstehend wird eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei der dritten Ausführungsform speichert der Speicher 21 jede der M Korrelationsmatrizen R(F1)-R(FM) für die nächste Schleife. Bei der vierten Ausführungsform speichert der Speicher 21 demgegenüber M/2 Korrelationsmatrizen R(F1), R(F3), R(F5) usw. Folglich werden die M Korrelationsmatrizen R(F1)-R(FM) auf M/2 Korrelationsmatrizen R(F1), R(F3), R(F5) usw. „ausgedünnt“ bzw. reduziert. D.h., die M Korrelationsmatrizen R(F1)-R(FM) werden derart wechselweise in dem Speicher 21 gespeichert, dass der Speicher 21 die M/2 Korrelationsmatrizen R(F1), R(F3), R(F5) usw. speichert.
Wenn beispielsweise die Korrelationsmatrizen R(F1)-R(F3) in der S-ten Schleife erzeugt werden, wobei S eine positive ganze Zahl ist, speichert der Speicher 21 die Korrelationsmatrizen R(F1), R(F3) als die vorherigen Korrelationsmatrizen Ro(F1), Ro(F3). D.h., die Korrelationsmatrix R(F2) wird in der S-ten Schleife nicht in dem Speicher 21 gespeichert. In diesem Fall wird die vorherige Korrelationsmatrix Ro(F2) dann, wenn die Peakfrequenz FP in der (S + 1)-ten Schleife F2 ist, derart erzeugt, dass ein gewichteter Mittelwert der vorherigen Korrelationsmatrix Ro(F1) zu einem gewichteten Mittelwert der vorherigen Korrelationsmatrix Ro(F3) addiert wird.
Bei der vierten Ausführungsform führt der Mikrocomputer 18 einen in der 9 gezeigten Prozess 900 anstelle des in der 5 gezeigten Prozesses 500 aus. Der Prozess 900 weist, wie in der 9 gezeigt, die Schritte S905 bis S912 anstelle der Schritte S505 bis S511 des Prozesses 500 auf. Obgleich nachstehend einzig die Schwebungssignale Bu1-BuN diskutiert werden, ist zu beachten, dass die Schwebungssignale Bd1-BdN auf die gleiche Weise wie die Schwebungssignale Bu1-BuN verarbeitet werden.
Nach Abschluss der Schritte S501 bis S504 schreitet der Prozess 900 zu Schritt S905 voran, bei dem die Korrelationsmatrixgruppe RG mit den M Korrelationsmatrizen R(F1)-R(FM) aus den in Schritt S502 erzeugten FFT-Schwebungssignalen Bfu1-BfuN berechnet wird.
Anschließend schreitet der Prozess 900 zu Schritt S906 voran, bei dem bestimmt wird, ob die der Peakfrequenz FP entsprechende vorherige Korrelationsmatrix Ro(FP) in dem Speicher 21 gespeichert ist.
Wenn die vorherige Korrelationsmatrix Ro(FP) in dem Speicher 21 gespeichert ist, schreitet der Prozess 900 direkt zu Schritt S908 voran.
Wenn die vorherige Korrelationsmatrix Ro(FP) nicht in dem Speicher 21 gespeichert ist, schreitet der Prozess 900 über den Schritt S907, bei welchem die vorherige Korrelationsmatrix Ro(FP) derart erzeugt wird, dass ein gewichteter Mittelwert einer vorherigen Korrelationsmatrix Ro(FP - 1) zu einem gewichteten Mittelwert einer vorherigen Korrelationsmatrix Ro(FP + 1) addiert wird, zu Schritt S908 voran.
In Schritt S908 wird die der Peakfrequenz FP entsprechende Korrelationsmatrix R(FP) aus der Korrelationsmatrixgruppe RG extrahiert. Die Korrelationsmatrix R(FP) wird mit dem Gewichtungsfaktor (1 - K) multipliziert, und die vorherige Korrelationsmatrix Ro(FP) wird mit dem Gewichtungsfaktor K multipliziert. Anschließend werden die mit dem Gewichtungsfaktor (1 - K) multiplizierte Korrelationsmatrix R(FP) und die mit dem Gewichtungsfaktor K multiplizierte vorherige Korrelationsmatrix Ro(FP) addiert, um die Additionskorrelationsmatrix U(FP) zu erzeugen. Folglich kann die Additionskorrelationsmatrix U(FP) durch die folgende Gleichung beschrieben werden: $U (FP) = R (FP) \cdot (1 - K) + Ro (FP) \cdot K$
Anschließend schreitet der Prozess 900 zu Schritt S909 voran, bei dem die Eigenwerterweiterung der Additionskorrelationsmatrix U(FP) ausgeführt wird.
Anschließend schreitet der Prozess 900 zu Schritt S910 voran, bei dem das MUSIC-Spektrum auf der Grundlage des Eigenvektors der Additionskorrelationsmatrix U(FP) berechnet wird.
Anschließend schreitet der Prozess 900 zu Schritt S911 voran, bei dem die Richtung des Objekts in dem Zunahmebereich auf der Grundlage des MUSIC-Spektrums berechnet wird. Da die Schwebungssignale Bd1-BdN auf die gleiche Weise wie die Schwebungssignale Bu1-BuN verarbeitet werden, wird ebenso die Richtung des Objekts in dem Abnahmebereich berechnet.
Anschließend schreitet der Prozess 900 zu Schritt S912 voran, bei dem die Korrelationsmatrixgruppe RG ausgedünnt und als vorherige Korrelationsmatrixgruppe RoG, die in einer nächsten Schleife des Prozesses 900 verwendet wird, in dem Speicher 21 gespeichert wird.
Anschließend schreitet der Prozess 900 zu Schritt S512 voran.
Bei dem Prozess 900 wird die Korrelationsmatrixgruppe RG, wie vorstehend beschrieben, ausgedünnt und als vorherige Korrelationsmatrixgruppe RoG in dem Speicher 21 gespeichert. Folglich kann der Speicher 21 in dem Prozess 900 eine kleinere Speicherkapazität als der Speicher 21 in dem Prozess 800 der dritten Ausführungsform aufweisen. Selbst wenn die vorherige Korrelationsmatrix Ro(FP) nicht in dem Speicher 21 gespeichert ist, wird die vorherige Korrelationsmatrix Ro(FP) aus den vorherigen Korrelationsmatrizen Ro(FP - 1), Ro (FP + 1) geschätzt.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen können auf verschiedene Weisen ausgestaltet werden. Beispielsweise kann die Radarvorrichtung 100 das von einigen und nicht von allen Elementen E1-EN der Empfangsantenne 12 empfangene Radarsignal verwenden. Bei einem derartigen Ansatz kann der Rechenaufwand verringert werden.
Die Korrelationsmatrixgruppe RG oder die Additionskorrelationsmatrixgruppe UG kann in dem Speicher 21 gespeichert werden, nachdem sie mit Hilfe eines Datenkomprimierungsalgorithmus komprimiert wurde. Folglich kann der Speicher 21 die vorherige Information als Daten, die Elemente der Korrelationsmatrixgruppe RG oder der Additionskorrelationsmatrixgruppe UG beinhalten, speichern.
Der Gewichtungsfaktor K kann eine Variable sein. Beispielsweise kann der Gewichtungsfaktor K erhöht werden, wenn das empfangene Radarsignal stärker verrauscht ist. Bei einem derartigen Ansatz kann der Einfluss des Rauschens verringert werden.
Der in der vorliegenden Erfindung verwendete Algorithmus kann auf verschiedene Arten des DOA-Schätzalgorithmus, wie beispielsweise den Unitary-MUSIC-Algorithmus, den ESPRIT-Algorithmus, den Unitary-ESPRIT-Algorithmus, den Capon-Algorithmus und den Strahlformungsalgorithmus, angewandt werden. Insbesondere wird dann, wenn der Unitary-MUSIC-Algorithmus oder der Unitary-ESPRIT-Algorithmus verwendet wird, nur der reelle Teil der Matrix in dem Speicher 21 gespeichert. Folglich kann der Rechenaufwand deutlich verringert werden und der Speicher 21 eine sehr kleine Speicherkapazität aufweisen. Der in der vorliegenden Erfindung verwendete Algorithmus kann ebenso auf einen Spatial-Smoothing-Algorithmus (Algorithmus zur räumlichen Glättung) angewandt werden.
Die vorherige Information (d.h. die vorherige Korrelationsmatrixgruppe RoG, die vorherige Additionskorrelationsmatrixgruppe UG) kann zwei oder mehr als zwei Schleifen vorher erzeugt werden. Die vorherige Information kann beispielsweise zwei Schleifen vor der laufenden Schleife (d.h. 2Ts früher) erzeugt werden.
Die Sendeantenne 11 kann anstelle der Empfangsantenne 12 die in dem Array angeordneten Elemente aufweisen, um die Schwebungssignale zu erzeugen.
Vorstehend wurde eine Radarvorrichtung offenbart.
Eine Radarvorrichtung weist ein Empfangsmittel 12, das ein reflektiertes Signal empfängt, ein Schwebungssignalerzeugungsmittel 14, das Schwebungssignale auf der Grundlage des reflektierten Signals erzeugt, ein Korrelationsmatrixerzeugungsmittel 18, das Korrelationsmatrizen auf der Grundlage der Schwebungssignale berechnet, ein Speichermittel 21, das vorherige Korrelationsmatrizen speichert, ein Additionsmittel 18, das Additionskorrelationsmatrizen berechnet, indem es die Korrelationsmatrizen zu den vorherigen Korrelationsmatrizen addiert, ein Erfassungsmittel 18, das eine Frequenzkomponente erfasst, die eine vorbestimmte Bedingung erfüllt, wobei es die Schwebungssignale verwendet, ein Extraktionsmittel 18, das eine Extraktionsmatrix, welche der erfassten Frequenzkomponente entspricht, aus den Additionskorrelationsmatrizen extrahiert, und ein Richtungsberechnungsmittel 18 auf, das eine Richtung des Objekts bezüglich der Radarvorrichtung auf der Grundlage der Extraktionsmatrix berechnet.

Claims

Radarvorrichtung, die einen Algorithmus zum Schätzen einer Empfangsrichtung verwendet, der in einem vorbestimmten Zeitabstand ausgeführt wird, um ein Objekt zu erfassen, wobei die Radarvorrichtung aufweist: - ein Sendemittel (11), das ein Wellensignal zu dem Objekt sendet; - ein Empfangsmittel (12), welches das gesendete Wellensignal, das von dem Objekt reflektiert wurde, empfängt; - ein Schwebungssignalerzeugungsmittel (14), das eine Mehrzahl von Schwebungssignalen auf der Grundlage des empfangenen Wellensignals erzeugt; - ein Korrelationsmatrixerzeugungsmittel (18), das eine Mehrzahl von Korrelationsmatrizen auf der Grundlage der Schwebungssignale bezüglich jeder Frequenzkomponente der Schwebungssignale berechnet; - ein Additionsmittel (18), das eine Mehrzahl von Additionskorrelationsmatrizen berechnet; - ein Speichermittel (21), das wenigstens einen Teil einer Mehrzahl vorheriger Korrelationsmatrizen, die an einem vorherigen Zeitpunkt von dem Korrelationsmatrixerzeugungsmittel (18) berechnet wurden, speichert, oder das wenigstens einen Teil einer Mehrzahl vorheriger Additionskorrelationsmatrizen, die an einem vorherigen Zeitpunkt von dem Additionsmittel (18) berechnet wurden, speichert; - ein Erfassungsmittel (18), das wenigstens eine Frequenzkomponente der Schwebungssignale erfasst, wobei die Frequenzkomponente eine vorbestimmte Bedingung erfüllt; - ein Extraktionsmittel (18), das eine Extraktionsmatrix aus den Additionskorrelationsmatrizen extrahiert, wobei die Extraktionsmatrix einer Frequenzkomponente entspricht, welche der von dem Erfassungsmittel (18) erfassten Frequenzkomponente am nächsten ist; und - ein Richtungsberechnungsmittel (18), das eine Richtung des Objekts bezüglich der Radarvorrichtung auf der Grundlage der Extraktionsmatrix berechnet, wobei - das Empfangsmittel (12) eine Mehrzahl von in einem Array angeordneten Elementen (E1-EN) aufweist, - das Schwebungserzeugungsmittel (14) über einen Hochfrequenzschalter (13) mit jeweils einem der Elemente (E1-EN) des Empfangsmittels (12) verbunden ist und ein Schwebungssignal durch Mischen des gesendeten Wellensignals und des empfangenen Wellensignals bezüglich jedes der Elemente (E1-EN) erzeugt, und - das Additionsmittel (18) die Additionskorrelationsmatrizen berechnet, indem es die von dem Korrelationsmatrixerzeugungsmittel (18) berechneten Korrelationsmatrizen zu den vorherigen Korrelationsmatrizen oder den vorherigen Additionskorrelationsmatrizen, die in dem Speichermittel (21) gespeichert sind, addiert.
Radarvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - das Additionsmittel (18) ferner ein Multiplikationsmittel (18) aufweist, welches die Korrelationsmatrizen mit einem ersten Gewichtungsfaktor und die vorherigen Additionskorrelationsmatrizen mit einem zweiten Gewichtungsfaktor multipliziert; und - das Additionsmittel (18) die Additionskorrelationsmatrizen berechnet, indem es die mit dem ersten Gewichtungsfaktor multiplizierten Korrelationsmatrizen zu den mit dem zweiten Gewichtungsfaktor multiplizierten vorherigen Additionskorrelationsmatrizen addiert.
Radarvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - die vorherigen Korrelationsmatrizen einen ersten und einen zweiten Abschnitt aufweisen; - das Speichermittel (21) den ersten Abschnitt der vorherigen Korrelationsmatrizen speichert; und - das Additionsmittel (18) ferner ein Schätzmittel (18) aufweist, welches den zweiten Abschnitt der vorherigen Korrelationsmatrizen aus dem ersten Abschnitt schätzt, um die Additionskorrelationsmatrizen zu berechnen.
Radarvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - die vorherigen Additionskorrelationsmatrizen einen ersten und einen zweiten Abschnitt aufweisen; - das Speichermittel (21) den ersten Abschnitt der vorherigen Additionskorrelationsmatrizen speichert; und - das Additionsmittel (18) ferner ein Schätzmittel (18) aufweist, welches den zweiten Abschnitt der vorherigen Additionskorrelationsmatrizen aus dem ersten Abschnitt schätzt, um die Additionskorrelationsmatrizen zu berechnen.
Radarvorrichtung, die einen Algorithmus zum Schätzen einer Empfangsrichtung verwendet, der in einem vorbestimmten Zeitabstand ausgeführt wird, um ein Objekt zu erfassen, wobei die Radarvorrichtung aufweist: - ein Sendemittel (11), das ein Wellensignal zu einem Objekt sendet; - ein Empfangsmittel (12), welches das gesendete Wellensignal, das von dem Objekt reflektiert wurde, empfängt; - ein Schwebungssignalerzeugungsmittel (14), das eine Mehrzahl von Schwebungssignalen auf der Grundlage des empfangenen Wellensignals erzeugt; - ein Korrelationsmatrixerzeugungsmittel (18), das eine Mehrzahl von Korrelationsmatrizen auf der Grundlage der Schwebungssignale bezüglich jeder Frequenzkomponente der Schwebungssignale berechnet; - ein Speichermittel (21), das wenigstens einen Teil einer Mehrzahl vorheriger Korrelationsmatrizen, die an einem vorherigen Zeitpunkt von dem Korrelationsmatrixerzeugungsmittel (18) berechnet wurden, speichert; - ein Erfassungsmittel (18), das wenigstens eine Frequenzkomponente der Schwebungssignale erfasst, wobei die Frequenzkomponente eine vorbestimmte Bedingung erfüllt; - ein Extraktionsmittel (18), das eine Extraktionsmatrix aus den Korrelationsmatrizen extrahiert, und das eine vorherige Extraktionsmatrix aus den vorherigen Korrelationsmatrizen, die in dem Speichermittel (21) gespeichert sind, extrahiert, wobei sowohl die Extraktionsmatrix als auch die vorherige Extraktionsmatrix der von dem Erfassungsmittel (18) erfassten Frequenzkomponente entspricht; - ein Additionsmittel (18), das eine Additionsextraktionsmatrix berechnet, indem es die Extraktionsmatrix zu der vorherigen Extraktionsmatrix addiert; und - ein Richtungsberechnungsmittel (18), das eine Richtung des Objekts bezüglich der Radarvorrichtung auf der Grundlage der Additionsextraktionsmatrix berechnet, wobei - das Empfangsmittel (12) eine Mehrzahl von in einem Array angeordneten Elementen (E1-EN) aufweist, und das Schwebungserzeugungsmittel (14) über einen Hochfrequenzschalter (13) mit jeweils einem der Elemente (E1-EN) des Empfangsmittels (12) verbunden ist und ein Schwebungssignal durch Mischen das gesendeten Wellensignals und des empfangenen Wellensignals bezüglich jedes der Elemente (E1-EN) erzeugt.
Radarvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass - das Additionsmittel (18) ferner ein Multiplikationsmittel (18) aufweist, welches die Extraktionsmatrix mit einem ersten Gewichtungsfaktor und die vorherige Extraktionsmatrix mit einem zweiten Gewichtungsfaktor multipliziert; und - das Additionsmittel (18) die Additionsextraktionsmatrix berechnet, indem es die mit dem ersten Gewichtungsfaktor multiplizierte Extraktionsmatrix zu der mit dem zweiten Gewichtungsfaktor multiplizierten vorherigen Extraktionsmatrix addiert.
Radarvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass - die vorherigen Korrelationsmatrizen einen ersten und einen zweiten Abschnitt aufweisen; - das Speichermittel (21) den ersten Abschnitt der vorherigen Korrelationsmatrizen speichert; und - das Extraktionsmittel (18) ferner ein Schätzmittel (18) aufweist, welches den zweiten Abschnitt der vorherigen Korrelationsmatrizen aus dem ersten Abschnitt schätzt, um die vorherige Extraktionsmatrix, welche der von dem Erfassungsmittel (18) erfassten Frequenzkomponente entspricht, zu extrahieren.