DE10243115A1

DE10243115A1 - Zum Minimieren eines Fehlers im Erfassen eines Ziels ausgelegter Radar

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Publication number: DE10243115A1
Application number: DE10243115A
Authority: DE
Inventors: Kazuma Natsume
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-09-17
Filing date: 2002-09-17
Publication date: 2003-04-30
Anticipated expiration: 2022-09-18
Also published as: US20030052813A1; JP2003161776A; JP3988571B2; DE10243115B4; US6646589B2

Abstract

Ein FMCW-Radargerät wird bereitgestellt, welches in Fahrzeug-Antikollisions- oder Radarfahrtregelungssystemen eingesetzt werden kann. In einem Abstandsmeßmodus wird nur einer von Kanälen verwendet, um ein Schwebungssignal kontinuierlich abzutasten, wodurch eine Abtastfrequenz auf das Nc-fache der in einem Azimutmeßmodus erhöht und eine Wobbelzeit, in welcher ein Sendesignal zyklisch in einer Frequenz aufwärts und abwärts wobbelt, minimiert werden kann. Dies bewirkt, daß die halbe Abtastfrequenz höher als eine Frequenzkomponente ist, welche hinreichend von einem außerhalb eines vorgegebenen Radarbereichs befindlichen Fernziels herrührt, wodurch ein Fehler dahingehend, daß das Fernziel als innerhalb des voreingestellten Radarbereichs lokalisiert wird, beseitigt wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Technisches Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Radargerät wie etwa ein FMCW-(frequenzmoduliertes Dauerstrich)-Radar, welches ausgelegt ist, um durch eine Mehrzahl von Antennen eine frequenzmodulierte Radarwelle auszusenden und ein Echo derselben von einem Objekt zu empfangen, um den Abstand zu dem Objekt, dessen Relativgeschwindigkeit und Azimut oder Winkelrichtung zu bestimmen.

2. Stand der Technik

In der jüngeren Vergangenheit wurde versucht, Radargeräte in einer Antikollisionsvorrichtung von Kraftfahrzeugen zu verwenden. Als solche wurden FMCW-Radargeräte, welche zum Messen sowohl des Abstands zu einem Ziel als auch dessen Relativgeschwindigkeit ausgelegt sind, als Radargeräte zur Erleichterung von Miniaturisierung und Reduktion von Herstellungskosten hiervon vorgeschlagen.

Typische FMCW-Radargeräte senden ein Radarsignal Ss aus, wie durch eine durchgezogene Linie in Fig. 9(a) angedeutet, welches mit einer Dreieckwelle frequenzmoduliert ist, um eine Frequenz aufzuweisen, welche steigt und fällt, d. h. zyklisch in einer linearen Art und Weise aufwärts und abwärts wobbelt, und empfangen ein Radarecho des ausgesendeten Radarsignals Ss von einem Ziel. Das empfangene Signal Sr, wie durch eine unterbrochene Linie angedeutet, ist in der Regel einer Zeitverzögerung Tr, welche das Radarsignal Ss braucht, um von dem Radargerät zu dem Ziel und zurück zu wandern, d. h., einer zeitlichen Nacheilung, welche von dem Abstand zu dem Ziel abhängt, unterworfen und wird als eine Funktion der Relativgeschwindigkeit des Ziels in der Frequenz um Fd Dopplerverschoben.

Das empfangene Signal Sr und das ausgesendete Signal Ss werden durch einen Mischer zusammengemischt, um ein Schwebungssignal B zu erzeugen, wie in Fig. 9(b) gezeigt, dessen Frequenz gleich einer Frequenzdifferenz zwischen dem empfangenen Signal Sr und dem ausgesendeten Signal Ss ist. Falls die Frequenz des Schwebungssignals B, wenn die Frequenz des Sendesignals Ss ansteigt oder aufwärts wobbelt, welche nachstehend als eine Schwebungsfrequenz in einem Anstiegsbereich einer modulierten Frequenz bezeichnet werden wird, als fb1 definiert ist, die Frequenz des Schwebungssignals B, wenn die Frequenz des Sendesignals Ss abwärts wobbelt, welche nachstehend als eine Schwebungsfrequenz in einem Abfallbereich einer modulierten Frequenz bezeichnet werden wird, als fb2 definiert ist, dann kann die Frequenz fr aufgrund der Zeitverzögerung Tr und die Doppler-verschobene Frequenz fd ausgedrückt werden als:

Unter Verwendung der Frequenzen fr und fd kann der Abstand R zu dem Ziel und dessen Relativgeschwindigkeit V ausgedrückt werden als:

wobei c die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Funkwelle ist, fm eine Modulationsfrequenz des ausgesendeten Signals Ss ist, ΔF eine Variation in einer Frequenz (d. h. Amplitude) des ausgesendeten Signals Ss ist und Fo eine Mittenfrequenz des ausgesendeten Signals Ss ist.

Die Bestimmung der Schwebungsfrequenzen fb1 und fb2 wird üblicherweise unter Verwendung eines Signalprozessors bewerkstelligt. Insbesondere wird das Schwebungssignal B sowohl in dem Anstiegs- als auch Abfallbereich der modulierten Frequenz nacheinander abgetastet und einer schnellen Fourier-Transformation (FFT) unterworfen, um ein Frequenzspektrum des Schwebungssignals B zu finden. Frequenzkomponenten, welche Spitzenwerte in der Signalstärke innerhalb des Anstiegs- und Abfallbereichs der modulierten Frequenz zeigen, werden als die Schwebungsfrequenzen fb1 bzw. fb2 bestimmt.

Die Abtastfrequenz fs des Schwebungssignals B muß, wie im Stand der Technik wohlbekannt ist, das zweifache einer oberen Frequenzgrenze des Schwebungssignals B betragen. Insbesondere werden die Frequenzvariation ΔF und ein Modulationszyklus 1/fm einer Radarwelle so festgelegt, daß Frequenzkomponenten des Schwebungssignals B aufgrund von Echos der Radarwelle von Zielen, welche sich innerhalb eines vorgegebenen Zielerfassungsbereichs befinden, in ein Band fallen, welches unterhalb der oberen Frequenzgrenze des Schwebungssignals B vorgegeben ist.

Üblicherweise sind Echos der Radarwelle von stationären Objekten wie etwa Fußgängerbrücken oder Gebäuden nahe einer Straße, welche bezüglich einer Abmessung viel größer als herkömmliche Kraftfahrzeuge sind, auch dann pegelstark, wenn sie sich außerhalb des Zielerfassungsbereichs befinden (solche Objekte werden nachstehend als Fernziele bezeichnet werden). Daher wird, wenn das Radargerät ein Radarecho von dem Fernziel empfängt, dies bewirken, daß das Schwebungssignal B, wie in Fig. 10(a) gezeigt, eine Frequenzkomponente enthält, welche die obere Frequenzgrenze überschreitet. Fig. 10(a) stellt ein Frequenzspektrum des Schwebungssignals B dar. In diesem Fall wird, wenn das Schwebungssignal B abgetastet und der FFT unterworfen wird, dies bewirken, daß die Frequenzkomponente aufgrund des Fernziels, welche die obere Frequenzgrenze des Schwebungssignals B überschreitet, wie durch eine unterbrochene Linie angedeutet, an eine Stelle verschoben wird, welche bezüglich des halben Werts der Abtastfrequenz fs symmetrisch ist, so daß sie als eine Frequenzspitze innerhalb des vorgegebenen Bandes erscheint. Dies bewirkt, daß das Radargerät das Fernziel fehlerhaft als innerhalb des Zielerfassungsbereichs liegend identifiziert.

Auch bei Nichtvorliegen der Fernziele kann die FFT von Abtastwerten des Schwebungssignals B bewirken, daß sich irgendwelche Rauschkomponenten, wie in Fig. 10(b) gezeigt, von außerhalb der oberen Frequenzgrenze des Schwebungssignals B in das vorgegebene Band hinein bewegen, wodurch ein Anstieg eines Grundrauschens innerhalb des vorgegebenen Bandes hervorgerufen wird, was zu einem Abfall des Rauschabstands führt, womit ein Absinken der Radarleistung hervorgerufen wird. Um dieses Problem zu vermeiden, kann ein Anti-Aliasing-Filter an einen Ausgang des Mischers gekoppelt werden, um, wie in Fig. 10(c) gezeigt, Rauschkomponenten zu entfernen, welche außerhalb des vorgegebenen Bandes liegen, insbesondere Frequenzkomponenten oberhalb des halben Werts der Abtastfrequenz fs von dem Schwebungssignal B, welches durch den Mischer erzeugt wird.

Elektronisch abgetastete Radarsysteme sind bekannterweise auch zum Ausweiten des Zielerfassungsbereichs oder Verbessern der Bestimmungsgenauigkeit der Winkelrichtung eines Ziels ausgelegt. Ein Radarsystem solcher Art arbeitet, um ein Echo einer Radarwelle von einem Ziel durch eine Mehrzahl von Antennen zu empfangen und die Winkelrichtung des Ziels auf der Grundlage von Phasen- und Pegeldifferenzen der durch die Antennen empfangenen Signale zu bestimmen. Z. B lehrt US-P-6,292,129 an Mazugatani et al. (entsprechend japanischer Patenterstveröffentlichung Nr. 2000-284047), welche dem gleichen Anmelder wie dem dieser Anmeldung zugeordnet ist, das elektronisch abgetastete Radarsystem, welches zum Verringern der Herstellungskosten einen einzigen Mischer verwendet. Der Mischer ist ausgelegt, um Signale, welche durch eine Mehrzahl von Antennen empfangen werden, durch Zeitteilung zu verarbeiten, um ein Schwebungssignal zu erzeugen. In der nachstehenden Diskussion werden Kombinationen von Sendeantennen und Empfangsantennen jeweils als Kanäle bezeichnet werden.

Die Verwendung eines Anti-Aliasing-Filters in dem vorgenannten System, in welchem der Mischer Eingänge von den Antennen in Zeitteilung verarbeitet, erhöht eine Schwierigkeit dahingehend, Informationen über Ziele genau abzuleiten. Insbesondere enthält, falls ein Zyklus, in welchem die Kanäle von einem zu einem anderen umgeschaltet werden, als 1/fx definiert ist, ein durch Zeitteilung gemultiplextes Signal, welches in dem Mischer eingegeben wird, eine Oberschwingung, welche ein ganzzahliges Vielfaches einer Frequenz fx ist. Ein Ausgang des Mischers, d. h., das Schwebungssignal B, enthält somit eine Frequenzkomponente, welche von dieser Oberschwingung herrührt, was zu einem Anstieg in dem Frequenzband des Schwebungssignals B führt. Dies bewirkt, daß der Anti- Aliasing-Filter auch Informationen beseitigt, welche benötigt werden, um die durch Zeitteilung gemultiplexten Signale in diskrete Komponenten für die jeweiligen Kanäle zu demultiplexieren. Dies führt zu einem Überlappen der diskreten Komponenten, womit eine Schwierigkeit im genauen Abtasten der Pegel der durch die Antennen empfangenen Signale hervorgerufen wird.

Radarsysteme, welche eine Mehrzahl von Sendeantennen verwenden, arbeiten, um eine Radarwelle durch Zeitteilung zu multiplexen. Daher empfangen sie, auch wenn für jede Empfangsantenne ein Mischer vorgesehen ist, jeweils Echosignale der durch Zeitteilung gemultiplexten Komponenten der Radarwelle, womit dasselbe Problem wie zuvor beschrieben hervorgerufen wird.

Die Bestimmung einer Winkelrichtung eines Ziels als Funktionen von Phasen- und Intensitätsunterschieden von Echosignalen, welche durch eine Mehrzahl von Kanälen empfangen werden, erfordert eine Zeitkonsistenz oder -synchronisierung zwischen den Echosignalen. Zu diesem Zweck müssen alle Datenelemente, welche in jedem Kanal für die FFT benötigt werden, innerhalb einer Wobbelzeit T (= 1/2fm), welche für sowohl ein Aufwärts- als auch ein Abwärtswobbeln der Frequenz eines Sendesignals gebraucht wird (d. h. innerhalb sowohl des Anstiegs- als auch -abfallbereichs der modulierten Frequenz), erhalten werden.

Falls eine Gesamtzahl von Datenelementen, welche innerhalb der Wobbelzeit T abzutasten sind, als n (= Anzahl Nc von Kanälen × Anzahl Dpc von in jedem Kanal abzutastenden Datenelementen) definiert ist und ein Zeitintervall, in welchem die Kanäle von einem zu einem anderen umgeschaltet werden, als 1/fx definiert ist, kann die Wobbelzeit T ausgedrückt werden als:

wobei die Abtastfrequenz fs in jedem Kanal = fx/Nc. Man beachte, daß das Kanalumschaltintervall 1/fx auf weniger als eine Umschaltgeschwindigkeit eines Hochfrequenzschalters, welcher arbeitet, um zwischen Verbindungen von Antennen mit einem Mischer umzuschalten, oder eine Arbeitsgeschwindigkeit (d. h. eine Abtastgeschwindigkeit) eines A/D-Wandlers, welcher arbeitet, um das Schwebungssignal abzutasten, je nachdem, welche langsamer ist, beschränkt ist.

Falls die Anzahl Dpc von in jedem Kanal abzutastenden Datenelementen festgelegt ist, hängt die Wobbelzeit T nur von der Anzahl Nc von Kanälen ab. Ein Erhöhen der Anzahl Nc von Kanälen, um die Fähigkeit, die Winkelrichtung eines Ziels zu bestimmen, zu verbessern, resultiert somit in einem Erhöhen der Wobbelzeit T.

Eine solche Erhöhung der Wobbelzeit T resultiert jedoch in typischen FMWC-Radargeräten in einer unerwünschten Verkleinerung eines Radarbereichs, welcher in der Lage ist, die Relativgeschwindigkeit V eines Ziels zu bestimmen. Insbesondere werden die Schwebungsfrequenzen fb1 und fb2, welche durch die FFT erzeugt werden, in einem ganzzahligen Vielfachen einer Einheitsfrequenz 1/T gemessen, was der Kehrwert der Wobbelzeit T ist. Die Auflösung Δf der Schwebungsfrequenzen fb1 und fb2, d. h., Auflösungen Δfr und Δfd der Frequenzen fr und fd, sind somit durch die nachstehende Gleichung gegeben.

Die Auflösung ΔR im Bereich des FMCW-Radars wird durch nachstehende Gleichung (7) ausgedrückt, welche durch Substituieren von fr durch Δfr auf der rechten Seite von Gleichung (3) umgeschrieben ist.

Die Auflösung ΔV beim Bestimmen der Relativgeschwindigkeit eines Ziels wird durch nachstehende Gleichung (8) ausgedrückt, welche durch Substituieren von fd durch Δfd auf der rechten Seite von Gleichung (4) und Umschreiben derselben unter Verwendung von Gleichung (6) erhalten wird.

Gl. (7) und (8) zeigen, daß ein Vergrößern der Frequenzvariation ΔF zu einer Erhöhung der Bereichsauflösung ΔR führt, und ein Erhöhen der Wobbelzeit T zu einer Erhöhung der Geschwindigkeitsauflösung ΔV, aber zu einer unerwünschten Verkleinerung eines Radarbereichs, welcher in der Lage ist, die Relativgeschwindigkeit V eines Ziels zu bestimmen, führt.

Fig. 11(a) zeigt eine Variation der Wobbelzeit T für unterschiedliche Werte der Abtastfrequenz fs in einem Kanal in einem Modulationsmodus A (185 kHz) und einem Modulationsmodus B (370 kHz), falls die Frequenzvariation ΔF konstant ist (200 MHz). Fig. 11(b) zeigt eine Änderung des Radarbereichs, innerhalb dessen der Abstand R zu einem Ziel und dessen Relativgeschwindigkeit V bestimmt werden kann. Wie aus den Zeichnungen klar ist, führt ein Erhöhen der Wobbelzeit T in dem Modulationsmodus A zu einer Verkleinerung des Radarbereichs, innerhalb dessen die Relativgeschwindigkeit V bestimmt werden kann. Man beachte, daß ein größter meßbarer Abstand zu einem Objekt bestimmt ist, wenn fr = fs/2, und eine größte meßbare Relativgeschwindigkeit des Objekts bestimmt ist, wenn fd = fs/4. Die Anzahl Dpc von in jedem Kanal abzutastenden Datenelementen ist 512.

Insbesondere müssen sich Radargeräte, welche mehrere Kanäle aufweisen, welche aus einer Mehrzahl von Sendeantennen errichtet sind, für wenigstens eine Zeit, welche eine Radarwelle braucht, um von dem Radargerät zu einem Ziel und zurück zu wandern, in einem Wartezustand befinden, um ein Problem zu beseitigen, daß, nachdem die Kanäle von einem zu einem anderen umgeschaltet worden sind, ein Schwebungssignal, welches von einem Echo einer von einer vorausgehenden der Sendeantennen ausgegebenen Radarwelle herrührt, fehlerhaft als von einem Echo einer von der Sendeantenne des nun ausgewählten Kanals ausgesendeten Radarwelle herrührend abgetastet wird. Insbesondere ist es erforderlich, die Wobbelzeit T zu erhöhen, um ein solches Problem zu vermeiden.

Typische FMCW-Radargeräte empfangen üblicherweise ein Echo einer Radarwelle von einer Straßenoberfläche durch einen durch eine Antenne ausgebildeten Strahl, welches einem Schwebungssignal als eine unerwünschte Signalkomponente hinzugefügt wird, wodurch die Erfassung einer Schwebungsfrequenz innerhalb eines Frequenzbands einer solchen Signalkomponente gestört wird. Z. B. ist ein Echo einer Radarwelle von einer Straßenoberfläche, wie in Fig. 12 gezeigt, empfangen durch eine Seitenkeule, üblicherweise das, was von einem nahen Abstand, welcher geringer als die Bereichsauflösung des Radargeräts ist, in das Radargerät eingetreten ist, so daß eine Frequenzkomponente von einer zeitlichen Nacheilung zwischen Aussendung der Radarwelle und Empfang des Echos hiervon herrührt. Die Radarwelle wandert vorwärts bezüglich des Fahrzeugs und fällt unter einem Winkel θ auf die Straßenoberfläche. Der Einfallswinkel θ ist eine Funktion des Abstands zwischen einem Abschnitt der Straßenoberfläche, auf welchen die Radarwelle fällt, und dem Fahrzeug. Eine Komponente einer Straßenoberfläche-zu-Fahrzeug-Geschwindigkeit in einer Richtung des Einfallswinkels θ, wie durch schwarze Pfeile in der Zeichnung angedeutet, d. h., eine scheinbare Relativgeschwindigkeit eines auf der Grundlage des Echos der Radarwelle von der Straßenoberfläche bestimmten Ziels, variiert daher in hohem Maße. Diese Variation resultiert in einer Variation der Doppler-Verschiebung des durch das Radargerät empfangenen Echos der Radarwelle, womit über einen weiten Bereich unerwünschte Signalkomponenten hervorgerufen werden, welche zu dem Schwebungssignal hinzuzufügen sind.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Stands der Technik zu vermeiden.

Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Radarvorrichtung mit verbesserter Zuverlässigkeit bereitzustellen, welche ausgelegt ist, um einen Fehler in der Erfassung eines außerhalb eines vorgegebenen Radarerfassungsbereichs vorliegenden Fernziels zu beseitigen und auch eine ungünstige Wirkung eines Echos einer Radarwelle von einer Straßenoberfläche zu minimieren, ohne die Fähigkeit des Radargeräts zu opfern, den Abstand zu einem Ziel und dessen Relativgeschwindigkeit zu bestimmen.

Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung wird eine Radarvorrichtung bereitgestellt, welche in einem Kraftfahrzeug installiert werden kann, um ein Objekt zu erfassen, welches voraus vorliegt, um den Abstand zu dem Objekt, dessen Relativgeschwindigkeit und Azimut oder Winkelrichtung zu bestimmen. Die Radarvorrichtung weist auf: (a) einen Sendesignalgenerator, welcher ein Sendesignal erzeugt, welches bezüglich einer Frequenz so moduliert ist, daß es zyklisch mit der Zeit variiert; (b) einen Sender- Empfänger, welcher eine Mehrzahl von Kanälen aufweist, von denen jeder aus einer Sendeantenne und einer Empfangsantenne aufgebaut ist, wobei der Sender-Empfänger das Sendesignal in der Form einer Radarwelle ausgibt und ein Echo der Radarwelle von einem Ziel durch irgendeinen der Kanäle empfängt; (c) eine Umschaltschaltung, welche einen der Kanäle auf einen anderen, welcher in dem Sender-Empfänger zu verwenden ist, umschaltet; (c) einen Schwebungssignalgenerator, welcher ein Schwebungssignal erzeugt; und (e) einen Signalprozessor, welcher das durch den Schwebungssignalgenerator erzeugte Schwebungssignal abtastet und Abtastwerte des Schwebungssignals einer gegebenen Signalverarbeitungsoperation unterzieht, um vorbestimmte Informationen über das Ziel zu erzeugen.

Die Umschaltschaltung führt innerhalb jedes Zyklus einer Frequenzmodulation des Sendesignals einen ersten Schaltsteuerungsmodus und einen zweiten Schaltsteuerungsmodus durch. In dem ersten Schaltsteuerungsmodus werden in einem Zyklus alle Kanäle nacheinander ausgewählt. In dem zweiten Schaltsteuerungsmodus wird in einem Zyklus eine vorbestimmte Anzahl der Kanäle ausgewählt. Der Schwebungssignalgenerator mischt ein Echosignal, welches von einem der Kanäle empfangen wird, oder Echosignale, welche von allen der durch die Umschaltschaltung ausgewählten Kanäle empfangen werden, mit einem lokalen Signal, welches die gleiche Frequenz wie die des Sendesignals aufweist, um das Schwebungssignal zu erzeugen. Wenn alle der Kanäle nacheinander ausgewählt sind, wird das Schwebungssignal durch Multiplexen der Echosignale durch Zeitteilung erzeugt.

In dem zweiten Schaltsteuerungsmodus wird, wie zuvor beschrieben, der Teil der Kanäle verwendet, wodurch der Freiheitsgrad erhöht wird, den Zyklus einer Modulation einer Frequenz des Sendesignals und eine Steigung der modulierten Frequenz des Sendesignals festzulegen. Z. B. ist es möglich, den Zyklus einer Frequenzmodulation zum Vergrößern der Steigung der modulierten Frequenz und einen Zyklus, in welchem das Schwebungssignal durch den Signalprozessor in jedem Kanal abgetastet wird, zu verkürzen. Dies führt zu einer verbesserten Genauigkeit einer Erfassung eines gewünschten Ziels.

In der bevorzugten Art der Erfindung ändert der Sendesignalgenerator einen Zyklus einer Modulation der Frequenz des Sendesignals auf eine zeitliche Länge, welche benötigt wird, um die in einer Operation des Signalprozessors benötigten Abtastwerte des Schwebungssignals zu erhalten, als eine Funktion einer Anzahl der durch die Umschaltschaltung umzuschaltenden Kanäle. Falls die Steigung der modulierten Frequenz des Sendesignals in dem ersten Schaltsteuerungsmodus kleiner festgelegt ist, ist es möglich, die Relativgeschwindigkeit des Ziels mit hoher Auflösung zu bestimmen. Falls die Steigung der modulierten Frequenz des Sendesignals in dem zweiten Schaltsteuerungsmodus größer festgelegt ist, ist es möglich, einen Bereich, in welchem die Relativgeschwindigkeit des Ziels bestimmt werden kann, auszuweiten.

Der verkürzte Zyklus einer Frequenzmodulation resultiert in einer verringerten Ausbreitung einer unerwünschten Signalkomponente, welche aus einer Reflexion der Radarwelle von einer Straßenoberfläche herrührt, womit die Messung einer Frequenzkomponente des Schwebungssignals aufgrund einer Reflexion der Radarwelle von einem gewünschten Ziel erleichtert wird, was in einer erhöhten Genauigkeit im Finden von Schwebungsfrequenzen resultiert.

Z. B. können, falls schnelle Fourier-Transformationen von Abtastwerten des Schwebungssignals berechnet werden, Schwebungsfrequenzen fb1 und fb2, d. h., Frequenzen fr und fd, in einer Einheit ausgedrückt werden, welche die Frequenzauflösung Δf ist, wie durch Gl. (6) ausgedrückt, welche einer Einheit (d. h., LSB) in binärer Notation entspricht, welche verwendet wird, um die Frequenzen fr und fd auszudrücken. In der nachfolgenden Diskussion wird ein Wert, wie unter Verwendung einer solchen Einheit ausgedrückt, als ein Frequenzpunkt bezeichnet werden. Wie aus der obigen Gl. (8) ersehen werden kann, steigt der Betrag einer Frequenz, wie durch den Frequenzpunkt ausgedrückt, mit einer Verminderung im Frequenzmodulationszyklus (d. h. der Wobbelzeit T).

Die Bereichsauflösung ΔR, bestimmt als eine Funktion der Frequenzauflösung ΔF, wie durch Gl. (7) ausgedrückt, ist jedoch von der Wobbelzeit T unabhängig. Daher wird, falls der Abstand R zu einem Ziel konstant ist, ein Wert R/ΔR konstant sein, so daß der Frequenzpunkt, welcher den Abstand R anzeigt (d. h. die Frequenz fr), ungeachtet der Wobbelzeit T ebenfalls konstant sein. Die Geschwindigkeitsauflösung ΔV, bestimmt als eine Funktion der Frequenzauflösung ΔF, wie durch Gl. (8) ausgedrückt, ändert sich als eine Funktion der Wobbelzeit T. Somit wird, auch wenn die Relativgeschwindigkeit V eines Ziels konstant ist, der Frequenzpunkt, welcher die Relativgeschwindigkeit V anzeigt, groß, wenn die Wobbelzeit T wächst.

Die unerwünschte Signalkomponente, welche von der Reflexion der Radarwelle von der Straßenoberfläche herrührt, entspringt im wesentlichen nur der Doppler-Verschiebung. Mit fallender Wobbelzeit T wird ein Band der unerwünschten Signalkomponente, d. h. die Frequenz fd, wie durch den Frequenzpunkt ausgedrückt, verringert. Die Schwebungsfrequenzen fb1 und fb2, welche aus einer Reflexion einer Radarwelle von einem Ziel innerhalb des vorgegebenen Radarerfassungsbereichs herrühren, sind in einem Abstand voneinander entfernt angeordnet, welcher der Frequenz fd äquivalent ist, welche eine Funktion der Relativgeschwindigkeit V über die Frequenz fr ist, welche eine Funktion des Abstands R ist. Mit fallender Wobbelzeit T bewegen sich die Schwebungsfrequenzen fb1 und fb2, wie durch den Frequenzpunkt ausgedrückt, nahe an die Frequenz fr. In anderen Worten, die Frequenz fd verringert sich. Daher kann, wie in Fig. 13(a) gezeigt, eine Erhöhung der Wobbelzeit T dazu führen, daß der Frequenzpunkt, welcher die unerwünschte Signalkomponente anzeigt, mit dem Frequenzpunkt, welcher die von dem Ziel herrührende Schwebungsfrequenz fb1 anzeigt, überlappt. Umgekehrt resultiert eine Verringerung der Wobbelzeit T, wie in Fig. 13(b) gezeigt, in einer Verringerung der Breite des Frequenzpunkts, welcher die unerwünschte Signalkomponente anzeigt, und einer Verschiebung des Frequenzpunkts, welcher die Schwebungsfrequenz fb1 anzeigt, weg von der unerwünschten Signalkomponente, womit der Frequenzpunkt, welcher die unerwünschte Signalkomponente anzeigt, weg von den Frequenzpunkten, welche die Schwebungsfrequenzen fb1 und fb2 anzeigen, verschoben werden kann.

Der Signalprozessor kann ausgelegt sein, um einen ersten Betriebsmodus durchzuführen, in welchem eine Winkelrichtung des Ziels unter Verwendung einer Komponente des in dem ersten Schaltsteuerungsmodus erhaltenen Schwebungssignals bestimmt wird, und einen zweiten Betriebsmodus, in welchem ein Abstand zu dem Ziel und eine Relativgeschwindigkeit desselben unter Verwendung einer Komponente des in dem zweiten Schaltsteuerungsmodus erhaltenen Schwebungssignals bestimmt werden. Insbesondere ist die Anzahl der in dem ersten Schaltsteuerungsmodus ausgewählten Kanäle kleiner als die in dem zweiten Schaltsteuerungsmodus. Falls ein Umschaltintervall der Kanäle konstant ist, wird dies daher erlauben, das Abtastintervall in jedem der Kanäle zu verkürzen, d. h., eine Abtastfrequenz in jedem der Kanäle zu erhöhen. Die Bestimmung des Abstands zu einem Ziel und dessen Relativgeschwindigkeit kann nur unter Verwendung von in einem der Kanäle erhaltenen Daten erreicht werden. Eine Verringerung der zu verwendenden Kanäle erzeugt daher keine nachteilige Wirkung bezüglich der Bestimmung des Abstands zu dem Ziel und dessen Relativgeschwindigkeit.

Demgemäß verhindert ein Verringern der in dem zweiten Schaltsteuerungsmodus auszuwählenden Kanäle so, daß die halbe Abtastfrequenz in jedem der Kanäle höher als eine Maximalfrequenz einer durch ein Echo der Radarwelle von einem Fernziel, welches außerhalb eines vorgegebenen Radarerfassungsbereichs vorliegt, erzeugten Signalkomponente sein kann, daß Signalkomponenten durch den Betrieb des Signalprozessors in ein vorgegebenes Band des Schwebungssignals hinein verschoben werden. Dies beseitigt einen Fehler dahingehend, das Fernziel als ein innerhalb des vorgegebenen Radarerfassungsbereichs befindliches Ziel zu identifizieren.

Weiter sind in dem zweiten Schaltsteuerungsmodus Rauschkomponenten, welche durch Verschiebungen in Komponenten des Schwebungssignals, welche durch den Betrieb des Signalprozessors wie etwa eine Fourier-Transformation erzeugt werden, in das vorgegebene Band des Schwebungssignals hinein erzeugt werden, kleiner als die in dem ersten Schaltsteuerungsmodus, womit eine Verringerung eines Anstiegs eines Grundrauschens bewirkt wird, was in einer verbesserten Fähigkeit der Radarvorrichtung, die Schwebungsfrequenzen zu messen, resultiert.

Der Signalprozessor kann in dem ersten Betriebsmodus arbeiten, um eine Frequenzkomponente, welche in dem Schwebungssignal in dem zweiten Betriebsmodus zu schließen ist, unter Verwendung auf einer Frequenzkomponente des Schwebungssignals, abgeleitet durch eine gegebene Operation, welche in dem ersten Betriebsmodus durchgeführt wird, zu schätzen. Der Signalprozessor kann eine digitale Strahlformungsoperation an der geschätzten Frequenzkomponente durchführen, um die Winkelrichtung des Ziels zu bestimmen.

Wenn in dem ersten Schaltsteuerungsmodus alle Kanäle verwendet werden, kann dies bewirken, daß eine Frequenzkomponente des Schwebungssignals, welche von einem außerhalb des Radarerfassungsbereichs vorliegenden Fernziel herrührt, als ein Rauschen in das vorgegebene Band des Schwebungssignals hinein verschoben wird. Die Frequenzkomponente, welche von einem innerhalb des Radarerfassungsbereichs vorliegenden Ziel herrührt, kann jedoch in dem zweiten Schaltsteuerungsmodus bekannt sein, womit ermöglicht wird, daß die Winkelrichtung des Ziels in dem ersten Schaltsteuerungsmodus unter Verwendung der bekannten Frequenzkomponente genau bestimmt werden kann, ohne das Rauschen aus dem vorgegebenen Band des Schwebungssignals zu entfernen, falls das Rauschen mit der bekannten Frequenzkomponente inkonsistent ist.

Der Signalprozessor kann in sowohl dem ersten als auch dem zweiten Schaltsteuerungsmodus Frequenzpaare ausbilden, von denen jedes aus einer Frequenzkomponente des Schwebungssignals, welche innerhalb eines Anstiegsbereichs einer modulierten Frequenz, in welchem die Frequenz des Sendesignals ansteigt, erhalten wird, und einer Frequenzkomponente des Schwebungssignals, welches in einem Abfallbereich einer modulierten Frequenz, in welchem die Frequenz des Sendesignals abfällt, erhalten wird, aufgebaut ist, und bestimmt einen Abstand zu einem Objekt und eine Relativgeschwindigkeit desselben unter Verwendung jedes der Frequenzpaare. Der Prozessor identifiziert eines der in dem ersten Schaltsteuerungsmodus ausgebildeten Frequenzpaare, welches in dem Abstand und der Relativgeschwindigkeit mit irgendeinem der in dem zweiten Schaltsteuerungsmodus ausgebildeten Frequenzpaare identisch ist, als das Ziel, welches durch die Radarvorrichtung zu erhalten ist. Insbesondere erfaßt die Radarvorrichtung das gleiche Objekt unter Verwendung von zwei Messungen in dem ersten und zweiten Schaltsteuerungsmodus und identifiziert es als ein Ziel nur dann, wenn die zwei Messungen miteinander identisch sind, womit eine verbesserte Genauigkeit eines Erhaltens eines Ziels erreicht wird.

Typische FMCW-Radargeräte sind ausgelegt, um den Abstand R zu einem Ziel und dessen Relativgeschwindigkeit V unter Verwendung von Gl. (3) und (4) unter der Bedingung zu bestimmen, daß, wenn die Frequenz des Sendesignals Ss, wie in Fig. 9(a) gezeigt, aufwärts wobbelt, die Frequenz des Sendesignals Ss höher als das empfangene Signal Sr in dem Anstiegsbereich der modulierten Frequenz ist, während, wenn sie abwärts wobbelt, die Frequenz des empfangenen Signals Sr umgekehrt höher als das Sendesignal Ss ist. Falls jedoch ein Objekt innerhalb eines Nahbereichs vorliegt, welches eine höhere Relativgeschwindigkeit zeigt, kann dies dazu führen, daß das empfangene Signal Sr bezüglich einer Frequenz höher als das Sendesignal Ss in dem Anstiegsbereich der modulierten Frequenz ist, oder das Sendesignal Ss bezüglich einer Frequenz höher als das empfangene Signal Sr in dem Abfallbereich der modulierten Frequenz ist. Die Möglichkeit eines solchen Ereignisses wird sich mit wachsender Steigung der modulierten Frequenz des Sendesignals Ss erhöhen.

Daher wird, falls eine Beziehung im Frequenzniveau zwischen dem Sendesignal Ss und dem empfangenen Signal Sr in entweder dem Anstiegs- oder Abfallbereich der modulierten Frequenz umgekehrt worden ist, die Verwendung derselben in Gl. (3) und (4) einen Fehler im Bestimmen des Abstands R zu einem Ziel und dessen Relativgeschwindigkeit bewirken, weil die Frequenzen fr und fd als Absolutwerte berechnet werden. Dies verursacht ein Problem, daß, obwohl es Frequenzpaare gibt, welche zwischen dem ersten und zweiten Schaltsteuerungsmodus zusammenpassend sind, diese nicht als ein Ziel identifiziert werden, weil die in dem ersten und zweiten Betriebsmodus abgeleiteten Messungen inkonsistent zueinander sind. Um ein solches Problem zu mindern, falls es eines der in dem ersten Schaltsteuerungsmodus erzeugten Frequenzpaare gibt, welches im Abstand und der Relativgeschwindigkeit mit irgendeinem der in dem zweiten Schaltsteuerungsmodus erzeugten Frequenzpaare inkonsistent ist, definiert der Signalprozessor die niedrigere der Frequenzen des in dem Abstand und der Relativgeschwindigkeit inkonsistenten Frequenzpaars als einen negativen Wert und berechnet den Abstand und die Relativgeschwindigkeit erneut unter Verwendung des negativen Werts.

Insbesondere ist, falls die Steigung der modulierten Frequenz des Sendesignals in dem zweiten Schaltsteuerungsmodus, wie in Fig. 14(b) gezeigt, größer als in dem ersten Schaltsteuerungsmodus, wie in Fig. 14(a) gezeigt, ist, die Möglichkeit, daß die Beziehung im Frequenzniveau zwischen dem Sendesignal und dem empfangenen Signal in entweder dem Anstiegs- oder Abfallbereich der modulierten Frequenz umgekehrt worden ist, geringer. Die vorgenannte Nachberechnung führt zu einer verbesserten Genauigkeit eines Identifizierens eines Ziels, wenn die Beziehung im Frequenzpegel zwischen dem Sendesignal und dem empfangenen Signal nur in dem ersten Schaltsteuerungsmodus umgekehrt ist.

Die FFT von Abtastwerten des Schwebungssignals, wie in Fig. 15 gezeigt, wird bewirken, daß die Frequenzkomponente fb, welche höher als die Abtastfrequenz fs ist, über die halbe Abtastfrequenz fs (d. h. fs/2) verschoben und als fb' gemessen wird.

Daher definiert, falls es eines der in dem ersten Betriebsmodus abgeleiteten Frequenzpaare gibt, welches mit irgendeinem der in dem zweiten Betriebsmodus abgeleiteten Frequenzpaare inkonsistent ist, der Signalprozessor entweder eine oder beide der Frequenzkomponenten eines der Frequenzpaare als von der vorgenannten, durch die FFT verursachten Verschiebung herrührend, bestimmt den Abstand und die Relativgeschwindigkeit erneut und vergleicht sie mit den in dem zweiten Betriebsmodus berechneten, um das Ziel zu identifizieren. Man beachte, daß die Frequenzkomponente fb durch fs-fb' gegeben ist.

Der Sender-Empfänger kann eine Mehrzahl von Empfangsantennen enthalten. In diesem Fall weist die Umschaltschaltung vorzugsweise einen Schalter auf, welcher ausgelegt ist, um eines der durch die Empfangsantennen empfangenen Signale als das empfangene Signal auszuwählen. Dies erlaubt dem Schwebungssignalgenerator, einen einzigen Mischer aufzuweisen, um das Schwebungssignal zu erzeugen.

Die Radarvorrichtung kann weiter eine Fehlerfassungsschaltung aufweisen, welche das Vorliegen einer unvermeidlichen Rauschkomponente überwacht, welche dem durch den Schwebungssignalprozessor erzeugten Schwebungssignal hinzugefügt wird. Falls eine solche Rauschkomponente nicht erfaßt wird, liefert die Fehlererfassungsschaltung, ein Signal, welches ein Auftreten des Fehlers der Radarvorrichtung anzeigt.

In einem Fall, in welchem der Sendesignalgenerator einen Oszillator, welcher das frequenzmodulierte Sendesignal erzeugt, enthält, wird ein FM-AM-Umwandlungsrauschen, welches aus einer Variation einer Leistung (d. h. Amplitude) des Oszillators hervorgeht, welche üblicherweise als eine Funktion einer Oszillationsfrequenz erzeugt wird, als die unvermeidliche Rauschkomponente dem Schwebungssignal so hinzugefügt, daß das Sendesignal in Amplitude wie auch in Frequenz moduliert wird. Daher kann, falls es keine solche Rauschkomponente in dem Schwebungssignal gibt, bestimmt werden, daß der Sendesignalgenerator eine Fehlfunktion aufweist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die vorliegende Erfindung wird aus der genauen Beschreibung, welche nachstehend gegeben wird, und aus den begleitenden Zeichnungen der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung genauer verstanden werden, welche jedoch nicht genommen werden sollten, um die Erfindung auf die bestimmten Ausführungsformen zu beschränken, sondern nur für den Zweck der Erläuterung und des Verständnisses sind.
In den Zeichnungen ist:
Fig. 1 ein Blockdiagramm, welches eine Radarvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 eine Darstellung, welche eine Änderung in einer Frequenz eines Sendesignals und eine Änderung in einem Pegel eines Modensignals zeigt;
Fig. 3 Flußdiagramme eines Abstands- /Relativgeschwindigkeitsmeßprogramms und eines Winkelrichtungsmeßprogramms, welche durch die Radarvorrichtung von Fig. 1 ausgeführt werden;
Fig. 4 eine Darstellung, welche eine Änderung in einer Frequenz eines Sendesignals und eine Änderung in einem Pegel eines Modensignals zeigt, welche in einer Radarvorrichtung verwendet werden, welche gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung ausgelegt ist;
Fig. 5 ein Flußdiagramm eines Abstands-/Relativgeschwindigkeits-/Winkelrichtungsmeßprogramms, welches in einer Radarvorrichtung der zweiten Ausführungsform der Erfindung ausgeführt wird;
Fig. 6 ein Flußdiagramm eines Unterprogramms, welches in Schritt 370 von Fig. 5 ausgeführt wird;
Fig. 7(a) ein Flußdiagramm eines Abstands-/Relativgeschwindigkeits-/Winkelrichtungsmeßprogramms, welches in einer Radarvorrichtung ausgeführt wird, welche gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung ausgelegt ist;
Fig. 7(b) ein Flußdiagramm eines Fehlerüberwachungsprogramms, welches in einer Radarvorrichtung der dritten Ausführungsform der Erfindung ausgeführt wird;
Fig. 8 eine Darstellung, welche eine Änderung in einer Frequenz eines Sendesignals und eine Änderung in einer Frequenz einer Rauschkomponente, welche in einem Schwebungssignal enthalten ist, zeigt;
Fig. 9(a) die Wellenformen von gesendeten und empfangenen Signalen in einem typischen FMCW-Radargerät;
Fig. 9(b) die Wellenform eines Schwebungssignals, welches in einem typischen FMCW-Radargerät erzeugt wird;
Fig. 10(a) eine Darstellung, welche ein Frequenzspektrum eines Schwebungssignals zeigt, welches eine Rauschfrequenzkomponente aufgrund eines Fernziels enthält, welches außerhalb eines vorbestimmten Bandes des Schwebungssignals liegt;
Fig. 10(b) eine Darstellung, welche ein Frequenzspektrum eines Schwebungssignals zeigt, welches eine Rauschfrequenzkomponente enthält, welche innerhalb eines vorgegebenen Bandes des Schwebungssignals auftritt;
Fig. 10(c) eine Darstellung, welche eine in einem Schwebungssignal enthaltene Rauschkomponente zeigt, welche durch Verwendung eines Anti-Aliasing-Filters entfernt wird;
Fig. 11(a) eine Darstellung, welche eine Variation in einer Wobbelzeit eines Sendesignals für unterschiedliche Werte einer Abtastfrequenz eines Schwebungssignals in einem Kanal in einem Modulationsmodus A (185 kHz) und einem Modulationsmodus B (370 kHz) zeigt;
Fig. 11(b) eine Darstellung, welche eine Änderung eines Radarbereichs, innerhalb dessen der Abstand zu einem Ziel und dessen Relativgeschwindigkeit in den Modulationsmoden A und B, wie in Fig. 11(a) gezeigt, bestimmt werden kann, zeigt;
Fig. 12 eine Darstellung, welche eine Radarwelle zeigt, welche auf eine Straßenoberfläche fällt;
Fig. 13(a) eine Darstellung, welche Frequenzpunkte von Schwebungsfrequenzen zeigt, wenn ein Modulationszyklus länger ist;
Fig. 13(b) eine Darstellung, welche Frequenzpunkte von Schwebungsfrequenzen zeigt, wenn ein Modulationszyklus kürzer ist;
Fig. 14(a) eine Beziehung zwischen einem Sendesignal und einem Empfangssignal und FFTs von Abtastwerten eines Schwebungssignals in einem ersten Modulationsmodus;
Fig. 14(b) eine Beziehung zwischen einem Sendesignal und einem Empfangssignal und FFTs von Abtastwerten eines Schwebungssignals in einem zweiten Modulationsmodus; und
Fig. 15 eine Darstellung, welche eine Verschiebung in einer Schwebungsfrequenz, welche durch FFT hervorgerufen wird, über den halben Wert einer Abtastfrequenz fs, zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Mit Bezug auf die Zeichnungen, insbesondere auf Fig. 1, wird nun eine FMCW-Radarvorrichtung 2 gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, welche in einem Fahrzeug- Antikollisionssystem oder einem Fahrzeug-Radarfahrtregelungssystem eingesetzt werden kann, um das Vorliegen von Hindernissen vor einem Fahrzeug zu erfassen.
Die Radarvorrichtung 2 enthält allgemein einen D/A- Wandler 10, einen spannungsgesteuerten Oszillator (VOC) 14, einen Splitter 16, eine Sendeantenne 18, eine Antennenanordnung 20, einen Antennenumschalter 22, einen Mischer 24, einen Verstärker 26, einen A/D-Wandler 28, ein Zeitsteuergerät 30, ein Schaltsteuergerät 32 und einen Signalprozessor 34.
Der A/D-Wandler 10 reagiert auf eine Modulationsführungsgröße von dem Signalprozessor 34, um ein modulierendes Signal in der Form einer Dreieckwelle zu erzeugen. Das modulierende Signal wird durch einen Puffer 12 in den spannungsgesteuerten Oszillator 14 eingegeben. Der spannungsgesteuerte Oszillator 14 gibt ein hochfrequentes Signal aus, dessen Frequenz mit dem eingegebenen modulierenden Signal variiert. Der Splitter 16 teilt den Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators 14 bezüglich einer Leistung in ein Sendesignal Ss und ein lokales Signal L. Die Sendeantenne 18 gibt das Sendesignal Ss als eine Radarwelle in einen vorderen Hinderniserfassungsbereich aus. Die Antennenanordnung 20 ist aus Nc (acht in dieser Ausführungsform) Empfangsantennen aufgebaut. Der Antennenumschalter 22 reagiert auf ein Auswahlsignal X von dem Schaltsteuergerät 32, um eine der Verbindungen zwischen den Empfangsantennen und dem Mischer 24 auszuwählen. Der Mischer 24 mischt das lokale Signal L mit einem Signal Sr, welches in einer der Empfangsantennen, welche durch den Antennenumschalter 22 ausgewählt ist, empfangen wird, um ein Schwebungssignal B zu erzeugen, welches aus einer Frequenzkomponente besteht, welche der Frequenzdifferenz zwischen den Signalen Sr und L entspricht. Der Verstärker 26 verstärkt das Schwebungssignal B, welches von dem Mischer 24 eingegeben wird, und gibt es an den A/D-Wandler 28 aus. Der A/D-Wandler 28 tastet das Schwebungssignal B als Reaktion auf ein Zeitsignal P, welches von dem Zeitsteuergerät 30 ausgegeben wird, ab, um es in digitale Daten umzuwandeln. Das Zeitsteuergerät 30 erzeugt auch ein Modensignal M, wie später genau beschrieben werden wird. Das Schaltsteuergerät 32 empfängt das Zeitsignal P und das Modensignal M und gibt das Auswahlsignal X an den Antennenumschalter 22 aus. Der Signalprozessor 34 reagiert auf das Modensignal M, um das Modulationsführungssignal an den D/A-Wandler 10 zu liefern, und verarbeitet die digitalen Daten des durch den A/D-Wandler 28 erzeugten Schwebungssignals B, um den Abstand zu einem Ziel, welches die von der Radarvorrichtung 2 ausgesendete Radarwelle reflektiert hat, dessen Relativgeschwindigkeit und dessen Winkelrichtung zu bestimmen.
Der spannungsgesteuerte Oszillator 14, die Sendeantenne 18, die Antennenanordnung 20 und der Antennenumschalter 22 bilden einen Sender-Empfänger aus. Der Splitter 16 und der Mischer 24 bilden einen Schwebungssignalgenerator aus. Das Zeitsteuergerät 30 und das Schaltsteuergerät 32 bilden ein Kanalauswahlsteuergerät aus.
Der spannungsgesteuerte Oszillator 14 erzeugt das hochfrequente Signal in einem Millimeterwellenband, welches mit dem modulierenden Signal einer Dreieckwelle so moduliert worden ist, daß dessen Frequenz steigen oder fallen kann, d. h., zyklisch in einer linearen Art und Weise aufwärts und abwärts zu wobbeln. Die Mittenfrequenz Fo des hochfrequenten Signals beträgt 76,5 GHz. Die Frequenzvariation JE (d. h. Amplitude) beträgt 100 MHz.
Die Strahlbreite jeder der Empfangsantennen der Antennenanordnung 20 (d. h. ein Winkelbereich, innerhalb dessen ein Verstärkungsabfall in einer Vorwärtsrichtung geringer als oder gleich 3 dB ist) deckt die gesamte Strahlbreite der Sendeantenne 18 ab. Die Empfangsantennen bilden jeweils Kanäle ch1 bis chNc aus. Das Zeitsteuergerät 30 erzeugt das Zeitsignal P in der Form einer Folge von Impulsen, welche in einem Intervall oder Zyklus von 1/fx angeordnet sind. Das Zeitsteuergerät 30 erzeugt auch das Modensignal M, dessen Pegel zyklisch von einem ersten Pegel, welcher einen ersten Modulationsmodus anzeigt, auf einen zweiten Pegel, welcher einen zweiten Modulationsmodus anzeigt, und zurück auf den ersten Pegel variiert. Der zweite Pegel wird für eine Zeitdauer gehalten, welche benötigt wird, um so viele Impulse wie Abstastwerte in jedem Kanal (die Anzahl von Abtastwerten Dpc in jedem Kanal beträgt in dieser Ausführungsform 512) auszugeben. Der erste Pegel wird für eine Zeitdauer gehalten, welche erforderlich ist, um Nc × Dpc Impulse auszugeben. Der Zyklus 1/fx wird auf einen Umschaltzyklus des Antennenumschalters 22 oder einen Umwandlungszyklus des A/D-Wand- lers 28 festgelegt, je nachdem, welcher kürzer ist (200 ns in dieser Ausführungsform). In der nachfolgenden Diskussion werden der erste und zweite Modulationsmodus auch jeweils als ein Azimutmeßmodus und ein Abstandsmeßmodus bezeichnet werden.
Das Schaltsteuergerät 32 wählt eine vorbestimmte der Empfangsantennen der Antennenanordnung 20 (z. B. den Kanal ch1) aus, wenn sich das von dem Zeitsteuergerät 30 ausgegebene Modensignal M auf dem zweiten Pegel befindet, welcher den Abstandsmeßmodus anzeigt, während es alle Empfangsantennen (d. h. alle der Kanäle ch1 bis chNc) nacheinander als Reaktion auf das Zeitsignal P auswählt, wenn sich das Modensignal M auf dem ersten Pegel befindet, welcher den Azimutmeßmodus anzeigt.
Der Signalprozessor 34 enthält einen typischen Mikrocomputer, welcher aus einer CPU, einem ROM und einem RAM besteht, und enthält auch eine arithmetische Logikeinheit wie etwa einen DSP, welcher die schnelle Fourier-Transformation (FFT) von durch den A/D-Wandler 28 eingegebenen Daten vornimmt. Die Zeit, welche die Frequenz des in dem D/A-Wandler modulierten hochfrequenten Signals benötigt, um von einer kleinsten Frequenz zu einer größten Frequenz zu wobbeln (d. h. die Zeitlänge des Anstiegsbereichs der modulierten Frequenz) oder umgekehrt (d. h. die Zeitlänge des Abfallbereichs der modulierten Frequenz), wird nachstehend als eine Wobbelzeit bezeichnet werden. Der Signalprozessor 34 erzeugt das Modulationsführungssignal, um die Wobbelzeit zwischen dem Abstandsmeßmodus und dem Azimutmeßmodus zu ändern. Die Wobbelzeit in dem Abstandsmeßmodus (d. h. dem zweiten Modulationsmodus), welche nachstehend als T2 bezeichnet werden wird, ist auf Dpc × 1/fx festgelegt. Die Wobbelzeit in dem Azimutmeßmodus (d. h. dem ersten Modulationsmodus), welche nachstehend als T1 bezeichnet werden wird, ist auf Nc × Dpc × 1/fr festgelegt. In dem Abstandsmeßmodus verarbeitet der Signalprozessor 34 Abstastwerte des Schwebungssignals B, welche von dem A/D-Wandler 28 eingegeben werden, und bestimmt den Abstand zu einem Ziel und dessen Relativgeschwindigkeit. In dem Azimutmeßmodus verarbeitet der Signalprozessor 34 Abtastwerte des Schwebungssignals B und bestimmt den Azimut oder die Winkelrichtung des Ziels.
Die FMCW-Radarvorrichtung 2, arbeitet wie zuvor beschrieben, um das durch den spannungsgesteuerten Oszillator 14 erzeugte, hochfrequente Signal bezüglich einer Leistung durch den Splitter 16 in das Sendesignal Ss und das lokale Signal L aufzuspalten und das Sendesignal Ss als eine Radarwelle von der Sendeantenne 18 aus auszugeben.
Ein Echo der Radarwellen von einem Ziel wird durch alle Empfangsantennen der Antennenanordnung 20 empfangen, aber nur das Signal Sr, welches in einem der Kanäle chi (i = 1 bis Nc), welche durch den Antennenumschalter 22 ausgewählt ist, empfangen wird, wird an den Mischer 24 geliefert. Der Mischer 24 kombiniert das empfangene Signal Sr und das lokale Signal L, welches von dem Splitter 16 aus eingegeben wird, um das Schwebungssignal B zu erzeugen. Das Schwebungssignal B wird durch den Verstärker 26 verstärkt und in dem A/D-Wandler 28 als Reaktion auf das Zeitsignal P von dem Zeitsteuergerät 30 abgetastet. Die Abtastwerte werden in den Signalprozessor 34 eingegeben.
Wenn das Modensignal M den Abstandsmeßmodus anzeigt, wird einer der Kanäle ch1 bis chNc, z. B. der Kanal ch1, ausgewählt und als in dem Abstandsmeßmodus verwendet festgelegt. Abtastwerte des Schwebungssignals B, welche in dem Kanal ch1 abgeleitet werden, werden nacheinander in den Signalprozessor 34 eingegeben. Die Abtastfrequenz fs ist identisch mit der Umschaltfrequenz fx des Antennenumschalters 22. Ersatzweise werden, wenn das Modensignal M den Azimutmeßmodus anzeigt, alle Kanäle ch1 bis chNc nacheinander so ausgewählt, daß die durch alle Empfangsantennen empfangenen Signale Sr durch Zeitteilung gemultiplext und in den Mischer 24 eingegeben werden. Das Schwebungssignal B, welches durch den Mischer 24 erzeugt wird, ist somit aus Komponenten aufgebaut, welche von den empfangenen Signalen Sr, welche in allen Kanälen ch1 bis chNc bereitgestellt und durch Zeitteilung gemultiplext werden, abgeleitet werden. Die Abtastfrequenz fs in jedem der Kanäle ch1 bis chNc ist die Umschaltfrequenz fx, geteilt durch die Anzahl der Kanäle Nc (d. h., fs = fx/Nc).
Fig. 3 zeigt Flußdiagramme von Programmen, welche parallel durch den Signalprozessor 34 in zwei Radarmoden durchgeführt werden, um die Winkelrichtung eines Ziels zu bestimmen und um den Abstand zu dem Ziel und dessen Relativgeschwindigkeit zu bestimmen.
Auf ein Eintreten in das Abstands-/Relativgeschwindigkeitsmeßprogramm hin schreitet die Routine zu Schritt 110 fort, in welchem bestimmt wird, ob alle Datenelemente des Schwebungssignals B, welche benötigt werden, um den Abstand zu einem Ziel und dessen Relativgeschwindigkeit zu bestimmen, abgetastet worden sind oder nicht. Diese Bestimmung wird durch Überwachen, ob das Modensignal M im Pegel von dem Abstandmeßmodus in den Azimutmeßmodus gewechselt ist oder nicht, vorgenommen. Falls eine NEIN- Antwort erhalten wird, was bedeutet, daß das Modensignal M noch nicht in den Azimutmeßmodus gewechselt ist, wiederholt die Routine Schritte 110.
Falls in Schritt 110 eine JA-Antwort erhalten wird, schreitet die Routine zu Schritt 120 fort, worin Dpc Datenelemente (512 Datenelemente in dieser Ausführungsform) von dem Schwebungssignal B abgetastet und sowohl in dem Anstiegs- als auch Abfallbereich der modulierten Frequenz einer schnellen Fourier-Transformation (FFT) unterzogen werden, um ein Frequenzspektrum des Schwebungssignals B zu erzeugen.
Die Routine schreitet zu Schritt 130 fort, worin alle Frequenzkomponenten (nachstehend auch als Spitzenfrequenzkomponenten bezeichnet), welche in dem in sowohl dem Anstiegs- als auch Abfallbereich der modulierten Frequenz erzeugten Frequenzspektrum Spitzenwerte zeigen, gesucht werden. Diese Suche wird z. B. in US-P 6,320,531 B1 gelehrt, die demselben Anmelder wie dem dieser Anmeldung zugeordnet ist, und deren Offenbarungsgehalt durch Bezugnahme hierin eingeschlossen wird. Falls die zwei oder mehr Spitzenfrequenzkomponenten gesucht worden sind, schreitet die Routine zu Schritt 140 fort, worin die Spitzenfrequenzkomponenten in dem Anstiegsbereich der modulierten Frequenz mit den Spitzenfrequenzkomponenten in dem Abfallbereich der modulierten Frequenz durch Vergleichen von Signalstärke und -phase zwischen den Spitzenfrequenzkomponenten paarweise zugeordnet werden. Diese Paarbildungsoperation wird z. B. in US-P 6,317,073 B1 gelehrt, welche demselben Anmelder wie dem dieser Anmeldung zugeordnet ist, und deren Offenbarungsgehalt durch Bezugnahme hierin eingeschlossen wird.
Die Routine schreitet zu Schritt 150 fort, worin die paarweise zugeordneten Spitzenfrequenzkomponenten als die Schwebungsfrequenzen fb1 bzw. fb2 definiert werden, und die Distanz R zu dem Ziel und dessen Relativgeschwindigkeit V unter Verwendung von Gl. (3) und (4), wie zuvor diskutiert, unter Verwendung jedes der Spitzenfrequenzpaare bestimmt wird.
Die Routine schreitet zu Schritt 160 fort, worin Frequenzen (werden nachstehend als Zielfrequenzen bezeichnet werden) von Komponenten des Schwebungssignals B, welche von einem Echo einer Radarwelle von jedem Ziel herrühren, geschätzt werden, von welchen erwartet wird, daß sie erscheinen, wenn Datenelemente, welche zum Bestimmen der Winkelrichtung des Ziels vorgesehen sind, in der Frequenz analysiert werden. Die Schätzungen der Zielfrequenzen (d. h. der Schwebungsfrequenzen) werden durch Berechnung der Gl. (1) bis (4) rückwärts unter Verwendung des Abstands R und der Relativgeschwindigkeit v, welche in Schritt 150 abgeleitet worden sind, abgeleitet. Es ist empfehlenswert, daß jede der Zielfrequenzen so vorgesehen ist, daß sie ein bestimmtes Band im Hinblick auf Modulationsgenauigkeit und/oder unerwarteter Verhaltensweisen des Ziels aufweist.
Wenn in das Winkelrichtungsmeßprogramm eingetreten wird, schreitet die Routine zu Schritt 210 fort, worin bestimmt wird, ob alle Datenelemente des Schwebungssignals B, welche benötigt werden, um die Winkelrichtung des Ziels zu bestimmen, abgetastet worden sind oder nicht. Diese Bestimmung wird durch Überwachen, ob das Modensignal M im Pegel von dem Azimutmeßmodus in den Abstandsmeßmodus gewechselt ist oder nicht, vorgenommen.
Falls eine NEIN-Antwort erhalten wird, was bedeutet, daß das Modensignal M noch nicht in den Abstandsmeßmodus gewechselt ist, wiederholt die Routine Schritt 210.
Ersatzweise schreitet, falls in Schritt 210 eine JA- Antwort erhalten wird, die Routine zu Schritt 220 fort, worin die in sowohl dem Anstiegs- als auch Abfallbereich der modulierten Frequenz während des Azimutmeßmodus abgetasteten Datenelemente gemäß den Kanälen ch1 bis chNc gruppiert werden. Die Routine schreitet zu Schritt 230 fort, worin die FFT an jeder der Gruppen von Datenelementen, welche in Schritt 220 bereitgestellt werden, durchgeführt wird.
Die Routine schreitet zu Schritt 240 fort, worin bestimmt wird, ob die Bestimmung der Zielfrequenzen in Schritt S160 fertiggestellt worden ist oder nicht. Falls eine NEIN-Antwort erhalten wird, wartet die Routine darauf, daß die Bestimmung der Zielfrequenzen abgeschlossen wird. Ersatzweise schreitet, falls eine JA-Antwort erhalten wird, die Routine zu Schritt 250 fort, worin Signalkomponenten mit den Zielfrequenzen, welche in Schritt 160 bestimmt worden sind, von den in Schritt 230 in jedem der Kanäle cM bis chNc berechneten FFTs extrahiert werden.
Die Routine schreitet zu Schritt 260 fort, worin eine Variation in einer in Schritt 250 extrahierten Signalkomponente zwischen den Kanälen cH1 bis chNc bezüglich einer Differenz in der Abtastzeit zwischen den Kanälen ch1 bis chNc kompensiert wird. Die Routine schreitet zu Schritt 270 fort, worin die Signalkomponenten der Zielfrequenzen, welche in Schritt 250 extrahiert worden sind, einer digitalen Strahlformung (DBF) unterzogen werden. Die Routine schreitet zu Schritt 280 fort, worin unter Verwendung der in Schritt 270 abgeleiteten Ergebnisse der DBF die Winkelrichtung jedes Ziels bestimmt wird. Die Routine kehrt dann zu Schritt 210 zurück. US-P 6,339,395 B1, welche demselben Anmelder wie dem dieser Anmeldung zugeordnet ist, deren Offenbarungsgehalt durch Bezugnahme hierin eingeschlossen wird, lehrt z. B. DBF-Techniken.
Wie aus der vorstehenden Diskussion ersichtlich, ist die Radarvorrichtung 2 dieser Ausführungsform ausgelegt, um in dem Abstandsmeßmodus nur den ersten Kanal zu verwenden, um das Schwebungssignal nacheinander in dem gleichen Kanal nacheinander abzutasten, wodurch die Abtastfrequenz fs, welche Nc mal (fs = fx/Nc → fx) höher als die in dem Azimutmeßmodus ist, festgelegt und die Wobbelzeit T minimiert wird. Somit ist der halbe Wert der Abtastfrequenz fs (d. h., fs/2) in dem Abstandsmeßmodus viel höher als Frequenzen der Schwebungsfrequenz B, welche von den Fernzielen herrühren, wodurch verhindert wird, daß diese Fernzielfrequenzen durch die FFT in ein vorgegebenes Band der Schwebungsfrequenz B hinein verschoben werden, wie in dem einleitenden Teil dieser Anmeldung diskutiert, was einen Fehler dahingehend vermeidet, daß die Fernziele als Ziele innerhalb des vorgegebenen Zielerfassungsbereichs der Radarvorrichtung 2 identifiziert werden.
Im Vergleich mit dem Azimutmeßmodus, in welchem die Abtastfrequenz fs in jedem der Kanäle ch1 bis chNc geringer ist, sind Rauschfrequenzkomponenten in dem Abstandsmeßmodus, welche durch die FFT in das vorgegebene Band der Schwebungsfrequenz B hinein verschoben werden, in hohem Maße reduziert, wodurch ein Anstieg im Grundrauschen innerhalb des vorgegebenen Bandes vermindert wird, was zu einer verbesserten Fähigkeit der Radarvorrichtung 2 führt, die Schwebungsfrequenzen fb1 und fb2 zu bestimmen.
Eine Verminderung in der Wobbelzeit T in dem Abstandsmeßmodus vermeidet eine durch die FFT des Schwebungssignals B erzeugte Ausbreitung unerwünschter Signalkomponenten (d. h. der Frequenzpunkte), welche aus einer Reflexion einer Radarwelle von einer Straßenoberfläche herrühren, wodurch eine Erleichterung einer Erfassung von Frequenzkomponenten des Schwebungssignals B, welche durch Reflexion einer Radarwelle von Zielen erzeugt werden, erleichtert wird, was zu einer verbesserten Genauigkeit einer Bestimmung der Schwebungsfrequenzen fb1 und fb2 führt.
Die Radarvorrichtung 2 dieser Ausführungsform arbeitet, um Schwebungsfrequenzen (d. h., die Zielfrequenzen) unter Verwendung des Abstands R zu einem Ziel und dessen Relativgeschwindigkeit V, wie unter geringerem Einfluß einer Reflexion einer Radarwelle von dem Fernziel und/oder der Straßenoberfläche erfaßt, zu schätzen, welche zu erzeugen sind, wenn FFTs von Abtastwerten des Schwebungssignals B, wie in dem Azimutmeßmodus erhalten, berechnet werden, und um eine Operation einer digitalen Strahlformung (DBF) von Signalkomponenten der Zielfrequenzen durchzuführen, um die Winkelrichtung des Ziels zu bestimmen. Insbesondere ist in dem Azimutmeßmodus, in welchem alle Kanäle ch1 bis chNc eingesetzt werden, die Abtastfrequenz fs in jedem Kanal, wie zuvor beschrieben, niedriger, wodurch die Wahrscheinlichkeit erhöht wird, daß eine Frequenzkomponente des Schwebungssignals, welche von dem Fernziel herrührt, durch die FFT in das vorgegebene Band des Schwebungssignals hinein verschoben wird. Die Radarvorrichtung 2 dieser Ausführungsform ist jedoch ausgelegt, um die Winkelrichtung des Ziels nur unter Verwendung der Zielfrequenzen wie in dem Abstandsmeßmodus abgeleitet zu bestimmen, wodurch das vorgenannte Problem so lange vermieden wird, wie die Frequenzkomponenten des Fernziels nicht mit den Zielfrequenzen identisch sind, was zu einer verbesserten Zuverlässigkeit führt, die Winkelrichtung des Ziels zu bestimmen.
Die Schätzungen der Zielfrequenzen werden unter Verwendung von Daten wie in dem Abstandsmeßmodus erhalten vorgenommen, aber dennoch können die Zielfrequenzen ersatzweise unter Verwendung des Abstands R zu einem Ziel und dessen Relativgeschwindigkeit V, welche unter Verwendung von Daten, wie in dem Azimutmeßmodus erhalten, erneut berechnet werden, bestimmt werden. Dies führt zu einer verbesserten Genauigkeit einer Bestimmung des Abstands R zu dem Ziel und dessen Relativgeschwindigkeit V. Die Verwendung der in dem Abstandsmeßmodus erhaltenen Daten führt zu einem vergrößerten Bereich, innerhalb dessen die Relativgeschwindigkeit V bestimmt werden kann, während die Verwendung der in dem Azimutmeßmodus erhaltenen Daten zu einer erhöhten Auflösung im Bestimmen der Relativgeschwindigkeit V führt. Eine Auswahl einer der beiden kann gemäß einer erforderlichen Anwendung vorgenommen werden.
Die Radarvorrichtung 2 ist, wie zuvor beschrieben, ausgelegt, um nur einen der Kanäle ch1 bis chNc in dem Abstandsmeßmodus zu verwenden, kann aber ersatzweise arbeiten, um einige oder alle der Kanäle ch1 bis chNc zu verwenden, falls der halbe Wert der Abtastfrequenz fs innerhalb eines Bereichs liegt, welcher höher als eine größte Frequenz des Fernziels ist. In diesem Fall kann ein Rauschen oder eine Variation in den FFTs zwischen den Kanälen durch Mitteln der in den jeweiligen Kanälen abgeleiteten FFTs minimiert werden, was die Bestimmung einer Spitze im Frequenzspektrum des Schwebungsignals B erleichtert.
Die Radarvorrichtung 2 gemäß der zweiten Ausführungsform wird nachstehend beschrieben werden, welche sich von der in der ersten Ausführungsform im Umschalten der Empfangsantennen der Antennenanordnung 20 und im Betrieb des Signalprozessors 34 unterscheidet. Andere Anordnungen und Operationen sind die gleichen, und eine Erläuterung derselben im Detail wird hier weggelassen werden.
Das Zeitsteuergerät 30 gibt, wie schon in Fig. 4 beschrieben, das Modensignal M aus, dessen Pegel zyklisch von dem ersten Pegel, welcher den ersten Modulationsmodus anzeigt, auf den zweiten Pegel, welcher den zweiten Modulationsmodus anzeigt, und zurück auf den ersten Pegel variiert. Der erste Pegel wird, wie in der ersten Ausführungsform, für eine Zeitdauer gehalten, welche erforderlich ist, um Nc × Dpc Impulse auszugeben, während der zweite Pegel für eine Zeitdauer gehalten wird, welche erforderlich ist, um Nd × Dpc Impulse auszugeben (Nd = 4 in dieser Ausführungsform, was kleiner als Nc ist).
Das Schaltsteuergerät 32 wählt alle Kanäle ch1 bis chNc nacheinander als Reaktion auf das Zeitsignal P aus, wenn sich das von dem Zeitmeßgerät 30 ausgegebene Modensignal M auf dem ersten Pegel, welcher den ersten Modulationsmodus anzeigt, befindet, während es ausgewählte (Nd) der Kanäle ch1 bis chNc nacheinander als Reaktion auf das Zeitsignal P auswählt, wenn sich das Modensignal M auf dem zweiten Pegel befindet, welcher den zweiten Modulationsmodus anzeigt.
Der Signalprozessor 34 erzeugt das Modulationsführungssignal, um die Wobbelzeit T zwischen dem ersten und zweiten Modulationsmodus zu ändern. Die wobbelzeit T1 in dem ersten Modulationsmodus wird auf Nc × Dpc × 1/fx festgelegt. Die Wobbelzeit T2 in dem zweiten Modulationsmodus wird auf Nd × Dpc × 1/fx festgelegt. Der Signalprozessor 34 führt ein Abstands-/Relativgeschwindigkeits- /Winkelrichtungsmeßprogramm aus, wie in Fig. 5 gezeigt, um den Abstand, die Relativgeschwindigkeit und die Winkelrichtung eines Ziels unter Verwendung von Abtastwerten des Schwebungssignals B, welche durch den A/D-Wandler 28 erzeugt werden, zu bestimmen.
Auf ein Eintreten in das Abstands-/Relativgeschwindigkeits-/Winkelrichtungsmeßprogramm hin schreitet die Routine zu Schritt 310 fort, worin bestimmt wird, ob alle Datenelemente des Schwebungssignals B in dem ersten Modulationsmodus abgetastet worden sind oder nicht. Falls eine NEIN-Antwort erhalten wird, wiederholt die Routine Schritt 310.
Falls in Schritt 310 eine JA-Antwort erhalten wird, was bedeutet, daß alle Datenelemente in dem ersten Modulationsmodus abgetastet worden sind, schreitet die Routine ersatzweise zu Schritt 320 fort, worin alle Abtastwerte in Datengruppen gemäß den Anstiegs- und Abfallbereichen der modulierten Frequenz und den Kanälen ch1 bis chNc zerlegt werden. Die Datengruppen werden jeweils in der gleichen Weise wie in Schritt 120 von Fig. 3 der FFT unterzogen. Die gleichen Paarungbildungs- und Spitzenwertsuchoperationen wie in Schritten 130 und 140 werden an den FFTs durchgeführt, um Paare von Frequenzen von Signalkomponenten (werden nachstehend auch als Frequenzpaare bezeichnet) als temporäre Ziele zu definieren.
Die Routine schreitet zu Schritt 330 fort, worin der Abstand R jedes der temporären Ziele und dessen Relativgeschwindigkeit V unter Verwendung von Gl. (3) und (4), wie zuvor beschrieben, bestimmt werden.
Nach Fertigstellung der vorgenannten Operation in dem ersten Modulationsmodus schreitet die Routine zu Schritt 340 fort, worin bestimmt wird, ob alle Datenelemente des Schwebungssignals B in dem zweiten Modulationsmodus abgetastet worden sind oder nicht. Falls eine NEIN-Antwort erhalten wird, wiederholt die Routine Schritt 340.
Falls in Schritt 340 eine JA-Antwort erhalten wird, was bedeutet, daß alle Datenelemente in dem zweiten Modulationsmodus abgetastet worden sind, schreitet die Routine ersatzweise zu Schritt 350 fort, worin die gleichen Gruppierungs-, Paarbildungs-, Spitzenwertsuchoperationen wie die in Schritt 320 an den in dem zweiten Modulationsmodus erhaltenen Abtastwerten durchgeführt werden, um als temporäre Ziele zu bestimmen.
Die Routine schreitet zu Schritt 360 fort, worin der Abstand R zu jedem der temporären Ziele und dessen Relativgeschwindigkeit v wie in Schritt 330 bestimmt werden.
Die Routine schreitet zu Schritt 370 fort, worin die in Schritten 320 und 350 bestimmten temporären Ziele, welche in dem Abstand und der Relativgeschwindigkeit V, wie in Schritten 330 und 360 bestimmt, innerhalb eines gegebenen zulässigen Bereichs miteinander übereinstimmen, als die gleichen Ziele ausgewählt und als endgültige Ziele bestimmt werden.
Die Routine schreitet zu Schritt 308 fort, worin Signalkomponenten mit den Zielfrequenzen jedes der endgültigen Ziele von den FFTs der Datenelemente extrahiert werden, welche in jedem der Kanäle ch1 bis chNc in dem ersten Modulationsmodus abgeleitet werden. Die Routine schreitet zu Schritt 390 fort, worin eine Variation in einer in Schritt 380 extrahierten Signalkomponente zwischen den Kanälen ch1 bis chNc bezüglich einer Differenz in einer Abtastzeit zwischen den Kanälen ch1 bis chNc kompensiert wird. Die Routine schreitet zu Schritt 400 fort, worin die Signalkomponenten der Zielfrequenzen einer digitalen Strahlformung (DBF) unterzogen werden. Die Routine schreitet zu Schritt 410 fort, worin unter Verwendung von in Schritt 400 abgeleiteten Ergebnissen der DBF die Winkelrichtung jedes Ziels bestimmt wird. Die Routine kehrt dann zu Schritt 310 zurück.
Die Zielauswahloperation wie in Schritt 370 ausgeführt wird mit Bezug auf Fig. 6 im Detail beschrieben werden.
Zuerst wird in Schritt 371 bestimmt, ob es wenigstens eines der temporären Ziele wie in Schritt 320 bestimmt gibt, welches in dem Abstand R und der Relativgeschwindigkeit V, welche in Schritten 330 und 360 berechnet worden sind, nicht mit irgendeinem der temporären Ziele wie in Schritt 350 bestimmt identisch ist, oder nicht.
Falls eine JA-Antwort erhalten wird, schreitet die Routine zu Schritt 372 fort, worin die niedrigere von Schwebungsfrequenzen jedes temporären Ziels, wie in Schritt 371 als inkonsistent mit irgendeinem der temporären Ziele, wie in Schritt 350 bestimmt, bestimmt, als ein negativer Wert definiert wird, um den Abstand R und die Relativgeschwindigkeit V unter Verwendung von Gl. (3) und (4) erneut zu bestimmen.
Die Routine schreitet zu Schritt 373 fort, worin bestimmt wird, ob es die Abstände R und die Relativgeschwindigkeiten V wie in Schritt 372 nachberechnet gibt, welche mit denen in Schritt 360 berechneten inkonsistent sind, oder nicht. Falls eine JA-Antwort erhalten wird, schreitet die Routine zu Schritt 374 fort, worin die Abstände R und die Relativgeschwindigkeiten V, welche in Schritt 373 als inkonsistent mit den in Schritt 360 berechneten bestimmt worden sind, beseitigt werden.
Falls eine NEIN-Antwort in Schritt 373 oder nach Schritt 374 erhalten wird, schreitet die Routine zu Schritt 375 fort, worin Paare der temporären Ziele, welche in Abstand R und Relativgeschwindigkeit V miteinander identisch sind, jeweils als endgültige Ziele definiert werden und der Abstand R und die Relativgeschwindigkeit V jedes der endgültigen Ziele, wie unter Verwendung der in dem ersten Modulationsmodus erhaltenen Daten berechnet, in einem Speicher als Zielinformationen gespeichert werden.
Wie aus der obigen Diskussion ersichtlich, ist die Radarvorrichtung 2 dieser Ausführungsform ausgelegt, um das gleiche Ziel unter Verwendung von zwei Messungen in dem ersten und zweiten Modulationsmodus zu erfassen und es als ein endgültiges Ziel nur dann zu identifizieren, wenn die zwei Messungen einander identisch sind, wodurch Frequenzen von Signalkomponenten entfernt werden, welche in entweder dem ersten oder dem zweiten Modulationsmodus erhalten werden, von denen keine ein Paar mit der in dem anderen Modulationsmodus erhaltenen ausbildet und von einer Rauschkomponente herrühren würde. Dies führt zu einer verbesserten Zuverlässigkeit einer Erfassung von Zielen.
Die Radarvorrichtung 2 arbeitet auch, um die niedrigere von Schwebungsfrequenzen eines der in dem ersten Modulationsmodus ausgewählten temporären Ziele (d. h. der Frequenzpaare), welches nicht irgendeinem der in dem zweiten Modulationsmodus ausgewählten temporären Ziele entspricht, als einen negativen Wert zu definieren und ihn zu verwenden, um den Abstand R und die Relativgeschwindigkeit V zum Identifizieren des einen der temporären Ziele als ein endgültiges Ziel erneut zu berechnen. Somit ist es auch dann, wenn es ein Schwebungssignal gibt, welches in dem ersten Modulationsmodus von einem Sende- und einem empfangenen Signal, in welchen eine Beziehung im Niveau zwischen Frequenzen hiervon auf eine ursprüngliche umgekehrt worden ist, erschienen ist, möglich, ein Ziel zu erhalten, welches dieses Schwebungssignal korrekt erzeugt.
Insbesondere wenn die Steigung der modulierten Frequenz des Sendesignals in dem zweiten Modulationsmodus, wie in Fig. 14(b) gezeigt, größer als in dem ersten Modulationsmodus ist, wie in Fig. 14(a) gezeigt, ist die Möglichkeit, daß die Beziehung im Frequenzniveau zwischen dem Sendesignal und dem empfangenen Signal in entweder dem Anstiegs- oder Abfallbereich der modulierten Frequenz umgekehrt worden ist, geringer. Die vorgenannte Neuberechnung in Schritt 372 führt zu einer verbesserten Genauigkeit eines Identifizierens eines Ziels, wenn die Beziehung im Frequenzniveau zwischen dem Sendesignal und dem empfangenen Signal nur in dem ersten Modulationsmodus umgekehrt wird.
Der Abstand R und die Relativgeschwindigkeit V werden nur dann erneut bestimmt, wenn Schritt 371 bestimmt, daß eine Schwebungsfrequenz im Vorzeichen umgekehrt werden sollte, kann aber dennoch auch neu berechnet werden, wenn die Schwebungsfrequenz durch die FFT zu einer bezüglich des halben Werts der Abtastfrequenz fs symmetrischen verschoben wird.
Die FFT von Abtastwerten des Schwebungssignals wird, wie in Fig. 15 gezeigt, bewirken, daß die Frequenzkomponente fb, welche höher als die Abtastfrequenz fs ist, über die halbe Abtastfrequenz fs (d. h., fs/2) hinweg verschoben und als fb' gemessen wird.
Daher kann es sein, daß, falls es eines der in dem ersten Modulationsmodus abgeleiteten Frequenzpaare gibt, welches mit irgendeinem der in dem zweiten Modulationsmodus abgeleiteten Frequenzpaare inkonsistent ist, der Signalprozessor 34 jede der Frequenzkomponenten des einen der Frequenzpaare als von der vorgenannten, durch die FFT verursachten Verschiebung herrührend definiert, den Abstand R und die Relativgeschwindigkeit V in Schritt 372 erneut bestimmt und sie in Schritt 373 mit den in dem zweiten Modulationszyklus berechneten zum Identifizieren des Ziels in Schritt 375 vergleicht. Falls der Abstand R und die Relativgeschwindigkeit V, welche in Schritt 372 neu berechnet werden, in Schritt 373 als inkonsistent mit irgendeinem der in Schritt 360 berechneten bestimmt wird, definiert der Signalprozessor 34 als nächstes beide Frequenzkomponenten des einen der Frequenzpaare als von der vorgenannten, durch FFT verursachten Verschiebung herrührend, bestimmt den Abstand R und die Relativgeschwindigkeit V in Schritt 372 erneut und vergleicht sie in Schritt 373 mit den in dem zweiten Modulationsmodus berechneten zum Identifizieren des Ziels in Schritt 375. Man beachte, daß die Frequenzkomponente fb durch fs-fb' gegeben ist.
Die Radarvorrichtung 2 gemäß der dritten Ausführungsform wird nachstehend beschrieben werden, welche sich von der ersten Ausführungsform in dem durch das Zeitsteuergerät 30 erzeugten Modensignal M und dem Betrieb des Signalprozessors 34 unterscheidet. Andere Anordnungen und Operationen sind die gleichen, und eine Erläuterung hiervon im Detail wird hier weggelassen werden.
Das Zeitsteuergerät 30 ist ausgelegt, um das Modensignal M zu erzeugen, welches arbeitet, um den zweiten Modulationsmodus zyklisch mit einem vorbestimmten Intervall in einer Abfolge der ersten Modulationsmoden auszuführen.
Der Signalprozessor 34 führt ein Abstands- /Relativgesschwindigkeits-/Winkelrichtungsmeßprogramm, wie in Fig. 7(a) gezeigt, durch, um den Abstand, die Relativgeschwindigkeit und die Winkelrichtung eines Ziels unter Verwendung von Abtastwerten des Schwebungssignals B, welche durch den A/D-Wandler 28 in dem ersten Modulationsmodus erzeugt werden, zu bestimmen, und führt auch ein Fehlerüberwachungsprogramm, wie in Fig. 7(b) gezeigt, aus, um einen Betriebsfehler der Radarvorrichtung 2 unter Verwendung von Abtastwerten des Schwebungssignals B, welches in dem zweiten Modulationsmodus erzeugt wird, zu überwachen.
Auf ein Eintreten in das Abstands- /Relativgeschwindigkeits-/Winkelrichtungsmeßprogramm hin schreitet die Routine zu Schritt 510 fort, worin bestimmt wird, ob alle Daten des Schwebungssignals B in dem ersten Modulationsmodus abgetastet worden sind oder nicht. Falls eine NEIN-Antwort erhalten wird, wiederholt die Routine Schritt 510.
Falls in Schritt 510 eine JA-Antwort erhalten wird, was bedeutet, daß alle Daten in dem ersten Modulationsmodus abgetastet worden sind, schreitet die Routine ersatzweise zu Schritt 520 fort, worin alle Daten in Datengruppen gemäß dem ersten und zweiten Modulationsmodus und den Kanälen ch1 bis chNc zerlegt werden. Die Datengruppen werden jeweils in der gleichen Weise wie in Schritt 120 von Fig. 3 der FFT unterzogen. Die gleichen Paarbildungs- und Spitzenwertsuchoperationen wie in Schritten 130 und 140 werden an den FFTs ausgeführt, um Frequenzen von paarweise zugeordneten Signalkomponenten (d. h. die nachstehenden Frequenzpaare) als von Zielen herrührend zu definieren.
Die Routine schreitet zu Schritt 530 fort, worin der Abstand R zu jedem der Ziele und dessen Relativgeschwindigkeit V unter Verwendung von Gl. (3) und (4), wie zuvor beschrieben, bestimmt werden.
Die Routine schreitet zu Schritt 540 fort, worin Signalkomponenten mit den Zielfrequenzen jedes der Ziele von FFTs der Daten, welche in jedem der Kanäle ch1 bis chNc abgeleitet werden, extrahiert werden. Die Routine schreitet zu Schritt 550 fort, worin eine Variation in einer Signalkomponente, welche in Schritt 540 extrahiert wird, zwischen den Kanälen ch1 bis chNc bezüglich einer Differenz in einer Abtastzeit zwischen den Kanälen ch1 bis chNc kompensiert wird. Die Routine schreitet zu Schritt 560 fort, worin die Signalkomponenten der Zielfrequenzen einer digitalen Strahlformung (DBF) unterzogen werden. Die Routine schreitet zu Schritt 570 fort, worin unter Verwendung von in Schritt 560 abgeleiteten Ergebnissen der DBF die Winkelrichtung jedes Ziels bestimmt wird. Die Routine kehrt dann zu Schritt 510 zurück.
Auf ein Eintreten in das Fehlerüberwachungsprogramm hin schreitet, wie in Fig. 7(b) gezeigt, die Routine zu Schritt 610 fort, worin bestimmt wird, ob alle Daten des Schwebungssignals B in dem zweiten Modulationsmodus abgetastet worden sind oder nicht. Falls eine NEIN-Antwort erhalten wird, wiederholt die Routine Schritt 610.
Falls in Schritt 610 eine JA-Antwort erhalten wird, was bedeutet, daß alle Daten in dem zweiten Modulationsmodus abgetastet worden sind, schreitet die Routine ersatzweise zu Schritt 620 fort, worin ein Grundrauschpegel des Schwebungssignals B unter Verwendung der in dem zweiten Modulationsmodus abgetasteten Daten bestimmt wird. Die Routine schreitet zu Schritt 630 fort, worin bestimmt wird, ob der Grundrauschpegel größer als ein gegebener Schwellenwert ist oder nicht. Falls eine JA-Antwort erhalten wird, kehrt die Routine zu Schritt 610 zurück. Falls eine NEIN-Erhalten wird, was bedeutet, daß die Radarvorrichtung 2 eine Fehlfunktion aufweist, schreitet die Routine ersatzweise zu Schritt 640 fort, worin die Tatsache, daß ein Betriebsfehler der Radarvorrichtung 2 aufgetreten ist, auf einem Anzeigegerät (nicht gezeigt) angezeigt wird. Die Routine schreitet zu Schritt 650 fort, worin die Radarvorrichtung 2 abgeschaltet wird.
Üblicherweise entsteht ein FM/AM-Umwandlungsrauschen, wie in Fig. 8 als ein niederfrequentes Rauschen dargestellt, aus einer Änderung in einer Leistung (d. h. Amplitude) des durch den spannungsgesteuerten Oszillator 14 erzeugten Sendesignals Ss als eine Funktion einer Oszillationsfrequenz hiervon und taucht als das Grundrauschen des Schwebungssignals B auf. Das FM/AM-Umwandlungsrauschen wird unvermeidlich immer erfaßt, wenn sich die Radarvorrichtung 2 in Betrieb befindet. Es ist daher möglich, zu bestimmen, daß ein Betriebsfehler der Radarvorrichtung 2 aufgetreten ist, wenn das FM/AM-Umwandlungsrauschen nicht erfaßt wird.
Die Erfassung des Grundrauschens kann allein durch Auffinden von Signalpegeln von zuvor der FFT unterzogenen Abtastwerten des Schwebungssignals B erhalten werden. Es ist nicht nötig, die Abtastwerte über den zweiten Modulationsmodus zu erhalten. Das Grundrauschen kann daher unter Verwendung einer minimalen Anzahl der Abtastwerte erfaßt werden, welche erforderlich sind, um einen Betriebsfehler der Radarvorrichtung 2 zu überwachen.
Das FM/AM-Umwandlungsrauschen erhöht sich üblicherweise mit einer Erhöhung der Frequenzvariation dF des spannungsgesteuerten Oszillators 14. Die Frequenzvariation JE kann daher in dem zweiten Modulationsmodus erhöht werden.
Das Fehlerüberwachungsprogramm dieser Ausführungsform kann in entweder der ersten oder zweiten Ausführungsform ausgeführt werden, um einen Betriebsfehler der Radarvorrichtung 2 unter Verwendung von in dem zweiten Modulationsmodus erhaltenen Daten zu überwachen.
Während die vorliegende Erfindung in Form von bevorzugten Ausführungsformen offenbart worden ist, um ein besseres Verständnis hiervon zu erleichtern, sollte verstanden werden, daß die Erfindung auf vielfältige Weise ausgeführt werden kann, ohne von dem Prinzip der Erfindung abzuweichen. Daher sollte verstanden werden, daß die Erfindung alle möglichen Ausführungsformen und Modifizierungen an den gezeigten Ausführungsformen, welche ausgeführt werden können, ohne von dem Prinzip der Erfindung, wie in den anliegenden Ansprüchen ausgeführt, abzuweichen, umfaßt. Z. B. kann die Radarvorrichtung 2 so ausgelegt sein, daß sie eine einzige Empfangsantenne und eine Mehrzahl von Sendeantennnen aufweist. In diesem Fall wird ein Verkleinern der Wobbelzeit T so weit wie möglich vorzugsweise durch Reduzieren der Sendeantenne erreicht. Dies ist vorteilhaft in einem Verkürzen eines Zeitintervalls, welches zum Umschalten zwischen den Sendeantennen benötigt wird, um das Problem zu vermeiden, wie bereits in dem einleitenden Teil dieser Anmeldung beschrieben, daß, nachdem die Kanäle von einem zu einem anderen umgeschaltet worden sind, ein Schwebungssignal, welches von einem Echo einer durch eine vorherige der Sendeantennen ausgegebenen Radarwelle herrührt, fehlerhaft als von einem Echo einer von der Sendeantenne des nun ausgewählten Kanals ausgegebenen Radarwelle herrührend abgetastet wird.

Claims

1. Eine Radarvorrichtung, welche aufweist:
einen Sendesignalgenerator, welcher ein Sendesignal erzeugt, welches bezüglich einer Frequenz so moduliert ist, daß es zyklisch mit der Zeit variiert;
einen Sender-Empfänger, welcher eine Mehrzahl von Kanälen aufweist, von denen jeder aus einer Sendeantenne und einer Empfangsantenne aufgebaut ist, wobei der Sender-Empfänger das Sendesignal in der Form einer Radarwelle ausgibt und ein Echo der Radarwelle von einem Ziel durch irgendeinen der Kanäle empfängt;
eine Umschaltschaltung, welche einen der Kanäle von einem anderen, welcher in dem Sender-Empfänger zu verwenden ist, umschaltet, wobei die Umschaltschaltung einen ersten Schaltsteuerungsmodus und einen zweiten Schaltsteuerungsmodus innerhalb jedes Zyklus einer Frequenzmodulation des Sendesignals ausführt, wobei in dem ersten Schaltsteuerungsmodus alle Kanäle nacheinander in einem Zyklus ausgewählt werden, wobei in dem zweiten Schaltsteuerungsmodus eine vorbestimmte Anzahl der Kanäle in einem Zyklus ausgewählt wird;
einen Schwebungssignalgenerator, welcher ein durch den Sender-Empfänger empfangenes Signal, welches das Echo der Radarwelle von dem Ziel ist, mit einem lokalen Signal, welches die gleiche Frequenz wie die des Sendesignals aufweist, mischt, um ein Schwebungssignal zu erzeugen; und
einen Signalprozessor, welcher das durch den Schwebungssignalgenerator erzeugte Schwebungssignal abtastet und Abtastwerte des Schwebungssignals einer gegebenen Signalverarbeitungsoperation unterzieht, um vorbestimmte Informationen über das Ziel zu erzeugen.

2. Eine Radarvorrichtung wie in Anspruch 1 ausgeführt, wobei der Sendesignalgenerator einen Zyklus einer Frequenzmodulation des Sendesignals auf eine Zeitlänge ändert, welche erforderlich ist, um die Abtastwerte des Schwebungssignals zu erhalten, welche in einer Operation des Signalprozessors benötigt werden, als eine Funktion einer Anzahl der Kanäle, welche durch die Umschaltschaltung umzuschalten sind.

3. Eine Signalvorrichtung wie in Anspruch 1 ausgeführt, wobei der Signalprozessor ausgelegt ist, um einen ersten Betriebsmodus auszuführen, in welchem eine Winkelrichtung des Ziels unter Verwendung einer Komponente des in dem ersten Schaltsteuerungsmodus erhaltenen Schwebungssignals bestimmt wird, und einen zweiten Betriebsmodus, in welchem ein Abstand zu dem Ziel und eine Relativgeschwindigkeit desselben unter Verwendung einer Komponente des in dem zweiten Schaltsteuerungsmodus erhaltenen Schwebungssignals bestimmt werden.

4. Eine Radarvorrichtung wie in Anspruch 3 ausgeführt, wobei der Signalprozessor in dem ersten Betriebsmodus arbeitet, um eine Frequenzkomponente zu schätzen, welche in dem Schwebungssignal in dem zweiten Betriebsmodus zu schließen ist, unter Verwendung einer Frequenzkomponente des Schwebungssignals, welche durch eine gegebene Operation, welche in dem ersten Betriebsmodus ausgeführt wird, abgeleitet wird, wobei der Signalprozessor die Winkelrichtung des Ziels unter Verwendung der geschätzten Frequenzkomponente bestimmt.

5. Eine Radarvorrichtung wie in Anspruch 2 ausgeführt, wobei der Signalprozessor in sowohl dem ersten als auch dem zweiten Schaltsteuerungsmodus Frequenzpaare ausbildet, von denen jedes aus einer Frequenzkomponente des Schwebungssignals, welche innerhalb eines Anstiegsbereichs der modulierten Frequenz, in welchem die Frequenz des Sendesignals ansteigt, erhalten wird, und einer Frequenzkomponente des Schwebungssignals, welche in einem Abfallbereich der modulierten Frequenz, in welchem die Frequenz des Sendesignals abfällt, erhalten wird, aufgebaut ist, und einen Abstand zu einem Objekt und eine Relativgeschwindigkeit desselben unter Verwendung jedes der Frequenzpaare bestimmt, wobei der Signalprozessor eines der in dem ersten Schaltsteuerungsmodus ausgebildeten Frequenzpaare, welches in dem Abstand und der Relativgeschwindigkeit mit irgendeinem der in dem zweiten Schaltsteuerungsmodus ausgebildeten Frequenzpaare identisch ist, als das durch die Radarvorrichtung zu erhaltende Ziel identifiziert.

6. Eine Radarvorrichtung wie in Anspruch 5 ausgeführt, wobei, falls es eines der in dem ersten Betriebsmodus erzeugten Frequenzpaare gibt, welches in dem Abstand und der Relativgeschwindigkeit mit irgendeinem der in dem zweiten Betriebsmodus erzeugten Frequenzpaare inkonsistent ist, der Signalprozessor die niedrigere von Frequenzen des in dem Abstand und der Relativgeschwindigkeit inkonsistenten Frequenzpaars definiert und den Abstand und die Relativgeschwindigkeit unter Verwendung des negativen Werts erneut berechnet.

7. Eine Radarvorrichtung wie in Anspruch 6 ausgeführt, wobei, falls es eines der in dem ersten Betriebsmodus abgeleiteten Frequenzpaare gibt, welches in dem Abstand und der Relativgeschwindigkeit mit irgendeinem der in dem zweiten Betriebsmodus abgeleiteten Frequenzpaare inkonsistent ist, der Signalprozessor entweder eine oder beide der Frequenzkomponenten des einen Frequenzpaars als über den halben Wert einer Abtastfrequenz, mit welcher das Schwebungssignal abgetastet wird, hinweg verschoben definiert, den Abstand und die Relativgeschwindigkeit erneut bestimmt und diese mit den in dem zweiten Betriebsmodus berechneten zum Identifizieren des Ziels vergleicht.

8. Eine Radarvorrichtung wie in Anspruch 1 ausgeführt, wobei der Sender-Empfänger eine Mehrzahl von Empfangsantennen enthält, wobei die Umschaltschaltung einen Schalter enthält, welcher ausgelegt ist, um eines der durch die Empfangsantennen als das empfangene Signal auszuwählen, und wobei der Schwebungssignalgenerator einen einzigen Mischer aufweist, um das Schwebungssignal zu erzeugen.

9. Eine Radarvorrichtung wie in Anspruch 1 ausgeführt, welche weiter eine Fehlerbestimmungsschaltung aufweist, welche das Vorliegen einer FM/AM-Umwandlungsrauschkomponente überwacht, welche dem durch den Schwebungssignalprozessor erzeugten Schwebungssignal hinzugefügt wird, wobei bei Nichtvorliegen der FM/AM-Umwandlungsrauschkomponente die Fehlerbestimmungsschaltung ein Signal bereitstellt, welche ein Auftreten des Fehlers der Radarvorrichtung anzeigt.