DE102012206511B4

DE102012206511B4 - Radarvorrichtung zum Erfassen eines Azimuts eines Ziels

Info

Publication number: DE102012206511B4
Application number: DE102012206511.3A
Authority: DE
Inventors: Koji Shimizu; Keiji Matsuoka
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2011-04-21
Filing date: 2012-04-20
Publication date: 2022-05-05
Anticipated expiration: 2032-04-21
Also published as: US20120268313A1; JP5278484B2; JP2012225817A; US8779969B2; CN102749617B; CN102749617A; DE102012206511A1

Abstract

Radarvorrichtung (30), die aufweist:einen Sender (36), der eine Radarwelle sendet, wobei die Radarwelle frequenzmoduliert wird, um eine Frequenz aufzuweisen, die in einem Aufwärtsabschnitt über die Zeit ansteigt und in einem Abwärtsabschnitt über die Zeit abnimmt, wobei der Aufwärtsabschnitt und der Abwärtsabschnitt einen Modulationszyklus der Radarwelle bilden;einen Empfänger (40), der mehrere Empfangsantennen (391-39N) aufweist, von denen jede mindestens ein Ankunftsecho als ein empfangenes Signal empfängt, wobei der Empfänger (40) konfiguriert ist, ein Schwebungssignal für jede der mehreren Empfangsantennen (391-39N) basierend auf den empfangenen Signalen der mehreren Empfangsantennen (391-39N) und einem lokalen Signal mit einer Frequenz auszugeben, die identisch zur Frequenz der gesendeten Radarwelle ist;ein Frequenzspitzenextrahierungsmodul (46), das eine Spektralanalyse auf das Schwebungssignal für jede der mehreren Empfangsantennen (391-39N) in sowohl dem Aufwärtsabschnitt als auch dem Abwärtsabschnitt durchführt, um aus einem Ergebnis der Spektralanalyse für jede der Antennen erste Frequenzkomponenten in dem Aufwärtsabschnitt und zweite Frequenzkomponenten in dem Abwärtsabschnitt zu extrahieren, wobei jede der ersten Frequenzkomponenten eine lokale Intensitätsspitze in dem Aufwärtsabschnitt aufweist, jede der zweiten Frequenzkomponenten eine lokale Intensitätsspitze in dem Abwärtsabschnitt aufweist; undein Azimutschätzmodul (46), das:für jede der ersten Frequenzkomponenten und der zweiten Frequenzkomponenten eine Autokorrelationsmatrix der empfangenen Signale der entsprechenden Antennen erzeugt;für jede der ersten Frequenzkomponenten und der zweiten Frequenzkomponenten eine Anzahl des mindestens einen Ankunftsechos basierend auf Eigenwerten der Autokorrelationsmatrix schätzt;für jede der ersten Frequenzkomponenten und der zweiten Frequenzkomponenten einen Ankunftsazimut des mindestens einen Ankunftsechos und eine empfangene Leistung des mindestens einen Ankunftsechos als Ankunftsleistung schätzt;einen virtuellen Azimut und eine virtuelle Leistung für jede der ersten Frequenzkomponenten und der zweiten Frequenzkomponenten schätzt, wenn das mindestens eine Ankunftsecho mehrfach vorliegt und ein Winkelbereich zwischen dem Ankunftsazimut von einem von benachbarten Ankunftsechos in den mehreren Ankunftsechos und dem Ankunftsazimut des anderen davon gleich oder kleiner als eine vorbestimmte Azimutauflösung der mehreren Empfangsantennen (391-39N) ist, wobei der virtuelle Azimut innerhalb des Winkelbereichs zwischen dem Ankunftsazimut von einem von benachbarten Ankunftsechos in den mehreren Ankunftsechos und dem Ankunftsazimut des anderen davon ist und die virtuelle Leistung die empfangene Leistung eines virtuellen Ankunftsechos von dem virtuellen Azimut ist; undAzimutinformationen für jede der ersten Frequenzkomponenten und der zweiten Frequenzkomponenten erzeugt, wobei die Azimutinformationen für jede der ersten Frequenzkomponenten und der zweiten Frequenzkomponenten den Ankunftsazimut und die Ankunftsleistung des mindestens einen Ankunftsechos und den virtuellen Azimut und die virtuelle Leistung beinhalten.

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf Radarvorrichtungen, die entworfen sind, um Informationen zu bestimmen, die mindestens den Azimut (die Richtung) eines Ziels beinhalten.
Radarvorrichtungen werden oft als Fahrunterstützungsvorrichtungen für Kraftfahrzeuge verwendet. FMCW-(Frequency-Modulated Continuous Wave, frequenzmodulierter Dauerstrich) Radarvorrichtungen sind als derartige Radarvorrichtungen wohlbekannt.
Typische FMCW-Radarvorrichtungen übertragen als ein übertragenes Signal eine kontinuierliche Radarwelle, die frequenzmoduliert ist, um eine Frequenz aufzuweisen, die in einem Aufwärtsabschnitt mit der Zeit ansteigt und in einem Abwärtsabschnitt mit der Zeit abnimmt. Der Aufwärtsabschnitt und der Abwärtsabschnitt bilden einen Modulationszyklus. Die FMCW-Radarvorrichtungen empfangen als empfangene Signale Ankunftsechos (Ankunftswellen) durch entsprechende Empfangskanäle einer Empfangsantenne. Die Empfangskanäle sind in einer Reihe ausgerichtet. Die Echos werden durch Reflexion der Radarwelle von einem Ziel wie beispielsweise einem Punkt eines Objekts erzeugt, das die Radarwelle reflektiert hat.
Die FMCW-Radarvorrichtungen erzeugen basierend auf den empfangenen Signalen Informationen, die mit dem Ziel verknüpft sind beziehungsweise in Zusammenhang stehen, das die Radarwelle reflektiert hat. Beispielsweise ist eine derartige typische FMCW-Radarvorrichtung in der JP 2006 - 047 282 A offenbart.
Konkret mischt eine FMCW-Radarvorrichtung dieses Typs das Sendesignal beziehungsweise Übertragungssignal mit empfangenen Signalen (empfangenen Echos), um Schwebungssignale zu erzeugen. Jedes der Schwebungssignale hat eine Frequenz, die identisch mit einer Frequenzdifferenz zwischen einem empfangenen Signal durch einen entsprechenden Empfangskanal und dem Übertragungssignal ist. Die FMCW-Radarvorrichtung führt eine Spektralanalyse von jedem der Schwebungssignale in jedem des Aufwärtsabschnitts und des Abwärtsabschnitts durch, um Peakfrequenzkomponenten bezüglich der Intensität in jedem des Aufwärtsabschnitts und des Abwärtsabschnitts zu erlangen. Jede der Peakfrequenzkomponenten bedeutet, dass es einen Zielkandidaten als die Quelle eines entsprechenden Ankunftsechos gibt. Die Peakfrequenzkomponenten werden als „Frequenzpeaks“ bezeichnet.
Als Nächstes führt die FMCW-Radarvorrichtung einen bekannten Azimutschätzalgorithmus, in anderen Worten einen DOA-(direction-of-arrival, Ankunftsrichtung) Schätzalgorithmus durch, um den Azimut (die Richtung) eines Ankunftsechos, das heißt, einen Winkel eines Ankunftsechos von einem entsprechenden Zielkandidaten bezüglich einer vorbestimmten Referenzachse für jeden Frequenzpeak zu schätzen. Dann schätzt die FMCW-Radarvorrichtung die empfangene Leistung des entsprechenden Echos von dem Zielkandidaten für jeden Frequenzpeak.
Danach führt die FMCW-Radarvorrichtung einen bekannten „Paarabgleich“-Task durch, um aus den Frequenzpeaks mindestens ein Paar eines Frequenzpeaks in dem Aufwärtsabschnitt und eines entsprechenden Frequenzpeaks in dem Abwärtsabschnitt zu extrahieren. Die Frequenzpeaks des mindestens einen Paars erfüllen beide der folgenden Bedingungen:

Die erste Bedingung ist, dass die Differenz bezüglich der Richtung zwischen einem Ankunftsecho, das einem der Frequenzpeaks des mindestens einen Paars entspricht, und einem Ankunftsecho, das dem anderen entspricht, innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereichs ist. Die zweite Bedingung ist, dass die Differenz bezüglich empfangener Leistung zwischen dem Ankunftsecho, das einem der Frequenzpeaks des mindestens einen Paars entspricht, und dem Ankunftsecho, das dem anderen entspricht, innerhalb eines vorbestimmten Leistungsbereichs ist.

Die FMCW-Radarvorrichtung schätzt, dass das extrahierte mindestens eine Paar von Frequenzpeaks mindestens einem gleichen Zielkandidaten entspricht, der die Radarwelle reflektiert hat.
Somit berechnet die FMCW-Radarvorrichtung den Abstand und die relative Geschwindigkeit zwischen der Radarvorrichtung und dem entsprechenden mindestens einen Zielkandidaten basierend auf dem mindestens einen extrahierten Paar von Frequenzpeaks. Somit erzeugt die FMCW-Radarvorrichtung die Informationen einschließlich des Abstands und der relativen Geschwindigkeit zwischen der Radarvorrichtung und dem entsprechenden mindestens einen Zielkandidaten und dem Azimut des entsprechenden mindestens einen Zielkandidaten.
Hochauflösungsalgorithmen sind als die Azimutschätzalgorithmen bekannt. Einer dieser Hochauflösungsalgorithmen ist der sogenannte MUSIC-(Multiple Signal Classification) Algorithmus, und ein weiterer ist der sogenannte ESPRIT-(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques) Algorithmus.
Diese Hochauflösungsalgorithmen erzeugen eine Autokorrelationsmatrix der empfangenen Signale von den jeweiligen Kanälen, erlangen Eigenwerte der Autokorrelationsmatrix und schätzen die Anzahl von Ankunftsechos basierend auf den Eigenwerten der Autokorrelationsmatrix. Insbesondere erlangt der MUSIC-Algorithmus ein MUSIC-Spektrum basierend auf der Anzahl von Ankunftsechos und den Eigenwerten und extrahiert scharfe Peaks (tiefe Nullen) in dem MUSIC-Spektrum. Dann schätzt der MUSIC-Algorithmus den Azimut eines entsprechenden Ankunftsechos für jeden extrahierten scharfen Peak und schätzt die empfangene Leistung eines Ankunftsechos von dem Ziel für jeden extrahierten scharfen Peak.
Azimutauflösung ist als ein Maß für Azimutschätzleistung bekannt. Die Azimutauflösung vorstehender Radarvorrichtungen repräsentiert einen minimalen Winkel zwischen den Azimuten von Ankunftsechos von benachbarten Zielen (benachbarten Zielkandidaten). Die Ankunftsechos können vollständig voneinander separiert werden, bis der tatsächliche Winkel zwischen den benachbarten Ankunftsechos größer als die Azimutauflösung (minimaler Winkel) ist. Die Azimutauflösung einer Radarvorrichtung wird basierend auf ihrer Hardwareleistung zusätzlich zu ihrer Signalverarbeitungsleistung bestimmt. Die Hardwareleistung einer derartigen Radarvorrichtung hängt beispielsweise von den physikalischen Charakteristika der Empfangsantenne ab. Diese physikalischen Charakteristika der Empfangsantenne beinhalten beispielsweise die Charakteristika der Empfangskanäle und die Intervalle beziehungsweise Abstände zwischen den Empfangskanälen. Die Signalverarbeitungsleistung einer derartigen Radarvorrichtung hängt beispielsweise von einem der Azimutschätzalgorithmen ab, die in der Radarvorrichtung installiert sind.
Dies kann zu einer Reduzierung der Genauigkeit der Schätzung des Azimuts und empfangener Leistung eines ersten Ankunftsechos von einem ersten Zielkandidaten und jener eines zweiten Ankunftsechos von einem zweiten Zielkandidaten, der zum ersten Zielkandidaten benachbart ist, abhängig von der räumlichen Beziehung zwischen dem ersten Zielkandidaten und dem zweiten Zielkandidaten führen.
Konkret konnte die Radarvorrichtung, wenn der erste Zielkandidat und der zweite Zielkandidat, die angenähert werden, während die Differenz in den entsprechenden Azimuten von Ankunftsechos von dem ersten Zielkandidaten und dem zweiten Zielkandidaten kleiner als die Azimutauflösung ist, die Ankunftsechos von dem ersten Zielkandidaten und dem zweiten Zielkandidaten nicht vollständig und stabil trennen.
Beispielsweise geht man davon aus, dass ein vorderes Fahrzeug wie beispielsweise ein schwerer Lastwagen vor einem Fahrzeug fährt, in dem eine derartige Radarvorrichtung installiert ist, und der Unterschied in den entsprechenden Ankunftsechos von beiden Enden des Heckabschnitts des vorderen Fahrzeugs in seiner Breitenrichtung (lateralen Richtung) innerhalb der Azimutauflösung ist.
Unter dieser Annahme kann der Punkt in dem Heckabschnitt des vorderen Fahrzeugs wie beispielsweise die linke Kante, die rechte Kante und die Mitte des Heckabschnitts, der eine Radarwelle reflektiert hat, die von der Radarvorrichtung emittiert wurde, zwischen einem Aufwärtsabschnitt und einem Abwärtsabschnitt eines Modulationszyklus der Radarwelle variieren. Dies bedeutet, dass das Ziel in dem vorderen Fahrzeug für die Radarvorrichtung zwischen einem Aufwärtsabschnitt und einem Abwärtsabschnitt eines Modulationszyklus der Radarwelle variiert.
Dies kann die Anzahl von Ankunftsechos in dem Aufwärtsabschnitt und die Anzahl von Ankunftsechos in dem Abwärtsabschnitt veranlassen, sich voneinander zu unterscheiden. Die Differenz in der Anzahl von Ankunftsechos zwischen dem Aufwärtsabschnitt und dem Abwärtsabschnitt kann bewirken, dass die Differenz zwischen den Azimuten benachbarter Ankunftsechos von benachbarten Zielkandidaten entsprechend einem Frequenzpeak in beispielsweise dem Aufwärtsabschnitt kleiner als die Ankunftsazimutauflösung ist.
Dies kann zu Schwankungen der empfangenen Leistung zwischen benachbarten Ankunftsechos von den benachbarten Zielkandidaten in dem Aufwärtsabschnitt führen. Beispielsweise kann ein erster Pegel der empfangenen Leistung von einem der benachbarten Ankunftsechos mit der Verringerung eines zweiten Pegels der empfangenen Leistung des anderen ansteigen, obwohl ein tatsächlicher Pegel von jedem der benachbarten Ankunftsechos ein Durchschnittswert des ersten Pegels und des zweiten Pegels der empfangenen Leistung der jeweiligen benachbarten Ankunftsechos ist.
Zu dieser Zeit, wenn ein Ankunftsecho von einem der benachbarten Zielkandidaten (derselben Zielkandidaten) entsprechend einem alternativen Frequenzpeak in dem Abwärtsabschnitt den Durchschnittspegel empfangener Leistung aufweist, kann die Differenz zwischen dem ersten Pegel empfangener Leistung entsprechend dem einen Frequenzpeak und dem Durchschnittspegel empfangener Leistung entsprechend dem alternativen Frequenzpeak den vorbestimmten Leistungsbereich überschreiten. Ähnlich kann die Differenz zwischen dem zweiten Pegel empfangener Leistung entsprechend dem einen Frequenzpeak und dem Durchschnittspegel empfangener Leistung entsprechend dem alternativen Frequenzpeak den vorbestimmten Leistungsbereich überschreiten.
Somit ist es möglich, dass, sogar wenn die Radarvorrichtung das Paarabgleichverfahren durchführt, die Radarvorrichtung keine richtigen Paare von Frequenzpeaks extrahiert, die die zweite Bedingung erfüllen. Dies kann die Verlässlichkeit von Zielinformationen verringern, die durch die Radarvorrichtung erzeugt werden.
Aus der DE 10 2007 011 440 A1 ist ferner eine Azimuterfassungsvorrichtung bekannt. Die Azimuterfassungsvorrichtung bestimmt einen Azimut eines Ziels von einem Subjektfahrzeug aus auf der Grundlage von Bedingungen, wie beispielsweise einer Fahrzeuggeschwindigkeit Vs des Subjektfahrzeugs, die einen Schwellenwert Vsth überschreitet, auf eine Verarbeitung von über eine Empfangsantenne empfangenen reflektierten Wellen hin, ohne dabei ein eine räumliche Mittelung beinhaltendes Verfahren anzuwenden. Der Azimut wird bestimmt, indem das die räumliche Mittelung beinhaltende Verfahren angewandt wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit Vs über dem Schwellenwert Vsth liegt. Der auf die vorstehend beschriebene Weise gewonnene Azimut wird zur Verwendung in einem Geschwindigkeitsregelungssystem oder dergleichen ausgegeben.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, Radarvorrichtungen bereitstellen, die entworfen sind, um mindestens eines der vorstehenden Probleme zu lösen.
Es ist insbesondere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, Radarvorrichtungen bereitstellen, die bei einem hohen Pegel die Verlässlichkeit von Zielinformationen, die durch die Radarvorrichtungen erzeugt werden, aufrechterhalten können.
Die Aufgabe wird durch eine Radarvorrichtung nach dem Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Radarvorrichtung bereitgestellt. Die Radarvorrichtung beinhaltet einen Sender, der eine Radarwelle sendet, wobei die Radarwelle frequenzmoduliert wird, um eine Frequenz aufzuweisen, die in einem Aufwärtsabschnitt über die Zeit ansteigt und in einem Abwärtsabschnitt über die Zeit abnimmt. Der Aufwärtsabschnitt und der Abwärtsabschnitt bilden einen Modulationszyklus der Radarwelle. Die Radarvorrichtung beinhaltet einen Empfänger, der mehrere Empfangsantennen aufweist, von denen jede mindestens ein Ankunftsecho als ein empfangenes Signal empfängt. Der Empfänger ist konfiguriert, um ein Schwebungssignal für jede der mehreren Empfangsantennen basierend auf den empfangenen Signalen der mehreren Empfangsantennen und einem lokalen Signal mit einer Frequenz auszugeben, die identisch zur Frequenz der gesendeten Radarwelle ist. Die Radarvorrichtung beinhaltet ein Frequenzspitzenextrahierungsmodul, das eine Spektralanalyse auf das Schwebungssignal für jede der mehreren Empfangsantennen in sowohl dem Aufwärtsabschnitt als auch dem Abwärtsabschnitt durchführt, um aus einem Ergebnis der Spektralanalyse für jede der Antennen erste Frequenzkomponenten in dem Aufwärtsabschnitt und zweite Frequenzkomponenten in dem Abwärtsabschnitt zu extrahieren. Jede der ersten Frequenzkomponenten weist eine lokale Intensitätsspitze beziehungsweise einen lokalen Intensitätspeak in dem Aufwärtsabschnitt auf und jede der zweiten Frequenzkomponenten weist eine lokale Intensitätsspitze beziehungsweise einen lokalen Intensitätspeak in dem Abwärtsabschnitt auf. Die Radarvorrichtung beinhaltet ein Azimutschätzmodul, das für jede der ersten Frequenzkomponenten und der zweiten Frequenzkomponenten eine Autokorrelationsmatrix der empfangenen Signale der entsprechenden Antennen erzeugt. Das Azimutschätzmodul schätzt für jede der ersten Frequenzkomponenten und der zweiten Frequenzkomponenten eine Anzahl des mindestens einen Ankunftsechos basierend auf Eigenwerten der Autokorrelationsmatrix. Das Azimutschätzmodul schätzt für jede der ersten Frequenzkomponenten und der zweiten Frequenzkomponenten einen Ankunftsazimut des mindestens einen Ankunftsechos und eine empfangene Leistung des mindestens einen Ankunftsechos als Ankunftsleistung. Das Azimutschätzmodul schätzt einen virtuellen Azimut und eine virtuelle Leistung für jede der ersten Frequenzkomponenten und der zweiten Frequenzkomponenten, wenn das mindestens eine Ankunftsecho mehrfach vorliegt und ein Winkelbereich zwischen dem Ankunftsazimut von einem von benachbarten Ankunftsechos in den mehreren Ankunftsechos und dem Ankunftsazimut des anderen davon gleich oder kleiner als eine vorbestimmte Azimutauflösung der mehreren Empfangsantennen ist. Der virtuelle Azimut ist innerhalb des Winkelbereichs zwischen dem Ankunftsazimut von einem von benachbarten Ankunftsechos in den mehreren Ankunftsechos und dem Ankunftsazimut des anderen davon und die virtuelle Leistung ist die empfangene Leistung eines virtuellen Ankunftsechos von dem virtuellen Azimut. Das Azimutschätzmodul erzeugt Azimutinformationen für jede der ersten Frequenzkomponenten und der zweiten Frequenzkomponenten. Die Azimutinformationen beinhalten für jede der ersten Frequenzkomponenten und der zweiten Frequenzkomponenten den Ankunftsazimut und die Ankunftsleistung des mindestens einen Ankunftsechos und den virtuellen Azimut und die virtuelle Leistung.
In einer ersten Ausführungsform des einen exemplarischen Aspekts der vorliegenden Offenbarung beinhaltet die Radarvorrichtung ein Abgleichmodul, das bestimmt, ob die Azimutinformationen für jede der ersten Frequenzkomponenten mit den Azimutinformationen für jede der zweiten Frequenzkomponenten abgeglichen ist, um basierend auf einem Ergebnis des Abgleichs mindestens ein Frequenzkomponentenpaar aus einer der ersten Frequenzkomponenten und einer der zweiten Frequenzkomponenten zu extrahieren. Die Radarvorrichtung beinhaltet ferner ein Zielinformationserzeugungsmodul, das basierend auf dem mindestens einen Frequenzkomponentenpaar eine Distanz beziehungsweise ein Abstand und eine relative Geschwindigkeit zwischen der Radarvorrichtung und einem Ziel berechnet, das dem mindestens einen Frequenzkomponentenpaar entspricht und die Radarwelle reflektiert hat, und Zielinformationen für das mindestens eine Frequenzkomponentenpaar erzeugt, wobei die Zielinformationen mindestens die Distanz zwischen der Radarvorrichtung und dem Ziel, die relative Geschwindigkeit zwischen der Radarvorrichtung und dem Ziel oder einen Azimut des Ziels entsprechend des mindestens einen Frequenzkomponentenpaars beinhalten.
Insbesondere schätzt die Radarvorrichtung gemäß dem einen beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung einen virtuellen Azimut und eine virtuelle Leistung für jeden der ersten Frequenzkomponenten und der zweiten Frequenzkomponenten, wenn der Winkelbereich zwischen dem Ankunftsazimut von einem von benachbarten Ankunftsechos und dem Ankunftsazimut des anderen davon gleich oder kleiner als die vorbestimmte Azimutauflösung der mehreren Empfangsantennen ist. Der virtuelle Azimut ist innerhalb des Winkelbereichs zwischen dem Ankunftsazimut von einem der benachbarten Ankunftsechos und dem Ankunftsazimut des anderen davon, und die virtuelle Leistung ist empfangene Leistung eines virtuellen Ankunftsechos von dem virtuellen Azimut. Dadurch wird es möglich, Azimutinformationen für jede der ersten Frequenzkomponenten und der zweiten Frequenzkomponenten mit wahrscheinlicheren Azimutinformationen dafür zu ersetzen, wenn der Winkelbereich zwischen dem Ankunftsazimut von einem von benachbarten Ankunftsechos und dem Ankunftsazimut des anderen davon gleich oder kleiner als die vorbestimmte Azimutauflösung der mehreren Empfangsantennen ist.
Die vorstehenden und/oder weitere Merkmale und/oder Vorteile unterschiedlicher Aspekte der vorliegenden Offenbarung werden ferner mit Blick auf die nachfolgende Beschreibung in Zusammenschau mit den Zeichnungen gewürdigt. Unterschiedliche Aspekte der vorliegenden Offenbarung können unterschiedliche Merkmale und/oder Vorteile, wo es angemessen ist, beinhalten und/oder ausschließen. Darüber hinaus können unterschiedliche Aspekte der vorliegenden Offenbarung ein oder mehrere Merkmale anderer Ausführungsformen kombinieren, wo es angemessen ist. Die Beschreibungen von Merkmalen und/oder Vorteilen besonderer Ausführungsformen sollten nicht als andere Ausführungsformen oder die Ansprüche beschränkend angesehen werden.
Weitere Aspekte der vorliegenden Offenbarung werden aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform mit Bezug auf die Zeichnungen ersichtlich.
Es zeigen:

1 ein Blockschaltbild, das schematisch eine Radarvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt;
2 ein Ablaufdiagramm, das schematisch einen Zielerkennungstask darstellt, der durch einen Signalprozessor durchgeführt wird, der in 1 dargestellt ist,
3 ein Ablaufdiagramm, das schematisch eine Azimutschätzroutine darstellt, die durch den Signalprozessor in Schritt S160 des Zielerkennungstasks durchgeführt wird;
4 einen Graphen, der schematisch benachbarte Ankunftsazimute, deren empfangene Leistung, einen virtuellen Azimut und eine virtuelle Leistung als spektrale Intensität basierend auf den benachbarten Ankunftsazimuten in einem MUSIC-Spektrum gemäß dieser Ausführungsform darstellt; diese Leistungen werden als spektrale Intensität (dB) geplottet und diese Ankunftsazimute werden als Winkel (Grad) geplottet; und
5 ein Blockschaltbild, das schematisch ein modifiziertes Empfangssystem einer Radarvorrichtung gemäß einer Modifikation dieser Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.

(Ausführungsform)
Eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert. In dieser Ausführungsform werden zwischen den Ausführungsformen gleiche Teile, die mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, weggelassen oder in redundanter Beschreibung vereinfacht.
Ein Beispiel der Gesamtstruktur eines Fahrunterstützungssystems 1 einschließlich einer Radarvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform ist in 1 dargestellt. Das Fahrunterstützungssystem 1 gemäß dieser Ausführungsform ist in einem Fahrzeug V eingebaut und funktionsfähig, um Fahrunterstützungstasks durchzuführen, während ein Fahrer das Fahrzeug V fährt.
Gemäß 1 beinhaltet das Fahrunterstützungssystem 1 eine Radarvorrichtung 30 und eine Fahrunterstützungs-ECU 10. Die Radarvorrichtung 30 ist beispielsweise auf dem vorderen Ende (Schnauze) eines Fahrzeugs V platziert. Die Radarvorrichtung 30 ist funktionsfähig, um eine Radarwelle zu übertragen, Ankunftsechos zu empfangen, die durch Reflexion der Radarwelle erzeugt werden, basierend auf den Ankunftsechos ein Ziel zu erfassen, das die Radarwelle reflektiert hat, und Informationen zu erzeugen, die mit dem Ziel verknüpft sind. Die Informationen, die mit einem Ziel verknüpft sind, das eine Radarwelle reflektiert hat, die von der Radarvorrichtung 30 emittiert wurde, werden als „Zielinformationen“ bezeichnet. Die Fahrunterstützungs-ECU 10 ist programmiert, um das Fahrzeug V basierend auf den Zielinformationen zu steuern, die durch die Radarvorrichtung 30 erzeugt werden.
Es ist zu beachten, dass ein Ziel in dieser Ausführungsform einen Punkt auf einem Objekt repräsentiert, der eine Radarwelle reflektiert hat, die von der Radarvorrichtung 30 emittiert wurde. Normalerweise wird ein Ziel durch die Radarvorrichtung 30 von einem Objekt erfasst, jedoch können mehrere Ziele durch die Radarvorrichtung 30 von einem Objekt erfasst werden, wenn das eine Objekt sehr groß ist, wie beispielsweise ein Lastwagen. Die Zielinformationen in dieser Ausführungsform beinhalten mindestens den Abstand von der Radarvorrichtung 30 zu einem erfassten Ziel, den Azimut (die Richtung) eines erfassten Ziels bezüglich einer vorbestimmten Achse wie beispielsweise einer Achse, die orthogonal zur Empfangsoberfläche der Radarvorrichtung 30 ist, und die relative Geschwindigkeit zwischen einem erfassten Ziel und der Radarvorrichtung 30. Der Azimut eines erfassten Ziels repräsentiert einen Einfallswinkel eines entsprechenden Ankunftsechos vom erfassten Ziel bezüglich der vorbestimmten Achse.
Die Fahrunterstützungs-ECU 10 ist beispielsweise durch einen normalen Mikrocomputer 10a, der mit mindestens einer CPU und einer Speichereinheit ausgestattet ist, die einen flüchtigen Speicher und einen nichtflüchtigen Speicher beinhaltet, eine IO (Input and Output, Eingabe und Ausgabe) Schnittstelle usw. ausgebildet. Die Fahrunterstützungs-ECU 10 beinhaltet ebenso einen Buscontroller 10b, der es dem Mikrocomputer 10a ermöglicht, mit anderen Vorrichtungen 12 mittels eines LAN-Kommunikationsbusses B zu kommunizieren; diese anderen Vorrichtungen 12 sind mit dem Bus B verbunden. Mit der Fahrunterstützungs-ECU 10 sind ein Warnbuzzer, ein Monitor, ein Tempomatschalter, ein Zielabstandsfestlegungsschalter usw. verbunden. Al die anderen Vorrichtungen 12 sind eine Brems-ECU 12a, eine Motor-ECU 12b, eine Sitzgurt-ECU 12c und dergleichen mit dem Bus B verbunden. Die Brems-ECU 12 ist funktionsfähig, um die Operationen von Bremsen (Bremsaktuatoren), zu steuern, die für jeweilige Räder des Fahrzeugs V vorgesehen sind, die Motor-ECU 12b ist funktionsfähig, um die Operationen eines Verbrennungsmotors des Fahrzeugs V zu steuern, und die Sitzgurt-ECU 12c ist funktionsfähig, um die Spannung von Sitzgurten für Insasse des Fahrzeugs V zu steuern.
Insbesondere ist die Fahrunterstützungs-ECU 10 funktionsfähig, um basierend auf den Zielinformationen, die von der Radarvorrichtung 30 gesendet werden, die Fahrunterstützungstasks zum Unterstützen eines Fahrers des Fahrzeugs V durchzuführen, während das Fahrzeug V fährt. Die Fahrunterstützungstasks gemäß dieser Ausführungsform beinhalten einen Abstandsregelungstask (ACC) und einen Voraufpralltask.
Der Abstandsregelungstask steuert automatisch die Geschwindigkeit des Fahrzeugs V, um den Abstand zwischen dem Fahrzeug und einem vorderen Fahrzeug vor dem Fahrzeug V bei einem zum Ziel gesetzten Abstand zu halten. Der zum Ziel gesetzte Abstand kann durch den Fahrer unter Verwendung des Zielabstandsfestlegungsschalters festgelegt werden. Beispielsweise ist die Fahrunterstützungs-ECU 10 programmiert, um den Abstandsregelungstask in Kooperation mit der Motor-ECU 12b durchzuführen, wobei der Abstandsregelungsschalter EIN ist. Die Fahrunterstützungs-ECU 10 ist programmiert, um den Abstandsregelungstask abzubrechen, wenn der Abstandsregelungsschalter ausgeschaltet ist oder ein Bremspedal oder ein Kupplungspedal durch den Fahrer gedrückt wird.
Der Voraufpralltask steuert den Warnbuzzer und den Monitor, um dem Fahrer des Fahrzeugs V eine hörbare und/oder sichtbare Warnung bereitzustellen, steuert die Bremsen, um eine Vollbremsung auf das Fahrzeug V auszuüben, und/oder zieht die Sitzgurte fest, wenn der Abstand zwischen dem Fahrzeug und einem vorderen Fahrzeug vor dem Fahrzeug V gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Grenzwertabstand ist. Beispielsweise ist die Fahrunterstützungs-ECU 10 programmiert, um den Voraufpralltask in Kooperation mit der Brems-ECU 12a und der Sitzgurt-ECU 12c durchzuführen.
Als Nächstes wird ein Beispiel der Struktur der Radarvorrichtung nachfolgend erläutert
Die Radarvorrichtung 30 ist beispielsweise als eine FMCW-Millimeterradarvorrichtung entworfen. Gemäß 1 ist die Radarvorrichtung 30 aus einem Oszillator 31, einem Verstärker 32, einem Verteiler 34, einer Sendeantenne 36 und einem Empfangsantennenmodul (Antennenarray) 40 zusammengesetzt.
Der Oszillator 31 ist funktionsfähig, um beispielsweise basierend auf einem Dreiecksmodulationsspannungssignal ein Millimeterhochfrequenzsignal zu erzeugen. Das Millimeterhochfrequenzsignal ist frequenzmoduliert, um eine Frequenz aufzuweisen, die in einem Aufwärtsabschnitt über die Zeit ansteigt und in einem Abwärtsabschnitt über die Zeit abnimmt. Der Aufwärtsabschnitt und der Abwärtsabschnitt bilden jeweils einen Modulationszyklus des Millimeterhochfrequenzsignals. Das heißt, das Millimetermodulationshochfrequenzsignal ist als ein positiv und negativ gezirptes (chirped) Signal entworfen.
Der Verstärker 32 ist funktionsfähig, um das Millimeterhochfrequenzsignal zu verstärken, das durch den Oszillator 31 erzeugt wird.
Der Verteiler 34 ist funktionsfähig, um bezüglich Leistung das Millimeterhochfrequenzsignal, das durch den Verstärker 32 verstärkt wird, in ein positiv und negativ gezirptes Übertragungssignal Ss (vgl. 3) und ein lokales Signal Ls zu verteilen.
Die Sendeantenne 36 ist funktionsfähig, um eine positiv und negativ gezirpte Millimeterfunkwelle basierend auf dem Sendesignal Ss vor das Fahrzeug V abzustrahlen.
Das Empfangsantennenmodul 40 ist aus N Antennen 39₁ bis 39_N gebildet (wobei N eine Ganzzahl gleich oder größer als 2ist). Die Antennen 39₁ bis 39_N sind in einer Reihe ausgerichtet, das heißt, beispielsweise parallel zur Breitenrichtung (horizontalen Richtung) des Fahrzeugs V. Kanäle CH₁ bis CH_N sind jeweils den Antennen 39₁ bis 39_N entsprechend zugeordnet.
Die Radarvorrichtung 30 ist ebenso durch einen Empfangsschalter 41, einen Verstärker 42, einen Mischer 43, ein Filter 44, einen A/D-(Analog-zu-Digital) Wandler 45 und einen Signalverarbeiter (Prozessor) 46 ausgebildet. Das Empfangsantennenmodul 40, der Empfangsschalter 41, der Verstärker 42, der Mischer 43, das Filter 44 und der A/D-Wandler 45 bilden ein Empfangssystem RS1 der Radarvorrichtung 30.
Der Empfangsschalter 41 ist funktionsfähig, um eine der Antennen 39₁ bis 39_N (Kanäle CH₁ bis CH_N) aus beispielsweise dem ersten Kanal CH₁ bis zum N-ten Kanal CH_N gemäß einem Auswahlsteuersignal auszuwählen, das von dem Signalprozessor 46 bereitgestellt wird, um dem Verstärker 23 sukzessive empfangene Signale Sr bereitzustellen, die von den entsprechenden ausgewählten Kanälen CH₁ bis CH_N gesendet werden. Diese empfangenen Signale Sr werden basierend auf Ankunftsechos erzeugt, die durch die entsprechenden ausgewählten Kanäle CH₁ bis CH_N empfangen werden. Das heißt, der Empfangsschalter 41 ist funktionsfähig, um einen Empfangskanal, der auszuwählen ist, gemäß dem Auswahlsteuersignal umzuschalten, das von dem Signalprozessor 46 bereitgestellt wird.
Der Verstärker 42 ist funktionsfähig, um ein empfangenes Signal Sr zu verstärken, das von einem der Kanäle CH₁ bis CH_N bereitgestellt wird.
Der Mischer 43 ist funktionsfähig, um ein verstärktes empfangenes Signal Sr entsprechend einem ausgewählten Kanal mit dem verteilten lokalen Signal L zu mischen, um ein Schwebungssignal BT zu erzeugen. Das Schwebungssignal BT ist aus einer Frequenzkomponente zusammengesetzt, die äquivalent zur Frequenzdifferenz zwischen dem verstärkten empfangenen Signal Sr entsprechend einem ausgewählten Signal und dem lokalen Signal L ist.
Das Filter 44 ist funktionsfähig, um ungewünschte Signalkomponenten von dem Schwebungssignal BT zu entfernen.
Der A/D-Wandler 45 ist betriebsbereit, um Werte des gefilterten Schwebungssignals BT, das von dem Filter 44 ausgegeben wird, in digitale abgetastete Daten (digitale abgetastete Werte) abzutasten und die abgetasteten Daten an den Signalprozessor 46 auszugeben. Es ist zu beachten, dass der A/D-Wandler 45 in dem Signalprozessor 46 installiert sein kann.
Der Signalprozessor 46 ist funktionsfähig, um einen Zielerkennungstask basierend auf den abgetasteten Daten des Schwebungssignals BT für jeden Kanal durchzuführen, wobei er ein oder mehrere Ziele erfasst, die eine Radarwelle reflektiert haben, die von der Sendeantenne 36 emittiert wurde, und Zielinformationen erzeugt, die mit dem/den erfassten ein oder mehreren Zielen verknüpft sind.
Beispielsweise ist der Signalprozessor 46 aus einem normalen Mikrocomputer, der hauptsächlich aus einer CPU 46a besteht, einem Speichermedium 46b und einem Prozessor wie beispielsweise einem digitalen Signalprozessor (DSP) 46c zusammengesetzt, um FFT (Fast Fourier Transform, schnelle Fourier-Transformation) auf die abgetasteten Daten des Schwebungssignals BT der jeweiligen Empfangskanäle durchzuführen. Der Signalprozessor 46 ist kommunizierbar mit dem Oszillator 11, dem Schalter 41 und der Fahrunterstützungs-ECU 10 verbunden.
Die CPU 46a des Signalprozessors 46 ist funktionsfähig, um den Oszillator 31 anzuweisen, ein Millimeterhochfrequenzsignal zu erzeugen, und den Oszillator 31 anzuweisen, die Erzeugung eines Millimeterhochfrequenzsignals zu stoppen.
Insbesondere wird ein Millimeterhochfrequenzsignal, das durch den Oszillator 31 erzeugt wird, durch den Verstärker 32 verstärkt und danach in den Verteiler 34 eingegeben. Das Millimeterhochfrequenzsignal wird durch den Verteiler 34 verteilt, so dass das positiv und negativ gezirpte Sendesignal Ss und das lokale Signal L erzeugt werden. Das positiv und negativ gezirpte Sendesignal Ss wird als eine positiv und negativ gezirpte Millimeterfunkwelle durch die Sendeantenne 36 vor das Fahrzeug V gesendet.
Ein Echo, das mindestens ein Ziel basierend auf der gesendeten Radarwelle reflektiert wird, wird zur Radarvorrichtung 30 als ein Ankunftsecho zurückgeführt und durch jede der Antennen (Kanäle) CH₁ bis CH_N als ein empfangenes Signal Sr empfangen. Ein empfangenes Signal Sr, das von einem Kanal Chi (i = 1, 2, ..., oder N) ausgegeben wird, der gegenwärtig durch den Empfangsschalter 41 ausgewählt ist, wird durch den Verstärker 42 verstärkt, und das verstärkte empfangene Signal Sr wird dem Mischer 43 bereitgestellt. Beim Mischer 43 wird das verstärkte empfangene Signal Sr mit dem lokalen Signal L gemischt, so dass ein Schwebungssignal BT entsprechend dem ausgewählten Kanal CHi erzeugt wird. Nachdem ungewünschte Signalkomponenten davon durch das Filter 44 entfernt wurden, wird das Schwebungssignal BT durch den A/D-Wandler 45 als digitale abgetastete Daten abgetastet, und danach werden die abgetasteten Daten durch den Signalprozessor 46 aufgenommen.
Die CPU 46a des Signalprozessors 46 erzeugt zyklisch das Auswahlsteuersignal, das den Empfangsschalter 41 veranlasst, einen Zyklus sukzessiver Selektionen aller Kanäle CH₁ bis CH_N zu wiederholen. Eine vorbestimmte Anzahl wie beispielsweise 512 Zyklen der sukzessiven Selektionen aller Kanäle CH₁ bis CH_N wird innerhalb eines Modulationszyklus einer Radarwelle wiederholt, die von der Radarvorrichtung 30 gesendet wird. Das heißt, jeder der Kanäle CH₁ bis CH_N wird innerhalb eines Modulationszyklus einer Radarwelle, die von der Radarvorrichtung 30 gesendet wird, die vorbestimmte Anzahl ausgewählt. Der A/D-Wandler 45 tastet einen Wert des Schwebungssignals BT in Synchronisation mit jedem Umschalten eines Kanals zu einem anderen Kanal der Kanäle CH₁ bis CH_N ab. Demzufolge werden die abgetasteten Daten (abgetasteten Werte) des Schwebungssignals BT für jeden Kanal durch den Signalprozessor 46 aufgenommen, um in dem Speichermedium 46 gespeichert zu werden. Die abgetasteten Daten des Schwebungssignals BT für jeden Kanal beinhalten abgetastete Daten innerhalb des Aufwärtsabschnitts und abgetastete Daten innerhalb des Abwärtsabschnitts.
Als Nächstes wird der Zielerkennungstask, der durch die CPU 46a des Signalprozessors 46 durchgeführt wird, in Kooperation mit dem DSP 46c mit Bezug auf 2 erläutert. Insbesondere ist die CPU 46a entworfen, um ein Zielerkennungsprogramm, das in dem Speichermedium 46b gespeichert ist, in jedem Messzyklus zu starten, so dass die CPU 46a den Zielerkennungstask gemäß dem Zielerkennungsprogramm durchführt. Mindestens einige der Operationen des Zielerkennungstasks, der in 2 dargestellt ist, können durch den Prozessor 46c oder sowohl die CPU 46a als auch den DSP 46c durchgeführt werden.
In Schritt S110 des Zielerkennungstasks aktiviert die CPU 46a den Oszillator 31 zum Emittieren einer positiv und negativ gezirpten Millimeterfunkwelle mittels der Sendeantenne 36 vor das Fahrzeug V. Danach nimmt die CPU 46a abgetastete Daten (digitale abgetastete Werte) des Schwebungssignals BT für die jeweiligen Kanäle CH₁ bis CH_N in Schritt S120 auf und deaktiviert den Oszillator 31, um das Senden der positiv und negativ gezirpten Millimeterfunkwelle zu stoppen, wenn sie eine erforderliche Anzahl digitaler abgetasteter Werte des Schwebungssignals BT für jeden der Kanäle CH₁ bis CH_N in Schritt S130 aufgenommen hat.
Als Nächstes führt die CPU 46a eine Spektralanalyse, d. h. eine FFT, für die digitalen abgetasteten Werte des Schwebungssignals BT für jeden Kanal in jedem des Aufwärtsabschnitts und des Abwärtsabschnitts durch, um ein Leistungsspektrum des Schwebungssignals BT für jeden Kanal in jedem des Aufwärtsabschnitts und des Abwärtsabschnitts in Schritt S140 zu erlangen. Das Leistungsspektrum in einem Schwebungssignals BT demonstriert Intensitäten von Frequenzkomponenten des Schwebungssignals BT.
Die CPU 46a extrahiert in Schritt S150 aus dem Leistungsspektrum für jeden Kanal Frequenzkomponenten fbu₁ bis fbu_m, von denen jede einen lokalen Intensitätspeak in dem Aufwärtsabschnitt aufweist, und Frequenzkomponenten fbd₁ bis fbd_m, von denen jede einen Intensitätspeak in dem Abwärtsabschnitt aufweist. Jede der extrahierten Frequenzkomponenten fbu₁ bis fbu_m und fbd₁ bis fbd_m bedeutet, dass es einen Zielkandidaten gibt, der die Quelle eines entsprechenden Ankunftsechos ist. Die extrahierten Frequenzkomponenten fbu₁ bis fbu_m und fbd₁ bis fbd_m werden als „Frequenzpeaks“ bezeichnet.
Es ist zu beachten, dass die Operationen durch die CPU 46a in den Schritten S140 und S150 als ein Frequenzpeakschätzmodul (vgl. 2) dienen. Das Frequenzpeakschätzmodul kann als ein programmiertes Logikmodul wie in dieser Ausführungsform, ein fest verdrahtetes Logikmodul oder ein Hybridmodul aus fest verdrahteter Logik und programmierter Logik entworfen sein.
Konkret berechnet die CPU 46a in Schritt S150 einen arithmetischen Durchschnitt der Leistungsspektren des Schwebungssignals BT für die jeweiligen Kanäle CH₁ bis CH_N. Dann extrahiert die CPU 46a in Schritt S150 aus dem arithmetischen Durchschnitt der Leistungsspektren Frequenzkomponenten, von denen jede eine Intensität aufweist, die größer als ein vorbestimmter Grenzwert in dem Aufwärtsabschnitt ist, als die Frequenzpeaks fbu₁ bis fbu_m. Das heißt, jeder der extrahierten Frequenzpeaks fbu₁ bis fbu_m weist einen lokalen Intensitätspeak auf. Auf ähnliche Weise extrahiert die CPU 46a in Schritt S150 von dem arithmetischen Durchschnitt der Leistungsspektren Frequenzkomponenten, von denen jede eine Intensität aufweist, die größer als der vorbestimmte Grenzwert in dem Abwärtsabschnitt ist, als die Frequenzpeaks fbd₁ bis fbd_m. Das heißt, jeder der extrahierten Frequenzpeaks fbd₁ bis fbd_m weist einen lokalen Intensitätspeak auf.
Nach der Operation in Schritt S150 führt die CPU 46a in Schritt S160 einen Azimutschätzalgorithmus zum Schätzen der Richtung (des Azimuts) eines Ankunftsechos, mit anderen Worten eines Winkels eines Ankunftsechos, von einem entsprechenden Zielkandidaten bezüglich der Referenzachse für jeden der Frequenzpeaks fbu₁ bis fbu_m und fbd₁ bis fbd_m und zum Schätzen der empfangenen Leistung des entsprechenden Ankunftsechos von dem Zielkandidaten für jeden der Frequenzpeaks fbu₁ bis fbu_m und fbd₁ bis fbd_m aus.
Danach führt die CPU 46a in Schritt S170 einen bekannten „Paarabgleich“-Task zum Extrahieren aus den Frequenzpeaks fbu₁ bis fbu_m und fbd₁ bis fbd_m von Paaren von Frequenzpeaks in dem Aufwärtsabschnitt und entsprechenden Frequenzpeaks in dem Abwärtsabschnitt aus. Die Frequenzpeaks jedes Paars erfüllen die folgenden Bedingungen:

Die erste Bedingung ist, dass die Differenz in der Richtung zwischen Ankunftsechos entsprechend den Frequenzpeaks jedes Paars innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereichs ist. Die zweite Bedingung ist, dass die Differenz empfangener Leistung zwischen den Ankunftsechos entsprechend den Frequenzpeaks jedes Paars innerhalb eines vorbestimmten Leistungsbereichs ist. Das heißt, die CPU 46a schätzt, dass jedes der Paare von Frequenzpeaks, die in Schritt S170 extrahiert werden, einem gleichen Zielkandidaten entspricht, der die Radarwelle reflektiert hat, die von der Radarvorrichtung 30 gesendet wurde. In Schritt S170 registriert die CPU 46a die Paare von Frequenzpeaks in dem Speichermedium 46b. Die Paare von Frequenzpeaks, die in dem Speichermedium 46b gespeichert werden, werden danach als „Kandidatenfrequenzpaare“ bezeichnet.

Nach der Operation in Schritt S170 berechnet die CPU 46a in Schritt S180 den Abstand und die relative Geschwindigkeit zwischen der Radarvorrichtung 30 und einem Zielkandidaten entsprechend jedem der Kandidatenfrequenzpaare.
Beispielsweise führt die CPU 46a zusätzlich die folgenden Operationen in Schritt S180 gemäß dieser Ausführungsform durch. Als Erstes empfängt die CPU 46a die gegenwärtige Geschwindigkeit des Fahrzeugs V von beispielsweise der Motor-ECU und berechnet die Geschwindigkeit von jedem der Zielkandidaten basierend auf der relativen Geschwindigkeit zwischen dem Fahrzeug V (der Radarvorrichtung 30) und jedem der Zielkandidaten und der Geschwindigkeit des Fahrzeugs V. Als Nächstes bestimmt die CPU 46a, ob jeder der Zielkandidaten ein stationäres Ziel oder ein bewegtes Ziel ist, basierend auf der Geschwindigkeit von jedem der Zielkandidaten.
Als Drittes erzeugt die CPU 46a in dem Speichermedium 46b Zielinformationen, die repräsentieren: den Abstand und die relative Geschwindigkeit zwischen dem Fahrzeug V und jedem Zielkandidaten; die Geschwindigkeit von jedem Zielkandidaten; Informationen, die repräsentieren, ob jeder Zielkandidat ein stationäres Ziel oder ein bewegliches Ziel ist; und den Azimut (die Richtung) von jedem Zielkandidaten, der in Schritt S160 geschätzt wird. Als Nächstes registriert die CPU 46a in dem Speichermedium 46b die Zielinformationen derart, dass die Zielinformationen mit einem entsprechenden der Kandidatenfrequenzpaare korreliert sind.
Es ist zu beachten, wie vorstehend beschrieben, dass der Zielerkennungstask durch die CPU 46a bei jedem Messzyklus wiederholt ausgeführt wird. Somit wurden, wenn die Zielinformationen in dem Speichermedium 46b durch den Zielerkennungstask während eines gegenwärtigen Messzyklus eingetragen werden, die Zielinformationen, die in dem früheren Messzyklus erlangt wurden, in dem Speichermedium 46b eingetragen.
Somit führt die CPU 46a nach den Operationen in Schritt S180 in Schritt S190 einen Historienverfolgungstask basierend auf den Zielinformationen, die mit dem jedem der Kandidatenfrequenzpaare korreliert sind, die in dem gegenwärtigen Messzyklus eingetragen werden, und den Zielinformationen durch, die mit jedem der Kandidatenfrequenzpaare korreliert sind, die in dem früheren Messzyklus eingetragen wurden. Der Historienverfolgungstask in Schritt S190 dient zum Erfassen mindestens eines Kandidatenfrequenzpaars entsprechend einem gleichen Zielkandidaten. Die Kandidatenfrequenzpaare, die in dem gegenwärtigen Messzyklus eingetragen werden, werden als „Kandidatenfrequenzpaare eines gegenwärtigen Zyklus“ bezeichnet, und die Kandidatenfrequenzpaare, die in dem früheren Messzyklus eingetragen wurden, werden als „Kandidatenfrequenzpaare eines früheren Zyklus“ bezeichnet.
Konkret führt die CPU 46a die folgenden Operationen in Schritt S190 gemäß der Ausführungsform durch.
Als Erstes erlangt die CPU 46a alle Kombinationen der Kandidatenfrequenzpaare eines gegenwärtigen Zyklus und der Kandidatenfrequenzpaare eines früheren Zyklus. Jede der Kombinationen wird nachfolgend als „Kombinationsfrequenzpaargruppe“ bezeichnet. Als Nächstes extrahiert die CPU 46a eine der Kombinationsfrequenzpaargruppen. Dann erlangt die CPU 46a basierend auf dem Kandidatenfrequenzpaar eines früheren Zyklus der extrahierten Kombinationsfrequenzpaargruppe eine vorhergesagte Position eines ersten Zielkandidaten entsprechend dem Kandidatenfrequenzpaar eines früheren Zyklus, bei dem der erste Zielkandidat in dem gegenwärtigen Messzyklus existieren wird. Zusätzlich erlangt die CPU 46a basierend auf dem Kandidatenfrequenzpaar eines früheren Zyklus der extrahierten Kombinationsfrequenzpaargruppe eine vorhergesagte Geschwindigkeit des ersten Zielkandidaten, bei dem sich der erste Zielkandidat in dem gegenwärtigen Messzyklus bewegen wird. Es ist allgemein bekannt, wie man die vorhergesagte Position und die vorhergesagte Geschwindigkeit eines ersten Zielkandidaten erlangt. Aus diesem Grund wird die detaillierte Beschreibung davon weggelassen. Als ein typischer Ansatz sagt die CPU 46a das Verhalten eines ersten Zielkandidaten entsprechend des Kandidatenfrequenzpaars eines früheren Zyklus unter Verwendung des Karman-Filters (linearer quadratischer Schätzalgorithmus) voraus und erlangt die vorhergesagte Position und die vorhergesagte Geschwindigkeit des ersten Zielkandidaten unter Verwendung der vorhergesagten Ergebnisse.
Als Nächstes erlangt die CPU 46a basierend auf dem Kandidatenfrequenzpaar eines gegenwärtigen Zyklus eine Position und eine Geschwindigkeit eines zweiten Zielkandidaten entsprechend dem Kandidatenfrequenzpaar eines gegenwärtigen Zyklus der extrahierten Kombinationsfrequenzpaargruppe. Danach berechnet die CPU 46a die erste absolute Differenz zwischen der vorhergesagten Position des ersten Zielkandidaten und der des zweiten Zielkandidaten und die zweite absolute Differenz zwischen der vorhergesagten Geschwindigkeit des ersten Zielkandidaten und der Geschwindigkeit des zweiten Zielkandidaten.
Als Nächstes bestimmt die CPU 46a, ob die erste absolute Differenz kleiner als eine vorbestimmte Grenzwertdistanz ist und die zweite absolute Differenz kleiner als eine vorbestimmte obere Grenze ist. Nur wenn bestimmt wird, dass die erste absolute Differenz kleiner als die vorbestimmte Grenzwertdistanz und die zweite absolute Differenz kleiner als die vorbestimmte obere Grenze ist, bestimmt die CPU 46a, dass der zweite Zielkandidat identisch zum ersten Zielkandidaten ist, in anderen Worten bestimmt, dass die Historienverfolgung eines gleichen Zielkandidaten in der extrahierten Kombinationsfrequenzpaargruppe aufrechterhalten wird. Dann aktualisiert die CPU 46a einen Zählwert eines Hardware- oder eines Softwarezählers für die Kandidatenfrequenzpaare eines gegenwärtigen Zyklus der extrahierten Kombinationsfrequenzpaargruppe auf einen Wert, der die Summe aus 1 und dem Zählwert eines Hardware- oder Softwarezählers für die Kandidatenfrequenzpaare eines früheren Zyklus der extrahierten Kombinationsfrequenzpaargruppe ist.
Anderseits, wenn bestimmt wird, dass entweder die erste absolute Differenz gleich oder größer als die vorbestimmte Grenzwertdistanz ist oder die zweite absolute Differenz gleich oder größer als die vorbestimmte obere Grenze ist, bestimmt die CPU 46a, dass der zweite Zielkandidat sich von dem ersten Zielkandidaten unterscheidet, in anderen Worten bestimmt, dass die Historienverfolgung desselben Zielkandidaten in der extrahierten Kombinationsfrequenzpaargruppe unterbrochen ist. Dann hält die CPU 46a den Zählwert des Zählers für das Kandidatenfrequenzpaar eines gegenwärtigen Zyklus der extrahierten Kombinationsfrequenzpaargruppe mit dem Zählwert des Zählers für das Kandidatenfrequenzpaar eines früheren Zyklus der extrahierten Kombinationsfrequenzpaargruppe aufrecht.
Die CPU 46a führt diese Operationen für jede der Kombinationsfrequenzpaargruppen durch. Das heißt, der Historienverfolgungstask gemäß dieser Ausführungsform ist:

Ein Kandidatenfrequenzpaar eines gegenwärtigen Zyklus, das die Historie eines entsprechenden früheren Frequenzpaars verfolgt, übernimmt Informationen des Kandidatenfrequenzpaars eines früheren Zyklus, die der Zählwert des Zählers für das Kandidatenfrequenzpaar eines früheren Zyklus sind; und
ein Kandidatenfrequenzpaar eines früheren Zyklus, das die Historie eines entsprechenden früheren Frequenzpaars unterbricht, behält den Zählwert des Zählers für das Kandidatenfrequenzpaar eines früheren Zyklus bei.

Wie vorstehend beschrieben, wird der Zielerkennungstask wiederholt durch die CPU 46a bei jedem Messzyklus wiederholt. Demnach wird der Zähler für ein Kandidatenfrequenzpaar eines gegenwärtigen Zyklus einer Kombinationsfrequenzpaargruppe in einem gegenwärtigen Messzyklus als der Zähler für ein Kandidatenfrequenzpaar eines früheren Zyklus der einen Kombinationsfrequenzpaargruppe in dem früheren Messzyklus ersetzt, wenn der Zielerkennungstask in dem nächsten Messzyklus ausgeführt wird.
Somit erkennt die CPU 46a in Schritt S200, nachdem eine bestimmte Anzahl der Zielerkennungstask ausgeführt wurde, wenn der Zählwert eines Kandidatenfrequenzpaars eines gegenwärtigen Zyklus von einer Kandidatenfrequenzpaar eines gegenwärtigen Zyklus in einem gegenwärtigen Messzyklus gleich oder größer als ein vorbestimmter Erkennungsgrenzwert ist, dass das Kandidatenfrequenzpaar eines gegenwärtigen Zyklus einem tatsächlichen Ziel entspricht, und trägt es in das Speichermedium 46b ein.
Nach Schritt S200 führt die CPU 46a in Schritt S210 eine bekannte Extrapolation durch, um in dem Speichermedium 46b kontinuierlich mindestens ein Kandidatenfrequenzpaar eines gegenwärtigen Zyklus zu registrieren, das in Schritt S190 bestimmt wurde, die Historie eines entsprechenden früheren Frequenzpaars zu unterbrechen, wenn eine abgelaufene Zeit des mindestens einen Kandidatenfrequenzpaars eines gegenwärtigen Zyklus seit der Unterbrechung innerhalb einer vorbestimmten Extrapolationsperiode ist. In Schritt S210, wenn eine abgelaufene Zeit für mindestens ein Kandidatenfrequenzpaar eines gegenwärtigen Zyklus seit der Unterbrechung die vorbestimmte Extrapolationsperiode überschreitet, entfernt die CPU 46a die Registrierung des mindestens einen Kandidatenfrequenzpaars eines gegenwärtigen Zyklus. Da Extrapolation in dem Zielerkennungstask allgemein bekannt ist, werden zusätzliche Beschreibungen davon weggelassen.
Nach Schritt S210 gibt die CPU 46a in Schritt S220 an die Fahrunterstützungs-ECU 10 die Zielinformationen von mindestens einem Ziel aus, die in dem Speichermedium 46b gespeichert sind. Es ist zu beachten, dass in Schritt S220 die Ankunftsrichtung eines Ankunftsechos von dem mindestens einen Ziel, das in dem Speichermedium 46b, das in den Zielinformationen beinhaltet ist, eingetragen ist, der Ankunftsrichtung eines Ankunftsechos von einem entsprechenden mindestens einen Zielkandidaten entspricht, der in Schritt S160 geschätzt wird.
Demzufolge führt die Fahrunterstützungs-ECU 10 basierend auf den Zielinformationen, die von der CPU 46a ausgegeben werden, die Fahrunterstützungstasks zum Unterstützen des Fahrers des Fahrzeugs V durch, die vorstehend erläutert sind.
Nach der Operation in Schritt S220 schließt die CPU 46a den Zielerkennungstask ab und wartet auf den nächsten Messzyklus.
Als Nächstes wird eine Azimutschätzroutine basierend auf einem Azimutschätzalgorithmus, der durch die CPU 46a in Schritt S160 durchgeführt wird, nachfolgend vollständig mit Bezug auf 3 erläutert. In dieser Ausführungsform wird als der Azimutschätzalgorithmus der MUSIC-Algorithmus verwendet.
Wird die Azimutschätzroutine entsprechend dem Azimutschätzalgorithmus in Schritt S160 des Zielerkennungstasks aufgerufen, wählt die CPU 46a einen Frequenzpeak aus den Frequenzpeaks fbu₁ bis fbu_m und fbd₁ bis fbd_m aus. Der ausgewählte Frequenzpeak wurde den folgenden Operationen in der Azimutschätzroutine in Schritt S310 nicht unterworfen.
Als Nächstes extrahiert die CPU 46a in Schritt S320 aus den Leistungsspektren des Schwebungssignals BT für alle Kanäle CH₁ bis CH_N Signalkomponenten des ausgewählten Frequenzpeaks und richtet die ausgewählten Signalkomponenten aus, um dadurch einen empfangenen Vektor Xi(k) zu erzeugen, der durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt wird: $X i (k) = {[x_{1} (k), x_{2} (k), \dots, x_{i} (k)]}^{T}$
wobei T die Transponierte des Vektors repräsentiert und x_i(k) (i = 1, 2, ..., N) die Signalkomponente der jeweiligen Kanäle CH₁ bis CH_N zur Zeit k repräsentiert.
Es ist zu beachten, dass für die Erzeugung des empfangenen Vektors Xi(k) mehrere Nullen, d. h. Nullwerte, dem empfangenen Vektor Xi(k) als virtuelle Daten hinzugefügt werden können.
Als Nächstes erzeugt die CPU 46a in Schritt S330 basierend auf dem erzeugten empfangenen Vektor Xi(k) eine Autokorrelationsmatrix Rxx(k) mit N Reihen und N Spalten, die als die folgende Gleichung (2) ausgedrückt wird: $R x x (k) = X i (k) X i^{H} (k)$
wobei H die Transponierte der komplexen Konjugation repräsentiert.
Als Nächstes erlangt die CPU 46a in Schritt S340 N Eigenwerte λ₁,λ₂,···,λ_N der Autokorrelationsmatrix Rxx, so dass diese die Gleichung „λ₁ ≥ λ₂ ≥ ··· ≥ λ_N“ erfüllen, und berechnet Eigenvektoren E₁,E₂,···,E_N entsprechend den jeweiligen Eigenwerten λ₁,λ₂,···,λ_N.
Als Nächstes schätzt die CPU 46a in Schritt S350 in den Eigenwerten λ₁,λ₂,···,λ_N eine Anzahl von Eigenwerten, die gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Grenzwert Th ist, als eine Anzahl L von mindestens einem Ankunftsecho, das durch die Kanäle CH₁ bis CH_N empfangen wird. L ist so definiert, dass es kleiner als die Anzahl N ist. Da unterschiedliche Ansätze zum Schätzen der Anzahl L von mindestens einem Ankunftsecho allgemein bekannt sind, werden detaillierte Beschreibungen, wie die Anzahl L von mindestens einem Ankunftsecho zu schätzen ist, in dieser Ausführungsform weggelassen. Beispielsweise verwendet die CPU 46a gemäß dieser Ausführungsform ein Beispiel dieser Ansätze, um als den Grenzwert Th einen Wert entsprechend thermischer Rauschleistung zu definieren.
Als Nächstes definiert die CPU 46a in Schritt S360 einen Rauschvektor E_NO, der aus Eigenvektoren e_L+1,e_L+2,···,e_L+N entsprechend den (N-L) Eigenwerten λ_L+1,λ_L+2,···,λ_L+N besteht, deren Anzahl gleich oder kleiner als der Grenzwert Th ist, gemäß der folgenden Gleichung (3): $E_{N O} = (e_{L + 1}, e_{L + 2}, \dots, e_{L + N})$
Wenn ein komplexer Antwortvektor des Antennenarrays (Antennenmoduls) 40 bezüglich eines Azimutparameters θ als Lenkvektor a(θ) definiert ist, wird die folgende Gleichung (3a) eingeführt: $a^{H} (θ) E_{N} = 0$
Es ist zu beachten, dass der Azimutparameter θ einen Einfallswinkel eines Ankunftsechos bezüglich der Achse repräsentiert, die orthogonal zur Empfangsoberfläche des Antennenmoduls 40 ist.
Die Gleichung (3a) repräsentiert, dass der Rauscheigenvektor E_NO orthogonal zum Lenkvektor a(θ) ist, wenn der Lenkvektor a(θ) zum Azimut des Ankunftsechos gerichtet ist.
Aus der Gleichung (3a) erhält die CPU 46a in Schritt S360 ein MUSIC-Spektrum, das als eine „Leistungsfunktion P_MU(θ)“ definiert ist, die durch die folgende Gleichung (4) gegeben ist: $\begin{array}{l} P_{M U} (θ) = \frac{1}{\sum_{i = L + 1}^{N} {| e_{i}^{H} a (θ) |}^{2}} \times a^{H} (θ) a (θ) \\ = \frac{a^{H} (θ) a (θ)}{a^{H} (θ) E_{N O} E_{N O}^{H} a (θ)} \end{array}$
Das MUSIC-Spektrum, das durch die Leistungsfunktion P_MU(θ) erlangt wird, wie durch die Gleichung (4) definiert ist, demonstriert, dass mindestens ein schärferer (tieferer) Peak bei einer entsprechenden Null auftritt, wenn ein entsprechender mindestens ein Azimut des Azimutparameters θ in Übereinstimmung mit dem Azimut von mindestens einem Ankunftsecho ist.
Somit erlangt die CPU 46a in Schritt S360 mindestens einen geschätzten Azimut θ₁,...,θ_L von mindestens einem Ankunftsecho, d. h. mindestens einem geschätzten Azimut von mindestens einem Zielkandidaten, der mindestens ein Ankunftsecho verursacht, durch Erfassen des mindestens einen Peaks des MUSIC-Spektrums.
Es ist zu beachten, dass in Schritt S360 gemäß dieser Ausführungsform ein Wert des MUSIC-Spektrums bei dem mindestens einen Ankunftsazimut θ₁,...,θ_L als die empfangene Leistung in dem mindestens einen Ankunftsazimut θ₁,···,θ_L als Ankunftsleistung erlangt wird.
Als Nächstes bestimmt die CPU 46a in Schritt S370, ob die Anzahl L von mindestens einem Ankunftsecho gleich oder größer als 2 ist. Wird bestimmt, dass die Anzahl L von mindestens einem Ankunftsecho gleich oder größer als 2 ist, das heißt, die Anzahl L von mindestens einem Ankunftsecho ist die Mehrzahl (JA in Schritt S370), erlangt die CPU 46a in Schritt S380 die absolute Winkeldifferenz zwischen einem Paar benachbarter Ankunftsazimute in den mehreren Ankunftsazimuten θ₁,···,θ_L. Andererseits, wenn bestimmt wird, dass die Anzahl L von Ankunftsechos kleiner als 2 ist, das heißt, die Anzahl L von mindestens einem Ankunftsecho ist die Einzahl (NEIN in Schritt S370), fährt die CPU 46a mit Schritt S420 fort.
Nach Schritt S380 bestimmt die CPU 46a in Schritt S390, ob die absolute Winkeldifferenz zwischen dem einen Paar benachbarter Ankunftsazimute gleich oder kleiner als vorbestimmter Grenzwertwinkel α ist.
Es ist zu beachten, dass der Grenzwertwinkel α als die Azimutauflösung definiert ist, die einen minimalen Winkel zwischen benachbarten Azimuten benachbarter Ankunftsechos repräsentiert. Die benachbarten Ankunftsechos können vollständig voneinander separiert werden, bis der tatsächliche Winkel zwischen ihnen größer als die Azimutauflösung (der minimale Winkel) ist. Die Azimutauflösung der Radarvorrichtung 30 wird basierend auf ihrer Hardwareleistung zusätzlich zu ihrer Signalverarbeitungsleistung bestimmt, die in diesem Gebiet allgemein bekannt sind. Die Hardwareleistung der Radarvorrichtung 30 hängt beispielsweise von den Charakteristika der Empfangsantennen 39₁ bis 39_N (Kanäle CH₁ bis CH_N) des Empfangsantennenmoduls 40, den Intervallen zwischen den Empfangsantennen 39₁ bis 39_N (Kanäle CH₁ bis CH_N) und dergleichen ab.
Wird bestimmt, dass die absolute Winkeldifferenz zwischen einem Paar benachbarter Ankunftsazimute gleich oder kleiner als der vorbestimmte Grenzwertwinkel α ist (JA in Schritt S390), bestimmt die CPU 46a in Schritt S400 einen Winkel (Azimut) wie beispielsweise einen Zwischenwinkel zwischen dem benachbarten Ankunftsazimut des einen Paars als einen virtuellen Azimut. Beispielsweise, wie in 4 dargestellt ist, wenn die benachbarten Ankunftsazimute des einen Paars als θ_A und θ_B in dem MUSIC-Spektrum repräsentiert sind, befindet sich der virtuelle Azimut zwischen dem Winkelbereich der benachbarten Ankunftsazimute θ_A und θ_B.
In Schritt S400 schätzt die CPU 46a ebenso eine Leistung eines virtuellen Ankunftsechos als virtuelle Leistung unter der Annahme, dass die Radarvorrichtung 30 das virtuelle Ankunftsecho von dem virtuellen Azimut empfängt. Beispielsweise erlangt die CPU 46a in Schritt S400 empfangene Leistung durch das Empfangssystem RS1 als die virtuelle Leistung, wenn sie beispielsweise die Phasen und/oder die Amplituden der empfangenen Signale der Kanäle CH₁ bis CH_N so steuert, dass das Empfangsstrahlmuster (Empfindlichkeitsmuster) des Antennenarrays 40 in Richtung des virtuellen Azimuts orientiert ist (vgl. 4). Es ist zu beachten, dass in Schritt S400 die CPU 46a die virtuelle Leistung am virtuellen Azimut unter Verwendung der Operationen in Schritt S360, die vorstehend erläutert sind, schätzen kann. Danach fährt die CPU 46a zum Schritt S410 fort.
Andererseits, wenn die CPU 46a bestimmt, dass die absolute Winkeldifferenz zwischen dem einen Paar benachbarter Ankunftsazimute größer als der vorbestimmte Grenzwertwinkel α ist (NEIN in Schritt S390), fährt die CPU 46a mit Schritt S410 fort, während sie die Operation in Schritt S400 überspringt, da kein Bedarf für ein Schätzen eines virtuellen Azimuts und einer virtuellen Leistung besteht.
In Schritt S410 bestimmt die CPU 46a, ob die absolute Winkeldifferenz zwischen allen Paaren benachbarter Ankunftsazimute in den Ankunftsazimuten θ₁,···,θ_L in Schritt S380 erlangt wurde und ob die Operationen in den Schritten S390 und S400 für die absolute Winkeldifferenz zwischen allen Paaren benachbarter Ankunftsazimute in den Ankunftsazimuten θ₁,···,θ_L durchgeführt wurden.
Wird bestimmt, dass die absolute Winkeldifferenz zwischen allen Paaren benachbarter Ankunftsazimute in den Ankunftsazimuten θ₁,···,θ_L nicht erlangt wurde, so dass die Operationen in den Schritten S390 und S400 für die absolute Winkeldifferenz zwischen allen Paaren benachbarter Ankunftsazimute in den Ankunftsazimuten θ₁,···,θ_L noch nicht durchgeführt wurden (NEIN in Schritt S410), kehrt die CPU 46a zu Schritt S380 zurück. Dann wiederholt die CPU 46a die Operationen in den Schritten S380 bis S410, bis sie die Operationen in den Schritten S390 und S400 für die absolute Winkeldifferenz zwischen allen Paaren benachbarter Ankunftsazimute in den Ankunftsazimuten θ₁,···,θ_L durchgeführt hat.
Konkret, wenn bestimmt wird, dass die absolute Winkeldifferenz zwischen allen Paaren benachbarter Ankunftsazimute in den Ankunftsazimuten θ₁,···,θ_L nicht erlangt wurde (NEIN in Schritt S410), erlangt die CPU 46a die absolute Winkeldifferenz zwischen einem anderen Paar benachbarter Ankunftsazimute in den Ankunftsazimuten θ₁,···,θ_L und führt die Operationen in den Schritten S390 und S400 für erlangte absolute Differenz durch.
Danach, wenn bestimmt wird, dass die absolute Winkeldifferenz zwischen allen Paaren benachbarter Ankunftsazimute in den Ankunftsazimuten θ₁,···,θ_L erlangt wurde, so dass die Operationen in den Schritten S390 und S400 für die absolute Wärmeabstrahlungsdurchgang zwischen allen Paaren benachbarter Ankunftsazimute in den Ankunftsazimuten θ₁,···,θ_L durchgeführt wurden (JA in Schritt S410), fährt die CPU 46a mit Schritt S420 fort.
In Schritt S420 registriert die CPU 46a in dem Speichermedium 46b Azimutinformationen.
Insbesondere, wenn bestimmt wird, dass die Anzahl L von mindestens einem Ankunftsecho die Einzahl ist (NEIN in Schritt S370), werden der geschätzte Ankunftsazimut θ_L=1 des einzelnen Ankunftsechos und die Ankunftsleistung des einzelnen Ankunftsechos in dem Ankunftsazimut θ_L=1, die in Schritt S360 erlangt wurden, als Azimutinformationen in Korrelation mit dem ausgewählten Frequenzpeak in dem Speichermedium 42b in Schritt S420 eingetragen.
Andererseits, wenn bestimmt wird, dass die Anzahl L von mindestens einem Ankunftsecho die Mehrzahl ist (JA in Schritt S370) und dass die absolute Winkeldifferenz zwischen allen Paaren benachbarter Ankunftsazimute in den Ankunftsazimuten θ₁,···,θ_L größer als der vorbestimmte Grenzwertwinkel α ist (NEIN in Schritt S390), werden die geschätzten Ankunftsazimute θ₁,···,θ_L der Ankunftsechos und die Ankunftsleistung von jedem der Ankunftsechos, die in Schritt S360 erlangt werden, als Azimutinformationen in Korrelation mit dem ausgewählten Frequenzpeak in dem Speichermedium 42b in Schritt S420 registriert.
Andererseits, wenn bestimmt wird, dass die Anzahl L von mindestens einem Ankunftsecho die Mehrzahl ist (JA in Schritt S370) und dass die absolute Winkeldifferenz zwischen mindestens einem Paar benachbarter Ankunftsazimute in den Ankunftsazimuten θ₁,···,θ_L gleich oder kleiner als der vorbestimmte Grenzwertwinkel α ist (JA in Schritt S390), werden der virtuelle Ankunftsazimut und die virtuelle Ankunftsleistung, die in Schritt S400 geschätzt werden, als Azimutinformationen in Korrelation mit dem ausgewählten Frequenzpeak in dem Speichermedium 42b zusätzlich zu den geschätzten Ankunftsazimuten θ₁,···,θ_L der Ankunftsechos und der Ankunftsleistung von jedem der Ankunftsechos für den ausgewählten Frequenzpeak in Schritt S420 registriert.
Als Nächstes bestimmt die CPU 46a, ob die Operationen in den Schritten S310 bis S420 für alle Frequenzpeaks fbu₁ bis fbu_m und fbd₁ bis fbd_m in Schritt S430 vervollständigt wurden.
Wird bestimmt, dass die Operationen in den Schritten S310 bis S420 nicht für alle Frequenzpeaks fbu₁ bis fbu_m und fbd₁ bis fbd_m vervollständigt wurden (NEIN in Schritt S430), kehrt die CPU 46a zum Schritt S310 zurück und wählt in Schritt S310 einen anderen Frequenzpeak aus den Frequenzpeaks fbu₁ bis fbu_m und fbd₁ bis fbd_m aus. Der ausgewählte Frequenzpeak wurde durch die Operationen in den Schritten S320 bis S420 nicht verarbeitet.
Andererseits, wenn bestimmt wird, dass die Operationen in den Schritten S310 bis S420 für alle Frequenzpeaks fb₁ bis fbu_m und fbd₁ bis fbd_m vervollständigt wurden (JA in Schritt S430), schließt die CPU 46a die Azimutschätzroutine in Schritt S160 ab und kehrt zu Schritt S170 der Zielerkennungsaufgabe zurück.
Es ist zu beachten, dass die Operation durch die CPU 46a in Schritt S160 (Schritte S310 bis S420) als ein Azimutschätzmodul dient (vgl. 2). Das Azimutschätzmodul, das funktionsfähig mit dem Frequenzpeakextrahierungsmodul kommunizierbar ist, kann als ein programmiertes Logikmodul wie diese Ausführungsform, ein fest verdrahtetes Logikmodul oder ein Hybridmodul aus fest verdrahteter Logik und programmierter Logik entworfen sein.
Wie vorstehend beschrieben, ist die Radarvorrichtung 30 gemäß dieser Ausführungsform konfiguriert, um einen Winkel (Azimut) wie beispielsweise einen Zwischenwinkel zwischen dem benachbarten Ankunftsazimut des mindestens einen Paars als einen virtuellen Azimut zu bestimmen, wenn die absolute Winkeldifferenz zwischen mindestens einem Paar benachbarter Ankunftsazimute in den mehreren Ankunftsazimuten θ₁,···,θ_L für einen Frequenzpeak gleich oder kleiner als der vorbestimmte Grenzwert α ist. Die Radarvorrichtung 30 ist ebenso konfiguriert, um eine Leistung eines Ankunftsechos als virtuelle Leistung unter der Annahme zu schätzen, dass die Radarvorrichtung 30 das Ankunftsecho von dem virtuellen Azimut empfängt. Die Radarvorrichtung 30 ist ferner konfiguriert, um den virtuellen Azimut und die virtuelle Leistung in dem Speichermedium 42b in Korrelation mit dem entsprechenden einen Frequenzpeak als Teil einer Azimutinformation zu registrieren, die die geschätzten Ankunftsazimute θ₁,···,θ_L der Ankunftsechos und die Ankunftsleistung von jedem der Ankunftsechos beinhaltet.
Wenn ein Winkelbereich zwischen benachbarten Ankunftsazimuten in den mehreren Ankunftsazimuten θ₁,···,θ_L für den einen Frequenzpeak gleich oder kleiner als der Azimutgrenzwert ist, das heißt, wenn benachbarte Ankunftsechos entsprechend den benachbarten Ankunftsazimuten für den einen Frequenzpeak nicht vollständig separiert werden können, erlangt die Radarvorrichtung 30 den virtuellen Azimut und die virtuelle Leistung eines Ankunftsechos für den einen Frequenzpeak in Schritt S160 als verlässlichere Azimutinformationen.
Das heißt, da die benachbarten Ankunftsechos für den einen Frequenzpeak nicht vollständig voneinander separiert werden können, kann die empfangene Leistung von einem der benachbarten Ankunftsechos in beispielsweise dem Aufwärtsabschnitt für den einen Frequenzpeak sich von der empfangenen Leistung des anderen in dem Aufwärtsabschnitt für den einen Frequenzpeak unterscheiden. Zu diesem Zeitpunkt, wenn ein Ankunftsecho von einem der benachbarten Zielkandidaten (derselben Zielkandidaten) für einen alternativen Frequenzpeak in dem Abwärtsabschnitt den Durchschnittspegel der empfangenen Leistung aufweist, kann die Differenz zwischen der empfangenen Leistung für den einen Frequenzpeak und dem Durchschnittspegel empfangener Leistung für den alternativen Frequenzpeak den vorbestimmten Leistungsbereich überschreiten.
Jedoch erlangt in diesem Fall die Radarvorrichtung 30 den virtuellen Azimut und die virtuelle Leistung eines Ankunftsechos für einen neuen Frequenzpeak. Der virtuelle Frequenzpeak ist ein Azimut zwischen den benachbarten Ankunftsazimuten der benachbarten Ankunftsechos, und die virtuelle Leistung eines Ankunftsechos wird unter der Annahme erlangt, dass die Radarvorrichtung das Ankunftsecho von dem virtuellen Azimut empfängt. Dies erlaubt es der virtuellen Leistung eines Ankunftsechos für den neuen Frequenzpeak, auf einen Pegel wie beispielsweise einen Durchschnittspegel zwischen der empfangenen Leistung von einem der benachbarten Ankunftsechos und der empfangenen Leistung des anderen festgelegt zu werden. Somit führt die Radarvorrichtung 30, sogar wenn ein Ankunftsecho von einem der benachbarten Zielkandidaten (derselben Zielkandidaten) für einen alternativen Frequenzpeak in dem Abwärtsabschnitt den Durchschnittspegel empfangener Leistung aufweist, den Paarabgleichstask durch, wodurch sie ein Paar des neuen Frequenzpeaks in dem Aufwärtsabschnitt und des alternativen Frequenzpeaks in dem Abwärtsabschnitt als ein Kandidatenfrequenzpaar erzeugt.
Das heißt, die Radarvorrichtung 30 gemäß dieser Ausführungsform ermöglicht es, den Paarabgleichstask basierend auf einer ersten Azimutinformation von einem Zielkandidaten in dem Aufwärtsabschnitt und einer zweiten Azimutinformation von demselben Zielkandidaten in dem Abwärtsabschnitt richtig durchzuführen, sogar wenn die erste Azimutinformation sich von der zweiten Azimutinformation unterscheidet, um ein richtiges Kandidatenfrequenzpaar eines ersten Frequenzpeaks von der ersten Azimutinformation und eines zweiten Frequenzpeaks von der zweiten Azimutinformation zu extrahieren. Somit ist es möglich, die Verlässlichkeit von Zielinformationen, die durch die Radarvorrichtung 30 erlangt werden, basierend auf dem Paarabgleichstask auf einer hohen Ebene aufrechtzuerhalten.
Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die vorstehende Ausführungsform begrenzt und kann demnach innerhalb ihres Umfangs modifiziert oder abgewandelt werden.
Beispielsweise registriert die CPU 46a in Schritt S420 den virtuellen Ankunftsazimut und die virtuelle Ankunftsleistung, die in Schritt S400 geschätzt werden, in dem Speichermedium 42b in Korrelation mit einem neuen Frequenzpeak zusätzlich zu den geschätzten Ankunftsazimuten θ₁,···,θ_L der Ankunftsechos und der Ankunftsleistung von jedem der Ankunftsechos für den ausgewählten Frequenzpeak. Jedoch ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die Registrieroperation beschränkt. Konkret kann die CPU 46a in Schritt S420 den virtuellen Ankunftsazimut und die virtuelle Ankunftsleistung, die in Schritt S400 geschätzt werden, in dem Speichermedium 42b in Korrelation mit dem ausgewählten Frequenzpeak registrieren.
Die CPU 46a führt die Azimutschätzroutine basierend auf dem MUSIC-Algorithmus als einen Azimutschätzalgorithmus durch, kann jedoch eine Azimutschätzroutine basierend auf einem anderen Azimutschätzalgorithmus wie beispielsweise dem anderen ESPRIT-Algorithmus durchführen. Der ESPRIT-Algorithmus verwendet zwei Subantennenarrays des Antennenarrays 40. Jedes der zwei Subantennenarrays weist dieselbe Anzahl von Kanälen auf. Der ESPRIT-Algorithmus schätzt die Ankunftsazimute von Ankunftsechos, die durch die Subantennenarrays empfangen werden, basierend auf den Phasendifferenzen zwischen den Echos, die durch eine der Subarrayantennen und die andere davon empfangen werden, unter Verwendung der Anzahl von Ankunftsechos, die auf dieselbe Weise wie beim MUSIC-Algorithmus geschätzt werden.
Konkret kann die CPU 46a einen von unterschiedlichen Azimutschätzalgorithmen verwenden, solange sie entworfen sind, um: eine Autokorrelationsmatrix der empfangenen Signale aus den jeweiligen Kanälen CH₁ bis CH_N zu erzeugen; Eigenwerte der Autokorrelationsmatrix zu erlangen; die Anzahl von Ankunftsechos basierend auf den Eigenwerten der Autokorrelationsmatrix zu schätzen; und den Azimut und empfangene Leistung von jedem der Ankunftsechos zu schätzen.
Die Radarvorrichtung 30 gemäß dieser Ausführungsform beinhaltet das Empfangssystem, das aus dem Empfangsantennenmodul 40, dem Empfangsschalter 41, dem Verstärker 42, dem Mischer 43, dem Filter 44 und dem A/D-Wandler gebildet ist, jedoch ist das Empfangssystem gemäß der vorliegenden Offenbarung nicht auf diese Konfiguration beschränkt.
Insbesondere ist ein modifiziertes Empfangssystem RS2 der Radarvorrichtung 30 in 5 dargestellt. Gemäß 5 ist das modifizierte Empfangssystem RS2 ohne den Empfangsschalter 41 entworfen, der in 1 dargestellt ist. Insbesondere ist das modifizierte Empfangssystem RS2 aus dem Empfangsantennenmodul 40 (den Antennen 39₁ bis 39_N), N Verstärkern 42₁ bis 42_N, N Mischern 43₁ bis 43_N, N Filtern 44₁ bis 44_N und N A/D-Wandlern 45₁ bis 45_N gebildet.
Die Verstärker 42₁ bis 42_N sind entworfen, um empfangene Signale Sr zu verstärken, die von den jeweiligen Kanälen CH₁ bis CH_N bereitgestellt werden.
Die Mischer 43₁ bis 43_N sind funktionsfähig, um die empfangenen Signale Sr, die durch die jeweiligen Verstärker 42₁ bis 42_N verstärkt werden, mit dem verteilten lokalen Signal L zu mischen, um Schwebungssignale BT zu erzeugen. Jedes der Schwebungssignale BT ist aus einer Frequenzkomponente gebildet, die äquivalent zur Frequenzdifferenz zwischen einem entsprechenden verstärkten empfangenen Signal Sr und dem lokalen Signal L ist.
Die Filter 44₁ bis 44_N sind funktionsfähig, um unerwünschte Signalkomponenten von den jeweiligen Schwebungssignalen BT zu eliminieren.
Jeder der A/D-Wandler 45₁ bis 45_N ist funktionsfähig, um Werte eines gefilterten Schwebungssignals BT, das von einem entsprechenden der Filter 44₁ bis 44_N ausgegeben wird, in digitale abgetastete Daten (digitale abgetastete Werte) abzutasten und die abgetasteten Daten an den Signalprozessor 46 auszugeben. Es ist zu beachten, dass die A/D-Wandler 45₁ bis 45_N in dem Signalprozessor 46 installiert sein können.
Als ein spezifisches Beispiel der vorliegenden Offenbarung beinhaltet eine Radarvorrichtung (30):

eine Gruppe aus einem Oszillator 31, einem Verstärker 32, einem Verteiler 34 und einer Sendeantenne 36, die eine Radarwelle sendet, wobei die Radarwelle frequenzmoduliert wird, um eine Frequenz aufzuweisen, die in einem Aufwärtsabschnitt über die Zeit ansteigt und in einem Abwärtsabschnitt über die Zeit abnimmt, wobei der Aufwärtsabschnitt und der Abwärtsabschnitt einen Modulationszyklus der Radarwelle bilden;
ein Empfangssystem RS1, das mehrere Empfangsantennen 39₁ bis 39_N beinhaltet, von denen jede mindestens ein Ankunftsecho als ein empfangenes Signal empfängt, wobei der Empfänger konfiguriert ist, ein Schwebungssignal für jede der mehreren Empfangsantennen basierend auf den empfangenen Signalen der mehreren Empfangsantennen und einem lokalen Signal mit einer Frequenz auszugeben, die identisch zur Frequenz der gesendeten Radarwelle ist; und
einen Signalprozessor 46 (Operationen durch eine CPU 46a in den Schritten S140 und S150), der eine Spektralanalyse auf das Schwebungssignal für jede der mehreren Empfangsantennen in sowohl dem Aufwärtsabschnitt als auch dem Abwärtsabschnitt durchführt, um aus einem Ergebnis der Spektralanalyse für jede der Antennen erste Frequenzkomponenten in dem Aufwärtsabschnitt und zweite Frequenzkomponenten in dem Abwärtsabschnitt zu extrahieren, wobei jede der ersten Frequenzkomponenten eine lokale Intensitätsspitze in dem Aufwärtsabschnitt aufweist, jede der zweiten Frequenzkomponenten eine lokale Intensitätsspitze in dem Abwärtsabschnitt aufweist; wobei der Signalprozessor 46 (eine Operation durch die CPU 46a in Schritt S160) konfiguriert ist, um:
- für jede der ersten Frequenzkomponenten und der zweiten Frequenzkomponenten eine Autokorrelationsmatrix der empfangenen Signale der entsprechenden Antennen zu erzeugen;
- für jede der ersten Frequenzkomponenten und der zweiten Frequenzkomponenten eine Anzahl des mindestens einen Ankunftsechos basierend auf Eigenwerten der Autokorrelationsmatrix zu schätzen;
- für jede der ersten Frequenzkomponenten und der zweiten Frequenzkomponenten einen Ankunftsazimut des mindestens einen Ankunftsechos und eine empfangene Leistung des mindestens einen Ankunftsechos als Ankunftsleistung zu schätzen;
- einen virtuellen Azimut und eine virtuelle Leistung für jede der ersten Frequenzkomponenten und der zweiten Frequenzkomponenten zu schätzen, wenn das mindestens eine Ankunftsecho mehrfach vorliegt und ein Winkelbereich zwischen dem Ankunftsazimut von einem von benachbarten Ankunftsechos in den mehreren Ankunftsechos und dem Ankunftsazimut des anderen davon gleich oder kleiner als eine vorbestimmte Azimutauflösung der mehreren Empfangsantennen ist, wobei der virtuelle Azimut innerhalb des Winkelbereichs zwischen dem Ankunftsazimut von einem von benachbarten Ankunftsechos in den mehreren Ankunftsechos und dem Ankunftsazimut des anderen davon ist und die virtuelle Leistung die empfangene Leistung eines virtuellen Ankunftsechos von dem virtuellen Azimut ist; und
- Azimutinformationen für jede der ersten Frequenzkomponenten und der zweiten Frequenzkomponenten zu erzeugen, wobei die Azimutinformationen für jede der ersten Frequenzkomponenten und der zweiten Frequenzkomponenten den Ankunftsazimut und die Ankunftsleistung des mindestens einen Ankunftsechos und den virtuellen Azimut und die virtuelle Leistung beinhalten.

Claims

Radarvorrichtung (30), die aufweist: einen Sender (36), der eine Radarwelle sendet, wobei die Radarwelle frequenzmoduliert wird, um eine Frequenz aufzuweisen, die in einem Aufwärtsabschnitt über die Zeit ansteigt und in einem Abwärtsabschnitt über die Zeit abnimmt, wobei der Aufwärtsabschnitt und der Abwärtsabschnitt einen Modulationszyklus der Radarwelle bilden; einen Empfänger (40), der mehrere Empfangsantennen (39₁-39_N) aufweist, von denen jede mindestens ein Ankunftsecho als ein empfangenes Signal empfängt, wobei der Empfänger (40) konfiguriert ist, ein Schwebungssignal für jede der mehreren Empfangsantennen (39₁-39_N) basierend auf den empfangenen Signalen der mehreren Empfangsantennen (39₁-39_N) und einem lokalen Signal mit einer Frequenz auszugeben, die identisch zur Frequenz der gesendeten Radarwelle ist; ein Frequenzspitzenextrahierungsmodul (46), das eine Spektralanalyse auf das Schwebungssignal für jede der mehreren Empfangsantennen (39₁-39_N) in sowohl dem Aufwärtsabschnitt als auch dem Abwärtsabschnitt durchführt, um aus einem Ergebnis der Spektralanalyse für jede der Antennen erste Frequenzkomponenten in dem Aufwärtsabschnitt und zweite Frequenzkomponenten in dem Abwärtsabschnitt zu extrahieren, wobei jede der ersten Frequenzkomponenten eine lokale Intensitätsspitze in dem Aufwärtsabschnitt aufweist, jede der zweiten Frequenzkomponenten eine lokale Intensitätsspitze in dem Abwärtsabschnitt aufweist; und ein Azimutschätzmodul (46), das: für jede der ersten Frequenzkomponenten und der zweiten Frequenzkomponenten eine Autokorrelationsmatrix der empfangenen Signale der entsprechenden Antennen erzeugt; für jede der ersten Frequenzkomponenten und der zweiten Frequenzkomponenten eine Anzahl des mindestens einen Ankunftsechos basierend auf Eigenwerten der Autokorrelationsmatrix schätzt; für jede der ersten Frequenzkomponenten und der zweiten Frequenzkomponenten einen Ankunftsazimut des mindestens einen Ankunftsechos und eine empfangene Leistung des mindestens einen Ankunftsechos als Ankunftsleistung schätzt; einen virtuellen Azimut und eine virtuelle Leistung für jede der ersten Frequenzkomponenten und der zweiten Frequenzkomponenten schätzt, wenn das mindestens eine Ankunftsecho mehrfach vorliegt und ein Winkelbereich zwischen dem Ankunftsazimut von einem von benachbarten Ankunftsechos in den mehreren Ankunftsechos und dem Ankunftsazimut des anderen davon gleich oder kleiner als eine vorbestimmte Azimutauflösung der mehreren Empfangsantennen (39₁-39_N) ist, wobei der virtuelle Azimut innerhalb des Winkelbereichs zwischen dem Ankunftsazimut von einem von benachbarten Ankunftsechos in den mehreren Ankunftsechos und dem Ankunftsazimut des anderen davon ist und die virtuelle Leistung die empfangene Leistung eines virtuellen Ankunftsechos von dem virtuellen Azimut ist; und Azimutinformationen für jede der ersten Frequenzkomponenten und der zweiten Frequenzkomponenten erzeugt, wobei die Azimutinformationen für jede der ersten Frequenzkomponenten und der zweiten Frequenzkomponenten den Ankunftsazimut und die Ankunftsleistung des mindestens einen Ankunftsechos und den virtuellen Azimut und die virtuelle Leistung beinhalten.
Radarvorrichtung (30) nach Anspruch 1, ferner aufweisend: ein Abgleichmodul (46), das bestimmt, ob die Azimutinformationen für jede der ersten Frequenzkomponenten mit den Azimutinformationen für jede der zweiten Frequenzkomponenten abgeglichen sind, um basierend auf einem Ergebnis des Abgleichs mindestens ein Frequenzkomponentenpaar aus einer der ersten Frequenzkomponenten und einer der zweiten Frequenzkomponenten zu extrahieren; und ein Zielinformationserzeugungsmodul (46), das basierend auf dem mindestens einen Frequenzkomponentenpaar eine Distanz und eine relative Geschwindigkeit zwischen der Radarvorrichtung (30) und einem Ziel, das dem mindestens einen Frequenzkomponentenpaar entspricht und die Radarwelle reflektiert hat, berechnet und Zielinformationen für das mindestens eine Frequenzkomponentenpaar erzeugt, wobei die Zielinformationen mindestens die Distanz zwischen der Radarvorrichtung (30) und dem Ziel, die relative Geschwindigkeit zwischen der Radarvorrichtung (30) und dem Ziel oder einen Azimut des Ziels entsprechend des mindestens einen Frequenzkomponentenpaars beinhalten.
Radarvorrichtung (30) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Azimutschätzmodul (46) konfiguriert ist, um als den virtuellen Azimut einen Zwischenazimut zwischen dem Ankunftsazimut von einem von benachbarten Ankunftsechos in den mehreren Ankunftsechos und dem Ankunftsazimut des anderen davon zu schätzen.
Radarvorrichtung (30) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mehreren Empfangsantennen (39₁-39_N) ein Empfangsstrahlmuster aufweisen und das Azimutschätzmodul (46) konfiguriert ist, um als die virtuelle Leistung eine Leistung zu erlangen, die durch den Empfänger (40) empfangen wird, wenn das Empfangsstrahlmuster der mehreren Empfangsantennen (39₁-39_N) zum virtuellen Azimut hin orientiert ist.
Radarvorrichtung (30) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Azimutschätzmodul (46) konfiguriert ist, um für jede der ersten Frequenzkomponenten und der zweiten Frequenzkomponenten den Ankunftsazimut und die Ankunftsleistung des mindestens einen Ankunftsechos unter Verwendung eines MUSIC-Algorithmus oder eines ESPRIT-Algorithmus zu schätzen.