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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erfassung einer Richtung eines Ziels, und insbesondere eine Einrichtung, die eine Mehrzahl von Kanälen zum Senden und Empfangen von Signalen von Radiowellen über Antennen sowie Mittel umfasst, um die Richtung des Ziels aus einer Phasendifferenz der über die Kanäle empfangenen Radiowellensignalen.
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Aus dem Stand der Technik sind Verfahren bekannt, um eine Richtung eines Ziels zu erfassen, wobei eine spezielle Technik entwickelt worden ist, bei der Radiowellen verwendet werden. Derartige Techniken sind in der Praxis als Monoimpulsverfahren, phasengesteuerte Verfahren, Verfahren zur digitalen Richtstrahlbildung (DFB-Verfahren) oder dergleichen bekannt. Diese Techniken verwenden einen Phasenunterschied von über eine Mehrzahl von Antennen-Elementen erfassten Signalen.
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Wie es in 1A gezeigt ist, erfordern diese Erfassungstechniken insbesondere Kombinationen aus Antennen-Elementen (sogenannte ”Kanäle”), die Radiowellen, die in Richtung eines Ziels gesendet, von dem Ziel reflektiert und schließlich empfangen werden, mit einer Wegdifferenz ”ΔL” versehen. Eine Richtung ”α” des Ziels, das die Radiowellen reflektierte, erhält man somit auf der Grundlage einer zwischen den über die Mehrzahl von Kanälen empfangenen Signalen verursachten Phasendifferenz ΔL (rad).
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Wie es in 2 gezeigt ist, tritt jedoch bei einer solchen Konfiguration eine Signalverkennung bezüglich der Phase auf, weil sich die Phase periodisch ändert, so dass es unmöglich ist, zwischen einer Phasenverschiebung von Δθ = θ0(|θ0| < π) und einer Phasenverschiebung von Δθ = θ0 ± 2nπ zu unterscheiden, wobei n eine ganze Zahl ist. Daher kann die Richtung eines Ziels nur dann korrekt bestimmt werden, wenn sich das Ziel in einem Azimutzwinkelbereich A0 (im Folgenden als ”Richtungsbereich” bezeichnet) befindet, der einer Phasendifferenz Δθ zwischen –π und +π [rad] entspricht. Es ist jedoch nicht möglich, das Ziel korrekt zu erfassen, wenn sich das Ziel außerhalb des Richtungsbereichs A0, das heißt in einem Richtungsbereich Am befindet, der einer Phasendifferenz Δθ zwischen (2m – 1)π und (2m + 1)π [rad] entspricht, wobei m eine ganze, von Null verschiedene Zahl.
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In diesem Fall wird das Ziel fehlerhaft erfasst, so dass es innerhalb des Richtungsbereichs A0 geortet wird (gestrichelte Linie in 3).
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Insbesondere zeigt die in 3 dargestellte Situation ein Ziel M, das sich tatsächlich aus dem Richtungsbereich A0 in einen angrenzenden Richtungsbereich A + 1 bewegt hat (durchgezogene Linie in 3). Dennoch wird das Ziel M so erfasst, als hätte es sich von einem angrenzenden Richtungsbereich A – 1 in den Richtungsbereich A0 bewegt (gestrichelte Linie in 3). Diese fehlerhafte Ortung tritt immer dann auf, wenn das Ziel eine Grenze zwischen aneinandergrenzenden Richtungsbereichen Am, Am ± 1 überschreitet.
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Bei der in den 2 und 3 gezeigten Konfiguration beträgt die Wellenlänge der Radiowellen 3,9 mm (etwa 77 GHz), ein Abstand ”d” zwischen Antennen-Elementen (1A und 1B) 7,2 mm, der Richtungsbereich A0 zwischen –16° und +16°, und ein Winkelbereich jedes Richtungsbereichs Am 32°.
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Um die fehlerhafte Erfassung bzw. Ortung aufgrund der Signal- bzw. Phasenverkennung zu vermeiden, wird im allgemeinen die Richtcharakteristik der Antenne schmäler gemacht. Die Richtcharakteristik ist definiert als der Winkel (sog. ”Halbwertswinkel”), bei dem der Antennengewinn (engl.: ”gain”) auf die Hälfte des Maximums abgefallen ist. Eine Verschmälerung der Richtcharakteristik verhindert den Empfang von Radiowellen, die von außerhalb des Richtungsbereichs A0 gesendet werden. Alternativ kann der Abstand ”d” zwischen jeweils zwei Antennen-Elementen verringert werden, wie es in 1B gezeigt ist, wodurch sich ein breiterer Winkelbereich A0 ergibt. 4 zeigt die Abhängigkeit der Phasendifferenz Δθ von der Richtung ”α”, die sich ergibt, wenn das Intervall ”d” der Antennen-Elemente verringert wird. Aus 4 ist zu entnehmen, dass ein Zielerfassungsbereich (d. h. der Richtungsbereich A0) verbreitert ist, da eine Streuung der Phasendifferenz Δθ in dieser Richtung verringert worden ist.
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Die genannten Techniken zur Vermeidung einer fehlerhaften Erfassung bzw. Erkennung werden bei einer Richtungserkennungseinrichtung, die auf der Phasendifferenz basiert, häufig verwendet.
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Die
japanische Offenlegungsschrift Nr. 2000-230974 offenbart eine weitere Technik zur Vermeidung einer falschen Erfassung. Bei dieser Technik umfasst eine Einrichtung zur fehlerhaften Erfassung zwei Antennensysteme, wobei die Abstände zwischen den Antennen eines Systems von den entsprechenden Abständen des anderen Systems verschieden sind. Auf der Grundlage einer Phasendifferenz zwischen Signalen, die sowohl von dem einen als auch von dem anderen Antennensystem empfangen werden, wird nacheinander bei jedem Antennensystem eine Ankunftsrichtung der Radiowellen bestimmt, wobei die genannte Phasenverkennung berücksichtigt wird, und wenn die zwei Antennensysteme die gleiche Richtung bestimmen, wird diese Richtung als die korrekte Richtung angenommen.
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Diese Technik weist jedoch nach wie vor Probleme auf. Eines dieser Probleme besteht in der Unvollständigkeit der vorhergehenden fehlerhaften Erkennung. Wenn die Richtcharakteristik einer Antenne schmäler sein soll, ist es schwierig, ein Antennensystem zu entwickeln, dessen Antennengewinn sich zwischen dem Richtungsbereich A0 und dem Bereich außerhalb des Richtungsbereichs A0 stark ändert. Daher ist es nicht möglich, die Radiowellen, die von Bereichen außerhalb des Richtungsbereichs A0 kommen, vollständig zu unterdrücken, so dass es schwierig ist, die fehlerhafte Erfassung gänzlich zu vermeiden.
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Eine weitere Schwierigkeit besteht in einer reduzierten Leistung des Antennensystems. Wenn der Abstand zwischen zwei Antennen-Elementen verringert wird, wird der Öffnungswinkel jedes einzelnen Antennen-Elements unzureichend. Dies verringert die Leistung des gesamten Antennensystems. Zum Beispiel wird eine maximale Erkennungsentfernung herabgesetzt.
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Darüber hinaus zieht ein verringerter Abstand zwischen jeweils zwei Antennen-Elementen bei dem phasengesteuerten Verfahren und dem DBF-Verfahren ein weiteres Problem nach sich. Bei diesen Verfahren wird vorzugsweise der gesamte Öffnungswinkel einer Antennen-Anordnung größer gemacht, wenn die Auflösung zur Erkennung einer Ankunftsrichtung von Radiowellen erhöht werden soll. Wenn daher der Abstand zwischen zwei Antennen-Elementen verringert wird, ist eine sehr große Anzahl von Antennen-Elementen erforderlich, um einen bestimmten erforderlichen Öffnungswinkel der gesamten Antennen-Anordnung zu erhalten. Daher steigen notwenigerweise sowohl die Montagearbeit für die Antennen-Elemente als auch die Herstellungskosten.
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Wenn die Einrichtung zwei Antennensysteme verwendet, wobei die Abstände der Antennen eines der zwei Antennensysteme von den entsprechenden Abständen des anderen Antennensystems verschieden sind, wird der Aufbau der Einrichtung kompliziert. Darüber hinaus steigt der zur Verarbeitung der empfangenen Signale erforderliche Rechenaufwand stark an, da eine entsprechende Signalverarbeitung für jedes Antennensystem ausgeführt werden muss.
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Die
DE 197 16 002 A1 , die als nächstliegender Stand der Technik erachtet wird, offenbart eine Kraftfahrzeug-Radaranordnung, bei der die Kombination von zwei Antennenanordnungen mit verschiedenen horizontalen Winkelauflösungen zur Erzielung einer insgesamt besseren und eindeutigeren Richtungsbestimmung verwendet wird. Dabei wird eine Phasendifferenz zwischen den über die Sende-/Empfangskanäle empfangenen Signalen erzeugt und die Richtung des Ziels auf der Grundlage der Phasendifferenz berechnet, wobei wenigstens jeweils eine Sende- und eine Empfangs-Antenne vorgesehen ist, um die Mehrzahl von Sende-/Empfangskanälen zu bilden. Weiterhin sei zum besseren Verständnis auf die
EP 0 965 859 A1 verwiesen.
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Richtungserkennungseinrichtung bereitzustellen, die eine fehlerhafte Erkennung aufgrund einer Signal- bzw. Phasenverkennung verhindert, wobei die Vorrichtung gleichzeitig kompakt und der Rechenaufwand zur Verarbeitung der empfangenen Signale niedrig ist.
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Das genannte Ziel wird mit einer Einrichtung gemäß Patantanspruch 1 erreicht.
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Praktisch besteht keine Notwendigkeit, die von der Richtungsberechnungsvorrichtung berechnete Richtung zu korrigieren, wenn die Bereichsbestimmungsvorrichtung einen Azimutzwinkelbereich bestimmt, der einem Bereich entspricht, dessen Phasendifferenz zwischen –π und +π (m = 0) liegt. Demgegenüber unterliegt die von der Richtungsberechungsvorrichtung berechnete Richtung, wenn bestimmt wird, dass der Azimutwinkelbereich nicht dem oben genannten entspricht (d. h., wenn m ungleich Null ist), der Korrektur, dass ”m·α” zu der von der Richtungsberechungsvorrichtung berechneten Richtung addiert wird, wobei ”α” ein Winkel ist, der ein Maß für den Öffnungswinkel jedes Azimutwinkelbereichs ist.
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Somit kann die Richtungserfassungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung einen Azimutzwinkelbereich bestimmen, in dem sich ein Ziel aufhält, indem sie neben der Phasendifferenz zwischen den empfangen Signalen den Faktor verwendet. Es ist somit möglich, die Richtung des Ziels korrekt und fehlerfrei zu erfassen, selbst wenn eine Signal- bzw. Phasenverkennung bei den Phasen der empfangenen Signale auftritt.
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Wenn daher die Abbildungsvorrichtung bereitgestellt ist, kann die Abbildungsvorrichtung dazu verwendet werden, eine durch Phasenverkennung fälschliche Erfassung der Ziele zu vermeiden.
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Weiter Ziele und Aspekte der vorliegenden Erfindung werden ersichtlich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
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1A und 1B Darstellungen sind, die das Prinzip der Erfassung einer azimutalen Richtung auf der Grundlage eines Phasendifferenz erklären;
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2 eine Beziehung zwischen einer Richtung und einer Phasendifferenz und ein Beispiel zeigen, wie eine Antennencharakteristik einzustellen ist;
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3 eine Schwierigkeit erläutert, mit der eine herkömmliche Vorrichtung konfrontiert ist (diese Figur wird ferner zur Erläuterung des Betriebs der vorliegenden Erfindung verwen det);
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4 eine weitere Beziehung zwischen einer Richtung und einer Phasendifferenz und ein weiteres Beispiel zeigt, wie eine Antennencharakteristik einzustellen ist;
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5 ein Blockdiagramm ist, das die gesamte Konfiguration einer Radarvorrichtung zeigt, die als Richtungserfassungsvorrichtung gemäß einem nicht erfindungsgemäßen Beispiel dient;
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6 ein Flussdiagramm ist, das zeigt, wie die Richtung korrigiert wird, die von dem nicht erfindungsgemäßen Beispiel eingestellt wird;
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7 ein Blockdiagramm ist, das die gesamte Konfiguration einer Radarvorrichtung zeigt, die als Richtungserfassungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dient;
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8 ein Flussdiagramm ist, das zeigt, wie eine Richtung korrigiert wird, die von der Ausführungsform eingestellt wird; und
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9 eine von der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführte Operation erläutert.
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Bei dem nachfolgenden nicht erfindungsgemäßen Beispiel und der nachfolgenden Ausführungsform ist die Richtungserfassungsvorrichtung gemäß dem Beispiel und der vorliegenden Ausführungsform in der Praxis auf eine Bordradar-Einrichtung beschränkt.
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5 zeigt ein Blockdiagramm der Gesamtkonfiguration einer Bordradar-Einrichtung 2 gemäß dem nicht erfindungsgemäßen Beispiel.
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Wie in 5 gezeigt ist, umfasst die Radareinrichtung 2 einen Sender 4, einen N-Kanal-Empfänger 6, eine N-Kanal-A/D-Wandlereinheit 8 und einem Signalprozessor 10.
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Der Sender 4 ist mit einer Sende-Antenne AS verbunden, die eine Radarwelle im Millimeterband aussendet. Der Empfänger 6 ist mit N Empfangs-Antennen AR1 bis ARN verbunden, die äquidistant entlang einer Linie angeordnet sind, wobei in diesem Beispiel N = 8 ist. Der Empfänger 6 empfängt über die Antennen AR1 bis ARN eine Radarwelle (im Folgenden als ”reflektierte Welle” bezeichnet), die von dem Sender 4 gesendet und von Gegenständen (Hindernissen) wie etwa vorausfahrenden Fahrzeugen und Objekten am Straßenrand reflektiert wird, und erzeugt N Schwebungssignale B1 bis BN, wie später näher erläutert wird.
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Die A/D-Wandlereinheit 8 umfasst A/D-Wandler ADi (hier i = 1 bis 8), die jeweils ein Schwebungssignal der vom Empfänger 6 erzeugten Schwebungssignale Bi (i = 1 bis 8) empfangen, wobei der A/D-Wandler AD1 das Schwebungssignal B1 empfängt etc. Jeder der Wandler AD1 bis ADN tastet das jeweils empfangene Schwebungssignal der Schwebungssignale B1 bis BN ab, um es in ein entsprechendes digitales Signal bzw. entsprechende digitale Daten D1 bis DN umzuwandeln. Die digitalen Daten bzw. Signale D1 bis DN von den A/D-Wandlern AD1 bis ADN werden dem Signalprozessor 10 zugeführt, der verschiedene vorbestimmte Signalverarbeitungen an den Daten D1 bis DN durchführt.
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Genauer, der Sender 4 umfasst einen Radiofrequenz-Oszillator 12 und einen Verteiler 14. Der Radiofrequenz-Oszillator 12 erzeugt ein Radiowellen-Signal im Millimeterbereich, das so moduliert wird, dass die Frequenz über eine Zeitspanne linear zunimmt bzw. abnimmt. Der Verteiler 14 ist konfiguriert, um ein Ausgangssignal des Radiofrequenzosziallators 12 leistungsmäßig in ein Sendesignal Ss und ein lokales Signal L aufzuteilen. Das Sendesignal Ss wird anschließend an die Sende-Antenne AS gegeben, während das lokale Signal L in den Empfänger 6 eingespeist wird.
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Der Empfänger 6 umfasst für Radiofrequenzen ausgelegte Mischer MXi (i = 1 bis N), die in den jeweiligen Empfangspfad bzw. Kanal ”i” (i = 1 bis N) der N Empfangskanäle bzw. -Pfade eingefügt sind, um ein Empfangssignal Sri zu empfangen, das von der jeweiligen Antenne ARi geliefert wird, und Verstärker AMPi (i = 1 bis 8), die jeweils hinter dem entsprechende Mischer MXi in dem Empfangspfad eingefügt sind (siehe 5).
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Jeder Mischer MXi mischt das Empfangssignal Sri mit dem lokalen Signal L, so dass ein Schwebungssignal Bi erzeugt wird, das die Frequenzkomponenten der Signale Sri und L enthält und aus deren Differenzsignal gebildet ist. Jeder Verstärker AMPi verstärkt eines der Schwebungssignale Bi. Ferner dienen die Verstärker AMPi dazu, unnötige Radiofrequenzkomponenten von den entsprechenden Schwebungssignalen Bi herauszufiltern.
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Im Folgenden ist eine Konfiguration, die den Mischer MXi, den Verstärker AMPi und den A/D-Wandler ADi umfasst (jeweils i = 1 bis N) und die digitalen Daten Di bzw. das digitale Signal Di aus den von der Antenne ARi empfangenen Signalen Sri erzeugt, als Empfangskanal Chi bezeichnet.
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Bei dem vorliegenden Beispiel beträgt der Halbwertswinkel der Sende-Antenne AS, d. h. der Winkel, bei dem die Leistung (der Antennengewinn) auf die Hälfte des Maximums abgefallen ist, ±10°, d. h. von –10° bis +10° (was einem gesamten Öffnungswinkel von 20° entspricht), wobei die Richtung zwischen Antenne und Fahrzeug bei 0° liegt. Ferner sind die Empfangs-Antennen AR1 bis ARN in Abständen d von 7,2 mm angeordnet. Der Radiofrequenzosziallator 12 ist ausgelegt, um Radiowellen mit einer Wellenlänge von 3,9 mm (ca. 77 GHz) zu erzeugen.
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Darüber hinaus wird bei dem vorliegenden Beispiel ein Richtungsbereich Am als ein azimutaler Bereich definiert, bei dem eine Phasendifferenz Δθ zwischen zwei Empfangssignalen benachbarter Empfangs-Antennen ARi und ARi +1 zwischen (2m – 1)π [rad] und (2m + 1)π [rad] liegt, wobei m eine ganze Zahl ist. Die Vorgabe des oben genannten Abstandes ”d” zwischen den Empfangs-Antennen und der Wellenlänge der verwendeten Radiowellen weist jeder Richtungsbereich einen Winkel von 32° auf. Insbesondere ist ein Richtungsbereich A0, der eine Phasendifferenz Δθ zwischen zwei Empfangssignalen zweier benachbarter Antennen zwischen –π und +π [rad] (m = 0) ermöglicht, auf einen Winkel zwischen –16° und +16° eingestellt.
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Bei der Radareinrichtung 2 wird eine Radarwelle, die in eine Frequenz-modulierte kontinuierliche Welle (engl.: ”frequency modulated continuous wave”; FMCW) umgewandelt wird, von dem Sender 4 über die Sende-Antenne AS ausgesendet, und ihre reflektierte Welle wird von jeder der Empfangs-Antennen AR1 bis ARN empfangen. Als Antwort mischt jeder Mischer MXi des Empfangskanals Chi ein Empfangssignal Sri von der jeweiligen Empfangs-Antenne ARi mit dem lokalen Signal L von dem Sender 4, so dass ein Schwebungssignal Bi erzeugt wird. Das Schwebungssignal Bi enthält die Frequenzkomponenten des Empfangssignals Sri und des lokalen Signals L und ist aus der Differenz dieser Signale gebildet. Dieses Schwebungssignal Bi wird jeweils von dem nachfolgenden Verstärker AMPi verstärkt, der darüber hinaus unnötige Radiofrequenzkomponenten von dem Schwebungssignal entfernt. Das verstärkte Schwebungssignal Bi wird anschließend durch wiederholte Abtastung in dem jeweiligen A/D-Wandler ADi zu einem digitalen Signal Di umgewandelt.
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Der Signalprozessor 10 umfasst einen herkömmlichen Mikrocomputer mit CPU, ROM, RAM sowie einen Eingang, dem die Daten von der A/D-Wandlereinheit 8 zugeführt werden, einen Prozessor für digitale Datenverarbeitung (DSP), um eine schnelle Fourier-Transformation (FFT = ”Fast Fourier Transform”) auszuführen.
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Während jeder Messperiode, die aus einer Zeitspanne, während der die Frequenz des Sendesignals Ss allmählich erhöht wird, und einer Zeitspanne, während der die Frequenz des Sendesignals Ss allmählich verringert wird, besteht, erzeugt die Abtastoperation, die in der A/D-Wandlereinheit 8 ausgeführt wird, digitale Signale bzw. Daten Di. Somit verwendet der Signalprozessor 10 die digitalen Daten Di, um jeweils am Ende einer Messperiode ein Ziel zu erfassen und eine Entfernung zwischen der Antenne und dem erfassten Ziel sowie eine relative Geschwindigkeit und Richtung des erfassten Ziels zu berechnen. Der Signalprozessor 10 korrigiert darüber hinaus die von der oben beschriebenen Zielerfassungsverarbeitung erfasste Richtung.
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Bei der Zielerfassungsverarbeitung werden die digitalen Daten, Kanal für Kanal, einer schnellen Fourier-Transformation unterzogen und in anderer Weise verarbeitet, so dass Frequenzkomponenten der von jedem Ziel reflektierten Welle erkannt werden und damit das Ziel erfasst wird. Unter Verwendung einer bekannten FMCW-Radartechnik wird von jedem erfassten Ziel eine Entfernung und eine relative Geschwindigkeit erfasst. Gleichzeitig wird für jeden Kanal die Richtung jedes Ziels auf der Grundlage der Zwischenkanal-Phasendifferenz Δθ einer Frequenzkomponente des von dem gleichen Ziel reflektierten Empfangssignals berechnet. Zur praktischen Berechnung der Richtung kann jede Technik angewendet werden, solange sie Informationen über die Phasendifferenz Δθ verwendet. Zum Beispiel können Techniken wie das sogenannte DBF (”digital beam forming”) und ESPRIT (”European Strategic Program for Research and Development in Information Technology”) zur Signalverarbeitung verwendet werden.
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Gemäß der oben genannten Richtungskorrekturverarbeitung wird ein erster Schritt ausgeführt, um eine Richtung zu erhalten, wobei angenommen wird, dass zwischen Empfangssignalen, die über die jeweiligen Kanäle erfasst werden, keine Phasenverkennung bezüglich der Phasendifferenz Δθ vorliegt (i. e. |Δθ| < π), d. h. das Ziel liegt in dem Richtungsbereich A0. Folglich wird, als ein zweiter Schritt, anschließend die Richtungskorrekturverarbeitung ausgeführt, um die gewonnene Richtung zu korrigieren, so dass die Phasenverkennung beseitigt ist.
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Diese Richtungkorrekturverarbeitung ist im Folgenden mit Bezug auf das in 6 gezeigte Flussdiagramm ausführlich beschrieben und wird für jedes der durch die oben beschriebene Zielerfassungsverarbeitung erfassten Ziele ausgeführt.
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Wenn die Richtungskorrekturverarbeitung eingeleitet wird, beginnt sie mit Schritt S110, bei dem für jedes zu verarbeitende Ziel (im Folgenden ”Verarbeitungsziel” genannt) eine Entfernung, eine relative Geschwindigkeit und eine Richtung eingelesen werden, die von der Zielerfassungsverarbeitung berechnet worden sind. Anschließend geht die Verarbeitung zu Schritt S120 über, bei dem für jedes Ziel, das während einer vorherigen Messperiode erfasst wurde, ein Vergleich zwischen einer vorhergesagten Position (oder einer scheinbaren vorhergesagten Position), die in nachstehend beschriebenen Schritten S170 bis S190 berechnet wird, und der aktuellen Position und Entfernung des Ziels (im Folgenden als ”erfasstes Ziel” bezeichnet), die bei dem vorherigen Schritt S110 eingelesen wurde, durchgeführt wird, und es wird bestimmt, ob die vorhergesagten Positionen eine Position enthalten, die mit der erfassten Position vereinbar ist.
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Wenn eine solche Position, die mit der erfassten Position übereinstimmt, bei den vorhergesagten Positionen nicht vorhanden ist, wird als nächstes Schritt S130 ausgeführt, das Verarbeitungsziel wird als neues Ziel gespeichert, bevor Schritt S160 ausgeführt wird. Im Gegensatz dazu fährt die Verarbeitung mit Schritt S140 fort, wenn die vorhergesagten Positionen eine Position enthalten, die mit der erfassten Position übereinstimmt.
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Bei Schritt S140 wird anschließend auf der Grundlage von den vorhergesagten Positionen zugeordneten Informationen bestimmt, ob eine vorhergesagte Position, die mit der erfassten Position übereinstimmt, eine scheinbare vorhergesagte Position ist oder nicht. Wenn diese Bestimmung ergibt, dass die mit der erfassten Position übereinstimmende vorhergesagte Position eine aktuelle vorhergesagte Position ist, und nicht die scheinbare vorhergesagte Position, fährt die Verarbeitung mit Schritt S160 fort.
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Wenn hingegen die obige Bestimmung ergibt, dass die vorhergesagte Position, die mit der erfassten Position übereinstimmt, die scheinbare vorhergesagte Position ist, fährt die Verarbeitung mit Schritt S150 fort, bei dem ein Richtungsbereich Am, in dem die aktuelle Position liegt, auf der Grundlage einer der vorausberechneten Position zugeordneten Information bestimmt wird, und die Richtung wird in Übereinstimmung mit dem bestimmten Richtungsbereich Am korrigiert. Die Verarbeitung fährt dann mit Schritt S160 fort.
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Praktisch kann, wenn die Winkelbreite jedes Richtungsbereichs mit ”Φ” bezeichnet wird und eine Richtung, die durch die Zielerfassungsverarbeitung gewonnen wird, mit ”α0” bezeichnet wird, eine aktuelle Richtung mit Hilfe der folgenden Formel berechnet werden: α = α0 + 2mΦ (1) wobei ”m” die Nummer des Richtungsbereichs bedeutet.
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Bei Schritt S160 werden verschiedene Informationen wie etwa die Entfernung und die relative Geschwindigkeit, die bei der Zielerfassungsverarbeitung berechnet wurden, und Richtungen, die von der Zielerfassungsverarbeitung berechnet wurden, oder die korrigierte Richtung, falls in Schritt S150 die Richtungskorrekturverarbeitung ausgeführt wurde, als Historydaten des Verarbeitungsziels gespeichert. Die Verarbeitung fährt dann mit Schritt S170 fort, bei dem die in Schritt S160 gespeicherten Historydaten dazu verwendet werden, eine vorhergesagte Position (d. h. eine vohergesagte Entfernung und eine vorhergesagte Richtung) zu berechnen, bei der das Verarbeitungsziel während der nächsten Messperiode erfasst werden sollte.
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Die Verarbeitung fährt dann mit Schritt S180 fort, bei dem bestimmt wird, ob sich die vorhergesagte Position in dem Richtungsbereich A0 befindet oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass sich die vorhergesagte Position in dem Richtungsbereich A0 befindet, wird die Verarbeitung beendet, ohne weitere Schritte auszuführen. Wenn jedoch bestimmt wird, dass sich die vorhergesagte Position außerhalb des Richtungsbereichs A0 befindet, fährt die Verarbeitung mit dem Schritt S190 fort. Bei Schritt S190 wird eine scheinbare vorhergesagte Position, die sich in dem Richtungsbereich A0 befindet, berechnet, und die Nummer ”m” des Richtungsbereichs Am, in dem sich die aktuelle vorhergesagte Position befindet, wird als der vorhergesagten Position zugeordnete Information, zusammen mit der scheinbaren vorhergesagten Position gespeichert, bevor die Verarbeitung beendet ist.
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Bei dem vorliegenden Beispiel entspricht die scheinbare vorhergesagte Position einer Richtung, die man erhält, indem man die in Schritt S170 berechnete vorhergesagte Richtung durch eine Richtung in einem Richtungsbereich A0 (d. h. einer scheinbaren Richtung) ersetzt, die man unter Verwendung einer Berechnung ohne Berücksichtigung der Phasenverkennung bezüglich der Phasendifferenz Δθ erhalten hat. Konkret, wenn die vorausgesagte Richtung mit ”αp” und der Richtungsbereich, in dem sich die vorausgesagte Position befindet, mit ”Am” bezeichnet wird, kann die scheinbare vorausgesagte Richtung ”α0p” durch folgende Gleichung ausgedrückt werden: αop = αp – 2mΦ (2)
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Demzufolge kann mit Hilfe der oben beschriebenen Verarbeitung die Radareinrichtung 2 die zuvor in Verbindung mit 3 erläuterte Schwierigkeit überwinden, wobei sich ein zunächst in dem Richtungsbereich A0 erfasstes Ziel in einen angrenzenden Richtungsbereich A + 1 bewegt (durchgezogene Linie in 3), so dass das Ziel fälschlicherweise so erfasst wird, als ob es sich noch an Positionen befindet, die von der aktuellen Position verschieden sind (gestrichelte Linie). Bei der vorliegenden Ausführungsform werden, selbst wenn ein solcher Fall auftritt, die Historydaten des Ziels verwendet, um einen Richtungsbereich Am (m = +1 in 3), in dem sich das Ziel aktuell befindet, zu bestimmen. Somit ermöglichen sowohl der bestimmte Richtungsbereich Am als auch die scheinbare Position (d. h. die in dem Richtungsbereich A0 erfasste scheinbare Richtung ”α0”) eine korrekte Bestimmung der aktuellen Position (d. h. der aktuellen Richtung ”α”).
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Die Radareinrichtung 2 gemäß dem vorliegenden Beispiel kann daher die Richtung des Ziels selbst dann bestimmen, selbst wenn es außerhalb des Richtungsbereichs A0 angeordnet ist. Somit ist die Radareinrichtung 2 in der Lage, ihren Zielerfassungsbereich zu vergrößern.
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Um einen solchen vergrößerten Erfassungsbereich zu verwirklichen, muss die Radareinrichtung 2 darüber hinaus die Abstände zwischen jeweils zwei Antennen der Antennen AR1 bis ARN nicht verringern. Es ist ebenfalls nicht erforderlich, ein Antennensystem zu verwenden, dessen Antennengewinn sich an den Grenzen des Richtungsbereichs A0 steil ändert. Es besteht keine Notwendigkeit, Spezifikationen der Antenne besonders zu verändern, so dass der Funktionsumfang der Radareinrichtung 2 bei verringerten Herstellungskosten erhöht werden kann.
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Darüber hinaus ist es im Gegensatz zu der herkömmlichen Einrichtung, die die zwei Antennensysteme verwendet, wobei sich die Abstände zwischen den Antennen eines Systems von denen des anderen Systems unterscheiden, nicht erforderlich, die Einrichtung so zu konfigurieren, dass die gleiche Empfangsverarbeitung von jedem Antennensystem ausgeführt wird. Nur die Richtungskorrekturverarbeitung, welche vergleichsweise einfach ist, kommt zu der ursprünglichen Empfangsverarbeitung hinzu, mit dem Ergebnis, dass man die gleichen Operationen ausführen und die gleichen Vorteile erhalten kann wie die des Zweiantennen-Systems. Verglichen mit den herkömmlichen Einrichtungen kann ein von der Empfangseinheit ausgeführter Rechenaufwand stark verringert werden.
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Bei dem vorliegenden Beispiel umfasst die Zielerfassungsverarbeitung ein Richtungsberechnungsmittel, während die Verarbeitung der Schritte S110 bis S120, S140, S170 bis S190 zu einem Bereichsbestimmungsmittel gehören, die Verarbeitung des Schritts S150 gehört zu einem Korrekturmittel, und die Verarbeitung des Schritts S160 gehört zu einem Speicherungsmittel.
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Im Folgenden ist unter Bezugnahme auf die 7 bis 9 eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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7 ist ein Blockdiagramm, das die Gesamtkonfiguration einer Radareinrichtung 2a gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Die Radareinrichtung 2a unterscheidet sich von der gemäß dem Beispiel nur teilweise in der Konfiguration und der Signalverarbeitung, die von dem Signalprozessor 10 ausgeführt wird, so dass die gleichen bzw. einander entsprechende Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.
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Wie es in 7 gezeigt ist, umfasst die Radareinrichtung 2a, im Vergleich zu den Konfigurationen der Radareinrichtung 2 des nicht erfindungsgemäßen Beispiels, zusätzlich eine CCD-Kamera 16, die in der Lage ist, einen Bereich abzubilden, der breiter als der Richtungsbereich A0 und in diesem enthalten ist. Ein solcher Bereich erstreckt sich zum Beispiel von –30° bis +30°. Der Signalprozessor 10 ist konfiguriert, um eine Zielerfassungsverarbeitung auszuführen, um Ziele unter Verwendung digitaler Daten Di aus der A/D-Wandlereinheit 8 zu erfassen, eine Zielerkennungsverarbeitung auszuführen, um Ziele unter Verwendung von mit der CCD-Kamera 16 erfassten Daten zu erkennen, und um eine Richtungskorrekturverarbeitung auszuführen, um die von der Zielerfassungsverarbeitung erfassten Ziele zu korrigieren, indem ein erkanntes Ergebnis der Zielerkennungsverarbeitung verwendet wird.
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Von den oben genannten Verarbeitungsarten ist die Zielerfassungsverarbeitung vollkommen mit der im Zusammenhang mit dem nicht erfindungsgemäßen Beispiel erläuterten Zielerfassungsverarbeitung identisch, so dass an dieser Stelle auf eine erneute Erläuterung verzichtet wird.
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Die Zielerkennungsverarbeitung ist konfiguriert, um mit Hilfe einer Bildverarbeitung wie etwa einer Mustererkennung Bereiche auf CCD-Bildern zu extrahieren, die mit hoher Wahrscheinlichkeit das Vorhandensein der Ziele zeigen. Verschiedene Wege zur Erkennung solcher Bereiche sind bekannt, und jeder dieser Wege kann gemäß der vorliegenden Erfindung eingeschlagen werden. Da die Art und Weise der Zielerkennung in keinem direkten Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung steht, wird auf eine ausführliche Beschreibung verzichtet.
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Die Richtungskorrekturverarbeitung, die sich hinsichtlich der Verarbeitungsinhalte von dem nicht erfindungsgemäßen Beispiel unterscheidet, ist nachfolgend mit Bezug auf ein in 8 gezeigtes Flussdiagramm beschrieben. Diese Korrekturverarbeitung wird für jedes bei der Zielerfassungsverarbeitung erfasste Ziel ausgeführt, obwohl dies nicht in 8 gezeigt ist.
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Als Antwort auf die Aktivierung dieser Richtungskorrekturverarbeitung werden für jedes zu verarbeitende Ziel (Verarbeitungsziel) eine Entfernung, eine relative Geschwindigkeit und eine Richtung, die bei der Zielerfassungsverarbeitung gewonnen werden, eingelesen. Anschließend werden bei Schritt S220 aus der eingelesenen Entfernung und Richtung eine Position des erfassten Verarbeitungsziels auf den Bildern der CCD-Kamera 16 berechnet. Diese Berechnung kann unter Verwendung eines bekannten Verfahrens zur Abbildung einer dreidimensionalen Position auf eine zweidimensionale Ebene ausgeführt werden.
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Bei Schritt S230 wird ein bei der Zielerkennungverarbeitung erkanntes Ergebnis für die Bestimmung herangezogen, ob sich das Ziel an der bei Schritt 220 ermittelten Position befindet oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass sich das Ziel an der ermittelten Position befindet, fährt die Verarbeitung direkt mit Schritt S270 fort, während im anderen Fall die Verarbeitung mit Schritt S240 fortfährt.
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Bei Schritt S240 wird erneut eine Richtung unter der Bedingung berechnet, dass die Phasendifferenz Δθ, die bei der Zielerfassungsverarbeitung zur Berechnung der Richtung verwendet wird, falsch erkannt wurde, und diese erneut berechnete Richtung wird verwendet, um eine Position (vorausgesagte Position) zu berechnen, bei der das Ziel auf dem Bildschirm erfasst wird. Bei dieser Berechnung werden für jeden der Richtungsbereiche Am (eines von der CCD-Kamera 16 dargestellten Bereichs) außer dem Richtungsbereich A0 Richtungen ”α” berechnet, die jeweils der Phasendifferenz Δθ entsprechen.
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Praktisch kann, wie es in 9 gezeigt ist, wenn eine bei der Zielerfassungsverarbeitung berechnete Richtung (d. h. eine scheinbare Richtung) mit ”α0” bezeichnet wird, die oben genannte Formel (1) verwendet werden, um Richtungen ”α = α0 + 2mΦ für jede mögliche Zahl m (im Fall der 9 m = ±1) zu berechnen. Jede der berechneten Richtungen ”α” wird dann zur Berechnung von vorausgesagten Richtungen auf dem Bildschirm verwendet.
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Bei Schritt S250 wird anschließend das Ergebnis der Zielerkennungsverarbeitung zur Bestimmung herangezogen, ob das Ziel an irgendeiner der bei Schritt S240 berechneten vorausgesagten Positionen vorhanden ist oder nicht. Wenn die Bestimmung positiv ist, d. h. das Ziel existiert an irgendeiner vorausgesagten Position, fährt die Verarbeitung mit Schritt S260 fort. Bei Schritt S260 wird die Richtung, die zur Berechnung der vorausgesagten Positionen verwendet wird, als eine Richtung des Ziels bestimmt, d. h. die Richtung wird vor der Ausführung des nachfolgenden Schritts S270 korrigiert.
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Bei Schritt S270 werden verschiedene Informationen wie die Entfernung und die relative Geschwindigkeit der bei der Zielerfassungsverarbeitung berechneten Verarbeitungsziele, und bei der Zielerfassungsverarbeitung berechnete Richtungen oder die bestimmte Richtung, sofern bei Schritt S260 eine Richtung bestimmt worden ist, als Historydaten gespeichert. Damit ist die Verarbeitung beendet.
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Wenn hingegen bei Schritt S250 bestimmt wird, dass das Ziel nicht an irgendeinem der bei Schritt S240 berechneten vorausgesagten Positionen existiert, fährt die Verarbeitung mit Schritt S280 fort. Bei Schritt S280 wird eine Fehlerverarbeitung ausgeführt, so dass das Verarbeitungsziel abgelegt ist, und anschließend wird die Verarbeitung beendet.
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Wie oben beschrieben, arbeitet die Radareinrichtung 2a gemäß der Ausführungsform derart, dass sie die Daten, die durch Senden und Empfangen von Radiowellen auf der Grundlage der von einer CCD-Kamera 16 angezeigten Daten gewonnen werden, überprüft, so dass eine Richtung (ein Richtungsbereich Am), in dem sich ein Ziel befindet, bestimmt wird. Somit ist es möglich, dass, selbst wenn die Phasendifferenz Δθ der Radarwellen verkannt wird, der Richtungsbereich Am, der sowohl aus den Daten von der Radarwelle als auch der CCD-Kamera 16 bestimmt wird, und die von der in dem Richtungsbereich A0 erfassten scheinbaren Position (d. h. der scheinbaren Richtung ”α0”) verwendet werden, um eine aktuelle Position (d. h. eine aktuelle Richtung ”α”) zu bestimmen. Es ist daher möglich, die gleichen Vorteile wie bei der Radareinrichtung 2 des nicht erfindungsgemäßen Beispiels bereitzustellen.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform umfasst die CCD-Kamera 16 ein Abbildungsmittel, die Zielerfassungsverarbeitung entspricht einem Entfernungsbestimmungsmittel, die Verarbeitung bei den Schritten S220 und S240 entspricht einem Abbildungsmittel, und die Verarbeitung bei Schritt S230 und S250 entspricht dem Bestimmungsmittel.
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Weitere Variationen des nicht erfindungsgemäßen Beispiels und der Ausführungsform können ebenfalls bereitgestellt werden.
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Eine Variation besteht darin, dass die voranstehende Einrichtung mit einer Mehrzahl von Empfangs-Antennen durch eine Radareinrichtung ersetzt werden kann, die mit einer Mehrzahl von Sende-Antennen (bei dieser Konfiguration sind eine oder mehrere Empfangs-Antennen möglich) ausgestattet ist.
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Eine weitere Variation betrifft den Halbwertswinkel des Antennensystems. Bei dem vorangegangenen nicht erfindungsgemäßen Beispiel und der vorangegangenen Ausführungsform ist der Halbwertswinkel auf einen Wert eingestellt, der in etwa dem des Richtungsbereichs A0 entspricht. Dies ist jedoch nicht zwingend der Fall. Der Halbwertswinkel kann z. B. einen Winkelbereich einschließen, der Ziele außerhalb des Richtungsbereichs A0 liegt.
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Gemäß einer weiteren Variation der vorliegenden Erfindung ist die Abbildungsvorrichtung nicht auf eine CCD-Kamera beschränkt, sondern kann auch eine Laserabbildungsvorrichtung umfassen.
