DE102008054228A1

DE102008054228A1 - Fahrzeugseitige Richtungserkennungsvorrichtung zur genauen Erkennung von Zielkörperrichtungen ungeachtet der Fahrgeschwindigkeit

Info

Publication number: DE102008054228A1
Application number: DE102008054228A
Authority: DE
Inventors: Yasuyuki Kariya Miyake
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-11-09
Filing date: 2008-10-31
Publication date: 2009-05-14
Anticipated expiration: 2028-11-01
Also published as: JP2009115757A; JP4656124B2; CN101430378B; US7567201B2; DE102008054228B4; US20090121916A1; CN101430378A

Abstract

Eine in ein Fahrzeug eingebaute Richtungserkennungsvorrichtung wird abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit gesteuert, um jeweilige Richtungen eines oder mehrer Zielobjekte zu erkennen, indem selektiv eine hochauflösende Erkennungsverarbeitung oder niedrigauflösende Erkennungsverarbeitung an empfangenen Signalen angewendet wird, die von Elementen einer Reihenantenne einer Radarvorrichtung erhalten werden, wobei die Auswahl abhängig davon erfolgt, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit einen bestimmten Schwellenwert erreicht oder nicht. Die hochauflösende Erkennungsverarbeitung basiert auf einer Korrelation zwischen den empfangenen Signalen unter Verwendung eines Null-Abtasttyps eines Algorithmus, beispielsweise MUSIC, und die niedrigauflösende Erkennungsverarbeitung basiert beispielsweise auf digitaler Strahlformung.

Description

Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2007-292156 vom 09. November 2007 und beansprucht deren Priorität.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Richtungserkennungsvorrichtung, welche die Ankunftsrichtung elektromagnetischer Wellen basierend auf Signalen schätzt, die von einer Reihen- oder Feldantenne („array antenna") empfangen werden.
Insbesondere betrifft die Erfindung eine Richtungserkennungsvorrichtung, die als eine Radarvorrichtung implementiert ist, welche in ein Fahrzeug eingebaut ist und welche Radarwellen sendet und die Richtungen von Zielkörpern basierend auf den jeweiligen Ankunftsrichtungen von von den Zielkörpern reflektierten Wellen erkennt.
Radarvorrichtungstypen, die eine Richtungserkennung durchführen, sind bekannt; sie haben eine Reihenantenne zum Empfang von Radarwellen, wobei die Reihenantenne aus einer Mehrzahl von Antennenelementen gebildet wird. Von der Vorrichtung ausgesendete Radarwellen werden von einem Zielkörper (beispielsweise einer Fahrzeugkarosserie) reflektiert und entsprechende empfangene Signale, die sich aus den Radarwellen ergeben, werden von den Antennenelementen erhalten. Die Ankunftsrichtung der Radarwellen und damit die Richtung von der Radarvorrichtung zu dem Zielkörper wird basierend auf diesen empfangenen Signalen abgeschätzt. Verschiedene Verfahren sind hierzu bekannt, einschließlich Strahlabtastverfahren wie digitale Strahlformung (DBF) und Null-Abtastverfahren wie beispielsweise MUSIC (MUltiple Signal Classification). Bei einem Strahlabtastverfahren wird die Richtung eines jeden Zielkörpers durch Verwendung einer entsprechenden Hauptkeule des empfangenen Signalmusters von der Reihenantenne geschätzt, so dass die Richtungserkennungsauflösung durch die Strahlbreite der Antenne bestimmt ist. Bei einem Null-Abtastverfahren kann ein hoher Grad an Richtungserkennungsauflösung erreicht werden, da Nullpunkte einer Reihenantenne mit einem schmalen Halbwinkel verwendet werden. Dies wird beispielswei se in „Adaptive Signal Processing by Array Antenna" (S. 194–199), veröffentlicht 1998 durch Kagaku Gijutsu Shuppan in Japan, verfasst von Nobuo Kikuma, beschrieben, wobei dieser Artikel nachfolgend als Druckschrift 1 bezeichnet wird.
Im Fall einer Radarvorrichtung, die in ein Fahrzeug eingebaut ist (welches nachfolgend als das Ortsfahrzeug bezeichnet wird), um Objekte, wie z. B. andere Fahrzeuge oder Hindernisse in der Umgebung zu erkennen, ist der Einbauraum für das System für gewöhnlich äußerst beschränkt. Die Gesamtgröße des Radarsystems wird hauptsächlich durch die Größe der Antennenvorrichtung bestimmt, so dass es wünschenswert wäre, die Antenne so kompakt wie möglich machen zu können.
Diagramm (a) in 5 zeigt den Fall einer Radarvorrichtung, die ein Strahlabtastverfahren zur Erkennung von Richtungen von Zielkörpern verwendet, basierend auf der Erkennung von Hauptkeulen eines empfangenen Signalstärken-/Richtungsspektrums (DBF-Spektrums), d. h. eines Pegelmusters empfangener Signalstärken, die aus jeweiligen Elementen einer Reihenantenne der Radarvorrichtung erhalten werden. Bei einem solchen Verfahren ergibt sich das Problem, dass, da die Strahlbreite der Reihenantenne groß ist, die Richtungserkennungsauflösung niedrig ist. Damit kann es der Vorrichtung unmöglich werden, die jeweiligen Richtungen einer Mehrzahl von Zielkörpern voneinander zu unterscheiden, wenn diese Zielkörper nahe aneinander liegen. Weiterhin wird, wenn die Antennengröße klein gemacht werden muss (d. h. die Antennenapertur wird klein), dann die Strahlbreite der Antenne vergrößert, so dass die Auflösung der Richtungserkennung basierend auf den Hauptkeulen der empfangenen Signalmuster entsprechend sinkt.
Bei einem Null-Abtasttyp eines Algorithmus wie beispielsweise MUSIC kann andererseits, auch dann, wenn die Antenne klein gemacht wird, eine hohe Auflösung bei der Richtungserkennung erreicht werden. Wenn jedoch der Unterschied zwischen den Geschwindigkeiten der Objekte sehr gering oder null ist, was beispielsweise der Fall ist, wenn das Ortsfahrzeug und das Zielobjekt stillstehen, wird es für die Vorrichtung schwierig, die Richtungen der Zielkörper genau zu erkennen (wie in Diagramm (b) von 5 dargestellt).
Das heißt, wenn die Zielkörper und das Ortsfahrzeug ortsfest sind, so dass es keine Unterschiede zwischen den Geschwindigkeiten der Zielobjekte gibt, haben die jeweiligen reflektierten Wellen, die von den Zielkörpern ankommen, eine starke Korrelation. Insbesondere ändert sich der Unterschied zwischen den jeweiligen Phasen der reflektierten Wellen von irgendeinem Paar von Zielobjekten über die Zeit hinweg nicht. Bei einem Null-Abtasttyp eines Algorithmus wie beispielsweise MUSIC werden die Ankunftsrichtungen einfallender reflektierter Wellen basierend auf einer Korrelationsmatrix erhalten, die nachfolgend als beobachtete Matrix bezeichnet wird und die basierend auf den empfangenen Signalen von den jeweiligen Elementen der Reihenantenne gebildet wird. Betrachtet man das empfangene Signal, das für jedes Antennenelement erhalten wird, beurteilt das System, dass die reflektierten Radarwellen aus einer einzelnen Richtung ankommen, d. h. von einem einzelnen Zielkörper, wenn das Signal Komponenten enthält, die einer Mehrzahl einfallender reflektierter Wellen entsprechen (die aus entsprechend unterschiedlichen Richtungen ankommen), und diese Signalkomponenten eine starke Korrelation haben. Somit können die jeweiligen Richtungen von Zielkörpern bei Verwendung eines Algorithmus wie MUSIC nicht mit Genauigkeit erkannt werden. „Korrelation" bedeutet hierbei, dass die Phasendifferenz zwischen einem Paar solcher Signalkomponenten (die ein empfangenes Signal von einem Antennenelement bilden) sich über die Zeit hinweg nicht ändert.
Wie auf den Seiten 247–263 von obiger Druckschrift 1 beschrieben, ist ein Verfahren zur Unterdrückung der Korrelation zwischen einfallenden Radarwellen, die aus unterschiedlichen Richtungen ankommen, bekannt, wobei eine Korrelationsmatrix erzeugt wird, indem räumliche Mittelung verwendet wird. Wenn man bei diesem Verfahren die Anzahl von Antennenelementen in einer Reihenantenne als M bezeichnet und die Anzahl von Antennenelementen in einer Unterreihe als K bezeichnet (K < M), werden entsprechende Antennensignale von Unterreihen erhalten, die entsprechend um eine Elementposition verschoben sind, d. h. von einer Gesamtheit von N Unterreihen (wobei N = M – K + 1). Die benötigte Korrelationsmatrix (die bei der Abschätzung der gewünschten Richtungen verwendet wird) wird durch räumliche Mittelung von Korrelationsmatrizen erhalten, die basierend auf Sätzen von Antennensignalen erhalten werden, die wiederum von den jeweiligen Unterreihen erhalten werden.
Das heißt, die Phasenbeziehung zwischen den einfallenden Wellen, die aus unterschiedlichen Richtungen ankommen, wird durch den Empfangspunkt der Wellen bestimmt. Durch Erhalten entsprechender Korrelationsmatrizen, die durch aufeinanderfolgendes Verschieben des Empfangspunkts erhalten werden, und durch Verwenden einer Mittelung von Werten in diesen Matrizen, um die Werte für eine letztendliche Korrelationsmatrix abzuleiten, können die Korrelationseffekte zwischen einfallenden Wellen bei der letztendlichen Korrelationsmatrix unterdrückt werden.
Die Anzahl von unterschiedlichen Richtungen, die erkannt werden können, wird jedoch durch die Größenordnung der Korrelationsmatrix bestimmt, d. h. durch die Anzahl von Antennenelementen, die die Reihenantenne bilden. Wenn die räumliche Mittelung entsprechender Korrelationsmatrizen, die aus einer Mehrzahl von aufeinanderfolgend verschobenen Antennen-Unterreihen erhalten werden, wie oben beschrieben verwendet wird, ergibt sich das Problem, dass die Anzahl von Zielkörpern, deren Richtungen separat erkannt werden können, sich verringert.
Insbesondere wenn die Radarvorrichtung kompakt gemacht werden soll, so dass die Reihenantenne klein sein muss, ergibt sich hieraus ein ernsthaftes Problem.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das genannte Problem zu beseitigen, indem eine Richtungserkennungsvorrichtung zum Einbau in ein Fahrzeug geschaffen wird, so dass die jeweiligen Richtungen von Zielkörpern zuverlässig erkannt werden können, wobei sich insbesondere die Anzahl von Zielkörpern, deren Richtungen separat gleichzeitig erkannt werden können, nicht verringert, wenn das Fahrzeug, in welchem die Vorrichtung eingebaut ist, mit niedriger Geschwindigkeit fährt oder steht.
Zur Lösung der obigen Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung gemäß einem ersten Aspekt eine Richtungserkennungsvorrichtung zum Einbau in ein Fahrzeug, wobei die Vorrichtung eine Sendeantenne enthält, welche elektromagnetische Wellen sendet oder überträgt, und eine Reihenantenne aus einer Mehrzahl von Antennenelementen zum Empfang elektromagnetischer Wellen, wenn die gesendeten Wellen von jeweils einem oder mehreren Zielkörpern reflektiert werden. Wenn derartige reflektierte Wellen empfangen werden, werden von den Antennenelementen entsprechende emp fangene Signale erhalten und die Vorrichtung erkennt die Richtung oder die Richtungen des Zielkörpers oder der Zielkörper basierend auf den empfangenen Signalen.
Die Vorrichtung enthält auch erste Richtungserkennungsmittel und zweite Richtungserkennungsmittel. Die ersten Richtungserkennungsmittel erhalten die Sollkörperrichtungen durch Anlegen einer beobachteten Matrix (d. h. einer Korrelationsmatrix, die Korrelationsbeziehungen zwischen den empfangenen Signalen von den Antennenelementen ausdrückt) an einen Richtungserkennungsalgorithmus des Null-Abtasttyps („null scan type").
Die zweiten Richtungserkennungsmittel erkennen die Zielkörperrichtung durch Verwenden einer Hauptkeule des empfangenen Signalmusters, das von der Reihenantenne erhalten wird, und haben eine geringere Auflösung bei der Richtungserkennung als die ersten Richtungserkennungsmittel.
Die Vorrichtung weist weiterhin Wählmittel auf, welche die Geschwindigkeit erlangen, mit der das Fahrzeug sich momentan bewegt, und die ersten Richtungserkennungsmittel wählen, um die Richtungserkennung durchzuführen, wenn die Geschwindigkeit einen bestimmten Schwellenwert übersteigt, während, wenn dieser Schwellenwert nicht überstiegen wird, die zweiten Richtungserkennungsmittel gewählt werden.
Es ist möglich, den Geschwindigkeitsschwellenwert auf 0 km/h festzusetzen, so dass die zweiten Richtungserkennungsmittel nur angewählt werden, wenn das Ortsfahrzeug steht. Es ist jedoch bevorzugt, den Schwellenwert auf einen Wert größer als null zu setzen, um sicherzustellen, dass die Wählmittel keine wiederholten aufeinanderfolgenden Wählvorgänge durchführen, wenn das Ortsfahrzeug in einem Stop-and-go-Betrieb gefahren wird, das heißt, sich abwechselnd mit geringer Geschwindigkeit bewegt und dann wieder anhält, beispielsweise in einem Verkehrsstau.
Wenn das Ortsfahrzeug langsam fährt oder hält, liegen Zielkörper, deren Richtungen zu erkennen sind, für gewöhnlich nahe an dem Ortsfahrzeug, und für gewöhnlich ist es lediglich notwendig, die Richtungen solcher nahe liegender Zielkörper während eines derartigen Fahrzustands zu erkennen. Für jede bestimmte Größe eines Zielkörpers gilt, dass, je näher der Zielkörper ist, umso größer seine Größe in Relation zur Strahlbreite der Richtungserkennungsvorrichtung ist. Somit wird in einem Zustand, wo das Ortsfahrzeug langsam fährt oder steht, ausreichend Richtungserkennungsgenauigkeit für gewöhnlich unter Verwendung der zweiten Richtungserkennungsmittel erreicht, trotz deren relativ geringer Auflösung bei der Richtungserkennung.
Somit wird bei der vorliegenden Erfindung eine Richtungserkennung für gewöhnlich (das heißt, wenn das Ortsfahrzeug mit normaler Geschwindigkeit fährt) durch Verwendung der ersten Richtungserkennungsmittel durchgeführt, welche eine hohe Auflösung bei der Richtungserkennung haben. Wenn sich jedoch das Ortsfahrzeug unter Umständen bewegt, wo es schwierig wird, mit den ersten Richtungserkennungsmitteln eine Erkennung durchzuführen, und ausreichende Genauigkeit unter Verwendung der zweiten Richtungserkennungsmittel erhalten werden kann (und nur unter einer derartigen Bedingung), wird die Richtungserkennung durch Verwenden der zweiten Richtungserkennungsmittel durchgeführt.
Im Ergebnis lässt sich eine zuverlässige Richtungserkennung erreichen, ungeachtet der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs, in welches die Vorrichtung eingebaut ist, und ohne eine Verringerung der Anzahl von Zielkörpern, deren Richtungen separat von der Vorrichtung unterschieden werden können (wobei die Verringerung davon herrührt, dass das Fahrzeug anhält oder mit niedriger Geschwindigkeit fährt).
Gemäß einem zweiten Aspekt schafft die Erfindung eine Richtungserkennungsvorrichtung, mit der eine hohe Genauigkeit der Richtungserkennung erreichbar ist, selbst wenn das Ortsfahrzeug mit niedriger Geschwindigkeit fährt oder anhält. Wenn bei einer solchen Vorrichtung die Fahrzeuggeschwindigkeit den Schwellenwert nicht übersteigt, so dass die Richtungserkennung durch die oben erwähnten ersten Richtungserkennungsmittel nicht angewählt wird, erkennen die zweiten Richtungserkennungsmittel eine annähernde Richtung der Zielkörper. Dritte Richtungserkennungsmittel definieren dann eine Mehrzahl von zusätzlichen Richtungen, wobei die angenäherte Richtung mittig hiervon liegt. Weiterhin wird eine quasi-beobachtete Matrix erzeugt, welche eine Korrelationsmatrix ist, die die Korrelationsbeziehungen zwischen jeweiligen ankommenden empfangenen Signalen, die von den Antennenelementen erhalten werden würden, wenn reflektierte Wellen von der Reihenantenne empfangen werden würden, nachdem sie entlang den zusätzlichen Richtungen angekommen sind, ausdrückt.
Die dritten Richtungserkennungsmittel erhalten dann eine zusätzliche beobachtete Matrix (d. h. eine zusätzliche Korrelationsmatrix), indem die quasi-beobachtete Matrix der beobachteten Matrix hinzuaddiert wird. Diese zusätzliche beobachtete Matrix wird dann bei einer Richtungserkennungsberechnung verwendet, die den gleichen Erkennungsalgorithmus wie die ersten Erkennungsmittel verwendet (z. B. MUSIC).
Wenn bei einer derartigen Richtungserkennungsvorrichtung beispielsweise Radarwellen an der Antenne aus zwei unterschiedlichen Richtungen ankommen (von zwei Zielkörpern reflektiert) und es eine starke Korrelation zwischen den jeweiligen reflektierten Radarwellen gibt, wird die Korrelation (ausgedrückt in der zusätzlichen Matrix) effektiv zerstört, wenn wenigstens eine dieser Ankunftsrichtungen im Wesentlichen mit einer der zusätzlichen Richtungen übereinstimmt.
Somit kann die zusätzliche beobachtete Matrix bei einem angenäherten Richtungserkennungsverfahren, beispielsweise dem MUSIC-Algorithmus, verwendet werden, um die jeweiligen Richtungen von einem oder mehreren Zielkörpern zu erkennen, von dem oder denen Radarwellen reflektiert werden, selbst wenn die Zielkörper ortsfest sind, nahe beieinander liegen und in einer geringen Entfernung liegen.
Selbst wenn bei einer solchen Richtungserkennungsvorrichtung Radarwellen an der Antenne aus einer Mehrzahl von unterschiedlichen Richtungen ankommen (d. h. von einer Mehrzahl von Zielkörpern reflektiert werden) und es eine wesentliche Korrelation zwischen den aus unterschiedlichen Richtungen ankommenden Radarwellen gibt, ist der Effekt der Hinzuaddierung der quasi-beobachteten Matrix zu der gemessenen Matrix die Zerstörung dieser Korrelation. Somit kann die sich ergebende zusätzliche gemessene Matrix mit einem geeigneten Richtungserkennungsverfahren, beispielsweise dem MUSIC-Algorithmus, verwendet werden, um zuverlässig die jeweiligen Richtungen von einem oder mehreren Zielkörpern zu erkennen, von dem oder von denen Radarwellen reflektiert werden, selbst wenn das Ortsfahrzeug und die Zielkörper ortsfest sind.
Wenn bei diesem Aspekt der Erfindung die Geschwindigkeit des Ortsfahrzeugs den Schwellenwert nicht übersteigt, wird eine Richtungserkennung durch die dritten Richtungserkennungsmittel durchgeführt, welche den gleichen Schätzalgorithmus verwenden wie die ersten Richtungserkennungsmittel, so dass eine genaue Erkennung erlangt werden kann.
Gemäß einem dritten Aspekt schafft die Erfindung eine Richtungserkennungsvorrichtung mit Annäherungsrichtungserkennungsmitteln zum annähernden Erkennen der Richtung oder der Richtungen von einem oder mehreren Zielkörpern unter Verwendung von DBF (digitale Strahlformung), und zwar basierend auf der Hauptkeule eines Signalempfangsmusters einer Reihenantenne. Eine beobachtete Matrix, die eine Korrelationsbeziehung zwischen den momentan empfangenen Signalen von den Antennenelementen der Reihenantenne ausdrückt, wird sodann erzeugt. Zusätzlich wird eine quasi-beobachtete Matrix erlangt, welche eine Korrelation zwischen einer Mehrzahl von zusätzlichen Richtungen gemäß obiger Beschreibung ausdrückt, und wird der beobachteten Matrix hinzuaddiert, um eine zusätzliche beobachtete Matrix zu erhalten, in der die Effekte der Korrelation beseitigt sind. Die zusätzliche beobachtete Matrix wird dann bei der Durchführung eines Richtungserkennungsalgorithmus verwendet, der in der Lage ist, eine höhere Erkennungsauflösung zu liefern als die angenäherte Richtungserkennungsauflösung, beispielsweise der MUSIC-Algorithmus. Somit kann eine Richtungserkennung auf genaue Weise mit hohem Auflösungsgrad durchgeführt werden, ungeachtet der Geschwindigkeit des Ortsfahrzeugs und des Zielkörpers, indem nur eine einzelne Verarbeitungssequenz verwendet wird.
Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich besser aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnung.
Es zeigt:
1 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform einer Impulsradarvorrichtung;
2 ein Zeitdiagramm, um die Arbeitssteuerung eines RF-Schaltungsabschnitts durch einen Messsteuerabschnitt bei der Ausführungsform zu beschreiben;
3 ein Flussdiagramm einer Verarbeitung, die zur Sollkörpererkennung durchgeführt wird und von einem Verarbeitungsdurchführungsabschnitt der Ausführungsform durchgeführt wird;
4 Darstellungen zur Beschreibung der Richtungserkennungsverarbeitung, die von der Ausführungsform durchgeführt wird, wenn die Geschwindigkeit eines Fahrzeugs mit der erfindungsgemäßen Radarvorrichtung unter einem bestimmten Wert liegt;
5 Diagramme, um ein Problem zu beschreiben, das sich bei einem Richtungserkennungsverfahren unter Verwendung einer Radarvorrichtung nach dem Stand der Technik ergibt; und
6 ein Flussdiagramm zur Beschreibung einer anderen Ausführungsform mit einer einzelnen Verarbeitungssequenz.
1 ist ein Blockdiagramm einer Impulsradarvorrichtung oder gepulsten Radarvorrichtung 1, die in ein Fahrzeug (Eigen- oder Ortsfahrzeug) eingebaut ist und die jeweiligen Richtungen von anderen Körpern (Fahrzeugen, Fußgängern, Hindernissen etc.) in der Umgebung erkennt. Gemäß 1 enthält die Radarvorrichtung 1 eine Sendeantenne 3, eine Empfangsantenne 5, einen RF-Verstärkerschaltungsabschnitt 7 und einen Signalverarbeitungsabschnitt 9. Die Sendeantenne 3 sendet Radarwellen und die Empfangsantenne 5 empfängt Radarwellen, die von einem (Ziel)Körper reflektiert worden sind, nachdem sie von der Sendeantenne 3 ausgesendet worden sind. Der RF-Verstärkerschaltungsabschnitt 7 erzeugt ein Sendesignal als eine Reihe von Hochfrequenzimpulsen, die der Sendeantenne 3 zugeführt werden, und verarbeitet auch empfangene Signale, die von der Empfangsantenne 5 geliefert werden. Der Signalverarbeitungsabschnitt 9 steuert die Arbeitsweise des RF-Verstärkerschaltungsabschnitts 7 und erkennt Informationen (nachfolgend als Zielkörperinformationen bezeichnet), die Zielkörper betreffen, von denen Radarwellen reflektiert worden sind, wobei diese Zielkörperinformation aus den empfangenen Signalen erhalten werden. Die Sendeantenne 3 ist eine Patch-Antenne. Die Empfangsantenne 5 ist eine lineare Reihenantenne mit K Antennenelementen (wobei K eine ganze Zahl größer 1 ist), die jeweils Patch-Antennen sind, die parallel und gleich voneinander beabstandet mit einem Abstand d zwischen benachbarten Antennenelementen angeordnet sind.
RF-Schaltungsabschnitt
Der RF-Verstärkerschaltungsabschnitt 7 enthält einen Oszillator 11, einen Splitter 12, einen Sendeschalter 13, einen Verstärker 14, einen örtlichen Oszillatorsignalschalter 15 und eine Phasenverschiebungsschaltkreis 16. Der Oszillator 11 erzeugt ein Hochfrequenzsignal im Millimeterwellenband (bei dieser Ausführungsform im 26 GHz-Band). Der Splitter 12 trennt den Pfad des Hochfrequenzsignals vom Oszillator 11 in denjenigen eines Haupthochfrequenzsignals und eines örtlichen Oszillatorsignals. Der Sendeschalter 13 wird gesteuert durch Zeitgeberpulse ST von dem Signalverarbeitungsabschnitt 9, um aufeinanderfolgende Hochfrequenzsignalimpulse über den Verstärker 14 an die Sendeantenne 3 zu schicken, wobei eine festgelegte Pulsbreite vorliegt, die von dem Zeitgebersignal ST bestimmt wird. Der Verstärker 14 verstärkt die Hochfrequenzsignalimpulse, bevor diese als Sendesignal an die Sendeantenne 3 geführt werden.
Der örtliche Oszillatorsignalschalter 15 liefert das örtliche Oszillatorsignal an nachfolgende Stufen während Intervallen fester Dauer, die durch ein Gattersignal bestimmt werden, das durch Verzögerung des Zeitgebersignals ST gebildet wird. Der Phasenverschiebungsschaltkreis 16 liefert eine Phasenverschiebung von 90° (π/2 Radian) an das Ausgangssignal von dem örtlichen Oszillatorsignalschalter 15.
Der RF-Verstärkerschaltungsabschnitt 7 weist weiterhin einen Verstärkerabschnitt 21, einen Empfangsschalter 22, Mischer 23 und 24 und einen Erkennungsabschnitt 25 auf. Der Verstärkerabschnitt 21 besteht aus einem Satz von Verstärkern, welche entsprechend die empfangenen Signale verstärken, die von den Antennenelementen der Empfangsantenne 5 geliefert werden. Der Empfangsschalter 22 wird durch ein Wahlsignal SG gesteuert, das vom Signalverarbeitungsabschnitt 9 erzeugt wird, um das empfangene Signal von einem der Antennenelemente der Empfangsantenne 5 auszu wählen, und liefert das ausgewählte empfangene Signal an eine nachfolgende Stufe. Der Mischer 23 mischt das von dem Empfangsschalter 22 gewählte empfangene Signal mit dem örtlichen Oszillatorsignal vom örtlichen Oszillatorsignalschalter 15, während der Mischer 24 das empfangene Signal, das vom Empfangsschalter 22 gewählt wird, mit dem örtlichen Oszillatorsignal mischt, nachdem dieses Signal vom Phasenverschiebungsschaltkreis 16 um 90° phasenverschoben wurde. Der Erkennungsabschnitt 25 ist aus einem Paar von Integratoren gebildet, welche jeweils die Ausgangssignale von den Mischern 23 und 24 integrieren.
Das Ausgangssignal vom Erkennungsabschnitt 25, das durch Integration des Ausgangssignals vom Mischer 23 erhalten wird, wird als Q-Signal bezeichnet, und das Signal, das durch Integration des Ausgangssignals vom Mischer 24 erhalten wird, wird als I-Signal bezeichnet.
Signalverarbeitungsabschnitt
Der Signalverarbeitungsabschnitt 9 ist aufgebaut aus einem A/D-Wandlerabschnitt 31, einem Messsteuerabschnitt 33 und einem Verarbeitungsdurchführungsabschnitt 35. Der A/D-Wandlerabschnitt 31 besteht aus einem Paar von A/D-Wandlern, welche eine entsprechende A/D-Umwandlung an den Q- und I-Signalen vom RF-Verstärkerschaltungsabschnitt 7 durchführen. Zusätzlich zu den Signalen ST, GT und XG erzeugt der Messsteuerabschnitt 33 ein Abtasttaktsignal SCK zur Steuerung des A/D-Wandlerabschnitts 31. Der Verarbeitungsdurchführungsabschnitt 35 ist ein gewöhnlicher Mikrocomputertyp, der die Erkennung von Zielkörperbereich und Zielkörperrichtung mittels Berechnungen durchführt, die auf Zielkörperinformationen basieren, welche als digitale Daten durch Abtasten von empfangenen Signalen der Antennenelemente der Antenne 5 erlangt werden, was durch den A/D-Wandlerabschnitt 31 erfolgt.
Messsteuerabschnitt
Der Messsteuerabschnitt 33 vermag entweder in einem Bereichserkennungsmodus zu arbeiten, wo die Distanz zu einem Zielkörper oder Körpern gemessen wird, oder in einem Richtungserkennungsmodus, in welchem die Richtung oder Richtungen von einem oder mehreren Zielkörpern erhalten werden, wobei der Betriebsmodus durch ein Wahlsignal SEL bestimmt wird, das von dem Verarbeitungsdurchführungsabschnitt 35 geliefert wird. Der hier verwendete Begriff „Richtung", der bei der Erläuterung bestimmter Ausführungsformen verwendet wird, sei als Bezeichnung für eine Azimut-Richtung zu verstehen, die bezüglich der Vorwärtsbewegung des Ortsfahrzeugs gemessen wird. Es versteht sich jedoch, dass die Grundsätze der Erfindung nicht auf die Azimut-Richtungserkennung beschränkt sind.
Bereichserkennungsmodus
Wenn vom Wahlsignal SEL der Bereichserkennungsmodus gewählt wird, erzeugt der Messsteuerabschnitt 33 das Umschaltsignal XG, so dass eine Mehrzahl von Radarwellenimpulsen aufeinanderfolgend während eines jeden von aufeinanderfolgenden Intervallen übertragen wird, die nachfolgend als Empfangsperioden bezeichnet werden. Die Signale, die sich aus den sich ergebenden empfangenen Radarwellen ergeben, werden erkannt, nachdem eine Verzögerungszeit verstrichen ist, die jedem übertragenen Impuls folgt, wobei die Verzögerungszeit während einer Empfangsperiode sukzessive erhöht wird, wie in Diagramm (a) von 2 gezeigt, wobei der Empfangsschalter 22 so gesteuert wird, dass das empfangene Signal von einem bestimmten der Antennenelemente der Empfangsantenne 5 für die Dauer der Empfangsperiode fest gewählt wird. Dies wird aufeinanderfolgend für jedes der K Antennenelemente durchgeführt, das heißt, als eine sich zyklisch wiederholende Abfolge.
Genauer gesagt, wenn der Maximalwert des Bereichs, der von der Vorrichtung zu erkennen ist, als Rm bezeichnet wird, das Messintervall als Ta bezeichnet wird, was die Zeit ist, die von den Radarwellen benötigt wird, zu einem Zielkörper zu laufen und hiervon zurückzukehren, der in dem Maximalbereich Rm liegt (wobei Ta = 2 Rm/C und C die Lichtgeschwindigkeit ist), und die Pulsbreite der gesendeten Radarwellenimpulse (welche auch die Pulsbreite des Zeitsignals ST und des Gattersignals GT ist) als τ bezeichnet wird (= Ta/M, wobei M eine ganze Zahl größer eins ist), dann wird in jeder Empfangsperiode (M × Ta) ein Impuls des Zeitgebersignals ST zu Beginn eines jeden Messintervalls Ta erzeugt, das heißt, wird M-mal aufeinanderfolgend in einer Emp fangsperiode ausgegeben. Wie gezeigt, ist die Periode Ts des Abtasttaktsignals SCK identisch zum Messintervall Ta.
Jedes Mal dann, wenn das Zeitgebersignal ST ausgegeben wird, wird das Gattersignal GT nach einem Verzögerungsintervall D ausgegeben. Das Verzögerungsintervall D wird jedes Mal, wenn es ausgegeben wird, um τ erhöht (d. h. D = 0, τ, 2τ, 3τ, ... (M – 1)τ). Jeder Betrag der Erhöhung der Verzögerungszeit D ist hier als der Pulsbreite τ entsprechend angenommen; die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt und der Erhöhungsbetrag kann kleiner als τ sein. Je kleiner die Erhöhungsbeträge von D sind, umso höher ist die Bereichsauflösung.
Wie in Diagramm (a) von 2 gezeigt, wird jedes Mal, wenn ein Impuls von Radarwellen gesendet wird (jedes Mal, wenn das Zeitgebersignal ST ausgegeben wird), das Gattersignal GT ausgegeben, nachdem ein Verzögerungsintervall nach dem Zeitgebersignal ST verstrichen ist, und die Mischer 23 und 24 und der Erkennungsabschnitt 25 erkennen damit das empfangene Signal, das von einem Antennenelement der Empfangsantenne 5 erhalten worden ist. Das Verzögerungsintervall erhöht sich sukzessive mit jedem übertragenen Impuls, d. h. mit den Zeiten, mit denen das Gattersignal GT sukzessive entlang der Zeitachse innerhalb des Bereichs des Messintervalls Ta abtastet, bis das Ende der Empfangsperiode (M × Ta) erreicht ist. Die Zeitpunkte des Gattersignals GT, zu denen hohe Korrelation zwischen den übertragenen und empfangenen Signalen auftritt, das heißt, wo die Amplituden der Ausgangssignale von den Mischern 23 und 24 (ausgedrückt durch die Abtastwerte vom A/D-Wandlerabschnitt 31) einen bestimmten Wert übersteigen, werden jeweils als die Zeit erkannt, die die Radarwellen benötigen, zu und von einem bestimmten Zielkörper oder zu und von einer Mehrzahl von Zielobjekten zu laufen, die in einem ähnlichen Entfernungsbereich oder Bereich liegen. Dies ist als angepasstes Filterverfahren bekannt.
Richtungserkennungsmodus
Der Messsteuerabschnitt 33 ist so aufgebaut, dass er, wenn der Richtungserkennungsmodus vom Wahlsignal SEL gewählt wurde, synchron mit der Ausgabe des Zeitgebersignals ST das Schaltsignal SG zur Steuerung des Empfangsschalters 22 ausgibt, um die empfangenen Signale von aufeinanderfolgenden Antennenelementen zu wählen. Insbesondere wählt das Signal XG vom Messsteuerabschnitt 33 das empfangene Signal von einem der Antennenelemente während eines Messintervalls Ta, wobei dies aufeinanderfolgend für jedes der K Antennenelemente während jeder Empfangsperiode (K × Ta) durchgeführt wird, wie in Diagramm (b) von 2 gezeigt.
Jedes Mal, wenn das Zeitgebersignal ST ausgegeben wird, wird dann das Gattersignal GT ausgegeben, nachdem ein festgelegtes Verzögerungsintervall D verstrichen ist, wobei der Wert von D von dem Verarbeitungsdurchführungsabschnitt 35 festgelegt wird.
Reflektierte Radarwellen, die aus einem Bereich ankommen, der von der Größe des Verzögerungsintervalls D bestimmt ist, werden von jeweiligen Antennenelementen der Empfangsantenne 5 empfangen. In jedem Messintervall Ta werden die Q- und I-Signale basierend auf dem empfangenen Signal von einem bestimmten Antennenelement erhalten und dem Signalverarbeitungsabschnitt 9 zugeführt.
Der Messsteuerabschnitt 33 ist so aufgebaut, dass sowohl im Bereichserkennungsmodus als auch im Richtungserkennungsmodus das Abtasttaktsignal SCK (dessen Perioden Ts synchron mit den Perioden Ta des Zeitgebersignals ST sind) so erzeugt wird, dass die Integrationsperiode des Erkennungsabschnitts 25 sich von dem Zeitpunkt, zu dem ein Impuls des Zeitgebersignals ST ausgegeben wird, bis zum Ende der nachfolgenden Messperiode Ta erstreckt.
Wenn somit der Bereich eines Zielkörpers durch Verwendung des Bereichserkennungsmodus abgeschätzt worden ist, kann dann die Richtung dieses Zielobjekts unter Verwendung des Richtungserkennungsmodus geschätzt werden, wobei die Bereichsinformation verwendet wird, den Wert des Verzögerungsintervalls D festzusetzen.
Zielkörpererkennungsverarbeitung
Die Zielkörpererkennungsverarbeitung, die von dem Verarbeitungsdurchführungsabschnitt 35 durchgeführt wird, wird unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm von 3 beschrieben. Diese Verarbeitung wird wiederholt mit bestimmten festgelegten Zeitintervallen durchgeführt. Wenn die Verarbeitung beginnt, wird zunächst (Schritt S110) der Messsteuerabschnitt 33 in den Bereichserkennungsmodus versetzt und dann erfolgt die Abtastung (A/D-Wandlung) der I- und Q-Signale. Danach werden im Schritt S120 die sich ergebenden Abtastdaten verarbeitet, um den Bereich oder die Bereiche von einem oder mehreren Zielkörpern zu erhalten, von dem oder denen Radarwellen reflektiert wurden.
Genauer gesagt, basierend auf M Paaren abgetasteter Datenwerte (die nachfolgend als die I-Werte und Q-Werte bezeichnet werden), die aus den I- und Q-Signalen erhalten worden sind, wird entsprechend M aufeinanderfolgenden Auftritten des Gattersignals GT (Abtasten innerhalb des Messbereichs Ta) jeder der Zeitpunkte (Werte der Verzögerungszeit D) des Gattersignals GT erhalten, zu dem die empfangenen Signalamplituden (berechnet aus den Paaren von Q- und I-Werten von den empfangenen Signalen der jeweiligen Antennenelemente) den bestimmten Schwellenwert übersteigen. Der Bereich R (Abstand) zu einem Zielkörper (C × D/2, wobei C die Lichtgeschwindigkeit ist) wird basierend auf der Zeit D berechnet, welche die Zeit ist, die von den Radarwellen benötigt wird, zu und von dem Zielkörper zu laufen. Wenn es eine Mehrzahl von Zeitpunkten des Gattersignals GT gibt, für welche der obige Schwellenwert überstiegen wird, was anzeigt, dass die jeweiligen Bereiche einer Mehrzahl von Zielobjekten erkannt worden sind, werden die jeweiligen Werte von R entsprechend diesen Zeitpunkten des Gattersignals GT berechnet.
Nachfolgend wird im Schritt S130 eine Entscheidung gemacht, ob oder ob nicht einer oder mehrere Zielkörper, die in jeweils unterschiedlichen Bereichen liegen, als Ergebnis des Betriebs des Bereichserkennungsmodus erkannt wurden (das heißt, wenigstens ein Wert des Bereichs R eines Zielkörpers wurde basierend auf einer Verzögerungszeit D berechnet). Wenn kein Zielkörper erkannt worden ist, endet die Verarbeitung.
Wenn jedoch im Schritt S130 herausgefunden wird, dass ein oder mehrere Zielkörper erkannt worden sind, wird S140 durchgeführt, wo einer der Bereiche R aus dem vorherigen Schritt S130 gewählt wird (d. h. ein Bereichswert, der in den Schritten S150 bis S240 gemäß nachfolgender Beschreibung noch nicht verarbeitet worden ist). Danach werden im Schritt S150 eines oder mehrere Verzögerungsintervalle D und entsprechende Bereiche R, ausgewählt von dem Messsteuerabschnitt 33, dem Messsteuerabschnitt 33 mitgeteilt und der Messsteuerabschnitt 33 wird dann in den Betriebsmodus der Richtungserkennung versetzt, wo eine Abtastung der Q- und I-Signale vom RF-Verstärkerschaltungsabschnitt 7 durchgeführt wird.
Nachfolgend wird im Schritt S160 basierend auf K Paaren von Q- und I-Werten, die aufeinanderfolgend aus den jeweiligen empfangenen Signalen der K Antennenelemente der Empfangsantenne 5 empfangen wurden, während im Richtungserkennungsmodus gearbeitet wurde, ein K-dimensionaler empfangener Signalvektor X, der durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt wird, erzeugt. Die K Elemente des Vektors X sind komplexe Werte, die jeweils den K empfangenen Signalen von den Antennenelementen entsprechen, jeweils gebildet aus einem Q-Wert als imaginärer Teil und einem entsprechenden I-Wert als realer Teil, wobei die Reihenfolge der Reihenfolge der Antennenelemente entspricht. Unter Verwendung dieses empfangenen Signalvektors X wird eine beobachtete Matrix Rxx als Korrelationsmatrix erzeugt, welche K Reihen und K Spalten hat (Gleichung (2) gemäß nachfolgender Auflistung). X = (x1, x2, ..., xK)T (1) Rxx = XXH (2)
Hierbei bezeichnet T die Vektortransponierte und H die komplex konjugierte Transponierte.
Nachfolgend wird im Schritt S170 die Geschwindigkeit V des Ortsfahrzeugs erlangt und es erfolgt eine Entscheidung, ob die Geschwindigkeit V einen bestimmten Schwellenwert Vth übersteigt (der bei dieser Ausführungsform 10 km/h betragen möge). Wenn der Schwellenwert überschritten wird (Entscheidung JA), erfolgt Schritt S180, wo eine Richtungsabschätzung unter Verwendung des MUSIC-Algorithmus durchgeführt wird. Der Ablauf geht dann zum Schritt S220.
Genauer gesagt, bei der MUSIC-Richtungsabschätzung werden λ₁ ~ λ_k (wobei λ₁ ≥ λ₂ ≥ ... λ_k) als jeweilige Eigenwerte der beobachteten Matrix Rxx aus Schritt S160 erhalten und die Anzahl von einfallenden Wellen (d. h. die Anzahl von Richtungen, aus denen reflektierte Wellen empfangen werden), welche mit L bezeichnet sei, wird basierend auf der Anzahl von Eigenwerten geschätzt, die einen bestimmten Rauschleistungspegel übersteigen. Ein Eigenvektor e1 ~ ek entsprechend den Eigenwerten λ₁ ~ λ_k wird ebenfalls berechnet.
Ein Rauscheigenvektor E_N (definiert durch die untere Gleichung (3)) wird erlangt, der ein Eigenvektor entsprechend den (K – L) Eigenwerten ist, die unter dem thermischen Rauschleistungspegel liegen. Zusätzlich wird eine Ermittlungsfunktion P_MU(θ) erlangt, wie durch folgende Gleichung (4) ausgedrückt, wobei θ eine Richtung (Winkelwert) darstellt, der bezüglich der Vorwärtsbewegungsrichtung des Ortsfahrzeugs als Referenz gemessen ist und a(θ) das komplexe Ansprechverhalten der Empfangsantenne 5 bezüglich der Richtung θ ausdrückt. EN = (eL+1, eL+2, ..., eK (3)
In dem Winkelspektrum (MUSIC-Spektrum), das erhalten wird durch Anlegen der Ermittlungsfunktion P_MU(θ) an einen Bereich (Winkelwerte von) der Richtung, treten an Winkelwerten, die den Ankunftsrichtungen von einfallenden Radarwellen entsprechen (reflektiert von jeweiligen Zielkörpern), scharfe Spitzen auf. Somit werden die geschätzten Ankunftsrichtungen θ₁ – θ_L der reflektierten Wellen als jeweilige Spitzen in dem MUSIC-Spektrum erkannt.
Wenn jedoch im obigen Schritt S170 eine Entscheidung NEIN fällt, wird S190 durchgeführt, wo eine Richtungsabschätzung unter Verwendung von DBF (digitale Strahlformung) erfolgt. Bei der DBF-Richtungsabschätzung werden die Eigenwerte (x₁ – x_k) des empfangenen Signalvektors aus Schritt S160 verwendet, um eine Strahlformung mittels FFT (schnelle Fourier-Transformation) durchzuführen. Die angenäherte Richtung θ_DB eines Zielkörpers (oder eine angenäherte Richtung einer Mehrzahl von Zielkörpern, die nahe beieinander liegen) wird somit als Richtung einer Hauptkeule des empfangenen Signalmusters der Reihenantenne erhalten, das heißt, die erkannte angenäherte Richtung entspricht dem höchsten Wert der empfangenen Signalleistung.
Nachfolgend wird im Schritt S200 ein Satz von N zusätzlichen Richtungen θ_A1 ~ θ_AN definiert (wobei N eine feste ganze Zahl größer eins ist), die um die angenäherte Richtung θ_DB als Mitte herum liegen, die im Schritt S190 erhalten wurde (siehe Diagramm (b) von 4).
Ein quasi-empfangener Signalvektor X_Ai (i = 1, 2, ..., N) wird dann basierend auf diesen N zusätzlichen Richtungen erhalten, wie durch folgende Gleichung (5) ausgedrückt, wobei d der Abstand zwischen benachbarten Antennenelementen in der Empfangsantenne 5 ist und λ die Wellenlänge der übertragenen Radarwellen ist. Jeder quasi-empfangene Signalvektor entspricht einem Satz von K angenommenen empfangenen Signalen, welche jeweils von den K Antennenelementen (d. h. während eines Empfangsintervalls (k × Ta) gemäß Diagramm (a) von 2) empfangen werden würden, wenn Radarwellen entlang der entsprechenden einen der zusätzlichen Richtungen θ_Ai empfangen werden würden.
Genauer gesagt, jeder quasi-empfangene Signalvektor entsprechend einer bestimmten zusätzlichen Richtung drückt die Abtastwerte aus, die vom A/D-Wandlerabschnitt 31 erhalten werden würden und die Q- und I-Komponentenpaare des Satzes von K angenommenen empfangenen Signalen ausdrücken, die der bestimmten zusätzlichen Richtung entsprechen.
Die N quasi-empfangenen Signalvektoren X_Ai werden dann verwendet, N entsprechende Korrelationsmatrizen X_AiX_Ai ^H zu berechnen, und diese werden summiert und mit einem bestimmten Koeffizienten α multipliziert, um eine Matrix zu erhalten, die nachfolgend als quasi-beobachtete Matrix bezeichnet wird. Die beobachtete Matrix R, die im Schritt S160 erzeugt wurde, wird dann zu dieser quasi-beobachteten Matrix hinzuad diert, wie durch folgende Gleichung (6) gezeigt, um eine zusätzliche beobachtete Matrix R_xx' zu erzeugen.
wobei μ_i = (2πd/λ)sinθ_Ai
Der Wert α in Gleichung (6) wird im Bereich 0 < α < 0,1 gesetzt.
Nachfolgend wird im Schritt S210 eine Richtungserkennung unter Verwendung des MUSIC-Algorithmus auf gleiche Weise wie im Schritt S180 durchgeführt, wobei jedoch die zusätzliche beobachtete Matrix R_xx' aus Schritt S200 anstelle der beobachteten Matrix R_xx verwendet wird. Dann wird Schritt S220 durchgeführt. Die Richtung oder die Richtungen eines oder mehrerer Zielkörper im ausgewählten Bereich R wird oder werden dann aus dem MUSIC-Spektrum erhalten.
Im Schritt S220 wird eine Information, die den Bereich R ausdrückt, die im Schritt S140 gewählt wurde, und eine Information, die die entsprechende Richtung oder Richtungen unter Verwendung des MUSIC-Spektrums aus Schritt S180 oder S210 ausdrückt, als ein Wert oder als Werte der Zielkörperinformation gespeichert (das heißt, jeder Wert ist eine verbundene Kombination aus Bereichs- und Richtungsinformation).
Nachfolgend erfolgt im Schritt S230 eine Entscheidung, ob die Verarbeitung der Schritte S140 bis S220 für jeden der ein oder mehreren Bereichswerte R durchgeführt wurde, die im Schritt S120 berechnet wurden. Wenn irgendein Bereichswert R noch nicht abgearbeitet worden ist, kehrt der Ablauf zu Schritt S140 zurück, um den obigen Verarbeitungsablauf zu wiederholen. Wenn alle Bereichswerte R abgearbeitet worden sind, wird S240 durchgeführt, wo alle Werte an Zielkörperinformation, die durch Durchführung im Schritt S220 gespeichert worden sind, ausgelesen und einer externen Vorrichtung des Fahrzeugs zugeführt werden. Der Ablauf endet dann.
Die Anzahl und die Abstände der zusätzlichen Richtungen (z. B. θ_A1 ~ θ_A5 in Diagramm (b) von 5) werden basierend auf den bestimmten Systemanforderungen festgelegt. Wenn beispielsweise der Abstand zwischen benachbarten zusätzlichen Richtungen groß gemacht wird, besteht die Gefahr einer ungenügenden Unterdrückung der Korrelation, und es kann notwendig werden, den Wert des Koeffizienten α der Gleichung (6) entsprechend zu erhöhen. Der Bereich der zusätzlichen Richtungen wird bevorzugt so beschränkt, dass er einen bekannten Bereich möglicher Richtungen der Ankunft reflektierter Wellen von Zielobjekten nicht übersteigt.
Die obigen Ausführungsformen umfassen den Inhalt der nachfolgenden Ansprüche wie folgt. Die im Schritt S180 durchgeführte Verarbeitung entspricht ersten Richtungserkennungsmitteln, die Verarbeitung im Schritt S190 entspricht zweiten Richtungserkennungsmitteln und angenäherten Richtungserkennungsmitteln, die Verarbeitung im Schritt S170 entspricht Wahlmitteln, die Verarbeitung im Schritt S200 entspricht Erzeugungsmitteln für die quasi-beobachtete Matrix und die Verarbeitung im Schritt S210 entspricht dritten Richtungserkennungsmitteln und Feinrichtungserkennungsmitteln.
Von der Erfindung erhaltene Effekte
Bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform wird, wenn die Geschwindigkeit V des Ortsfahrzeugs größer als ein Schwellenwert Vth ist, die Richtungsabschätzung durch das MUSIC-Verfahren durchgeführt, wobei eine beobachtete Matrix R_xx verwendet wird, die basierend auf Messergebnissen erzeugt wird, d. h. basierend auf Empfangssignalen, die von jeweiligen Elementen der Reihenantenne erhalten werden. Wenn die Geschwindigkeit V den Schwellenwert Vth nicht erreicht (so dass es eine starke Korrelation zwischen reflektierten Radarwellen von einer Mehrzahl separater Zielkörper gibt), wird zuerst eine angenäherte Messung unter Verwendung von DBF durchgeführt (Schritt S190), um eine angenäherte Richtung der Zielkörper zu erlangen, dann wird ein Quasi-Messvektor (Quasi-Kreuzkorrelationsvektor) X_Ai basierend auf der angenäherten Richtungsmessung erlangt. Der Quasi-Messvektor X_Ai wird dann verwendet, um eine zusätzliche beobachtete Matrix R_xx' zu erzeugen.
In der zusätzlichen beobachteten Matrix R_xx' sind die Effekte irgendeiner Korrelation zwischen den reflektierten Radarwellen von jeweiligen separaten Zielkörpern unterdrückt. Sodann erfolgt eine Richtungsabschätzung durch das MUSIC-Verfahren, wobei die zusätzliche beobachtete Matrix R_xx' verwendet wird (Schritte S200 und S210).
Mit der obigen Ausführungsform kann somit eine Richtungsabschätzung mit dem MUSIC-Algorithmus ungeachtet der Geschwindigkeit des Ortsfahrzeugs durchgeführt werden. Es wird somit möglich, auf genaue Weise die jeweiligen Richtungen einer Mehrzahl von separaten Zielkörpern ungeachtet der Geschwindigkeit des Eigenfahrzeugs zu erkennen.
Man erkennt, dass bei der vorliegenden Erfindung auch dann, wenn sowohl das Ortsfahrzeug als auch die Zielkörper stillstehen, eine Korrelation zwischen jeweiligen Radarwellen, die durch Reflexion von den Zielkörpern empfangen worden sind, in einer Korrelationsmatrix unterdrückt werden kann, die für einen Null-Abtasttyp eines Algorithmus wie beispielsweise MUSIC zur Durchführung der Richtungserkennung verwendet wird. Eine effektive Erkennung jeweiliger Richtungen eines oder mehrerer Zielkörper kann somit erlangt werden.
Andere Ausführungsformen
Bei der obigen Ausführungsform erfolgt eine Richtungsabschätzung alleine durch Durchführung des MUSIC-Algorithmus (Schritt S180), wenn die Geschwindigkeit V des Ortsfahrzeugs größer als der Schwellenwert Vth ist. Es wäre gleichermaßen möglich, anstelle hiervon stets die Schritte S190 bis S210 durchzuführen (d. h. die DBF-Verarbeitung, gefolgt von der MUSIC-Verarbeitung), ungeachtet der Geschwindigkeit des Ortsfahrzeugs. Eine hohe Genauigkeit der Richtungserkennung kann damit unter Verwendung nur einer einzelnen Verarbeitungsabfolge erreicht werden. In diesem Fall würde der obige Schritt S190 den angenäherten Richtungserkennungsmitteln entsprechen, wie sie in den nachfolgenden Ansprüchen angegeben werden, während Schritt S210 den Feinrichtungserkennungsmitteln entsprechen würde. Ein Flussdiagramm der Arbeitsweise einer solchen anderen Ausführungsform ist in 6 gezeigt.
Weiterhin erfolgt bei obigen Ausführungsformen eine hochauflösende Richtungserkennung (z. B. Schritte S180, S210) unter Verwendung des MUSIC-Algorithmus, während eine angenäherte Richtungserkennung (z. B. Schritt S190) unter Verwendung einer Hauptkeule des Antennenempfangssignalmusters durchgeführt wird. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Es wäre beispielsweise gleichermaßen möglich, für die hochauflösende Richtungserkennung irgendeinen anderen Algorithmus zu verwenden, beispielsweise ESPRIT (Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques).
Weiterhin ist in den obigen Ausführungsformen die Erfindung auf eine Impulsradarvorrichtung gerichtet, die als Richtungserkennungsvorrichtung verwendet wird. Die Erfindung ist gleichermaßen anwendbar bei einer Radarvorrichtung, welche kontinuierliche Radarwellen aussendet, beispielsweise eine FMCW-Radarvorrichtung (Frequency Modulation Continuous Wave).
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- JP 2007-292156 [0001]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- „Adaptive Signal Processing by Array Antenna" (S. 194–199) [0004]

Claims

Eine fahrzeugseitige Richtungserkennungsvorrichtung, aufweisend eine Sendeantenne zum Senden elektromagnetischer Wellen und eine Reihenantenne mit einer Mehrzahl von Antennenelementen zum Empfang sich ergebender reflektierter elektromagnetischer Wellen von einem oder mehreren Zielkörpern, wobei die Vorrichtung jeweilige Richtungen der Zielkörper basierend auf momentan empfangenen Signalen von den Antennenelementen zu erkennen vermag, wobei die Vorrichtung aufweist: erste Richtungserkennungsmittel, die auf die momentan empfangenen Signale ansprechen, um eine beobachtete Matrix zu berechnen, welche eine Korrelationsbeziehung zwischen den momentan empfangenen Signalen ausdrückt, und welche dafür ausgelegt sind, die Zielkörperrichtungserkennung durchzuführen, indem eine Null-Abtastform eines Richtungserkennungsalgorithmus an der beobachteten Matrix angelegt wird; zweite Richtungserkennungsmittel, welche die Zielkörperrichtungen mit einem geringeren Auflösungsgrad als die ersten Richtungserkennungsmittel zu erkennen vermögen, indem eine Hauptkeule eines empfangenen Signalmusters der Reihenantenne verwendet wird; und Wählmittel, welche einen Wert einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu erlangen vermögen, um die ersten Richtungserkennungsmittel auszuwählen, so dass die Zielkörperrichtungserkennung durchgeführt wird, wenn die Geschwindigkeit einen bestimmten Schwellenwert übersteigt, und um die zweiten Richtungserkennungsmittel auszuwählen, so dass die Zielkörperrichtungserkennung durchgeführt wird, wenn die Geschwindigkeit den Schwellenwert nicht übersteigt.
Eine Richtungserkennungsvorrichtung nach Anspruch 1, aufweisend: Erzeugungsmittel für eine quasi-beobachtete Matrix, welche eine Mehrzahl von zusätzlichen Richtungen zu definieren vermögen, die die von den zweiten Richtungserkennungsmitteln erkannte Richtung als mittlere Richtung haben, und eine quasi-beobachtete Matrix zu berechnen vermögen, die eine Korrelationsbeziehung zwischen entsprechenden angenommenen Empfangssignalen ausdrückt, die von den Antennen elementen empfangen werden würden, wenn die reflektierten Wellen entlang den zusätzlichen Richtungen empfangen werden würden; und dritte Richtungserkennungsmittel, die einen zusätzliche beobachtete Matrix zu erlangen vermögen, indem die quasi-beobachtete Matrix der beobachteten Matrix hinzuaddiert wird, und welche einen Richtungserkennungsalgorithmus durchzuführen vermögen, der identisch zu dem Richtungserkennungsalgorithmus ist, der von den ersten Richtungserkennungsmitteln durchgeführt wird, um damit die Richtungen der Zielkörper zu erhalten.
Eine Richtungserkennungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Erzeugungsmittel für die quasi-beobachtete Matrix eine Mehrzahl von quasi-empfangenen Signalvektoren zu berechnen vermögen, die den zusätzlichen Richtungen entsprechen; eine Mehrzahl von Korrelationsmatrizen zu berechnen vermögen, die jeweils auf den quasi-empfangenen Signalvektoren basieren; und die Mehrzahl von Korrelationsmatrizen zu summieren vermögen.
Eine fahrzeugseitige Richtungserkennungsvorrichtung, aufweisend eine Sendeantenne zum Senden elektromagnetischer Wellen und eine Reihenantenne mit einer Mehrzahl von Antennenelementen zum Empfang sich ergebender reflektierter elektromagnetischer Wellen von einem oder mehreren Zielkörpern, wobei jeweilige momentan empfangene Signale dadurch von den Antennenelementen erhalten werden, wobei die Vorrichtung jeweilige Richtungen der Zielkörper basierend auf den empfangenen Signalen zu erkennen vermag, und wobei die Vorrichtung aufweist: annähernde Richtungserkennungsmittel, die eine angenäherte Richtung der Zielkörper unter Verwendung einer Hauptkeule der Reihenantenne zu erkennen vermögen; Erzeugungsmittel für eine quasi-beobachtete Matrix, welche eine Mehrzahl von zusätzlichen Richtungen zu erlangen vermögen, die um die angenäherte Richtung als Mitte herum angeordnet sind, und eine quasi-beobachtete Matrix zu erzeugen vermögen, die eine Korrelation zwischen jeweiligen angenommenen empfangenen Signalen ausdrückt, welche von den Antennenelementen erhalten werden würden, wenn die reflektierten Wellen von der Reihenantenne entlang den zusätzlichen Richtungen empfangen werden würden; und Feinrichtungserkennungsmittel, welche eine beobachtete Matrix zu berechnen vermögen, die eine Korrelationsbeziehung zwischen den momentan empfangenen Signalen ausdrücken, eine zusätzlich beobachtete Matrix zu erlangen vermögen, indem die Quasi-Matrix der beobachteten Matrix hinzuaddiert wird, und die Richtungen der Zielkörper mit einer höheren Erkennungsauflösung als die angenäherten Richtungserkennungsmittel zu erkennen vermögen, indem die zusätzliche beobachtete Matrix bei einer Null-Abtastform eines Richtungserkennungsalgorithmus angewendet wird.
Ein Verfahren zum Erkennen jeweiliger Richtungen eines oder mehrerer Zielkörper basierend auf empfangenen Signalen, die von einer Mehrzahl von Antennenelementen einer Reihenantenne in Antwort auf einfallende reflektierte elektromagnetische Wellen von den Zielkörpern erhalten werden, wobei sich die Reihenantenne in einem Fahrzeug befindet und wobei das Verfahren aufweist: Berechnen einer ersten beobachteten Matrix, die eine Korrelationsbeziehung zwischen empfangenen Signalen ausdrückt; Erlangen eines Geschwindigkeitswerts, mit dem sich das Fahrzeug momentan bewegt, und Beurteilen, ob die Geschwindigkeit einen bestimmten Schwellenwert übersteigt; Anlegen der ersten beobachteten Matrix an eine Null-Abtastform eines Richtungserkennungsalgorithmus zum Erlangen der jeweiligen Richtungen, wenn die Geschwindigkeit den Schwellenwert übersteigt; Berechnen einer annähernden Richtung der Zielkörper basierend auf einer Hauptkeule eines empfangenen Signalmusters der Reihenantenne, wenn die Geschwindigkeit den Schwellenwert nicht übersteigt; Bestimmen einer Mehrzahl zusätzlicher Richtungen, die mit der annähernden Richtung als Mitte angeordnet sind; Berechnen einer zweiten beobachteten Matrix, die eine Korrelationsbeziehung zwischen angenommenen empfangenen Signalen ausdrückt, welche von den Antennenelementen empfangen werden würden, wenn die reflektierten elektromagnetischen Wellen entlang den zusätzlichen Richtungen empfangen werden würden; Addieren der zweiten beobachteten Matrix zur ersten beobachteten Matrix, um eine zusätzliche beobachtete Matrix zu erlangen; und Anwenden der ersten beobachteten Matrix an der Null-Abtastform eines Richtungserkennungsalgorithmus, um die jeweiligen Richtungen zu erlangen.
Ein Verfahren zur Richtungserkennung nach Anspruch 5, wobei der Schritt des Berechnens der zweiten beobachteten Matrix die folgenden Schritte aufweist: Berechnen einer Mehrzahl von quasi-empfangenen Signalvektoren, welche jeweils den zusätzlichen Richtungen entsprechen; Berechnen einer Mehrzahl von Korrelationsmatrizen, welche jeweils auf den quasi-empfangenen Signalvektoren basieren; und Summieren der Korrelationsmatrizen.
Ein Verfahren zur Erkennung jeweiliger Richtungen eines oder mehrerer Zielkörper basierend auf empfangenen Signalen von einer Mehrzahl von Antennenelementen einer Reihenantenne in Antwort auf einfallende reflektierte elektromagnetische Wellen von den Zielkörpern, wobei die Reihenantenne in ein Fahrzeug eingebaut ist und wobei das Verfahren aufweist: Berechnen einer ersten beobachteten Matrix, die eine Korrelationsbeziehung zwischen empfangenen Signalen ausdrückt; Berechnen einer angenäherten Richtung der Zielkörper basierend auf einer Hauptkeule eines empfangenen Signalmusters der Reihenantenne; Bestimmen einer Mehrzahl von zusätzlichen Richtungen, welche um die angenäherte Richtung als Mitte herum angeordnet sind; Berechnen einer zweiten beobachteten Matrix, die eine Korrelationsbeziehung zwischen angenommenen empfangenen Signalen ausdrückt, die von den Antennenelementen empfangen werden würden, wenn die reflektierten elektromagnetischen Wellen entlang den zusätzlichen Richtungen empfangen werden würden; Addieren der zweiten beobachteten Matrix zur ersten beobachteten Matrix, um eine zusätzliche beobachtete Matrix zu erhalten; und Anwenden der zusätzlichen beobachteten Matrix bei einer Null-Abtastform eines Richtungserkennungsalgorithmus, um die jeweiligen Richtungen zu erhalten.
Ein Verfahren zur Richtungserkennung nach Anspruch 7, wobei der Schritt des Berechnens der zweiten beobachteten Matrix die Schritte aufweist: Berechnen einer Mehrzahl von quasi-empfangenen Signalvektoren, welche jeweils den zusätzlichen Richtungen entsprechen; Berechnen einer Mehrzahl von Korrelationsmatrizen, welche jeweils auf den quasi-empfangenen Signalvektoren basieren; und Summieren der Mehrzahl von Korrelationsmatrizen.