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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE
ANMELDUNG
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Diese
Anmeldung bezieht sich auf die am 20. Juli 2007 eingereichte
japanische Patentanmeldung Nr. 2007-189683 ,
auf deren Offenbarung hiermit vollinhaltlich Bezug genommen wird.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Radarvorrichtung und insbesondere
eine Radarvorrichtung, die einfallende Wellen, einschließlich
von einem Objekt reflektierter Radarwellen, unter Verwendung einer
Mehrzahl von Kanälen empfängt und die Anzahl von
Ankunftssignalen auf der Grundlage einer Korrelationsmatrix schätzt,
die Korrelationen von Empfangssignalen zwischen den Empfangskanälen
anzeigt (d. h. die Radarvorrichtung schätzt die Anzahl
unterschiedlicher Reflexionswellen).
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2. Stand der Technik
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Es
ist eine Radarvorrichtung bekannt, die eine Array-Antenne verwendet,
die aus einer Mehrzahl von Antennenelementen aufgebaut ist, und
die eine Ankunftsrichtung (DOA) von einer Mehrzahl von Funkwellen schätzt,
die gleichzeitig an der Array-Antenne ankommen.
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Bekannte
Verfahren zum Schätzen der DOA der Funkwellen sind das
MUSIC-(Multiple Signal Classification)-Verfahren, das ESPRIT-(Estimation
of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques)-Verfahren
und dergleichen. Bei diesen Ver fahren wird ein Richtungsspektrum
auf der Grundlage einer Korrelationsmatrix erzeugt, die Korrelationen
zwischen den von jedem Antennenelement (nachstehend auch als Kanäle
bezeichnet) empfangenen Empfangssignalen anzeigt. Durch ein Scannen
des Richtungsspektrums wird eine hochauflösende Schätzung
ausgeführt.
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Nachstehend
wird das MUSIC-Verfahren kurz beschrieben. Die Array-Antenne ist
als sogenannte Dipolreihe aufgebaut, bei der N Antennenelemente
(N ist eine ganze Anzahl von größer oder gleich
2) zu gleichen Abständen voneinander entfernt in einer
Linie angeordnet sind.
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Zunächst
wird ein durch die Gleichung (1) beschriebener Empfangsvektor X(k)
für Teile von Abtastdaten X1(k),
X2(k), bis XN(k)
gebildet, die mit einer Abtastzeit von kΔT (ΔT
beschreibt ein Abtastintervall und k eine natürliche Zahl) über
die Array-Antenne erfasst werden. Anschließend wird der
Empfangsvektor X(k) dazu verwendet, eine Autokorrelationsmatrix
RXX bestehend aus N Reihen und N Spalten
gemäß der Gleichung (2) zu bestimmen.
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Hierbei
beschreibt T eine Vektortransposition. H beschreibt eine komplex-konjugierte
Transposition. X(k) = {x1(k),
x2(k), ..., xN(k)]T (1) RXX = X(k)XH(k) (2)
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Anschließend
werden die Eigenwerte λ1 bis λN (wobei λ1 ≥ λ2 ≥ ... ≥ λN ist) der Autokorrelationsmatrix RXX bestimmt. Die Anzahl von Ankunftssignalen
L(<N) wird aus
einer Anzahl von Eigenwerten geschätzt, die über
einem im Voraus festgelegten Rauschschwellenwert TH liegt. Ferner
werden die Eigenvektoren e1 bis eN, welche den Eigenwerten λ1 bis λN entsprechen,
berechnet.
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Anschließend
wird ein Rauscheigenwertvektor E
NO, der
aus einem Eigenwert gebildet ist, der (N – L) Eigenwerten
entspricht, die kleiner oder gleich dem Rauschschwellenwert TH sind,
durch die Gleichung (3) definiert. Eine durch die Gleichung (4)
be schriebene Leistungsfunktion P
MU(θ)
wird mit a(θ) bestimmt, wobei a(θ) eine komplexe
Antwort des Antennenarrays bezüglich der Richtung θ beschreibt.
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Wenn θ der
DOA der einfallenden Radarwellen entspricht, läuft das
Richtungsspektrum (auch als „MUSIC-Spektrum" bezeichnet),
das über die Leistungsfunktion PMU(θ)
erhalten wird, auseinander und bildet spitze Peaks bzw. Spitzenwerte.
Folglich können Schätzwerte θ1 bis θL der
DOA bestimmt werden, indem die Peaks im MUSIC-Spektrum (d. h. die
Nullpunkte) ermittelt werden.
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Bei
dem MUSIC-Verfahren (und ebenso bei dem ESPRIT-Verfahren) muss die
Anzahl von Ankunftssignalen L, wie vorstehend beschrieben, während
eines Prozesses zur Berechnung der DOA genau geschätzt werden.
Folglich ist es von Bedeutung, den Rauschschwellenwert TH in geeigneter
Weise festzulegen.
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Rauschen
ist auf verschiedene Faktoren zurückzuführen.
So wird in der
japanischen
Patentoffenlegungsschrift Nr. 2006-47282 beispielsweise
die folgende Vorrichtung vorgeschlagen. Die Vorrichtung ist auf die
Intensität des Rauschens ausgerichtet, die sich in Abhängigkeit
der Frequenz ändert. Die Vorrichtung stellt verschiedene
Rauschschwellenwerte TH auf der Grundlage einer Frequenz eines Schwebungssignals
(d. h. auf der Grundlage eines Abstands eines Objekts oder dergleichen)
ein.
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Wenn
eine hohe Anzahl von Snapshots gewährleistet werden kann,
sind Informationskriterien, wie beispielsweise das Informationskriterium
von Akaike (AIC), informationstheoretische Methoden, wie beispielsweise
MDL (Minimum Description Length), und dergleichen, die auf dem Verfahren
der größten Wahrscheinlichkeit basieren, bekannt.
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Die
Eigenwerte λ1 bis λN weisen eine Korrelation mit der Empfangsstärke
auf. Folglich kann die Gesamtempfangsstärke unabhängig
von den Signalelementen und den Rauschelementen durch den Empfang einer
starken Funkwelle oder dergleichen verstärkt werden. In
diesem Fall überschreiten die Eigenwerte, die auf den Rauschelementen
basieren, wie in 7 gezeigt, den Rauschschwellenwert
TH. Folglich werden die Eigenwerte fehlerhaft als diejenigen der
Signalelemente bestimmt, wodurch der Schätzwert bei der
Schätzung der Anzahl von Ankunftssignalen erhöht
wird.
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Solch
ein Zustand tritt insbesondere bei an einem Fahrzeug befestigten
Radarvorrichtungen und dergleichen auf, die in einer Umgebung verwendet
werden, die einen hohen Anteil von Stördaten von Straßen
und dergleichen (d. h. nicht benötigte Funkwellen, die
durch Reflexion erzeugt werden) aufweist. Wenn eine ausreichende
Anzahl von Snapshots nicht gewährleistet werden kann und
wenn eine Erfassung der Richtung mit AIC oder MDL in Echtzeit ausgeführt
werden muss, verringert sich die Genauigkeit bei der Schätzung
der Anzahl von Ankunftssignalen deutlich.
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Insbesondere
kann, wie bei einem frequenzmodulierten Dauerstrichradar (FMCW-Radar),
dann, wenn an einem Messzeitpunkt jeweils nur ein einziger Snapshot
(d. h. nur eine Frequenz, die in einem Frequenzspektrum eines Schwebungssignals
einen Peak aufweist) für ein einziges Objekt erhalten werden
kann, keine hohe Anzahl von Snapshots während einer kurzen
Zeitperiode gewährleistet werden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung ist geschaffen worden, um die vorstehend beschriebenen
Probleme zu lösen. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Verfahren bereitzustellen, mit welchem die Anzahl von Ankunftssignalen
selbst dann mit hoher Genauigkeit geschätzt werden kann,
wenn die Anzahl von Snapshots gering ist. Es ist ferner Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, eine Radarvorrichtung bereitzustellen,
welche das Verfahren zum Schätzen der Anzahl von Ankunftssignalen
anwendet.
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Bei
dem Verfahren der vorliegenden Erfindung werden Eigenwerte, die
einer Autokorrelationsmatrix entsprechen, die eine Korrelation zwischen
einer Mehrzahl von Kanälen anzeigt, die einfallende Radarwellen (d.
h. reflektierte Wellen) von einem eine Radarwelle reflektierenden
Objekt empfängt, auf der Grundlage der Korrelationsmatrix bestimmt.
Der größte Eigenwert unter den bestimmten Eigenwerten
wird als Referenzeigenwert gewählt. Diejenigen Eigenwerte
(unter den vielen Eigenwerten), die ein Verhältnis zum
Referenzeigenwert aufweisen, das über einem vorbestimmten
Schwellenwert liegt, werden als Eigenwerte im Signalraum erkannt,
und diejenigen Eigenwerte, deren Verhältnis kleiner oder
gleich dem Schwellenwert ist, werden als Eigenwerte im Rauschraum
erkannt. Die Anzahl von Eigenwerten, die als Eigenwerte im Signalraum
erkannt wird, entspricht der Anzahl von Ankunftssignalen.
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Bei
dem Verfahren zum Schätzen der Anzahl von Ankunftssignalen
der vorliegenden Erfindung wird eine Erkennung unter Verwendung
des Verhältnisses zum Referenzeigenwert, d. h. der relativen
Größe, ausgeführt. Folglich können
die Eigenwerte genau erkannt und kann die Anzahl von Ankunftssignalen
L selbst dann genau geschätzt werden, wenn eine Anzahl
von Snapshots gering ist oder wenn die Gesamtempfangsstärke
verstärkt wird.
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Bei
einer Radarvorrichtung der vorliegenden Erfindung weist ein Sende-
und Empfangsmittel eine Mehrzahl von Kanälen auf, die eine
Radarwelle aussendet und einfallende Radarwellen von einem die Radarwelle
reflektierenden Objekt empfängt. Ein Matrixerzeugungsmittel
erzeugt eine Korrelationsmatrix, die Korrelationen zwischen den
Kanälen anzeigt, auf der Grundlage von Empfangssignalen,
die von jedem Kanal erhalten werden. Ein Eigenwertberechnungsmittel
berechnet Eigenwerte, welche der vom Matrixerzeugungsmittel erzeugten
Korrelationsmatrix entsprechen.
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Anschließend
erkennt ein Mittel zum Schätzen der Anzahl von Ankunftssignalen
dadurch, dass der größte Eigenwert unter den bestimmten
Eigenwerten als Referenzeigenwert gewählt wird, die Eigenwerte
unter den Eigenwerten, deren Verhältnisse zum Referenzeigenwert über
einem vorbestimmten Schwellenwert liegen, als Eigenwerte im Signalraum,
und die Eigenwerte, deren Verhältnis kleiner oder gleich
dem Schwellenwert ist, als Eigenwert im Rauschraum. Die Anzahl von
Eigenwerten, die als Eigenwert im Signalraum erkannt wird, entspricht
der Anzahl von Ankunftssignalen.
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Ein
Richtungsschätzmittel schätzt die Ankunftsrichtung
jeder ankommenden Radarwelle auf der Grundlage der Eigenwerte im
Rauschraum, die mit Hilfe des Mittels zum Schätzen der
Anzahl von Ankunftssignalen erkannt werden, und der Anzahl von Ankunftssignalen.
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Das
heißt, die Radarvorrichtung der vorliegenden Erfindung
wendet das Verfahren zum Schätzen der Anzahl von Ankunftssignalen
an und kann die gleichen Effekte wie das Verfahren hervorbringen.
Ferner kann die Radarvorrichtung die Schätzgenauigkeit
der Ankunftsrichtung der einfallenden Radarwellen verbessern.
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Es
ist bekannt, dass eine maximale Anzahl erfassbarer Ankunftssignale
dann, wenn die Ankunftsrichtung der ankommenden Radarwelle unter
Verwendung der Eigenwerte geschätzt wird, um einen Wert
geringer als die Anzahl von Kanälen ist. Folglich beschränkt
das Mittel zum Schätzen der ankommenden Radarwelle die
Anzahl von Ankunftssignalen vorzugsweise unter Anwendung der folgenden
Bedingungen auf eine maximale Anzahl ankommender Radarwellen. Das
Mittel beschränkt die Anzahl, wenn die Anzahl von Eigenwerten, deren
Verhältnis zum Referenzeigenwert über dem Schwellenwert
liegt, die maximale Anzahl von Ankunftssignalen überschreitet,
die auf einen Wert gesetzt ist, der geringer als die Anzahl von
Kanälen ist.
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Bei
der Radarvorrichtung der vorliegenden Erfindung bestimmt das Matrixerzeugungsmittel
dann, wenn die vom Sende- und Empfangsmittel ausgesendete und empfangene
Radarwelle eine frequenzmodulierte kontinuierliche Welle ist, vorzugsweise
ein Schwebungssignal aus den Ankunftssignalen für jeden
Kanal. Ferner erzeugt das Matrixerzeugungsmittel die Korrelationsmatrix
vorzugsweise für jede Frequenz, bei welcher das Frequenzspektrum
des Schwebungssignals einen Peak aufweist.
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In
diesem Fall deutet die Frequenz, bei welcher das Frequenzspektrum
des Schwebungssignals einen Peak aufweist, deutlich auf das Vorhandensein
eines Objekts hin, das einen Abstand und eine relative Geschwindigkeit
aufweist, die durch die Frequenz bestimmt werden. Folglich kann
unter Verwendung dieser Frequenz verhindert werden, dass die Anzahl
von Ankunftssignalen ohne Rücksicht auf den Referenzeigenwert bestimmt
wird, der im Rauschraum liegt (d. h. ohne Rücksicht darauf,
dass die Anzahl von Ankunftssignalen Null ist). D. h., der Referenzeigenwert
ist definitiv ein Eigen wert des Signalraums. Dies führt
dazu, dass die Zuverlässigkeit der Erfassungsergebnisse
verbessert werden kann.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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1 zeigt
ein Blockdiagramm eines Gesamtaufbaus einer Radarvorrichtung;
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2 zeigt
ein Ablaufdiagramm mit den Details eines Messprozesses;
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3 zeigt
ein Ablaufdiagramm mit den Details eines Richtungsschätzprozesses;
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4 zeigt
Ablaufdiagramm mit den Details eines Prozesses zum Schätzen
der Anzahl von Ankunftssignalen;
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5 und 6 zeigen
Diagramme mit den Ergebnissen eines Versuchs, bei welchem die Radarvorrichtung
mit einer herkömmlichen Vorrichtung verglichen wird, und
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7 zeigt
ein beispielhaftes Diagramm zur Veranschaulichung der Probleme,
die in der herkömmlichen Vorrichtung auftreten.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachstehend
werden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
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1 zeigt
ein Blockdiagramm eines Gesamtaufbaus einer Radarvorrichtung 2,
auf welche die vorliegende Erfindung angewandt wird.
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Die
Radarvorrichtung 2 ist an einem Fahrzeug befestigt. Die
Radarvorrichtung 2 ist als Abschnitt einer Objekterkennungsvorrichtung
für ein Fahrzeug ausgelegt, die ein vor dem Fahrzeug befindliches
Objekt erkennt.
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Die
Radarvorrichtung 2 weist, wie in 1 gezeigt,
einen Digital-Analog-(D/A)-Wandler 10, einen spannungsgesteuerten
Oszillator (VCO) 14, einen Verteiler 16 und eine
Sendeantenne 18 auf. Der D/A-Wandler 10 erzeugt
ein Dreieckwellenmodulationssignal M gemäß einem
Modulationsbefehl C. Das vom D/A-Wandler 10 erzeugte Modulationssignal
M wird über einen Puffer 12 an den VCO 14 gegeben.
Der VCO 14 ändert die Schwingungsfrequenz gemäß dem
Modulationssignal M. Der Verteiler 16 führt eine
Leistungsverteilung aus, wobei er ein Ausgangssignal des VCO 14 in
ein Sendesignal Ss und ein lokales Signal LO teilt. Die Sendeantenne 18 strahlt
die Radarwellen gemäß dem Sendesignal Ss ab.
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Die
Radarvorrichtung 2 weist ferner einen Empfangsendenantennenabschnitt 20,
einen Empfangsschalter 22, einen Mischer 24, einen
Verstärker 26, eine A/D-Wandler 28 und
einen Signalverarbeitungsabschnitt 30 auf. Der Empfangsendenantennenabschnitt 20 ist
eine Arrayantenne, die aus N Antennen (N ist eine ganze Zahl von
größer oder gleich 2) aufgebaut ist, die Radarwellen
empfangen. Der Empfangsschalter 22 wählt wahlweise
eine der Antennen als den Empfangsendenantennenabschnitt 20.
Der Empfangsschalter 22 gibt ein Signal des gewählten
Anschlusses als Empfangssignal Sr an die nachfolgenden Stufen. Der
Mischer 24 mischt das vom Empfangsschalter 22 gelieferte
Empfangssignal Sr mit dem lokalen Signal LO und erzeugt ein Schwebungssignal
B. Der Verstärker 26 verstärkt das vom
Mischer 24 erzeugte Schwebungssignal B. Der A/D-Wandler 28 tastet
das vom Verstärker 26 verstärkte Schwebungssignal
B ab und wandelt das abgetastete Schwebungssignal B in digitale
Daten D. Das Signalverarbeitungsmodul 30 gibt den Modulationsbefehl
C an den D/A-Wandler 10 und unterzieht die vom A/D-Wandler 28 erhaltenen
digitalen Daten D einer Signalverarbeitung.
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Die
Kanäle ch1 bis chN sind in einer 1:1-Verteilung den Antennen
zugeordnet, welche den Empfangsantennenabschnitt 20 bilden.
Sri kennzeichnet ein Empfangssignal jedes Kanals chi (i = 1, 2,
..., N). Bi kennzeichnet ein auf der Grundlage des Empfangssignals
Sri erzeugtes Schwebungssignal. Di kennzeichnet digitale Daten,
die aus einem abgetasteten Schwebungssignal Bi gewandelt werden.
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Bei
der gemäß obiger Beschreibung aufgebauten Radarvorrichtung 2 führt
der Verteiler 16 eine Leistungsverteilung eines Hochfrequenzsignals
(d. h. einer frequenz modulierten kontinuierlichen Welle [FMCW]) aus,
das vom VCO 14 gemäß dem Modulationssignal
M erzeugt wird. Auf diese Weise werden das Sendesignal Ss und das
lokale Signal LO erzeugt. Das Sendesignal Ss wird über
die Sendeantenne 18 als Radarwelle ausgesendet.
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Die
Radarwelle (d. h. die ankommende Radarwelle), die von der Sendeantenne 18 ausgesendet
wurde und zurückkehrt, nachdem sie von einem Objekt reflektiert
wurde, wird von jeder Antenne (Kanäle ch1 bis chN) empfangen,
welche den Empfangsendenantennenabschnitt 20 bildet. Es
wird jedoch einzig das Empfangssignal Sri des Kanals chi (i = 1
bis N), das vom Empfangsschalter 22 gewählt wird,
an den Mischer 24 gegeben. Anschließend mischt
der Mischer 24 das Empfangssignal Sri mit dem lokalen Signal
LO vom Verteiler 16 und erzeugt das Schwebungssignal Bi.
Der A/D-Wandler 28 tastet das vom Verstärker 26 verstärkte Schwebungssignal
Bi ab. Das abgetastete Schwebungssignal Bi wird als digitale Daten
D an den Signalverarbeitungsabschnitt 30 gegeben.
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Der
Signalverarbeitungsabschnitt 30 ist im Wesentlichen aus
einem bekannten Mikrocomputer bestehend aus einer zentralen Recheneinheit
(CPU), einem ROM und einem RAM aufgebaut. Der Signalverarbeitungsabschnitt 30 weist
ferner eine Rechenverarbeitungsvorrichtung (wie beispielsweise einen
digitalen Signalprozessor [DSP]) auf, der dazu verwendet wird, die über
den A/D-Wandler 28 erhaltenen Daten einer schnellen Fourier-Transformation
(FFT) und dergleichen zu unterziehen.
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Die
CPU der Signalverarbeitungsvorrichtung 30 führt
einen Messprozess auf der Grundlage der über den A/D-Wandler 28 erhaltenen
digitalen Daten D aus. Bei dem Messprozess berechnet die Signalverarbeitungsvorrichtung 30 den
Abstand und die relative Geschwindigkeit des die Radarwelle reflektierenden
Objekts und schätzt die Richtung, in welcher das Objekt
vorhanden ist.
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<Messprozess>
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Nachstehend
wird der von der CPU des Signalverarbeitungsmoduls 30 wiederholt
ausgeführte Messprozess unter Bezugnahme auf das in der 2 gezeigte
Ablaufdiagramm beschrieben.
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Wenn
der Prozess gestartet wird, überträgt die CPU
zunächst in Schritt S110 den Modulationsbefehl C an den
D/A-Wandler 10, erfasst die digitalen Daten D vom A/D-Wandler 28 und
schreitet zu Schritt S120 voran. In Schritt S120 unterzieht die
CPU die in Schritt S110 für jeden Kanal erfassten Daten
einer FFT, um so ein Leistungsspektrum des Schwebungssignals für
jeden Kanal zu berechnen.
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Anschließend
bestimmt die CPU in Schritt S130 den Abstand zum die Radarwelle
reflektierenden Objekt und die relative Geschwindigkeit auf der
Grundlage des in Schritt S120 berechneten Leistungsspektrums unter
Anwendung eines bekannten Verfahrens (wird nachstehend nicht näher
beschrieben), das auf das FMCW-Radar angewandt wird. Anschließend
schreitet die CPU zu Schritt S140 voran.
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In
Schritt S140 führt die CPU einen Richtungsschätzprozess
zum Schätzen der Richtung, in welcher das in Schritt S130
extrahierte Objekt vorhanden ist, auf der Grundlage des in Schritt
S120 für jeden Kanal bestimmten Leistungsspektrums aus.
Anschließend beendet die CPU den Prozess
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<Richtungsschätzprozess>
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Nachstehend
wird der im obigen Schritt S140 ausgeführte Richtungsschätzprozess
(MUSIC-Prozess) näher unter Bezugnahme auf das in der 3 gezeigte
Ablaufdiagramm beschrieben.
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Zunächst
wählt die CPU in Schritt S210 von den Frequenzen (bins),
die im obigen Schritt S130 extrahiert wurden, da ein Signalelement,
das auf der ankommenden Radarwelle vom Objekt basiert, vorhanden
ist, eine Frequenz, die noch nicht vom Richtungsschätzprozess
verarbeitet worden ist, aus einem der einzelnen Leistungsspektren,
die während der Aufwärts- oder Abwärtsfrequenzmodulation
erzeugt werden. Anschließend schreitet die CPU zu Schritt
S220 voran.
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In
Schritt S220 erzeugt die CPU ein Empfangsspektrum X(i) (siehe Gleichung
(7)). Das Empfangsspektrum X(i) ist ein Array von Signalelementen
(Ergebnisdaten einer FFT-Verarbeitung) der gewählten Frequenz,
die aus den Leistungsspektren aller Kanäle ch1 bis chN
extrahiert wird. Anschließend erzeugt die CPU in Schritt
S230 eine Autokorrelationsmatrix RXX auf
der Grundlage des Empfangsvektors X(i) gemäß der
Gleichung (8) und schreitet anschließend zu Schritt S240
voran. X(i) = {x1(i),
x2(i), ..., xN(i)}T (7) RXX(i) = X(i)XH(i) (8)
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In
Schritt S240 berechnet die CPU Eigenwerte λ1 bis λN der in Schritt S230 erzeugten Autokorrelationsmatrix
RXX. Die Eigenwerte λ1 bis λN werden nacheinander beginnend mit dem größten
Wert geordnet.
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Anschließend
identifiziert die CPU in Schritt S250 die Eigenwerte im Signalraum
und die Eigenwerte im Rauschraum unter den berechneten Eigenwerten λ1 bis λN.
Die CPU führt ferner den Prozess zum Schätzen der
Anzahl von Ankunftssignalen aus, um die Anzahl von Eigenwerten im
Signalraum als die Anzahl von Ankunftssignalen L zu schätzen.
Anschließend schreitet die CPU zu Schritt S260 voran.
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In
Schritt S260 berechnet die CPU das MUSIC-Spektrum auf der Grundlage
eines Schätzergebnisses des Prozesses zum Schätzen
der Anzahl von Ankunftssignalen und schreitet anschließend
zu Schritt S270 voran.
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Insbesondere
wird ein Rauscheigenvektor E
NO über
die Gleichung (9) auf der Grundlage von Eigenvektoren e
L+1,
e
L+2, ..., e
N, die
einer Anzahl (N – L) der Eigenwerte λ
L+1 bis λ
N des Rauschraums entsprechen, definiert.
Anschließend wird eine durch die Gleichung (10) beschriebene
Leistungsfunktion PMU(θ) definiert, wobei (θ)
eine komplexe Antwort des Empfangsendenantennenabschnitts
20 bezüglich
der Richtung θ beschreibt. Das aus der Leistungsfunktion
PMU(θ) bestimmte Richtungsspektrum entspricht dem MUSIC-Spektrum.
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In
Schritt S270 führt die CPU eine Nullabtastung bezüglich
des in Schritt S260 bestimmten MUSIC-Spektrums aus. Auf diese Weise
bestimmt die CPU Einfallswinkel θ1 bis θL der L Ankunftssignale, die von jeder den
Empfangsendenantennenabschnitt 20 bildenden Antenne empfangen
werden. Das heißt, die CPU bestimmt eine Richtung, in welcher
das die einfallenden Radarwellen reflektierende Objekt vorhanden
ist. Anschließend beurteilt die CPU in Schritt S280, ob
der Prozess für alle Frequenzen (bin), die extrahiert wurden, da
das auf den einfallenden Radarwellen vom Objekt basierende Signalelement
vorhanden ist, abgeschlossen ist.
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Wenn
eine unverarbeitete Frequenz (bin) vorhanden ist, kehrt die CPU
zu Schritt S210 zurück und wiederholt den obigen Prozess
(S210 bis S270) für die unverarbeitete Frequenz (bin).
Wenn alle Frequenzen (bin) verarbeitet wurden, beendet die CPU den
Prozess.
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<Prozess
zum Schätzen der Anzahl von Ankunftssignalen>
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Nachstehend
wird der im obigen Schritt S250 ausgeführte Prozess zum
Schätzen der Anzahl von Ankunftssignalen näher
unter Bezugnahme auf das in der 4 gezeigte
Ablaufdiagramm beschrieben.
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Wenn
der Prozess gestartet wird, berechnet die CPU zunächst
in Schritt S310 ein Verhältnis (Eigenwertverhältnis)
Rλ
2 bis Rλ
N jedes
Eigenwerts λ
2 bis λ
N zu einem Referenzeigenwert λ
1 unter Verwendung der Gleichung (11). Der
Referenzeigenwert ist ein maximaler Eigenwert λ
1. Anschließend schreitet die CPU
zu Schritt S320 voran.
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In
Schritt S320 initialisiert die CPU einen Parameter i zur Erkennung
der Eigenwerte λ1 bis λN auf einen Wert von 1 und die Anzahl von
Ankunftssignalen L auf einen Wert von 1 (der Referenzeigenwert λ1 wird im Voraus berechnet). Anschließend
schreitet die CPU zu Schritt S330 voran.
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In
Schritt S330 inkrementiert die CPU den Parameter i (d. h. i = i
+ 1). Anschließend beurteilt die CPU in Schritt S340, ob
das Eigenwertverhältnis Rλi über
dem Rauschschwellenwert TH liegt. Als der Rauschschwellenwert TH
wird ein im Voraus durch Versuche und dergleichen festgelegter Wert
verwendet.
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Wenn
das Eigenwertverhältnis Rλi über
dem Rauschschwellenwert TH liegt, wird der Eigenwert λi als Eigenwert im Signalraum betrachtet.
Anschließend schreitet die CPU zu Schritt S350 voran und
inkrementiert die Anzahl von Ankunftssignalen L (d. h. L = L + 1).
Anschließend beurteilt die CPU in Schritt S360, ob der Parameter
i kleiner als die Antennenanzahl N ist. Wenn der Parameter i kleiner
als die Antennenanzahl N ist, kehrt die CPU zu Schritt S330 zurück
und wiederholt den Vergleich des Eigenwertverhältnisses
Rλi mit dem Rauschschwellenwert
TH.
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Wenn
die CPU in Schritt S340 beurteilt, dass das Eigenwertverhältnis
Rλi kleiner oder gleich dem Rauschschwellenwert
TH ist, oder in Schritt S360 beurteilt, dass der Parameter i größer
oder gleich der Antennenanzahl N ist, schreitet sie zu Schritt S370
voran. Die CPU beurteilt, ob die Anzahl von Ankunftssignalen L größer
als eine maximal erkennbare Anzahl von Ankunftssignalen Lmax ist. Die maximal erkennbare Anzahl von Ankunftssignalen
Lmax wird auf der Grundlage der Antennenanzahl
N auf 1 ≤ Lmax ≤ N – 1
festgelegt.
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Wenn
die Anzahl von Ankunftssignalen L kleiner oder gleich der maximal
erkennbaren Anzahl von Ankunftssignalen Lmax ist,
beendet die CPU den Prozess. Wenn die Anzahl von Ankunftssignalen
L größer als die maximal erkennbare Anzahl von
Ankunftssignalen Lmax ist, schreitet die
CPU zu Schritt S380 voran. Die CPU schließt den Prozess
mit der maximal erkennbaren Anzahl von Ankunftssignalen Lmax als die Anzahl von Ankunftssignalen L
ab (d. h. L = Lmax).
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Gemäß der
Ausführungsform entsprechen der VCO 14, der Verteiler 16,
die Sendeantenne 18, der Empfangsendenantennenabschnitt 20 und
der Empfangsschalter 22 einem Sende- und Empfangsmittel.
Die Schritte S220 bis S230 entsprechen einem Matrixerzeugungsmittel.
Der Schritt S240 entspricht einem Eigenwertberechnungsmittel. Der
Schritt S250 (S310 bis S380) entspricht einem Schätzmittel
für eine ankommende Welle. Die Schritte S260 bis S270 entsprechen
einem Richtungsschätzmittel.
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Die
Radarvorrichtung 2 erzeugt, wie vorstehend beschrieben,
die Korrelationsmatrix, welche die Korrelationen zwischen einer
Mehrzahl von Kanälen ch1 bis chN anzeigt, welche die ankommenden
Radarwellen von dem die Radarwelle reflektierenden Objekt empfangen.
Anschließend bestimmt die Radarvorrichtung 2 die Eigenwerte
der Korrelationsmatrix. Der größte Eigenwert unter
den bestimmten Eigenwerten ist der Referenzeigenwert λ1. Die Eigenwerte unter den Eigenwerten λ2 bis λN,
deren Verhältnis Rλi (=
10log10 (λi/λ1)) zum Referenzeigenwert λ1 über dem Rauschschwellenwert TH
liegt, werden als die Eigenwerte für den Signalraum erkannt.
Die Eigenwerte, die kleiner oder gleich dem Rauschschwellenwert
TH sind, werden als die Eigenwerte für den Rauschraum erkannt.
Die Anzahl von Eigenwerten, die als diejenigen für den
Signalraum erkannt wird, entspricht der Anzahl von Ankunftssignalen
L.
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Da
die Radarvorrichtung 2 die Eigenwerte unter Verwendung
des Verhältnisses Rλi zum
Referenzeigenwert λ1, d. h. der
relativen Größe, erkennt, kann sie die Eigenwerte
genau erkennen und die Anzahl von Ankunftssignalen L genau schätzen,
selbst dann, wenn die Anzahl von Snapshots gering ist oder die Gesamtempfangsstärke
verstärkt wird. Auf diese Weise kann die DOA der einfallenden
Radarwelle (d. h. die Position des die Radarwelle reflektierenden
Objekts) genau erfasst werden.
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Die 5 und 6 zeigen
Diagramme mit Ergebnissen für den Fall, dass eine relative
Geschwindigkeit Vr zum Objekt, eine vertikale Position dist und
eine horizontale Position x gemessen werden, wenn ein einziges Objekt
mit einer relativen Geschwindigkeit von 0 km/h ungefähr
4 m vor einem Fahrzeug, an welchem die Radarvorrichtung befestigt
ist, in einer Richtung in einem Winkel von ungefähr –4° vorhanden
ist.
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5 zeigt
die Ergebnisse für den Fall, dass eine herkömmliche
Vorrichtung verwendet wird, welche die Eigenwerte selbst mit dem
Schwellenwert vergleicht und die Eigenwerte erkennt. 6 zeigt
die Ergebnisse für den Fall, dass die Radarvorrichtung 2 gemäß der
Ausführungsform verwendet wird, welche das Eigenwertverhältnis
mit dem Schwellenwert vergleicht und die Eigenwerte erkennt.
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Die
vertikale Position dist und die horizontale Position x zeigen die
Position des Objekts in einem kartesischen Koordinatensystem basierend
auf dem Abstand zum Objekt, der über ein bekanntes Verfahren
des FMCW-Radars erhalten wird, und der Richtung des Objekts, die über
das MUSIC-Verfahren erhalten wird. Die horizontale Position x ist
eine Position in einer Fahrzeugbreitenrichtung. Die vertikale Position
dist ist eine Position in einer senkrecht zur Fahrzeugbreitenrichtung
verlaufenden Richtung (Straßenverlaufsrichtung).
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Bei
dem herkömmlichen Radar variiert die berechnete Anzahl
ankommender Radarwellen, wie in 5 gezeigt,
zwischen 1 und 3. Bei der Radarvorrichtung 2 wird die Anzahl
ankommender Radarwellen L jedoch genau auf 1 geschätzt.
Es wird ersichtlich, dass die vertikale Position dist und die horizontale
Position x sicher bestimmt werden können.
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[Weitere Ausführungsformen]
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Vorstehend
wurde eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die vorstehend beschriebene
Ausführungsform beschränkt, sondern kann auf verschiedene
Weise modifiziert werden, ohne ihren Schutzumfang zu verlassen.
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Gemäß der
obigen Ausführungsform sind beispielsweise eine Sendeantenne
und eine Mehrzahl von Empfangsantennen vorgesehen. Es können
jedoch auch eine Mehrzahl von Sendeantennen und eine oder eine Mehrzahl
von Empfangsantennen vorgesehen sein. In diesen Fällen
kann jede Kombination zwischen der Sendeantenne und der Empfangsantenne
als Kanal dienen.
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Gemäß der
Ausführungsform wurde ein Beispiel aufgezeigt, bei welchem
die vorliegende Erfindung auf ein FMCW-Radar angewandt wird. Die
vorliegende Erfindung kann jedoch auf eine beliebige Vorrichtung angewandt
werden, die eine Mehrzahl von Kanälen aufweist, welche
die einfallenden Radarwellen empfangen, und welche die DOA der einfallenden
Radarwellen über die Eigenwerte einer Korrelationsfunktion
schätzt, welche die Korrelation zwischen jedem Kanal anzeigt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2007-189683 [0001]
- - JP 2006-47282 [0012]
