DE102016223779B4

DE102016223779B4 - FMCW-Radarvorrichtung

Info

Publication number: DE102016223779B4
Application number: DE102016223779.9A
Authority: DE
Inventors: Yuichi GODA
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-04-21
Filing date: 2016-11-30
Publication date: 2022-11-17
Anticipated expiration: 2036-12-01
Also published as: US20170307727A1; JP6270901B2; JP2017194369A; US10234541B2; DE102016223779A1

Abstract

FMCW-Radarvorrichtung, umfassend:einen Sendesignalgenerator (12), der konfiguriert ist, ein Sendesignal mit einer ersten Chirp-Periode und einer zweiten Chirp-Periode zu erzeugen;einen Sender (13), der konfiguriert ist, das Sendesignal in einen Raum abzustrahlen;einen Empfänger (14), der konfiguriert ist, das von einem Ziel reflektierte Sendesignal zu empfangen, um ein Empfangssignal zu erfassen;einen Schwebungssignal-Generator (15), der konfiguriert ist, ein Schwebungssignal durch Mischen des Empfangssignals und des Sendesignals zu erzeugen; undeinen Signalprozessor (17), umfassend:eine Schwebungsfrequenzverteilungs-Erzeugungseinheit (171), die konfiguriert ist, eine erste Schwebungsfrequenzverteilung durch Analysieren einer Frequenz des Schwebungssignals während der ersten Chirp-Periode zu erzeugen und eine zweite Schwebungsfrequenzverteilung durch Analysieren einer Frequenz des Schwebungssignals während der zweiten Chirp-Periode zu erzeugen;eine Spitzendetektionseinheit (172), die konfiguriert ist, eine erste Spitzenfrequenz aus der ersten Schwebungsfrequenzverteilung zu detektieren und eine zweite Spitzenfrequenz aus der zweiten Schwebungsfrequenzverteilung zu detektieren;eine Spitzenfrequenz-Änderungsraten-Recheneinheit (173), die konfiguriert ist, eine erste Spitzenfrequenzänderungsrate basierend auf der ersten Spitzenfrequenz in einer aktuellen Verarbeitungsperiode und der ersten Spitzenfrequenz in einer vorigen Verarbeitungsperiode, die vor der aktuellen Verarbeitungsperiode durchgeführt wird, zu berechnen, und eine zweite Spitzenfrequenzänderungsrate basierend auf der zweiten Spitzenfrequenz in der aktuellen Verarbeitungsperiode und der zweiten Spitzenfrequenz in der vorigen Verarbeitungsperiode zu berechnen; undeine Paarungseinheit (174), die konfiguriert ist:eine Abstandsänderungsrate und eine Relativgeschwindigkeits-Änderungsrate basierend auf der ersten Spitzenfrequenzänderungsrate und der zweiten Spitzenfrequenzänderungsrate zu berechnen;einen Relativgeschwindigkeits-Schätzwert in der aktuellen Verarbeitungsperiode basierend auf der Abstandsänderungsrate und der Relativgeschwindigkeits-Änderungsrate zu berechnen;einen ersten zeitweiligen Abstand basierend auf dem Relativgeschwindigkeits-Schätzwert und der ersten Spitzenfrequenz in der aktuellen Verarbeitungsperiode zu berechnen;einen zweiten zeitweiligen Abstand basierend auf dem Relativgeschwindigkeits-Schätzwert und der zweiten Spitzenfrequenz in der aktuellen Verarbeitungsperiode zu berechnen; unddie erste Spitzenfrequenz und die zweite Spitzenfrequenz in der aktuellen Verarbeitungsperiode miteinander zu paaren, wenn eine Differenz zwischen dem ersten zeitweiligen Abstand und dem zweiten zeitweiligen Abstand gleich oder kleiner einem eingestellten Schwellenwert ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine frequenzmodulierte Kontinuumwellen-(FMCW, frequency modulated continuous wave)-Radarvorrichtung, die konfiguriert ist, einen Abstand, eine Relativgeschwindigkeit, einen Winkel oder dergleichen eines zu messenden Objektes (nachfolgend als „Ziel“ bezeichnet) zu messen.
2. Beschreibung verwandten Stands der Technik
Bis jetzt wird eine FMCW-Radarvorrichtung als eine Fahrzeug-Radarvorrichtung eingesetzt. Es werden beispielsweise Messergebnisse eines Abstands, einer Relativgeschwindigkeit, eines Winkels oder dergleichen eines Ziels, welche durch die FMCW-Radarvorrichtung gemessen werden, in einem Kollisionabmilderungsbrems-(CMB, collision mitigation brake) System zum Verringern von Schaden, wenn ein Eigenfahrzeug mit einem Hindernis voraus kollidiert und in einem adaptiven Geschwindigkeitsregel- (ACC, adaptive cruise control) System zum Spurverfolgen eines vorausfahrenden Fahrzeugs verwendet.
Bei einer FMCW-Radarvorrichtung im Stand der Technik ist ein Verfahren bekannt, den Abstand, die Relativgeschwindigkeit und dergleichen des Ziels zu berechnen, indem eine Up-Chirp-Periode, in der eine Frequenz eines Sendesignals mit dem Verstreichen der Zeit ansteigt, und eine Down-Chirp-Periode, in der die Frequenz des Sendesignals mit dem Verstreichen der Zeit abnimmt, bereitgestellt wird, und die während der Up-Chirp-Periode und der Down-Chirp-Periode detektierten Spitzen gepaart werden.
Insbesondere gibt es in einer Fahrzeugumgebung jedoch eine große Anzahl von Reflektionsobjekten auf einer Straße, wie etwa Leitplanken, Fahrzeuge, Menschen und Wände und daher werden so viele Reflektionen ermittelt wie die Anzahl von Reflektionsobjekten während der Up-Chirp-Periode und der Down-Chirp-Periode. Daher können zum Zeitpunkt des Paarens die falschen Spitzen gepaart werden. Als Ergebnis kann ein Ziel, das nicht tatsächlich existiert, fehlerhaft detektiert werden, oder kann ein Ziel, das tatsächlich existiert, nicht detektiert werden.
Im Hinblick darauf wird als ein Verfahren zum Reduzieren von Paarungsfehlern im FMCW-Radar ein Verfahren des Durchführens der Paarung unter der Annahme gegeben, dass eine Kombination von Spitzen, die in einem Frequenzspektrum eines Empfangssignals erscheinen und im Wesentlichen dieselbe Intensität aufweisen, vom selben Ziel erhalten werden (siehe beispielsweise japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. Hei 4-343084).
Weiter wird auch ein Verfahren des Reduzierens von Paarungsfehlern durch Durchführen der Verarbeitung des Verfolgens einer Taktfrequenz gegeben, um dadurch einen Abstand und eine Abstandsänderungsrate des Ziels basierend auf Schwebungsfrequenz-Zeitreihendaten zu berechnen (siehe beispielsweise japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2010-19824).
Jedoch weist der Stand der Technik die folgenden Probleme auf.
In dem in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. Hei 4-343084 offenbarten Stand der Technik wird eine Paarung unter Verwendung der Spitzenintensität durchgeführt und daher kann ein fehlerhaftes Paar erhalten werden, wenn es eine Mehrzahl von Reflektionen mit nahen Spitzenintensitäten gibt.
Weiter werden im in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2010-19824 beschriebenen Stand der Technik der Abstand und die Abstandsänderungsrate des Ziels vor Paarung durch die Verarbeitung des Verfolgens der Taktfrequenz berechnet, und wird dann die Paarung durchgeführt, um dadurch die Paarungsgenauigkeit zu verbessern. Jedoch nimmt dieses Verfahren lineare, gleichförmige Bewegung an. Daher werden, wenn das Eigenfahrzeug und das Ziel beschleunigen und verlangsamen und ein Fehler in dem Abstand oder der Relativgeschwindigkeit verursacht wird, die durch die Verarbeitung des Verfolgens der Taktfrequenz berechnet wird, Differenzen zwischen dem Abstand und der Relativgeschwindigkeit während der Up-Chirp-Periode und Abstand und Relativgeschwindigkeit während der Down-Chirp-Periode vergrößert. Als Ergebnis gibt es ein Problem damit, dass eine korrekte Paarung nicht durchgeführt werden kann.
Aus JP 2 778 864 B2 ist eine Millimeterwellen-Radarvorrichtung mit einer Einheit zur Frequenzanalyse eines Schwebungssignals zwischen einem Empfangssignal und einem Sendesignal und Spitzenextraktion in frequenzmodulierten Aufwärts- und Abwärtsrampen bekannt. Die nach ihrer Frequenz sortierten Spitzenfrequenzen der Aufwärtsrampe und der Abwärtsrampe werden paarweise kombiniert.
Aus DE 10 2014 114 350 A1 ist eine Radarvorrichtung bekannt, umfassend einen Abschnitt zur Berechnung einer Differenz zwischen Spitzenwerten eines ersten Spektrums zu einem derzeitigen Zeitpunkt und einem früheren Zeitpunkt. In einem Verhältnisberechnungsabschnitt wird die erhaltene Differenz mit einem vorab festgelegten Differenzschwellenwert verglichen. Für eine Gruppe von Spitzen wird ein Verhältnis der Anzahl der Spitzen, deren Differenzen größer als der Differenzschwellenwert sind, zu der Anzahl aller Spitzen zu berechnet, die zu derselben Gruppe gehören. In einem Fußgängerbestimmungsabschnitt wird bestimmt, dass das Objekt ein Fußgänger ist, wenn das berechnete Verhältnis größer als ein vorab festgelegter Verhältnisschwellenwert ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist gemacht worden, um die oben erwähnten Probleme zu lösen und hat als Aufgabe, eine FMCW-Radarvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, Paarungsfehler zu reduzieren.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine FMCW-Radarvorrichtung bereitgestellt, die beinhaltet: einen Sendesignalgenerator, der konfiguriert ist, ein Sendesignal mit einer ersten Chirp-Periode und einer zweiten Chirp-Periode zu erzeugen; einen Sender, der konfiguriert ist, das Sendesignal in einen Raum abzustrahlen; einen Empfänger, der konfiguriert ist, das von einem Ziel reflektierte Sendesignal zu empfangen, um ein Empfangssignal zu erfassen; einen Schwebungssignal-Generator, der konfiguriert ist, ein Schwebungssignal durch Mischen des Empfangssignals und des Sendesignals zu erzeugen; und einen Signalprozessor, wobei der Signalprozessor beinhaltet: eine Schwebungsfrequenzverteilungs-Erzeugungseinheit, die konfiguriert ist, eine erste Schwebungsfrequenzverteilung durch Analysieren einer Frequenz des Schwebungssignals während der ersten Chirp-Periode zu erzeugen und eine zweite Schwebungsfrequenzverteilung durch Analysieren einer Frequenz des Schwebungssignals während der zweiten Chirp-Periode zu erzeugen; eine Spitzendetektionseinheit, die konfiguriert ist, eine erste Spitzenfrequenz aus der ersten Schwebungsfrequenzverteilung zu detektieren und eine zweite Spitzenfrequenz aus der zweiten Schwebungsfrequenzverteilung zu detektieren; eine Spitzenfrequenz-Änderungsraten-Recheneinheit, die konfiguriert ist, eine erste Spitzenfrequenzänderungsrate basierend auf der ersten Spitzenfrequenz in einer aktuellen Verarbeitungsperiode und der ersten Spitzenfrequenz in einer vorigen Verarbeitungsperiode, die vor der aktuellen Verarbeitungsperiode durchgeführt wird, zu berechnen, und eine zweite Spitzenfrequenzänderungsrate basierend auf der zweiten Spitzenfrequenz in der aktuellen Verarbeitungsperiode und der zweiten Spitzenfrequenz in der vorigen Verarbeitungsperiode zu berechnen; und eine Paarungseinheit, die konfiguriert ist: eine Abstandsänderungsrate und eine Relativgeschwindigkeits-Änderungsrate basierend auf der ersten Spitzenfrequenzänderungsrate und der zweiten Spitzenfrequenzänderungsrate zu berechnen; einen Relativgeschwindigkeits-Schätzwert in der aktuellen Verarbeitungsperiode basierend auf der Abstandsänderungsrate und der Relativgeschwindigkeits-Änderungsrate zu berechnen; einen ersten zeitweiligen Abstand basierend auf dem Relativgeschwindigkeits-Schätzwert und der ersten Spitzenfrequenz in der aktuellen Verarbeitungsperiode zu berechnen; einen zweiten zeitweiligen Abstand basierend auf dem Relativgeschwindigkeits-Schätzwert und der zweiten Spitzenfrequenz in der aktuellen Verarbeitungsperiode zu berechnen; und die erste Spitzenfrequenz und die zweiten Spitzenfrequenz in der aktuellen Verarbeitungsperiode miteinander zu paaren, wenn eine Differenz zwischen dem ersten zeitweiligen Abstand und dem zweiten zeitweiligen Abstand gleich oder kleiner einem eingestellten Schwellenwert ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine FMCW-Radarvorrichtung erhalten werden, die zur Reduktion von Paarungsfehlern in der Lage ist.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm zum Illustrieren einer Konfiguration einer FMCW-Radarvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein erläuternder Graph zum Zeigen eines Beispiels eines Modulationsmusters eines Sendesignals, das durch den Sendesignalgenerator zu erzeugen ist, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ist ein erläuternder Graph zum Zeigen einer Wellenform des durch den Sendesignalgenerator gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur erzeugenden Sendesignals.
4 ist ein Blockdiagramm zum Illustrieren einer Konfiguration eines Signalprozessors gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nunmehr wird eine FMCW-Radarvorrichtung der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf Zeichnungen mittels einer beispielhaften Ausführungsform beschrieben. In der Beschreibung der Zeichnungen werden gleiche Teile oder entsprechende Teile durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet und deren redundante Beschreibung wird weggelassen. In der Ausführungsform wird ein Fall beispielhaft dargestellt, bei dem die FMCW-Radarvorrichtung in einem eigenen Fahrzeug montiert ist.
Erste Ausführungsform
1 ist ein Blockdiagramm zum Illustrieren einer Konfiguration einer FMCW-Radarvorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 1 ist auch ein Fahrgeschwindigkeitssensor 2 illustriert, der konfiguriert ist, eine Fahrgeschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs, in welchem die FMCW-Radarvorrichtung 1 montiert ist, zu beobachten, einen Gierratensensor 3, der klassifiziert ist, eine Gierrate des eigenen Fahrzeugs zu beobachten und eine Fahrzeugsteuervorrichtung 4, die konfiguriert ist, das eigene Fahrzeug zu steuern.
Die in 1 illustrierte FMCW-Radarvorrichtung 1 beinhaltet eine Steuerung 11, einen Sendesignalgenerator 12, einen Sender 13, einen Empfänger 14, einen Schwebungssignalgenerator 15, einen A/D-Wandler 16 und einen Signalprozessor 17. In der ersten Ausführungsform, obwohl die FMCW-Radarvorrichtung 1 unabhängig von einer Antennenkonfiguration und Winkelmessverarbeitung ist, wird ein Fall exemplifiziert, bei dem die FMCW-Radarvorrichtung 1 als eine FMCW-Radarvorrichtung aufgebaut ist, die ein Phasenmono-Impulssystem einsetzt, welches eine Antenne Tx1 und zwei Antennen Rx1 und Rx2 enthält.
Die Steuerung 11 ist konfiguriert, ein VCO-Steuersignal, ein Sendesteuersignal, ein A/D-Steuersignal und ein später zu beschreibendes Signalverarbeitungs-Steuersignal auszugeben, um dadurch zum Beispiel den Betriebszeitpunkt jeder Komponente der FMCW-Radarvorrichtung 1 zu steuern. Die Steuerung 11 ist unter Verwendung von beispielsweise einer dezidierten Logikschaltung, einer Universal-Zentralverarbeitungseinheit (CPU) oder/und eines Digitalsignalprozessors (DSP) aufgebaut. Weiter ist die Steuerung 11 aufgebaut, ein in einer Datenspeichereinheit, das heißt einem Speicher, gespeichertes Programm auszuführen.
Der Sendesignalgenerator 12 beinhaltet einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) 121 und einen Sendesteuerverstärker 122. Der VCO 121 ist konfiguriert, ein Sendesignal zu erzeugen, das so moduliert ist, dass sich seine Frequenz zeitweilig ändert, basierend auf dem aus der Steuerung 11 eingegebenen VCO-Steuersignal, das heißt einer Steuerspannung des VCO 121. Weiter ist der VCO 121 konfiguriert, das erzeugte Sendesignal an den Sendesteuerverstärker 122 auszugeben.
Nunmehr wird ein Beispiel eines Modulationsmusters des Sendesignals unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. 2 ist ein erläuterndes Diagramm zum Zeigen eines Beispiels eines Modulationsmusters des durch den Sendesignalgenerator 12 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu erzeugenden Sendesignals. In 2 repräsentiert die laterale Achse die Zeit und repräsentiert die vertikale Achse die Frequenz.
Wie in 2 gezeigt, weist das Sendesignal innerhalb einer gewissen Beobachtungsperiode, die vorab eingestellt wird, eine Up-Chirp-Periode, die eine erste Chirp-Periode ist, und eine Down-Chirp-Periode, die eine zweite Chirp-Periode ist, auf. Während der Up-Chirp-Periode steigt die Frequenz des Sendesignals mit Verstreichen der Zeit an und wird die Frequenz in einer Modulationszeit und einer Modulationsfrequenzbreite moduliert, die vorab eingestellt wird. Während der Down-Chirp-Periode nimmt die Frequenz des Sendesignals mit dem Verstreichen der Zeit ab und wird die Frequenz in einer Modulationszeit und einer Modulationsfrequenzbreite, die vorab eingestellt werden, moduliert.
In der ersten Ausführungsform wird hauptsächlich ein Fall beschrieben, bei dem, wie in 2 gezeigt, das Sendesignal eine Up-Chirp-Periode und eine Down-Chirp-Periode aufweist. Jedoch ist es nicht immer für das Sendesignal erforderlich, sowohl die Up-Chirp-Periode als auch die Down-Chirp-Periode zu haben. Wie später beschrieben, ist es nur erforderlich, eine Kombination von Chirps bereitzustellen, die zumindest verschiedene Abstandsauflösungen oder verschiedene Relativgeschwindigkeitsauflösungen aufweisen.
In diesem Fall wird die Abstandsauflösung oder die Relativgeschwindigkeitsauflösung basierend auf der Modulationszeit oder der Modulationsfrequenzbreite, wie später beschrieben wird, bestimmt. Im Hinblick darauf kann das Sendesignal beispielsweise eine Mehrzahl von Up-Chirp-Perioden mit verschiedenen Modulationszeiten und verschiedenen Modulationsfrequenzbreiten aufweisen, oder eine Mehrzahl von Down-Chirp-Perioden mit verschiedenen Modulationsbreiten und verschiedenen Modulationsfrequenzbreiten.
Rückbezug nehmend auf 1, ist der Sendesteuerverstärker 122 konfiguriert, das aus dem VCO 121 eingegebene Sendesignal zu einer vorbestimmten Größe zu verstärken, basierend auf dem aus der Steuerung 11 eingegebenen Sendesteuersignal und das verstärkte Sendesignal an den Sender 13 und den Schwebungssignalgenerator 15 auszugeben.
Wie oben beschrieben, ist der Sendesignalgenerator 12 konfiguriert, ein Sendesignal mit einer Up-Chirp-Periode, die eine erste Chirp-Periode ist, und einer Down-Chirp-Periode, die eine zweite Chirp-Periode ist, zu erzeugen und das Sendesignal an den Sender 13 und den Schwebungssignalgenerator 15 auszugeben.
Der Sender 13 enthält die Antenne Tx1. Der Empfänger 14 beinhaltet die Antenne Rx1 und die Antenne Rx2.
Die Antenne Tx1 ist konfiguriert, das verstärkte Sendesignal, das aus dem Sendesteuerverstärker 122 eingegeben wird, in einen Raum zu senden. Eine elektromagnetische Welle, die das in den Raum gesendete Sendesignal ist, wird auf ein Ziel (nicht gezeigt) abgestrahlt; und die vom Ziel reflektierte elektromagnetische Welle wird durch jede der Antennen Rx1 und Rx2 empfangen.
Jede der Antennen Rx1 und Rx2 ist konfiguriert, die empfangene elektromagnetische Welle am Schwebungssignalgenerator 15 als ein Empfangssignal auszugeben.
Wie oben beschrieben, ist der Sender 13 konfiguriert, das Sendesignal an einen Raum abzustrahlen und ist der Empfänger 14 konfiguriert, das von einem Ziel reflektierte Sendesignal zu empfangen, um ein Empfangssignal zu erhalten.
Der Schwebungssignalgenerator 15 beinhaltet eine Mischereinheit 151, einen Mischer 152, eine Verteilungsschaltung 153 und eine Filterschaltung 154.
Der Mischer 151 ist konfiguriert, ein Schwebungssignal zu erzeugen, basierend auf dem aus der Antenne Rx1 eingegebenen Empfangssignal und dem aus dem Sendesteuerverstärker 132 über die Verteilungsschaltung 153 eingegebenen Sendesignal, und das Schwebungssignal an die Filterschaltung 154 auszugeben.
Ähnlich ist der Mischer 152 konfiguriert, ein Schwebungssignal basierend auf dem aus der Antenne Rx2 und dem aus dem Sendesteuerverstärker 122 über die Verteilungsschaltung 153 eingegebenen Sendesignal zu erzeugen und das Schwebungssignal an die Filterschaltung 154 auszugeben.
Die Filterschaltung 154 beinhaltet einen Bandpassfilter (BPF) und einen Verstärker. Die Filterschaltung 154 ist konfiguriert, dass aus jedem der Mischer 151 und 152 eingegebene Schwebungssignal zu filtern und das gefilterte Schwebungssignal an den A/D-Wandler 16 auszugeben. Indem das Filtern durchgeführt wird, unterdrückt der BPF eine Niederfrequenzkomponente und eine Hochfrequenzkomponente des Schwebungssignals, die für die Radardetektion unnötig sind, und verstärkt der Verstärker das Signal auf eine definierte Größe.
Wie oben beschrieben, ist der Schwebungssignalgenerator 15 konfiguriert, ein Schwebungssignal durch Mischen des Empfangssignals und des Sendesignal zu erzeugen.
Der A/D-Wandler 16 ist konfiguriert, den Spannungswert jedes aus der Filterschaltung 154 eingegebenen Schwebungssignals in Übereinstimmung mit einem aus der Steuerung 11 eingegebenen A/D-Steuersignal zu A/D-wandeln und das A/D-gewandelte Signal an den Signalprozessor 17 auszugeben. Spezifisch ist der A/D-Wandler 16 konfiguriert, den Spannungswert des Schwebungssignals entsprechend der Antenne Rx1 und den Spannungswert des Schwebungssignals entsprechend der Antenne Rx2 basierend auf einer definierten Abtastfrequenz und einer definierten Anzahl von Abtastpunkten zu A/D-wandeln.
Das aus dem A/D-Wandler 16 am Signalprozessor 17 eingegebene Signal sind A/D-gewandelte Digitaldaten, spezifisch die Digitaldaten D_U_Rx1 und Digitaldaten D_U_Rx2 der Schwebungssignale während der Up-Chirp-Periode, und Digitaldaten D_D_Rx1 und Digitaldaten D_D_Rx2 der Schwebungssignale während der Down-Chirp-Periode. Die Digitaldaten D_U_Rx1 und die Digitaldaten D_D_Rx2 korrespondieren zur Antenne Rx1 und die Digitaldaten D U Rx2 und die Digitaldaten D_E_Rx2 korrespondieren zur Antenne Rx2.
Die Steuerung 11 ist konfiguriert, nachdem die A/D-Wandlung durch den A/D-Wandler 16 abgeschlossen ist, das Signalverarbeitungs-Steuersignal an den Signalprozessor 17 auszugeben. Der Signalprozessor 17 ist konfiguriert, Radarsignalverarbeitung an den durch den A/D-Wandler 16 eingegebenen A/D-gewandelten Digitaldaten durchzuführen, in Übereinstimmung mit dem aus der Steuerung 11 eingegebenen Signalverarbeitungs-Steuersignal, um dadurch Information über das Ziel zu berechnen, zum Beispiel einen Abstand, eine Relativgeschwindigkeit und einen Winkel, als Zielinformation. Weiter ist die Signalprozessor 17 konfiguriert, die berechnete Zielinformation an die Fahrzeugsteuervorrichtung 4 auszugeben. Der Signalprozessor 17 kann konfiguriert sein, die Zielinformation unter Verwendung von Fahrzeuginformation zu berechnen, die durch den Fahrgeschwindigkeitssensor 2, den Gier-Ratensensor 3 oder dergleichen beobachtet wird.
Die Steuerung 11 ist konfiguriert, jede Komponente der FMCW-Radarvorrichtung 1 in Verarbeitungsperioden T [s], die vorab eingestellt sind, zu betreiben, um dadurch periodisch die Zielinformation auszugeben. Als die Verarbeitungsperiode T können beispielsweise 100 [ms] eingestellt sein.
Wenn die Steuerung 11 wie oben beschrieben konfiguriert ist, ist eine Wellenform des Sendesignals in jeder Verarbeitungsperiode T wie in 3 gezeigt. 3 ist ein erläuternder Graph zum Zeigen der Wellenform des durch den Sendesignalgenerator 12 zu erzeugenden Sendesignals, in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 3 gezeigt, werden in den Verarbeitungsperioden T die Up-Chirp-Periode und die Down-Chirp-Periode wiederholt.
Die Fahrzeugsteuervorrichtung 4 ist konfiguriert, verschiedene Steueranwendungen wie etwa einen CMB und eine ACC basierend auf der aus dem Signalprozessor 17 eingegebenen Zielinformation zu betreiben.
Als Nächstes wird der Signalprozessor 17 weiter unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. 4 ist ein Blockdiagramm zum Illustrieren der Konfiguration des Signalprozessors 17 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der in 4 illustrierte Signalprozessor 17 beinhaltet eine Schwebungsfrequenzverteilungs-Erzeugungseinheit 171, eine Spitzendetektionseinheit 172, eine Spitzenfrequenz-Änderungsraten-Recheneinheit 173, eine Paarungseinheit 174, eine Spurverarbeitungseinheit 175 und eine Steuerzielauswahleinheit 176.
Die Schwebungsfrequenzverteilungs-Erzeugungseinheit 171 führt eine Frequenzanalyseverarbeitung, zum Beispiel Fensterfunktions-Multiplikation und schnelle FourierTransformation (FFT) an jedem Teil von A/D-gewandelten Digitaldaten, die aus dem A/D-Wandler 16 eingegeben werden, durch, um dadurch jede Schwebungsfrequenzverteilung entsprechend jedem Teil von A/D-gewandelten Digitaldaten zu erzeugen. Weiter ist die Schwebungsfrequenzverteilungs-Erzeugungseinheit 171 konfiguriert, jede erzeugte Schwebungsfrequenzverteilung an die Spitzendetektionseinheit 172 auszugeben.
Spezifisch ist die Schwebungsfrequenzverteilungs-Erzeugungseinheit 171 konfiguriert, eine Frequenzanalyseverarbeitung an den aus dem A/D-Wandler 16 eingegebenen Digitaldaten D_U_Rx1 durchzuführen, um dadurch eine Schwebungsfrequenzverteilung FD_U_Rx1 des Schwebungssignals während der Up-Chirp-Periode zu erzeugen. Ähnlich ist die Schwebungsfrequenzverteilungs-Erzeugungseinheit 171 konfiguriert, eine Frequenzanalyseverarbeitung an den Digitaldaten D_D_Rx2 durchzuführen, um dadurch die Schwebungsfrequenzverteilung FD_U_Rx2 des Schwebungssignals während der Up-Chirp-Periode zu erzeugen.
Weiter ist die Schwebungsfrequenzverteilungs-Erzeugungseinheit 171 konfiguriert, eine Frequenzanalyseverarbeitung an den Digitaldaten D_D_Rx1 durchzuführen, um dadurch eine Schwebungsfrequenzverteilung FD_D_Rx1 des Schwebungssignals währender Down-Chirp-Periode zu erzeugen. Ähnlich ist die Schwebungsfrequenzverteilungs-Erzeugungseinheit 171 konfiguriert, eine Frequenzanalyseverarbeitung an den Digitaldaten D D Rx2 durchzuführen, um dadurch eine Schwebungsfrequenzverteilung FD_D_Rx2 des Schwebungssignals während der Down-Chirp-Periode zu erzeugen.
In diesem Fall ist jede durch die Schwebungsfrequenzverteilungs-Erzeugungseinheit 171 erzeugte Schwebungsfrequenzverteilung eine Verteilung eines, FFT unterworfenen Signals und wird daher eine diskrete Frequenzverteilung. Nachfolgend wird jede Abtastung eines FFT unterworfenen Signals als ein „Frequenz-Bin“ bezeichnet. Eine Frequenz-Bin-Nummer wird jedem Frequenz-Bin zugewiesen.
Wenn eine Frequenzauflösung bei Durchführung der FFT höher ist, kann die später zu beschreibende Spitzenfrequenz-Änderungsraten-Recheneinheit 173 die Spitzenfrequenz-Änderungsrate genau berechnen. Als Ergebnis kann die Genauigkeit der durch die Paarungseinheit 174 durchgeführten Paarung, die später zu beschreiben ist, mehr verbessert werden.
Wie oben beschrieben, ist die Frequenzverteilungs-Erzeugungseinheit 171 konfiguriert, die Frequenz des Schwebungssignals während der Up-Chirp-Periode, welche die erste Chirp-Periode ist, zu analysieren, um dadurch eine erste Schwebungsfrequenzverteilung zu erzeugen. Weiter ist die Schwebungsfrequenzverteilungs-Erzeugungseinheit 171 konfiguriert, die Frequenz des Schwebungssignals während der Down-Chirp-Periode, welche die zweite Chirp-Periode ist, zu analysieren, um dadurch eine zweite Schwebungsfrequenzverteilung zu erzeugen.
Die Spitzendetektionseinheit 172 ist konfiguriert, um eine Reflektionswelle aus dem Ziel während sowohl der Up-Chirp-Periode als auch der Down-Chirp-Periode zu detektieren, einen Frequenz-Bin entsprechend einer Spitze (nachfolgend als „Spitzenfrequenz-Bin“ bezeichnet) aus jeder, aus der Schwebungsfrequenzverteilungs-Erzeugungseinheit 171 eingegebenen Schwebungsfrequenzverteilung zu detektieren. Spezifisch ist die Spitzendetektionseinheit 172 konfiguriert, um beispielsweise einen Frequenz-Bin mit der maximalen Leistung, der größer ist als ein vorab eingestellter Schwellenwert, aus jeder Schwebungsfrequenzverteilung zu extrahieren, um dadurch den Frequenz-Bin als den Spitzenfrequenz-Bin zu detektieren.
Nachfolgend wird die Frequenz-Bin-Nummer des Spitzenfrequenz-Bin als „Spitzenfrequenz-Bin-Nummer“ bezeichnet. Es gibt eine Mehrzahl von Spitzenfrequenz-Bin-Nummern, wenn es eine Mehrzahl von Reflektionspunkten gibt.
Mit der oben beschriebenen Konfiguration kann die Spitzenfrequenz-Bin-Nummer während der Up-Chirp-Periode für jede der Antennen Rx1 und Rx2 erhalten werden und kann die Spitzenfrequenz-Bin-Nummer während der Down-Chirp-Periode für jede der Antennen Rx1 und Rx2 ermittelt werden.
Die Konfiguration der Spitzendetektionseinheit 172 ist nicht auf die oben beschriebene Konfiguration beschränkt. Solange wie die Spitzendetektionseinheit 172 den Spitzenfrequenz-Bin entsprechend der Reflektionswelle aus dem Ziel ermitteln kann, kann jegliche Konfiguration eingesetzt werden. Beispielsweise werden die folgenden Beispiele als andere Beispiele der Konfiguration der Spitzendetektionseinheit 172 gegeben.
Als das erste Beispiel kann die Spitzendetektionseinheit 172 konfiguriert sein, die Amplitude jeder Frequenzkomponente basierend auf der Schwebungsfrequenzverteilung FD_U_Rx1 zu berechnen, die Amplitude jeder Frequenzkomponente basierend auf der Schwebungsfrequenzverteilung FD U Rx2 zu berechnen, und die Amplituden zu addieren, um dadurch eine addierte Schwebungsfrequenzverteilung während der Up-Chirp-Periode zu berechnen. Nachfolgend kann die Spitzendetektionseinheit 172 beispielsweise einen Frequenz-Bin mit der maximalen Leistung, die größer ist als ein vorab eingestellter Schwellenwert, aus der addierten Schwebungsfrequenzverteilung extrahieren, um dadurch den Frequenz-Bin als den Spitzenfrequenz-Bin zu detektieren.
Als das zweite Konfigurationsbeispiel kann eine Mehrzahl von zwei oder mehr Antenne angeordnet sein. Durch Anwenden bekannter Digitalstrahlformung (DBF) kann die Spitzendetektionseinheit 172 konfiguriert sein, die DBF unterworfene Schwebungsfrequenzverteilung während der Up-Chirp-Periode zu berechnen. Nachfolgend kann die Spitzendetektionseinheit 172 beispielsweise einen Frequenz-Bin mit der maximalen Leistung und größer als ein vorab eingestellter Schwellenwert aus der, DBF unterworfenen Schwebungsfrequenzverteilung extrahieren, um dadurch den Frequenz-Bin als den Spitzenfrequenz-Bin zu detektieren.
Die Spitzendetektionseinheit 172 kann konfiguriert sein, den Spitzenfrequenz-Bin durch Verwenden des in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2012-068035 beschriebenen Stands der Technik zu detektieren, das heißt einem Verfahren zum Berechnen eines Spitzenfrequenz mit höherer Genauigkeit durch Interpolieren zwischen Samples der FFT. Das heißt, wenn die Schwebungsfrequenzverteilung während sowohl der Up-Chirp-Periode als auch der Down-Chirp-Periode als eine Amplitude für jede diskrete Frequenz-Bin-Nummer ermittelt wird, unter solchen Bedingungen, dass in der Schwebungsfrequenzverteilung sowohl der Up-Chirp-Periode als auch der Down-Chirp-Periode die Amplitude einen vorab eingestellten Schwellenwert übersteigt und zumindest der Maximalwert im Vergleich zu den Frequenz-Bin-Nummern vor und nach der entsprechenden Frequenz-Bin-Nummer ist, detektiert die Spitzendetektionseinheit 172 die Frequenz-Bin-Nummer, die die Bedingungen erfüllt, als eine zeitweilige Spitzenfrequenz. Nachfolgend schätzt die Spitzendetektionseinheit 172 einen wahren Frequenz-Peak in einer kleineren Drehung als der Frequenzauflösung ab, basierend auf den Amplituden der Bin-Nummern vor und nach der detektierten zeitweiligen Spitzenfrequenz, und detektiert die geschätzte wahre Spitzenfrequenz als den Spitzenfrequenz-Bin.
Wie oben beschrieben, ist die Spitzendetektionseinheit 172 konfiguriert, wenn die Frequenz-Bin-Nummer der Frequenz jeder der ersten Schwebungsfrequenzverteilung und der zweiten Schwebungsfrequenzverteilung zugewiesen ist, eine zeitweilige erste Spitzenfrequenz-Bin-Nummer aus der ersten Schwebungsfrequenzverteilung zu detektieren, eine wahre erste Spitzenfrequenz-Bin-Nummer in einer kleineren Einheit als der Frequenzauflösung, basierend auf der zeitweiligen ersten Spitzenfrequenz-Bin-Nummer zu schätzen, und die wahre erste Spitzenfrequenz-Bin-Nummer als die erste Spitzenfrequenz zu detektieren. Weiter ist die Spitzendetektionseinheit 172 konfiguriert, eine zeitweilige zweite Spitzenfrequenz-Bin-Nummer aus der zweiten Schwebungsfrequenzverteilung zu detektieren, eine wahre zweite Spitzenfrequenz-Bin-Nummer in einer kleineren Einheit als der Frequenzauflösung abzuschätzen, basierend auf der zeitweiligen zweiten Spitzenfrequenz-Bin-Nummer, und die wahre zweite Spitzenfrequenz-Bin-Nummer als die zweite Spitzenfrequenz zu detektieren.
Wenn die Spitzendetektionseinheit 172 wie oben beschrieben konfiguriert ist, kann die später zu beschreibende Spitzenfrequenz-Änderungsraten-Recheneinheit 173 die Spitzenänderungsrate mit höherer Genauigkeit berechnen. Als Ergebnis kann die Genauigkeit der durch die Paarungseinheit 174, die später zu beschreiben ist, durchgeführte Paarung mehr verbessert werden.
Wie im oben beschriebenen Konfigurationsbeispiel ist die Spitzendetektionseinheit 172 konfiguriert, die erste Spitzenfrequenz aus der ersten Schwebungsfrequenzverteilung zu detektieren und die zweite Spitzenfrequenz aus der zweiten Schwebungsfrequenzverteilung zu detektieren.
In der ersten Ausführungsform wird ein Fall exemplifiziert, bei dem die Frequenz-Bin-Nummer der Frequenz sowohl der ersten Schwebungsfrequenzverteilung als auch der zweiten Schwebungsfrequenzverteilung zugewiesen wird. In diesem Fall detektiert die Spitzendetektionseinheit 172 aus der ersten Schwebungsfrequenzverteilung die erste Spitzenfrequenz-Bin-Nummer als die erste Spitzenfrequenz und detektiert aus der zweiten Schwebungsfrequenzverteilung die zweite Spitzenfrequenz-Bin-Nummer als die zweite Spitzenfrequenz.
Die Spitzenfrequenz-Änderungsraten-Recheneinheit 173 ist konfiguriert, eine Korrelation der Spitzenfrequenz-Bin-Nummern während der Up-Chirp-Periode zwischen einer vorigen Verarbeitungsperiode und einer aktuellen Verarbeitungsperiode zu ermitteln und eine Korrelation der Spitzenfrequenz-Bin-Nummern während der Down-Chirp-Periode dazwischen zu ermitteln. Die Spitzenfrequenz-Änderungsraten-Recheneinheit 173 ist konfiguriert, nachfolgend, basierend auf dem Ergebnis jener Korrelationen, eine Spitzenfrequenz-Bin-Nummer-Änderungsrate zu berechnen, die eine Differenz zwischen Spitzenfrequenz-Bin-Nummern, die angenommen werden, zu den Reflektionswellen aus demselben Ziel in der vorigen Verarbeitungsperiode und der aktuellen Verarbeitungsperiode zu korrespondieren, für jede der Up-Chirp-Periode und der Down-Chirp-Periode.
In diesem Fall bezieht sich die aktuelle Verarbeitungsperiode auf die letzte Verarbeitungsperiode, zu welcher die Reflektionswelle aus dem Ziel durch die FMCW-Radarvorrichtung 1 beobachtet wird, und bezieht sich die vorige Verarbeitungsperiode auf die Verarbeitungsperiode, die vor der aktuellen Verarbeitungsperiode durchgeführt wird.
Beispielsweise wird der folgende Fall erwogen. Wenn es zwei Ziele A und B gibt, werden in einer n-ten Verarbeitungsperiode, die der vorigen Verarbeitungsperiode entspricht, Spitzenfrequenz-Bin-Nummern A(n) und B(n) entsprechend den Zielen A bzw. B ermittelt und werden in einer, der aktuellen Verarbeitungsperiode entsprechenden (n+1)-ten Verarbeitungsperiode Spitzenfrequenz-Bin-Nummern A(n+1) und B(n+1) entsprechend den Zielen A bzw. B ermittelt.
Im oben erwähnten Fall ermittelt die Spitzenfrequenz-Änderungsraten-Recheneinheit 173 Korrelationen zwischen den Spitzenfrequenz-Bin-Nummern A(n) und B(n) und den Spitzenfrequenz-Bin-Nummern A(n+1) und B(n+1). Beispiele des Verfahrens zum Ermitteln der Korrelation beinhalten ein Verfahren, das Bestimmen involviert, dass die Korrelation ermittelt werden kann, wenn eine solche Bedingung erfüllt ist, dass eine Differenz bei der Spitzenfrequenz-Bin-Nummer zwischen den Spitzenfrequenz-Bin-Nummern A(n) und B(n) und den Spitzenfrequenz-Bin-Nummern A(n+1) und B(n+1) kleiner ist als ein vorab eingestellter Schwellenwert und Bestimmen, dass die Korrelation nicht ermittelt werden kann, wenn die Bedingung nicht erfüllt ist.
Wenn beispielsweise eine Korrelation zwischen der Spitzenfrequenz-Bin-Nummer A(n) und der Spitzenfrequenz-Bin-Nummer A(n+1) ermittelt werden kann und eine Korrelation zwischen der Spitzenfrequenz-Bin-Nummer B(n) und der Spitzenfrequenz-Bin-Nummer B(n+1) ermittelt werden kann, berechnet die Spitzenfrequenz-Änderungsraten-Recheneinheit 173 die Spitzenfrequenz-Bin-Nummer-Änderungsrate für jede Spitzenfrequenz-Bin-Nummer, zu welcher eine Korrelation, wie unten beschrieben, ermittelt werden kann. $\begin{array}{l} Spitzenfrequenz - Bin - Nummer - Änderungsrate A (n + 1) \\ = Spitzenfrequenz - Bin - Nummer A (n + 1) - Spitzenfrequenz - \\ Bin - Nummer A (n) \end{array}$
$\begin{array}{l} Spitzenfrequenz - Bin - Nummer - Änderungsrate B (n + 1) \\ = Spitzenfrequenz - Bin - Nummer B (n + 1) - Spitzenfrequenz - \\ Bin - Nummer B (n) \end{array}$
Die Spitzenfrequenz-Änderungsraten-Recheneinheit 173 ist konfiguriert, eine wie oben beschriebene Berechnung während sowohl der Up-Chirp-Periode als auch der Down-Chirp-Periode durchzuführen, um dadurch eine Spitzenfrequenz-Bin-Nummern-Änderungsrate während der Up-Chirp-Periode und eine Spitzenfrequenz-Bin-Nummer-Änderungsrate während der Down-Chirp-Periode so viel wie die Anzahl von Spitzenfrequenz-Bin-Nummern, zu welchen die Korrelation zwischen der vorigen Verarbeitungsperiode und der aktuellen Verarbeitungsperiode ermittelt werden kann, zu berechnen. Weiter ist die Spitzenfrequenz-Änderungsraten-Recheneinheit 173 konfiguriert, das Rechenergebnis an die Paarungseinheit 174 auszugeben.
Wie oben beschrieben, ist die Spitzenfrequenz-Änderungsraten-Recheneinheit 173 konfiguriert, eine erste Spitzenfrequenz-Änderungsrate basierend auf der ersten Spitzenfrequenz in der aktuellen Verarbeitungsperiode und der ersten Spitzenfrequenz in der vorigen Verarbeitungsperiode zu berechnen. Weiter ist die Spitzenfrequenz-Änderungsraten-Recheneinheit 173 konfiguriert, eine zweite Spitzenfrequenz-Änderungsrate basierend auf der zweite Spitzenfrequenz in der aktuellen Verarbeitungsperiode und der zweiten Spitzenfrequenz in der vorigen Verarbeitungsperiode zu berechnen.
Spezifisch ist die Spitzenfrequenz-Änderungsraten-Recheneinheit 173 konfiguriert, eine Differenz zwischen der ersten Spitzenfrequenzperiode in der ersten aktuellen Verarbeitungsperiode und der ersten Spitzenfrequenz in der vorigen Verarbeitungsperiode als die erste Spitzenfrequenz-Änderungsrate zu berechnen. Weiter ist die Spitzenfrequenz-Änderungsraten-Recheneinheit 173 konfiguriert, eine Differenz zwischen der zweiten Spitzenfrequenz in der aktuellen Verarbeitungsperiode und der zweiten Spitzenfrequenz in der vorigen Verarbeitungsperiode als die zweite Spitzenfrequenz-Änderungsrate zu berechnen.
Die Paarungseinheit 174 ist konfiguriert, eine Paarung unter Verwendung der Spitzenfrequenz-Bin-Nummern-Änderungsrate während sowohl der Up-Chirp-Periode als auch der Down-Chirp-Periode durchzuführen, die aus der Spitzenfrequenz-Änderungsraten-Recheneinheit 173 eingegeben wird. Weiter ist die Paarungseinheit 174 konfiguriert, die Zielinformation basierend auf dem Paarungsergebnis zu berechnen. Nachfolgend wird unter Verwendung numerischer Ausdrücke die Operation der Paarungseinheit 174 spezifisch beschrieben.
In diesem Fall wird in der FMCW-Radarvorrichtung 1 die Lichtgeschwindigkeit durch C [m/s] repräsentiert, wird die Modulationsfrequenz durch B [Hz] repräsentiert, wird die Wellenlänge der Sendewelle durch λ [m] repräsentiert und wird die Frequenzauflösung durch Δf [Hz] repräsentiert. In diesem Fall werden eine Abstandsauflösung ΔR [r/bin] pro Frequenz-Bin und eine Relativgeschwindigkeitsauflösung ΔV [m/s/bin] pro Frequenz-Bin durch die Ausdrücke (1) bzw. (2) repräsentiert. $Δ R = C / (2 \times B)$
$Δ V = Δ f \times λ / 2$
Weiter steigert, aus dem Prinzip des FMCW-Radars in der n-ten Verarbeitungsperiode, wenn eine Reflektionswelle von einem Ziel mit einem Abstand von R(n) [m] und einer Relativgeschwindigkeit von V(n) [m/s] beobachtet wird, unter der Annahme, dass die Einheit der Relativgeschwindigkeit in einer Annäherungsrichtung negativ ist und in einer Trennungsrichtung positiv ist, aufgrund des Dopplereffektes die Annäherung des Ziels die Schwebungsfrequenz. Daher werden die Spitzenfrequenz-Bin-Nummer U(n) [bin] während der Up-Chirp-Periode und die Spitzenfrequenz-Bin-Nummer D(n) [bin] während der Down-Chirp-Periode durch die Ausdrücke (3) bzw. (4) repräsentiert. $U (n) = - R (n) / Δ R - V (n) / Δ V$
$D (n) = R (n) / Δ R - V (n) / Δ V$
Weiter werden in einer (n+1)-ten Verarbeitungsperiode, wenn eine Reflektionswelle von dem Ziel mit dem Abstand R(n+1) [m] und einer Relativgeschwindigkeit von V(n+1) [m/s] beobachtet wird, ähnlich zum Obigen eine Spitzenfrequenz-Bin-Nummer U(n+1) [bin] während der Up-Chirp-Periode und eine Spitzenfrequenz-Bin-Nummer D(n+1) [bin] während der Down-Chirp-Periode berücksichtigend, durch Ausdrücke (5) bzw. (6) repräsentiert. $U (n + 1) = - R (n + 1) / Δ R - V (n + 1) / Δ V$
$D (n + 1) = R (n + 1) / Δ R - V (n + 1) / Δ V$
Nachfolgend können unter Verwendung der Spitzenfrequenz-Bin-Nummern-Änderungsrate dU (=U(n+1)-U(n)) während der Up-Chirp-Periode und einer Spitzenfrequenz-Bin-Nummern-Änderungsrate dD (=D(n+1)-D(n)) während der Down-Chirp-Periode Ausdrücke (7) und (8) aus den Ausdrücken (3) bis (6) ermittelt werden. $dU = - (R (n + 1) - R (n)) / Δ R - (V (n + 1) - V (n)) / Δ V$
$dD = (R (n + 1) - R (n)) / Δ R - (V (n + 1) - V (n)) / Δ V$
Weiter können in den Ausdrücken (7) und (8), wenn R(n+1) - R(n) als eine Abstandsänderungsrate dR [m/Periode] pro Verarbeitungsperiode eingestellt wird und V(n+1)-V(n) als eine Relativgeschwindigkeits-Änderungsrate dV [m/s/Periode] pro Verarbeitungsperiode eingestellt wird, Ausdrücke (9) und (10) erhalten werden. $dU = - dR / Δ R + dV / Δ V$
$dD = dR / Δ R + dV / Δ V$
In den Ausdrücken (9) und (10) sind dU und dD beobachtbare Werte und sind ΔR und ΔV durch Ausdrücke (1) und (2) ermittelte Fixwerte. Daher, indem das System von Gleichungen durch die Ausdrücke (9) und (10) gelöst wird, können die Abstandsänderungsrate dR und die Relativgeschwindigkeits-Änderungsrate dV berechnet werden.
Nachfolgend, wenn die Verarbeitungsperiode durch T[s] repräsentiert wird, und die Relativgeschwindigkeits-Änderungsrate dV pro Verarbeitungsperiode ausreichend klein ist, wird die durch Ausdruck (11) repräsentierte nachfolgende Beziehung zwischen der Abstandsänderungsrate dR pro Verarbeitungsperiode und der Relativgeschwindigkeit V(n+1) erfüllt. Mit anderen Worten wird die Relativgeschwindigkeit V(n+1) basierend auf der Abstandsänderungsrate dR in Übereinstimmung mit Ausdruck (11) berechnet und wird als ein Relativgeschwindigkeits-Schätzwert abgeschätzt. $V (n + 1) = dR / T$
Wenn die Relativgeschwindigkeits-Änderungsrate dV pro Verarbeitungsperiode nicht als ausreichend klein angenommen werden kann, unter der Annahme, dass die Beschleunigung von der n-ten Verarbeitungsperiode zur (n+1)-ten Verarbeitungsperiode T, das heißt die Relativgeschwindigkeits-Änderungsrate dV, konstant ist, kann die Relativgeschwindigkeit V(n+1) basierend auf der Abstandsänderungsrate dR und der Relativgeschwindigkeits-Änderungsrate dV berechnet werden.
Wie oben beschrieben, ist die Paarungseinheit 174 konfiguriert, eine Abstandsänderungsrate und eine Relativgeschwindigkeits-Änderungsrate basierend auf der ersten Spitzenfrequenz-Änderungsrate und der zweiten Spitzenfrequenz-Änderungsrate zu berechnen, und einen Relativgeschwindigkeitsschätzwert in der aktuellen Verarbeitungsperiode basierend auf der Abstandsänderungsrate und der Relativgeschwindigkeits-Änderungsrate zu berechnen.
Nachfolgend, wenn Ausdruck (11) in Ausdruck (5) eingesetzt wird, wird die Spitzenfrequenz-Bin-Nummer U(n+1) während der Up-Chirp-Periode durch Ausdruck (12) repräsentiert. $U (n + 1) = - R (n + 1) / Δ R - (dR / T) / Δ V$
Weiter, wenn Ausdruck (12) transformiert wird, wird Ausdruck (13) erhalten. $\begin{array}{l} Δ R \times U (n + 1) = - R (n + 1) −Δ R \times (dR / T) / Δ V \\ R (n + 1) = - Δ R \times U (n + 1) −Δ R \times (dR / T) / Δ V \end{array}$
Wie aus Ausdruck (13) zu verstehen, wird der Abstand R(n+1) in der (n+1)-ten Verarbeitungsperiode basierend auf der Spitzenfrequenz-Bin-Nummer U(n+1) während der Up-Chirp-Periode berechnet. Dieser Abstand R(n+1) wird als „zeitweiliger Abstand“ während der Up-Chirp-Periode bezeichnet. Der zeitweilige Abstand während der Up-Chirp-Periode wird in Übereinstimmung mit Ausdruck (13) berechnet.
Wie oben beschrieben, ist die Paarungseinheit 174 konfiguriert, einen ersten zeitweiligen Abstand während der Up-Chirp-Periode basierend auf dem Relativgeschwindigkeits-Schätzwert und der ersten Spitzenfrequenz in der aktuellen Verarbeitungsperiode zu berechnen.
Ähnlich zum Obigen, wenn Ausdruck (11) in Ausdruck (6) eingesetzt wird, wird die Spitzenfrequenz-Bin-Nummer D(n+1) während der Down-Chirp-Periode durch Ausdruck (14) repräsentiert. $D (n + 1) = R (n + 1) / Δ R - (dR / T) / Δ V$
Weiter, wenn Ausdruck (14) transformiert wird, wird Ausdruck (15) erhalten. $\begin{array}{l} Δ R \times D (n + 1) = R (n + 1) −Δ R \times (dR / T) / Δ V \\ R (n + 1) = Δ R \times D (n + 1) +Δ R \times (dR / T) / Δ V \end{array}$
Wie sich aus Ausdruck (15) ergibt, wird der Abstand R(n+1) in der (n+1)-ten Verarbeitungsperiode basierend auf der Spitzenfrequenz-Bin-Nummer D(n+1) während der Down-Chirp-Periode berechnet. Dieser Abstand R(n+1) wird als „zeitweiliger Abstand“ während der Down-Chirp-Periode bezeichnet. Der zeitweilige Abstand während der Down-Chirp-Periode wird anhand von Ausdruck (15) berechnet.
Wie oben beschrieben, ist die Paarungseinheit 174 konfiguriert, einen zweiten zeitweiligen Abstand während der Down-Chirp-Periode zu berechnen, basierend auf dem Relativgeschwindigkeit-Schätzwert und der zweiten Spitzenfrequenz in der aktuellen Verarbeitungsperiode.
In einem tatsächlichen Fall wird angenommen, dass es aufgrund eines Fehlers bei der Beobachtung oder dergleichen eine Differenz zwischen dem zeitweiligen Abstand während der Up-Chirp-Periode und dem zeitweiligen Abstand während der Down-Chirp-Periode gibt.
Im Hinblick darauf ist die Paarungseinheit 174 konfiguriert, um, wenn die Spitzenfrequenz-Bin-Nummer während der Up-Chirp-Periode und die Spitzenfrequenz-Bin-Nummer während der Down-Chirp-Periode miteiander gepaart werden, den zeitweiligen Abstand während der Up-Chirp-Periode unter Verwendung der Spitzenfrequenz-Bin-Nummer während der Up-Chirp-Periode zu berechnen und den zeitweiligen Abstand während der Down-Chirp-Periode unter Verwendung der Spitzenfrequenz-Bin-Nummer während der Down-Chirp-Periode zu berechnen. Die Paarungseinheit 174 ist konfiguriert, nachfolgend die Differenz zwischen dem zeitweiligen Abstand während der Up-Chirp-Periode und dem zeitweiligen Abstand während der Down-Chirp-Periode zu berechnen, und die Spitzenfrequenz-Bin-Nummern während der entsprechenden Up-Chirp-Periode und Down-Chirp-Periode, die jenen zeitweiligen Abstanden entsprechen, miteinander zu paaren, wenn diese Differenz gleich oder kleiner als ein eingestellter Schwellenwert ist. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, das Auftreten einer fehlerhaften Paarung zu unterdrücken.
Wie oben beschrieben, ist die Paarungseinheit 174 konfiguriert, um, wenn die Differenz zwischen dem ersten zeitweiligen Abstand und dem zweiten zeitweiligen Abstand gleich oder kleiner als ein eingestellter Schwellenwert ist, die erste Spitzenfrequenz und die zweite Spitzenfrequenz in der aktuellen Verarbeitungsperiode miteinander zu paaren.
Die Paarungseinheit 174 ist konfiguriert, den Abstand R(n+1) und die Relativgeschwindigkeit V(n+1) basierend auf der Spitzenfrequenz-Bin-Nummer U(n+1) und der Spitzenfrequenz-Bin-Nummer D(n+1), die ein Paar in Übereinstimmung mit Ausdrücken (16) und (17) etabliert haben, basierend auf einem Verfahren ähnlich demjenigen eines bekannten Radars, das ein FMCW-Radarsystem verwendet, zu berechnen. $R (n + 1) = (- U (n + 1) + D (n + 1)) \times Δ R / 2$
$V (n + 1) = (- U (n + 1) - D (n + 1)) \times Δ V / 2$
Wenn die Paarung durch die Paarungseinheit 174 durchgeführt wird, können weiterhin andere Bedingungen verwendet werden. Beispiele der Bedingungen beinhalten Amplitude der Spitze entsprechend der Spitzenfrequenz-Bin-Nummer, von elektrischem Strom und einen Winkel.
In diesem Fall kann hinsichtlich des oben erwähnten Winkels während sowohl der Up-Chirp-Periode als auch der Down-Chirp-Periode der Winkel basierend auf der Phase der Antenne Rx1 und der Phase der Antenne Rx2 durch ein Phasen-Mono-Impulssystem berechnet werden. Weiter, indem eine Hardware-Konfiguration und eine Software-Konfiguration eingesetzt werden, die andere Winkelmesssysteme anwenden können, wie etwa ein System von Mehrfachsignal-Klassifikation (MUSIC) und ein System der Abschätzung von Signalparametern über Rotations-Invarianztechniken (ESPRIT), kann der Winkel für sowohl die Up-Chirp-Periode als auch die Down-Chirp-Periode berechnet werden.
Der Winkel nach der Paarung kann auch durch Einsetzen bekannter Winkelmesssysteme wie etwa dem Phasen-Mono-Impulssystem, dem MUSIC-System und dem ESPRIT-System berechnet werden. Wie oben beschrieben, wenn der Winkel während sowohl der Up-Chirp-Periode als auch der Down-Chirp-Periode berechnet wird, kann ein durch Mitteln der Winkel der entsprechenden Chirp-Perioden ermittelter Wert als der Winkel nach der Paarung eingestellt werden, oder kann irgendeiner der Winkel als ein Repräsentativwert ausgewählt werden, so dass der Repräsentativwert als der Winkel nach der Paarung eingestellt wird. Die oben erwähnten Winkelmesssysteme sind lediglich Beispiele und die vorliegende Erfindung wird unabhängig vom Winkelmesssystem etabliert.
In der ersten Ausführungsform ist ein Fall exemplifiziert, bei dem eine Spitzenfrequenz-Bin-Nummer während der Up-Chirp-Periode und eine Spitzenfrequenz-Bin-Nummer während der Down-Chirp-Periode miteinander gepaart werden. Wie jedoch aus den Ausdrücken (13) und (15) abgeschätzt werden kann, ist es nicht immer notwendig, die Spitzenfrequenz-Bin-Nummer während der Up-Chirp-Periode und die Spitzenfrequenz-Bin-Nummer während der Down-Chirp-Periode miteinander zu paaren, und es kann die folgende Konfiguration eingesetzt werden.
Beispielsweise können nämlich die Spitzenfrequenz-Bin-Nummer während der ersten Chirp-Periode und die Spitzenfrequenz-Bin-Nummer während der zweiten Chirp-Periode miteinander gepaart werden. In diesem Fall ist während der ersten Chirp-Periode die Abstandsauflösung ΔR1 [m/s/bin] und ist die Relativgeschwindigkeitsauflösung ΔV1 [m/s/bin], und ist während der zweiten Chirp-Periode die Abstandsauflösung ΔR2 [m/bin] und ist die Relativgeschwindigkeitsauflösung ΔV2 [m/s/bin]. Weiter unterscheiden sich während der zweiten Chirp-Periode zumindest die Abstandsauflösung oder die Relativgeschwindigkeitsauflösung von denjenigen in der ersten Chirp-Periode. Nachfolgend wird diese Konfiguration spezifisch beschrieben.
Die Abstandsauflösung pro Frequenz-Bin während der ersten Dichtungsplatte wird durch ΔR1 [m/bin] repräsentiert, die Relativgeschwindigkeitsauflösung pro Frequenz-Bin während der ersten Chirp-Periode wird durch ΔV1 [m/s/bin] repräsentiert, die Abstandsauflösung pro Frequenz-Bin während der zweiten Chirp-Periode wird durch ΔR2 [m/bin] repräsentiert; die Relativgeschwindigkeitsauflösung pro Frequenz-Bin während der zweiten Chirp-Periode wird durch ΔV2 [m/s/bin] repräsentiert, der Abstand und die Relativgeschwindigkeit des Ziels in der n-ten Verarbeitungsperiode werden durch R(n) [m] bzw. V(n) [m/s] repräsentiert und der Abstand und die Relativgeschwindigkeit des Ziels in der (n+1)-ten Verarbeitungsperiode werden durch R(n+1) [m] bzw. V(n+1) [m/s] repräsentiert.
Im oben erwähnten Fall werden eine Spitzenfrequenz-Bin-Nummer C1(n) während der ersten Chirp-Periode in der n-ten Verarbeitungsperiode, eine Spitzenfrequenz-Bin-Nummer C2(n) während der zweiten Chirp-Periode in der n-ten Verarbeitungsperiode, eine Spitzenfrequenz-Bin-Nummer C1(n+1) während der ersten Chirp-Periode in der (n+1)-ten Verarbeitungsperiode, und eine Spitzenfrequenz-Bin-Nummer C2(n+1) während der zweiten Chirp-Periode in der (n+1)-ten Verarbeitungsperiode jeweils durch Ausdrücke (18) bis (21) repräsentiert. $C1 (n) = R (n) / Δ R1 + V (n) / Δ V1$
$C2 (n) = R (n) / Δ R2 + V (n) / Δ V2$
$C1 (n + 1) = R (n + 1) / Δ R1 + V (n + 1) / Δ V1$
$C2 (n + 1) = R (n + 1) / Δ R2 + V (n + 1) / Δ V2$
In den Ausdrücken (3) bis (6) wird jeder Term je nachdem mit einem negativen Koeffizienten multipliziert. In diesem Fall, um die Ausdrücke zu generalisieren, ist der negative Koeffizient in ΔR1, ΔV1, ΔR2 und ΔV2, falls nötig, enthalten. Wenn beispielsweise die Ausdrücke (3) und (4) als Ausdrücke (18) und (19) repräsentiert werden, und C1(n) gleich U(n) und C2(n) gleich D(n) erfüllt sind, werden ΔR1, ΔV1, ΔR2, und ΔV2 durch jeweils Ausdrücke (22) bis (25) repräsentiert. $Δ R1 = - Δ R$
$Δ R2 = Δ R$
$Δ V1 = - Δ V$
$Δ V2 = - Δ V$
Nachfolgend können unter Verwendung einer Spitzenfrequenz-Bin-Nummern-Änderungsrate dC1 (=C1(n+1)-C1(n)) während der ersten Chirp-Periode und einer Spitzenfrequenz-Bin-Nummer-Änderungsrate dC2 (=C2(n+1)-C2(n)) während der zweiten Chirp-Periode die Ausdrücke (26) und (27) basierend auf den Ausdrücken (18) bis (21) erhalten werden. $dC1 = dR / Δ R1 + dV / Δ V1$
$dC2 = dR / Δ R2 + dV / Δ V2$
In den Ausdrücken (26) und (27) sind dC1 und dC2 beobachtbare Werte und sind ΔR1, ΔR2, ΔV1 und ΔV2 Festwerte. Daher können durch Lösen des Gleichungssystems der Ausdrücke (26) und (27) die Abstandsänderungsrate dR und die Relativgeschwindigkeits-Änderungsrate dV berechnet werden.
Danach können mit einer ähnlichen Berechnung wie derjenigen des Prozesses der Ableitung von Ausdrücken (13) und (15) ähnliche Ausdrücke wie Ausdrücke (13) und (15) als Ausdrücke zum Berechnen des zeitweiligen Abstands während der ersten Chirp-Periode und des zeitweiligen Abstands während der zweiten Chirp-Periode erhalten werden. In Übereinstimmung mit den wie oben beschrieben erhaltenen Ausdrücken wird der zeitweilige Abstand während der ersten Chirp-Periode basierend auf der Spitzenfrequenz-Bin-Nummer C1(n+1) berechnet und wird der zeitweilige Abstand während der zweiten Chirp-Periode basierend auf der Spitzenfrequenz-Bin-Nummer C2(n+1) berechnet.
Um die durch die soweit beschriebene Paarungseinheit 174 durchzuführende Verarbeitung zu erzielen, ist es erforderlich, dass die Spitzenfrequenz-Änderungsraten-Recheneinheit 173 eine Korrelation der Spitzenfrequenz-Bin-Nummern angemessen ermittelt, die als Reflektionen vom selben Ziel angesehen werden, zwischen der vorigen Verarbeitungsperiode und der aktuellen Verarbeitungsperiode.
In diesem Fall gibt es als ein Verfahren zum Ermitteln einer Korrelation ein Verfahren des, unter der Annahme, dass die Spitzenfrequenz-Bin-Nummer in der vorigen Verarbeitungsperiode und die Spitzenfrequenz-Bin-Nummer in der aktuellen Verarbeitungsperiode, welche die kleinste Differenz bei der Spitzenfrequenz-Bin-Nummer aufweisen, aus Reflektionen von selben Ziel abgeleitet werden, Berechnens der Differenz zwischen jenen Spitzenfrequenz-Bin-Nummern. Dieses Verfahren ist eine relativ leichte Verarbeitung und daher gibt es Vorteile dahingehend, dass die Verarbeitungslast klein ist und die Speichermenge reduziert werden kann.
Weiterhin wird auch ein Verfahren zum Berechnen der Differenz zwischen Spitzenfrequenz-Bin-Nummer der vorigen Verarbeitungsperiode und der aktuellen Verarbeitungsperiode in einer „Brute-Force“-Weise gegeben, um dadurch das Ergebnis für die Paarung zu verwenden. In diesem Fall kann die Differenz zwischen den Spitzenfrequenz-Bin-Nummern unter Verwendung von Spitzenfrequenz-Bin-Nummern, die nicht immer aus Reflektion vom selben Ziel abgeleitet werden, berechnet werden. Jedoch, im Vergleich mit einer Konfiguration des einfachen Paarens all der Spitzenfrequenz-Bin-Nummern während der Up-Chirp-Periode und der Spitzenfrequenz-Bin-Nummern während der Down-Chirp-Periode in einer Brute-Force-Weise, in der Konfiguration der ersten Ausführungsform, wenn die Differenz zwischen dem zeitweiligen Abstand während der Up-Chirp-Periode und dem zeitweiligen Abstand während der Down-Chirp-Periode größer ist als der eingestellte Schwellenwert, werde die Spitzenfrequenz-Bin-Nummern während der jeweiligen Up-Chirp-Periode und Down-Chirp-Periode entsprechend jenen zeitweiligen Abstanden nicht miteinander gepaart. Daher kann in der Konfiguration der ersten Ausführungsform das Auftreten des fehlerhaften Paarens unterdrückt werden.
Die Spitzenfrequenz-Bin-Nummer-Änderungsrate kann unter Verwendung eines Verfahrens zum Durchführen von Spurverfolgungsverarbeitung auf einer Frequenzachse berechnet werden, wie in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2010-19824 beschrieben.
Das heißt, dass die Spitzenfrequenz-Änderungsraten-Recheneinheit 173 konfiguriert ist, in jeder Verarbeitungsperiode eine Spitzenfrequenz-Bin-Nummer in der aktuellen Verarbeitungsperiode vorherzusagen, basierend auf einer geglätteten Spitzenfrequenz-Bin-Nummer und einer geglätteten Spitzenfrequenz-Bin-Nummer-Änderungsrate in der vorigen Verarbeitungsperiode, und den vorhergesagten Wert als eine vorhergesagte Spitzenfrequenz-Bin-Nummer zu berechnen. Wie oben beschrieben, ist die Spitzenfrequenz-Änderungsraten-Recheneinheit 173 konfiguriert, eine erste vorhergesagte Spitzenfrequenz in der aktuellen Verarbeitungsperiode basierend auf einer geglätteten ersten Spitzenfrequenz und einer geglätteten ersten Spitzenfrequenzänderungsrate in der vorigen Verarbeitungsperiode vorherzusagen. Weiter ist die Spitzenfrequenz-Änderungsraten-Recheneinheit 173 konfiguriert, eine zweite vorhergesagte Spitzenfrequenz in der aktuellen Verarbeitungsperiode basierend auf einer geglätteten zweiten Spitzenfrequenz und einer geglätteten zweiten Spitzenfrequenzänderungsrate in der vorigen Verarbeitungsperiode vorherzusagen.
Die Spitzenfrequenz-Änderungsraten-Recheneinheit 173 ist konfiguriert, nachfolgend eine Korrelation zwischen der Spitzenfrequenz-Bin-Nummer in der aktuellen Verarbeitungsperiode und der vorhergesagten Spitzenfrequenz-Bin-Nummer zu ermitteln. Wie oben beschrieben, ist die Spitzenfrequenz-Änderungsraten-Recheneinheit 173 konfiguriert, eine Korrelation zwischen der ersten Spitzenfrequenz in der aktuellen Verarbeitungsperiode und der ersten vorhergesagten Spitzenfrequenz zu ermitteln. Weiter ist die Spitzenfrequenz-Änderungsraten-Recheneinheit 173 konfiguriert, eine Korrelation zwischen der zweiten Spitzenfrequenz in der aktuellen Verarbeitungsperiode und der zweiten vorhergesagten Spitzenfrequenz zu ermitteln.
Die Spitzenfrequenz-Änderungsraten-Recheneinheit 173 ist konfiguriert, nachfolgend die Spitzenfrequenz-Bin-Nummer in der aktuellen Verarbeitungsperiode und die vorhergesagte Spitzenfrequenz-Bin-Nummer, welche die Korrelation dazwischen ermittelt haben, durch Spurverfolgungs-Filterverarbeitung zu glätten, um dadurch die geglättete Spitzenfrequenz-Bin-Nummer und die geglättete Spitzenfrequenz-Bin-Nummer-Änderungsrate zu berechnen. Wie oben beschrieben, ist die Spitzenfrequenz-Änderungsraten-Recheneinheit 173 konfiguriert, die Spurverfolgungs-Filterverarbeitung an der ersten Spitzenfrequenz in der aktuellen Verarbeitungsperiode und der ersten vorhergesagten Spitzenfrequenz, die die Korrelation dazwischen ermittelt haben, durchzuführen, um dadurch die geglättete erste Spitzenfrequenz und die geglättete erste Spitzenfrequenz-Änderungsrate zu berechnen. Weiter ist die Spitzenfrequenz-Änderungsraten-Recheneinheit 173 konfiguriert, die Spurverfolgungs-Filterverarbeitung an der zweiten Spitzenfrequenz in der aktuellen Verarbeitungsperiode und der zweiten vorhergesagten Spitzenfrequenz durchzuführen, die die Korrelation dazwischen ermittelt haben, um dadurch eine geglättete zweite Spitzenfrequenz und eine geglättete zweite Spitzenfrequenz-Änderungsrate zu berechnen.
Die Spitzenfrequenz-Änderungsraten-Recheneinheit 173 ist konfiguriert, nachfolgend die geglättete Spitzenfrequenz-Bin-Nummern-Änderungsrate als die Spitzenfrequenz-Bin-Nummern-Änderungsrate in der aktuellen Verarbeitungsperiode einzustellen. Wie oben beschrieben, ist die Spitzenfrequenz-Änderungsraten-Recheneinheit 173 konfiguriert, die geglättete erste Spitzenfrequenz als die erste Spitzenfrequenz in der aktuellen Verarbeitungsperiode einzustellen, und die geglättete zweite Spitzenfrequenz als die zweite Spitzenfrequenz in der aktuellen Verarbeitungsperiode einzustellen.
Die Spurverfolgungs-Filterverarbeitung ist eine Verarbeitung zum Abschätzen der wahren Beobachtungswerte von zum Beispiel dem Abstand, der Relativgeschwindigkeit und dem Winkel, einschließlich des Beobachtungsfehlers, die aus einem Sensor ermittelt werden. Spezifisch sind ein αβ-Filter und ein Kalman-Filter bekannt.
Wie oben beschrieben, ist die Spitzenfrequenz-Änderungsraten-Recheneinheit 173 konfiguriert, eine Zeitreihenverarbeitung an sowohl der ersten Spitzenfrequenz als auch der zweiten Spitzenfrequenz in der vorigen Verarbeitungsperiode, und an sowohl der ersten Spitzenfrequenz als auch der zweiten Spitzenfrequenz in der aktuellen Verarbeitungsperiode durchzuführen, um dadurch die erste Spitzenfrequenz-Änderungsrate und die zweite Spitzenfrequenz-Änderungsrate zu berechnen.
Die Spitzenfrequenz-Änderungsraten-Recheneinheit 173 kann konfiguriert sein, die Spitzenfrequenz-Bin-Nummern-Änderungsrate unter Verwendung des nachfolgenden Verfahrens zu berechnen.
Das heißt, dass die Spitzenfrequenz-Änderungsraten-Recheneinheit 173 konfiguriert ist, einen Abstand und eine Relativgeschwindigkeit in der aktuellen Verarbeitungsperiode, basierend auf einem Abstand und einer Relativgeschwindigkeit in der vorigen Verarbeitungsperiode vorherzusagen, die ermittelt werden, wenn eine Paarung in der vorigen Verarbeitungsperiode etabliert wird. Die Spitzenfrequenz-Änderungsraten-Recheneinheit 173 ist konfiguriert, nachfolgend die Spitzenfrequenz-Bin-Nummer in der aktuellen Verarbeitungsperiode aus dem vorhergesagten Abstand und Relativgeschwindigkeit, basierend auf dem Prinzip des FMCW-Radarsystems vorherzusagen, repräsentiert durch Ausdrücke (3) und (4) und dergleichen.
Die Spitzenfrequenz-Änderungsraten-Recheneinheit 173 ist konfiguriert, um, wenn eine Spitzenfrequenz-Bin-Nummer in der Nähe der vorhergesagten Spitzenfrequenz-Bin-Nummer in der aktuellen Verarbeitungsperiode beobachtet wird, nachfolgend eine Korrelation zu ermitteln, unter der Annahme, dass die beobachtete Spitzenfrequenz-Bin-Nummer aus dem Ziel abgeleitet ist, das eine Paarung in der vorigen Verarbeitungsperiode etabliert hat, um dadurch die Spitzenfrequenz-Bin-Nummern-Änderungsrate pro Verarbeitungsperiode zu berechnen. Die berechnete Spitzenfrequenz-Bin-Nummern-Änderungsrate wird für eine Paarung verwendet, die durch die Paarungseinheit 174 durchzuführen ist.
Die Spurverarbeitungseinheit 175 ist konfiguriert, eine bekannte Spurverfolgungsverarbeitung zum Ermitteln einer Zeitreihenkorrelation an dem Beobachtungswert der Zielinformation durchzuführen, die nach der Paarung ermittelt wird, um dadurch jeden Beobachtungswert mit einem Spurverfolgungsfilter zu glätten, oder Interpolation oder Extrapolation durchzuführen, wenn das Ziel nicht zeitweilig detektiert werden kann. In der ersten Ausführungsform ist die Zielinformation als ein Beispiel gegeben, aber eine Koordinatenumwandlung aus Polarkoordinaten zu Kartesischen Koordinaten kann nach Bedarf durchgeführt werden.
Die Steuerzielauswahleinheit 176 ist konfiguriert, ein ausgewähltes Ziel zu extrahieren, das in verschiedenen Anwendungen in der Fahrzeugsteuervorrichtung 4 erforderlich ist, um Fahrzeugsteuerung und verschiedene Warnungen durchzuführen. Beispielsweise, wenn Applikationen für Vorwärtsobjekte, wie etwa ACC und CMB, in die Fahrzeugsteuervorrichtung 4 inkorporiert sind, ist die Steuerzielauswahleinheit 176 konfiguriert, die Fahrrichtung des eigenen Fahrzeugs basierend auf dem detektierten Wert vom Fahrgeschwindigkeitssensor 2 oder dem Gier-Ratensensor 3 zu schätzen und als das ausgewählte Ziel das Ziel am nächsten am eigenen Fahrzeug aus den auf der eigenen Fahrzeugspur anwesenden Zielen auszuwählen.
In der ersten Ausführungsform sind nur der Fahrgeschwindigkeitssensor 2 und der Gier-Ratensensor 3 als Sensoren zum Extrahieren eines fokussierten Ziels beschrieben, aber zum Extrahieren des fokussierten Ziels notwendige Sensoren werden je nachdem in Übereinstimmung mit den Spezifikationen der Anwendungen hinzugefügt.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Konfiguration der ersten Ausführungsform und den Betrieb der oben beschriebenen Konfiguration beschränkt, und die erste Ausführungsform kann angemessen modifiziert oder teilweise weggelassen werden, innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung.
Wie beispielsweise oben beschrieben, selbst wenn die Anzahl von Antennen jedes des Senders 13 und des Empfängers 14 angemessen erhöht oder abgesenkt wird, ist die vorliegende Erfindung ausgeführt, solange wie der Sendesignalgenerator 12, der Schwebungssignalgenerator 15 und der A/D-Wandler 16 gemäß der Anzahl der Antennen vorgesehen sind. Weiter ist die vorliegende Erfindung ausgeführt, selbst wenn ein Teil der Komponenten der FMCW-Radarvorrichtung 1 getrennt oder isoliert ist, zum Beispiel sogar wenn ein Teil oder alle Komponenten des Signalprozessors 17 in die Fahrzeugsteuervorrichtung 4 inkorporiert sind.
Weiter ist in der ersten Ausführungsform eine Beschreibung unter der Annahme gegeben worden, dass die Verarbeitungsperiode T konstant ist, aber die Verarbeitungsperiode T muss nicht immer konstant sein. Wenn die Verarbeitungsperiode T nicht konstant ist, kann eine Verarbeitung durchgeführt werden, während die Verarbeitung unter Verwendung der Abstandsänderungsrate, der Relativgeschwindigkeits-Änderungsrate und der Spitzenfrequenz-Bin-Nummern-Änderungsrate pro Verarbeitungsperiode ersetzt wird, durch die, welche die Änderungsraten pro Zeiteinheit verwenden, beispielsweise gemäß Ausdrücken (7) und (8).
Wie oben beschrieben, werden gemäß der ersten Ausführungsform die erste Spitzenfrequenzänderungsrate während der ersten Chirp-Periode und die zweite Spitzenfrequenzänderungsrate während der zweiten Chirp-Periode verwendet, um den ersten zeitweiligen Abstand während der ersten Chirp-Periode und den zweiten zeitweiligen Abstand während der zweiten Chirp-Periode zu berechnen. Wenn die Differenz zwischen dem ersten zeitweiligen Abstand und dem zweiten zeitweiligen Abstand gleich oder kleiner als ein eingestellter Schwellenwert ist, werden die erste Spitzenfrequenz und die zweite Spitzenfrequenz in der aktuellen Verarbeitungsperiode miteinander gepaart. Damit wird ein Paar nicht zwischen Spitzenfrequenzen etabliert, die zeitweilige Abstande aufweisen, die sich signifikant voneinander unterscheiden. Daher kann in der FMCW-Radarvorrichtung im Vergleich zu dem Fall, bei dem Paare zwischen allen ersten Spitzenfrequenzen und allen zweiten Spitzenfrequenzen ermittelt werden, die Auftrittsfrequenz von Paarungsfehler reduziert werden.
Weiter kann die oben erwähnte Konfiguration in Kombination mit Bedingungen von Spitzenintensität und dergleichen verwendet werden, wie im, in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. Hei 4-343084 offenbarten Stand der Technik. In diesem Fall, selbst wenn die Spitzenintensitäten im Wesentlichen dieselben wie im in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. Hei-343084 offenbarten Stand der Technik sind, wenn die Differenz zwischen dem ersten zeitweiligen Abstand und dem zweiten zeitweiligen Abstand größer als ein eingestellter Schwellenwert ist, kann dieses Paar als ein fehlerhaftes Paar entfernt werden. Weiter wird in der oben erwähnten Konfiguration die Verarbeitung nicht unter der Annahme durchgeführt, einer linearen gleichförmigen Bewegung und daher ist die Konfiguration effektiv, selbst wenn das eigene Fahrzeug und das Ziel beschleunigen oder verlangsamen.

Claims

FMCW-Radarvorrichtung, umfassend: einen Sendesignalgenerator (12), der konfiguriert ist, ein Sendesignal mit einer ersten Chirp-Periode und einer zweiten Chirp-Periode zu erzeugen; einen Sender (13), der konfiguriert ist, das Sendesignal in einen Raum abzustrahlen; einen Empfänger (14), der konfiguriert ist, das von einem Ziel reflektierte Sendesignal zu empfangen, um ein Empfangssignal zu erfassen; einen Schwebungssignal-Generator (15), der konfiguriert ist, ein Schwebungssignal durch Mischen des Empfangssignals und des Sendesignals zu erzeugen; und einen Signalprozessor (17), umfassend: eine Schwebungsfrequenzverteilungs-Erzeugungseinheit (171), die konfiguriert ist, eine erste Schwebungsfrequenzverteilung durch Analysieren einer Frequenz des Schwebungssignals während der ersten Chirp-Periode zu erzeugen und eine zweite Schwebungsfrequenzverteilung durch Analysieren einer Frequenz des Schwebungssignals während der zweiten Chirp-Periode zu erzeugen; eine Spitzendetektionseinheit (172), die konfiguriert ist, eine erste Spitzenfrequenz aus der ersten Schwebungsfrequenzverteilung zu detektieren und eine zweite Spitzenfrequenz aus der zweiten Schwebungsfrequenzverteilung zu detektieren; eine Spitzenfrequenz-Änderungsraten-Recheneinheit (173), die konfiguriert ist, eine erste Spitzenfrequenzänderungsrate basierend auf der ersten Spitzenfrequenz in einer aktuellen Verarbeitungsperiode und der ersten Spitzenfrequenz in einer vorigen Verarbeitungsperiode, die vor der aktuellen Verarbeitungsperiode durchgeführt wird, zu berechnen, und eine zweite Spitzenfrequenzänderungsrate basierend auf der zweiten Spitzenfrequenz in der aktuellen Verarbeitungsperiode und der zweiten Spitzenfrequenz in der vorigen Verarbeitungsperiode zu berechnen; und eine Paarungseinheit (174), die konfiguriert ist: eine Abstandsänderungsrate und eine Relativgeschwindigkeits-Änderungsrate basierend auf der ersten Spitzenfrequenzänderungsrate und der zweiten Spitzenfrequenzänderungsrate zu berechnen; einen Relativgeschwindigkeits-Schätzwert in der aktuellen Verarbeitungsperiode basierend auf der Abstandsänderungsrate und der Relativgeschwindigkeits-Änderungsrate zu berechnen; einen ersten zeitweiligen Abstand basierend auf dem Relativgeschwindigkeits-Schätzwert und der ersten Spitzenfrequenz in der aktuellen Verarbeitungsperiode zu berechnen; einen zweiten zeitweiligen Abstand basierend auf dem Relativgeschwindigkeits-Schätzwert und der zweiten Spitzenfrequenz in der aktuellen Verarbeitungsperiode zu berechnen; und die erste Spitzenfrequenz und die zweite Spitzenfrequenz in der aktuellen Verarbeitungsperiode miteinander zu paaren, wenn eine Differenz zwischen dem ersten zeitweiligen Abstand und dem zweiten zeitweiligen Abstand gleich oder kleiner einem eingestellten Schwellenwert ist.
FMCW-Radarvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die erste Chirp-Periode eine Up-Chirp-Periode umfasst, und wobei die zweite Chirp-Periode eine Down-Chirp-Periode umfasst.
FMCW-Radarvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die zweite Chirp-Periode sich entweder in einer Abstandsauflösung oder einer Relativgeschwindigkeitsauflösung von der ersten Chirp-Periode unterscheidet.
FMCW-Radarvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Spitzendetektionseinheit (172) konfiguriert ist, um, wenn eine Frequenz-Bin-Nummer einer Frequenz jeder der ersten Schwebungsfrequenzverteilung und der zweiten Schwebungsfrequenzverteilung zugewiesen ist: als die erste Spitzenfrequenz eine erste Spitzenfrequenz-Bin-Nummer aus der ersten Schwebungsfrequenzverteilung zu detektieren; und als die zweite Spitzenfrequenz eine zweite Spitzenfrequenz-Bin-Nummer aus der zweiten Schwebungsfrequenzverteilung zu detektieren.
FMCW-Radarvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Spitzendetektionseinheit (172) konfiguriert ist, wenn eine Frequenz-Bin-Nummer einer Frequenz sowohl der ersten Schwebungsfrequenzverteilung als auch der zweiten Schwebungsfrequenzverteilung zugewiesen ist: eine zeitweilige erste Spitzenfrequenz-Bin-Nummer aus der ersten Schwebungsfrequenzverteilung zu detektieren; eine wahre erste Spitzenfrequenz-Bin-Nummer in einer kleineren Einheit als einer Frequenzauflösung abzuschätzen, basierend auf der zeitweiligen ersten Spitzenfrequenz-Bin-Nummer; die wahre erste Spitzenfrequenz-Bin-Nummer als die erste Spitzenfrequenz zu detektieren; eine zeitweilige zweite Spitzenfrequenz-Bin-Nummer aus der zweiten Schwebungsfrequenzverteilung zu detektieren; eine wahre zweite Spitzenfrequenz-Bin-Nummer in einer kleineren Einheit als der Frequenzauflösung abzuschätzen, basierend auf der zeitweiligen zweiten Spitzenfrequenz-Bin-Nummer; und die wahre zweite Spitzenfrequenz-Bin-Nummer als die zweite Spitzenfrequenz zu detektieren.
FMCW-Radarvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Spitzenfrequenz-Änderungsraten-Recheneinheit (173) konfiguriert ist: als die erste Spitzenfrequenzänderungsrate eine Differenz zwischen der ersten Spitzenfrequenz in der aktuellen Verarbeitungsperiode und der ersten Spitzenfrequenz in der vorigen Verarbeitungsperiode zu berechnen; und als die zweite Spitzenfrequenzänderungsrate eine Differenz zwischen der zweiten Spitzenfrequenz in der aktuellen Verarbeitungsperiode und der zweiten Spitzenfrequenz in der vorigen Verarbeitungsperiode zu berechnen.
FMCW-Radarvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Spitzenfrequenz-Änderungsraten-Recheneinheit (173) konfiguriert ist, eine Zeitreihenverarbeitung an sowohl der ersten Spitzenfrequenz als auch der zweiten Spitzenfrequenz in der vorigen Verarbeitungsperiode, und an sowohl der ersten Spitzenfrequenz als auch der zweiten Spitzenfrequenz in der aktuellen Verarbeitungsperiode durchzuführen, um dadurch die erste Spitzenfrequenzänderungsrate und die zweite Spitzenfrequenzänderungsrate zu berechnen.
FMCW-Radarvorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei die Spitzenfrequenz-Änderungsraten-Recheneinheit (173) konfiguriert ist, als die Zeitreihenverarbeitung in jeder Verarbeitungsperiode: eine erste vorhergesagte Spitzenfrequenz in der aktuellen Verarbeitungsperiode vorherzusagen, basierend auf einer geglätteten ersten Spitzenfrequenz und einer geglätteten ersten Spitzenfrequenzänderungsrate in der vorigen Verarbeitungsperiode; eine zweite vorhergesagte Spitzenfrequenz in der aktuellen Verarbeitungsperiode vorherzusagen, basierend auf einer geglätteten zweiten Spitzenfrequenz und einer geglätteten zweiten Spitzenfrequenzänderungsrate in der vorigen Verarbeitungsperiode; eine Korrelation zwischen der ersten Spitzenfrequenz in der aktuellen Verarbeitungsperiode und der ersten vorhergesagten Spitzenfrequenz zu ermitteln; eine Korrelation zwischen der zweiten Spitzenfrequenz in der aktuellen Verarbeitungsperiode und der zweiten vorhergesagten Spitzenfrequenz zu ermitteln; Spurverfolgungs-Filterverarbeitung an der ersten Spitzenfrequenz in der aktuellen Verarbeitungsperiode und der ersten vorhergesagten Spitzenfrequenz, welche die Korrelation dazwischen erhalten haben, durchzuführen, um dadurch die geglättete erste Spitzenfrequenz und die geglättete erste Spitzenfrequenzänderungsrate zu berechnen; die Spurverfolgungs-Filterverarbeitung an der zweiten Spitzenfrequenz in der aktuellen Verarbeitungsperiode und der zweiten vorhergesagten Spitzenfrequenz, welche die Korrelation dazwischen erhalten haben, durchzuführen, um dadurch die geglättete zweite Spitzenfrequenz und die geglättete zweiten Spitzenfrequenzänderungsrate zu berechnen; die geglättete erste Spitzenfrequenz als die erste Spitzenfrequenz in der aktuellen Verarbeitungsperiode einzustellen; und die geglättete zweite Spitzenfrequenz als die zweite Spitzenfrequenz in der aktuellen Verarbeitungsperiode einzustellen.