DE112019001829T5

DE112019001829T5 - Objektpositionserfassungssystem

Info

Publication number: DE112019001829T5
Application number: DE112019001829.9T
Authority: DE
Inventors: Takuya Maekawa
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2018-05-10
Filing date: 2019-04-23
Publication date: 2020-12-31
Also published as: US20210055403A1; JP6819819B2; JPWO2019216214A1; US11906615B2; WO2019216214A1

Abstract

Es ist ein Objektpositionserfassungssystem vorgesehen, durch das die Positionen von Erfassungsobjekten genau ermittelt werden, die Genauigkeit einer Paarbildung verbessert wird und die Genauigkeit einer Erfassung von Erfassungsobjekten verbessert wird. Bei Radarvorrichtungen 2A, 2B werden durch eine Empfangsantenne 31 Empfangswellen empfangen, die infolge dessen, dass von einer Sendeantenne 25 gesendete Sendewellen durch eine Mehrzahl von Zielen T1, T2, T3, T4, ... und Tm reflektiert werden, zurückkehren, und relative Entfernungen zu der Mehrzahl von Zielen T1, T2, T3, T4, ... und Tm werden ausgehend von einer Schwebungsfrequenz der Sendewellen und der Empfangswellen ohne die Verwendung von Positionsinformationen jeder der Sendewellen und der Empfangswellen berechnet. Eine Rechenvorrichtung 4 ist mit einer Paarbildungseinrichtung und einer Positionsberechnungseinrichtung versehen. Die Paarbildungseinrichtung führt anhand einer Mehrzahl verschiedener Verfahren eine Paarbildung zum Festlegen einer Kombination relativer Entfernungen für dasselbe Ziel aus den relativen Entfernungen zu der Mehrzahl von Zielen T1, T2, T3, T4, ... und Tm, die durch die Radarvorrichtungen 2A, 2B berechnet werden, durch.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Objektpositionserfassungssystem, das Positionen einer Mehrzahl von Erfassungszielobjekten durch Verwendung einer Mehrzahl von Radarvorrichtungen erfasst.
Stand der Technik
In der verwandten Technik ist als diese Art von Apparatur in der Patentschrift 1 eine Hinderniserfassungsapparatur offenbart. Diese Hinderniserfassungsapparatur erfasst ein Hindernis auf einer Eisenbahnschiene an einer Eisenbahnkreuzung durch Verwendung zweier Radarvorrichtungen, die eine erste Radarvorrichtung und eine zweite Radarvorrichtung sind. Mit anderen Worten berechnet die Hinderniserfassungsapparatur anhand einer Entfernung zu dem durch die erste Radarvorrichtung erfassten reflektierenden Objekt, einer Entfernung zu dem durch die zweite Radarvorrichtung erfassten reflektierenden Objekt und einer Entfernung zwischen der ersten und der zweiten Radarvorrichtung eine zweidimensionale Position eines reflektierenden Objekts und erfasst als Hindernis das reflektierende Objekt innerhalb eines vorbestimmten Bereichs. Bei dieser Hinderniserfassungsapparatur muss keine Funkwelle abgetastet werden, und es ist eine Objekterfassung in Echtzeit möglich.
Ferner ist in der verwandten Technik als diese Art von Apparatur in der Patentschrift 2 auch ein Zielerfassungssystem offenbart. Bei einer Zielerfassungsvorrichtung in diesem Zielerfassungssystem verbindet eine Schalteinrichtung auf zeitverschachtelte Weise eine Mehrzahl von Sensoreinrichtungen mit einer Sende-/Empfangseinrichtung, die eine Signalverarbeitung durchführt, und die einzelne Sende-/Empfangseinrichtung wird somit durch die Mehrzahl von Sensoreinrichtungen gemeinsam verwendet. Eine erste und eine zweite Zielerfassungsvorrichtung senden jeweilige erste und zweite Sendesignale in Richtung jeweiliger verschiedener Winkelbereiche und empfangen Signale, die von einem Ziel reflektiert werden, mit einer Mehrzahl von Sensoreinrichtungen. Anschließend werden aus Empfangssignalen erste Entfernungsinformationen und zweite Entfernungsinformationen des Ziels extrahiert. Eine Verarbeitungseinrichtung berechnet eine Position des Ziels ausgehend von den ersten Entfernungsinformationen und den zweiten Entfernungsinformationen durch Verwendung eines Triangulationsverfahrens. Falls eine Mehrzahl von Zielen vorliegen, wird unter Berücksichtigung einer Erfassungsregion jeder Sensoreinrichtung eine Berechnung durchgeführt, und Informationen über die Gesamtausbreitungsstrecke von einer Zielerfassungsvorrichtung zu der anderen Zielerfassungsvorrichtung durch jedes Ziel werden verwendet, wodurch das Auftreten einer Falscherfassung verhindert wird.
Liste der aufgeführten Dokumente
Patentschrift

Patentschrift 1: ungeprüfte japanische Patentanmeldung Veröffentlichungsnr. 2005-254869
Patentschrift 2: ungeprüfte japanische Patentanmeldung Veröffentlichungsnr. 2013-238616

Kurzdarstellung der Erfindung
Technisches Problem
Jedoch berechnet die oben beschriebene existierende Hinderniserfassungsapparatur, die in der Patentschrift 1 offenbart ist, eine zweidimensionale Position eines Erfassungszielobjekts lediglich durch Verwendung von einzelnen Entfernungsinformationen, die durch die erste und die zweite Radarvorrichtung erfasst werden. Aus diesem Grund geschieht dann, wenn eine Mehrzahl von Erfassungszielobjekten vorliegen, ein Fehler bei der Paarbildung, bei der eine Kombination von einzelnen Entfernungsinformationen desselben Erfassungszielobjekts festgelegt wird, und es tritt eine Falscherfassung eines Erfassungszielobjekts auf.
Ferner werden bei dem in der Patentschrift 2 offenbarten oben beschriebenen existierenden Zielerfassungssystem zum Extrahieren erster und zweiter Entfernungsinformationen über Entfernungen zu einem Ziel einzelne Phaseninformationen von Empfangssignalen und Sendesignalen verwendet. Phaseninformationen werden durch ein Medium beeinflusst, durch das sich eine Sendewelle und eine Empfangswelle ausbreiten, und die Phaseninformationen variieren wahrscheinlich. Ferner wird dann, während ein Höhenwinkel des Ziels bezüglich eines von jeder Zielerfassungsvorrichtung gesendeten Radarsignals niedrig wird, ein Fehler, der in einem geschätzten relativen Winkel des Ziels bezüglich der Zielerfassungsvorrichtung enthalten ist, groß. Aus diesem Grund verschlechtert sich die Genauigkeit von Positionsinformationen des erfassten Ziels.
Lösung des Problems
Die vorliegende Erfindung dient dazu, derartige Probleme zu lösen und stellt Folgendes bereit:

ein Objektpositionserfassungssystem, das Folgendes umfasst: eine Mehrzahl von Radarvorrichtungen, die dazu konfiguriert sind, mit jeweiligen Empfangsantennen Empfangswellen zu empfangen, die durch dadurch erhalten werden, dass Sendewellen, die von jeweiligen Sendeantennen gesendet werden, von einer Mehrzahl von Erfassungszielobjekten zurück reflektiert werden, und dazu konfiguriert sind, relative Entfernungen zu der Mehrzahl von Erfassungszielobjekten zu berechnen, ohne einzelne Phaseninformationen der Sendewellen und der Empfangswellen zu verwenden; und eine Rechenvorrichtung, die eine Paarbildungseinrichtung, die dazu konfiguriert ist, durch Verwendung einer Mehrzahl verschiedener Verfahren eine Paarbildung vorzunehmen, bei der von den relativen Entfernungen zu der Mehrzahl von Erfassungszielobjekten, die durch einzelnen Radarvorrichtungen berechnet werden, eine Kombination relativer Entfernungen für ein selbes Erfassungszielobjekt festgelegt wird, und eine Positionsberechnungseinrichtung, die dazu konfiguriert ist, eine Position jedes Erfassungszielobjekts gemäß relativen Entfernungen, die durch die Paarbildungseinrichtung gepaart sind, zu berechnen, umfasst.

Bei dieser Konfiguration berechnet die Rechenvorrichtung die Position jedes Erfassungszielobjekts lediglich durch Verwendung relativer Entfernungen von den einzelnen Radarvorrichtungen zu dem Erfassungszielobjekt, ohne einzelne Phaseninformationen von Sendewellen und Empfangswellen zu verwenden. Aus diesem Grund wird die Position jedes Erfassungszielobjekts mit Genauigkeit ohne Variation unter dem Einfluss eines Mediums ermittelt, durch das hindurch sich Sendewellen und Empfangswellen ausbreiten. Ferner hängen sogar in dem Fall, dass sich ein Erfassungszielobjekt bei einem niedrigen Höhenwinkel befindet, Fehler bezüglich relativer Entfernungen, die durch die Radarvorrichtungen berechnet und geschätzt werden, nicht von relativen Winkeln des Erfassungszielobjekts bezüglich der Radarvorrichtungen ab und können somit mit Genauigkeit erfasst werden. Ferner ermittelt die Rechenvorrichtung relative Winkel eines Erfassungszielobjekts ohne Verwendung von Phasendifferenzinformationen zwischen den Empfangsantennen, und die maximal erfassbare Anzahl von Erfassungszielobjekten ist dadurch nicht auf die Anzahl von Antennen beschränkt. Ferner treten eine Mehrzahl von Sendewellen von der Mehrzahl von Radarvorrichtungen in ein Erfassungszielobjekt ein, und Einfallswinkel dieser Sendewellen unterscheiden sich je nach den Radarvorrichtungen. Somit unterscheiden sich Intensitäten von Empfangswellen, die von dem Erfassungszielobjekt reflektiert werden und empfangen werden, auch je nach den Radarvorrichtungen. Aus diesem Grund kann dann, wenn auf eine relative Entfernung zu einem Erfassungszielobjekt, die in einer Radarvorrichtung berechnet wird, die eine Empfangswelle einer hohen Signalintensität empfängt, Bezug genommen wird, auch in einer Radarvorrichtung, die eine Empfangswelle einer niedrigen Signalintensität empfängt, eine Empfangswelle, die der berechneten relativen Entfernung entspricht, gefunden werden. Dies erhöht die Wahrscheinlichkeit einer Erfassung eines Erfassungszielobjekts in jeder Radarvorrichtung. Ferner führt die Paarbildungseinrichtung in der Rechenvorrichtung durch Verwendung einer Mehrzahl verschiedener Verfahren eine Paarbildung durch, bei der eine Kombination relativer Entfernungen für dasselbe Erfassungszielobjekt festgelegt ist, und somit nimmt die Paarbildungsgenauigkeit zu. Folglich nimmt bei dem gesamten Objektpositionserfassungssystem die Genauigkeit der Erfassung eines Erfassungszielobjekts zu.
Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
Die vorliegende Erfindung kann das Objektpositionserfassungssystem bereitstellen, bei dem die Position jedes Erfassungszielobjekts mit Genauigkeit ermittelt wird, bei dem die Paarbildungsgenauigkeit zunimmt und bei dem die Genauigkeit der Erfassung des Erfassungszielobjekts zunimmt.
Figurenliste

1 ist ein Blockkonfigurationsdiagramm eines Objektpositionserfassungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 veranschaulicht einen Reflexionswellentyp (eine Reflexionsmode, engl.: reflection mode), bei dem eine Funkwelle auftrifft und von einem Objekt mit einem Vorsprung und einer Vertiefung reflektiert wird.
3(a) ist ein Graph, der Reflexionsgrade veranschaulicht, die einem Einfallswinkel einer horizontal polarisierten Wellenkomponente und einer vertikal polarisierten Wellenkomponente in einer Mode entsprechen, in der eine Funkwelle auftrifft und von einem Vorsprung eines Objekts reflektiert wird, und 3(b) ist ein Graph, der Reflexionsgrade veranschaulicht, die einem Einfallswinkel einer horizontal polarisierten Wellenkomponente und einer vertikal polarisierten Wellenkomponente in einer Mode entsprechen, in der eine Funkwelle auftrifft und von einer Vertiefung des Objekts reflektiert wird.
4 veranschaulicht eine Positionsarithmetik für ein Erfassungszielobjekt, die durch eine Rechenvorrichtung durchgeführt wird, die das Objektpositionserfassungssystem gemäß dem einen Ausführungsbeispiel darstellt.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Als Nächstes wird ein Ausführungsbeispiel zum Implementieren eines Objektpositionserfassungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
1 ist ein Blockkonfigurationsdiagramm eines Objektpositionserfassungssystems 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Das Objektpositionserfassungssystem 1 wird durch eine Mehrzahl von Radarvorrichtungen 2A und 2B und eine Rechenvorrichtung 4 gebildet. Eine Mehrzahl von Zielen T1, T2, T3, T4, ... und Tm dienen als Erfassungszielobjekte.
Jede der Radarvorrichtungen 2A und 2B ist ein FMCW-Radar (FMCW = frequency modulated continuous wave) (Dauerstrichradar), das durch eine Sendeeinheit 20 und eine Empfangseinheit 30 gebildet wird und dieselbe Konfiguration aufweist. Die Sendeeinheit 20 umfasst eine Spannungssteuerungseinheit 21, einen VCO (voltage-controlled oscillator, spannungsgesteuerten Oszillator) 22, einen Splitter (eine Spaltungseinrichtung) 23, eine Schalteinheit für polarisierte Wellen 24 und eine Sendeantenne für horizontal und vertikal polarisierte Wellen 25. Wenn eine an den VCO 22 angelegte Spannung durch die Spannungssteuerungseinheit 21 gesteuert wird, oszilliert der VCO 22, um ein frequenzmoduliertes Hochfrequenzsignal in einem GHz-Band zu erzeugen. Dieses Hochfrequenzsignal wird über den Splitter 23 an die Schalteinheit für polarisierte Wellen 24 ausgegeben. Die Schalteinheit für polarisierte Wellen 24 schaltet auf zeitverschachtelte Weise zwischen einer horizontal polarisierten Wellenkomponente und einer vertikal polarisierten Wellenkomponente des eingegebenen Hochfrequenzsignals um und gibt die horizontal polarisierte Wellenkomponente und die vertikal polarisierte Wellenkomponente an die Sendeantenne für horizontal und vertikal polarisierte Wellen 25 aus. Somit werden eine elektromagnetische Welle, die eine horizontal polarisierte Wellenkomponente aufweist, und eine elektromagnetische Welle, die eine vertikal polarisierte Wellenkomponente aufweist, die einer Frequenzmodulation unterzogen wurden, in bestimmten Zeitintervallen von der Sendeantenne für horizontal und vertikal polarisierte Wellen 25 abwechselnd gesendet. Die Sendeeinheit 20 sendet als ungedämpfte Welle eine horizontal polarisierte Wellenkomponente und eine vertikal polarisierte Wellenkomponente einer elektromagnetischen Welle, die einer Frequenzmodulation unterzogen wurde, um eine Frequenz zu haben, die sich in Abhängigkeit von den Radarvorrichtungen 2A und 2B unterscheidet, so dass keine Interferenz zwischen den Radarvorrichtungen 2A und 2B auftritt.
Eine von der Sendeantenne für horizontal und vertikal polarisierte Wellen 25 gesendete elektromagnetische Welle wird an die Ziele T1, T2, T3, T4, ... und Tm angelegt. Nach dem Anlegen der elektromagnetischen Welle an die Ziele T1, T2, T3, T4, ... und Tm werden elektromagnetische Wellen, die von den Zielen T1, T2, T3, T4, ... und Tm reflektiert werden, seitens der Empfangseinheit 30 empfangen.
Die Empfangseinheit 30 umfasst eine Empfangsantenne für horizontal und vertikal polarisierte Wellen 31, eine Schalteinheit für polarisierte Wellen 32, einen Mischer 33, einen A/D-Wandler 34, eine FFT-Berechnungseinheit und einen Berechnungsergebnisspeicherungsspeicher 35 sowie eine Spitzenerfassungs- und Entfernungsberechnungseinheit 36. Ferner ist vor der Sendeantenne 25 und der Empfangsantenne 31 eine Antennenkuppel (ein Radom) 3 vorgesehen, die die Sendeantenne 25 und die Empfangsantenne 31 schützt. Die FFT-Berechnungseinheit und der Berechnungsergebnisspeicherungsspeicher 35 sowie die Spitzenerfassungs- und Entfernungsberechnungseinheit 36 werden durch Hardware einer elektronischen Schaltung, durch auf einem Programm eines Mikroprozessors beruhende Software oder eine Kombination der Hardware und der Software gebildet.
Die Empfangsantenne für horizontal und vertikal polarisierte Wellen 31 empfängt für jede Frequenz eine horizontal polarisierte Wellenkomponente und eine vertikal polarisierte Wellenkomponente jeder von reflektierten Wellen, die von den Zielen T1, T2, T3, T4, ... und Tm zurück reflektiert werden, nachdem durch die Sendeeinheit 20 ein Senden durchgeführt wurde. Die Schalteinheit für polarisierte Wellen 32 schaltet auf zeitverschachtelte Weise zwischen horizontal polarisierten Wellenkomponenten und vertikal polarisierten Wellenkomponenten von elektromagnetischen Wellen, die durch die Empfangsantenne für horizontal und vertikal polarisierte Wellen 31 empfangen werden, um und gibt für jede Frequenz in die Empfangseinheit 30 eine horizontal polarisierte Wellenkomponente und eine vertikal polarisierte Wellenkomponente ein. Anschließend werden eine horizontal polarisierte Wellenkomponente und eine vertikal polarisierte Wellenkomponente jeder der elektromagnetischen Wellen, die durch die Empfangsantenne für horizontal und vertikal polarisierte Wellen 31 empfangen werden, in bestimmten Zeitintervallen abwechselnd an den Mischer 33 ausgegeben.
Eine durch den VCO 22 der Sendeeinheit 20 bereitgestellte Oszillatorausgabe wird durch den Splitter 23 an den Mischer 33 gegeben. Der Mischer 33 mischt die von dem Splitter 23 gegebene Oszillatorausgabe mit Hochfrequenzsignalen im GHz-Band, die durch die Empfangsantenne für horizontal und vertikal polarisierte Wellen 31 empfangen werden, um die empfangenen Hochfrequenzsignale in dem GHz-Band auf Zwischenfrequenzsignal-Pegel (IF-Signal-Pegel, IF = intermediate frequency, Zwischenfrequenz) in einem MHz-Band zu reduzieren, und gibt für jede Frequenz der reflektierten Wellen ein IF-Signal an den A/D-Wandler 34 aus. Der A/D-Wandler 34 wandelt das aus dem Mischer 33 ausgegebene IF-Signal von einem analogen Signal in ein digitales Signal um und gibt das IF-Signal an die FFT-Berechnungseinheit und den Berechnungsergebnisspeicherungsspeicher 35 aus. Die FFT-Berechnungseinheit und der Berechnungsergebnisspeicherungsspeicher 35 führt für jede Frequenz der reflektierten Wellen eine schnelle FourierTransformation an einem IF-Signal durch, das in ein digitales Signal umgewandelt wurde, um ein Zeitsignal in ein Frequenzsignal umzuwandeln. Anschließend wird für jede Frequenz der reflektierten Wellen ein IF-Signal, das eine horizontal polarisierte Wellenkomponente einer reflektierten Welle aufweist, an der seitens der Schalteinheit für polarisierte Wellen 32 ein Umschalten durchgeführt wurde, vorübergehend als Hauptdaten in einem Speicher der FFT-Berechnungseinheit und des Berechnungsergebnisspeicherungsspeichers 35 gespeichert, und ein IF-Signal, das eine vertikal polarisierte Wellenkomponente der reflektierten Welle aufweist, an der seitens der Schalteinheit für polarisierte Wellen 32 ein Umschalten durchgeführt wurde, wird vorübergehend als Hilfsdaten in demselben Speicher gespeichert.
Die Spitzenerfassungs- und Entfernungsberechnungseinheit 36 liest für jede Frequenz der reflektierten Wellen eine horizontal polarisierte Wellenkomponente und eine vertikal polarisierte Wellenkomponente einer reflektierten Welle aus, die vorübergehend in der FFT-Berechnungseinheit und dem Berechnungsergebnisspeicherungsspeicher 35 gespeichert ist, und vergleicht für jede Frequenz der reflektierten Wellen Intensitäten einer horizontal polarisierten Wellenkomponente und einer vertikal polarisierten Wellenkomponente jeder der seitens der Empfangseinheit 30 empfangenen reflektierten Wellen. Anschließend werden für jede von horizontal polarisierten Wellenkomponenten und vertikal polarisierten Wellenkomponenten der reflektierten Wellen eine Mehrzahl von Frequenzen erfasst, bei denen eine Intensitätsspitze auftritt. Anschließend werden anhand von Frequenzdifferenzen (Schwebungsfrequenzen) zwischen einer Sendewelle und Empfangswellen für erfasste Frequenzen relative Entfernungen zu den Zielen T1, T2, T3, T4, ... und Tm berechnet, und Berechnungsergebnisse daraus werden an die Rechenvorrichtung 4 gesendet.
Mit anderen Worten empfangen die Radarvorrichtungen 2A und 2B mit den jeweiligen Empfangsantennen 31 Empfangswellen, die dadurch erhalten werden, dass Sendewellen, die von den jeweiligen Sendeantennen 25 gesendet werden, von der Mehrzahl von Zielen T1, T2, T3, T4, ... und Tm zurück reflektiert werden, und berechnen eine relative Entfernung zu der Mehrzahl von Zielen T1, T2, T3, T4, ... und Tm, ohne einzelne Phaseninformationen der Sendewellen und der Empfangswellen zu verwenden.
Die Rechenvorrichtung 4 wird durch Software, die auf einem Programm eines Mikroprozessors beruht, Hardware einer elektronischen Schaltung oder eine Kombination der Hardware und der Software gebildet und umfasst eine Paarbildungseinrichtung und eine Positionsberechnungseinrichtung. Die Paarbildungseinrichtung führt unter Verwendung einer Mehrzahl verschiedener Verfahren eine Paarbildung durch. Hier soll eine Paarbildung von relativen Entfernungen zu der Mehrzahl von Zielen T1, T2, T3, T4, ... und Tm, die durch die Radarvorrichtungen 2A und 2B berechnet werden, eine Kombination relativer Entfernungen für dasselbe Ziel angeben. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendet die Paarbildungseinrichtung sowohl ein Paarbildungsverfahren, bei dem eine Kombination relativer Entfernungen für dasselbe Ziel gemäß einer Empfangsleistung jeder von Empfangswellen, die von den Zielen T1, T2, T3, T4, ... und Tm empfangen werden, und relativen Entfernungen zu den Zielen T1, T2, T3, T4, ... und Tm festgelegt wird, als auch ein Paarbildungsverfahren, bei dem eine Kombination relativer Entfernungen für dasselbe Ziel gemäß horizontal polarisierten Wellenkomponenten und vertikal polarisierten Wellenkomponenten der Empfangswellen festgelegt wird.
Das frühere Paarbildungsverfahren, das auf Empfangsleistung und jeder relativen Entfernung beruht, beruht auf dem folgenden Prinzip.
Wie durch einen Vergleichsausdruck des folgenden Ausdrucks (1) angegeben ist, ist Pr·R⁴, das das Produkt der Empfangsleistung Pr einer Empfangswelle ist, die seitens der Empfangsantenne 31 von demselben Ziel empfangen wird, und der vierten Potenz einer relativen Entfernung R zu demselben Ziel ist, feststehend. Hier ist Pt eine Sendeleistung der Sendeantenne 25, Gt ist eine Antennenverstärkung der Sendeantenne 25, Gr ist eine Antennenverstärkung der Empfangsantenne 31, σt ist eine effektive Radarreflexionsquerschnittsfläche eines Ziels, und λ ist eine Wellenlänge einer Sendewelle. $Pr \cdot R^{4} = Pt \cdot Gt \cdot Gr \cdot σ t \cdot λ^{2} / {(4 π)}^{3}$
Der oben beschriebene Ausdruck (1) ist von einer Radargleichung abgeleitet, die durch den folgenden Ausdruck (2) dargestellt ist. $Pr = Pt \cdot Gt \cdot Gr \cdot σ t \cdot λ^{2} / {(4 π)}^{3} \cdot R^{4}$
Bei dem Ausdruck (1) ändert sich gemäß den Zielen T1, T2, T3, T4, ... und Tm lediglich ein Wert der effektiven Radarflexionsquerschnittsfläche σt. Somit kann eine Paarbildung durchgeführt werden, indem von relativen Entfernungen zu der Mehrzahl von Zielen T1, T2, T3, T4, ... und Tm, die durch die Radarvorrichtungen 2A und 2B berechnet werden, relative Entfernungen, für die Werte von Produkten von Pr·R⁴ gleich sind oder nahe beieinander liegen, kombiniert werden.
Das zuletzt genannte Paarbildungsverfahren, das auf horizontal polarisierten Wellenkomponenten und vertikal polarisierten Wellenkomponenten von Empfangswellen beruht, beruht auf dem folgenden Prinzip.
Wenn eine Funkwelle auf ein in 2 veranschaulichtes Objekt 5 trifft und eine Funkwelle S1a in einen Vorsprung 5a des Objekts 5 eintritt, prallt eine reflektierte Welle S1b derselben einmal von einem Abschnitt ab, der von einer gestrichelten Linie umgeben ist, wie in 2 veranschaulicht ist, und wird in eine Richtung reflektiert, aus der die Funkwelle kommt. Wenn außerdem eine Funkwelle S2a in eine Vertiefung 5b des Objekts 5 eintritt, prallt eine reflektierte Welle S2b derselben zwei Mal von zwei Abschnitten ab, die von gestrichelten Linien umgeben sind, wie in 2 veranschaulicht ist, und wird in eine Richtung reflektiert, aus der die Funkwelle kommt. Wie in 2 veranschaulicht ist, wird hier, unter der Annahme, dass Einfallswinkel der Funkwellen S1a und S2a, die in das Objekt 5 eintreten, θ [Grad] sind, ein Reflexionsgrad R einer Funkwelle S1, die in den Vorsprung 5a eintritt und einmal abprallt, durch R_θ dargestellt, was dem Einfallswinkel θ entspricht. Ferner wird ein Reflexionsgrad R einer Funkwelle S2, die in die Vertiefung 5b eintritt und zweimal abprallt, durch R_θ·R_90-θ dargestellt, was dem Einfallswinkel θ entspricht, gemäß einer Multiplikation eines Reflexionsgrades R_θ bei dem ersten Abprallen und eines Reflexionsgrads R_90-θ bei dem zweiten Abprallen.
Ein Graph der 3(a) veranschaulicht Reflexionscharakteristika der Funkwelle S1, die von dem Vorsprung 5a reflektiert wird, eine Kennlinie A, die durch eine durchgezogene Linie angegeben ist, stellt eine Reflexionscharakteristik einer horizontal polarisierten Wellenkomponente der Funkwelle S1 dar, und eine Kennlinie B, die durch eine gestrichelte Linie angegeben ist, stellt eine Reflexionscharakteristik einer vertikal polarisierten Wellenkomponente der Funkwelle S1 dar. Ferner veranschaulicht ein Graph der 3(b) Reflexionscharakteristika der Funkwelle S2, die von der Vertiefung 5b reflektiert wird, eine Kennlinie C, die durch eine durchgezogene Linie angegeben ist, stellt eine Reflexionscharakteristik einer horizontal polarisierten Wellenkomponente der Funkwelle S2 dar, und eine Kennlinie D, die durch eine gestrichelte Linie angegeben ist, stellt eine Reflexionscharakteristik einer vertikal polarisierten Wellenkomponente der Funkwelle S2 dar. Hier stellt die horizontale Achse in jedem Graphen den Einfallswinkel θ [Grad] dar, und die vertikale Achse stellt den Reflexionsgrad R [-] dar. Ferner sei angenommen, dass die Permittivität εr des Objekts 5 3 beträgt (εr = 3).
Wie durch die Kennlinien A und B in dem Graphen der 3(a) angegeben ist, ist bezüglich der Funkwelle S1, die von dem Vorsprung 5a reflektiert wird, kein auf die Polarisation zurückzuführender Unterschied zwischen der horizontal polarisierten Wellenkomponente und der vertikal polarisierten Wellenkomponente in der Nähe eines Einfallswinkels θ von 0° (R_θ = ₀), der von einer gestrichelten Linie umgeben ist, zu sehen. Andererseits, wie durch die Kennlinien C und D in dem Graphen der 3(b) angegeben ist, ist bezüglich der Funkwelle S2, die von der Vertiefung 5b reflektiert wird, ein auf die Polarisation zurückzuführender Unterschied zwischen der horizontal polarisierten Wellenkomponente und der vertikal polarisierten Wellenkomponente an jedem Einfallswinkel θ zu sehen. Insbesondere in der Nähe von θ = 15° bis 75° ist der Reflexionsgrad R der vertikal polarisierten Wellenkomponente niedrig, und ein großer Unterschied ist zwischen dem Reflexionsgrad R der vertikal polarisierten Wellenkomponente und dem Reflexionsgrad R der horizontal polarisierten Wellenkomponente zu sehen. Mit anderen Worten liegen an dem Vorsprung 5a des Objekts 5 zwischen der horizontal polarisierten Wellenkomponente und der vertikal polarisierten Wellenkomponente wenige oder keine auf die Polarisation zurückzuführende Unterschiede bezüglich der Reflexionsintensität der Funkwelle S1 vor, und an der Vertiefung 5b liegt zwischen der horizontal polarisierten Wellenkomponente und der vertikal polarisierten Wellenkomponente liegt ein großer auf die Polarisation zurückzuführender Unterschied bezüglich der Reflexionsintensität der Funkwelle S2 vor. Ferner ist in dem Fall, dass ein Ziel eine Länge entlang einer bestimmten Richtung aufweist, beispielsweise einen langen dünnen Zylinder, die Reflexionsintensität einer polarisierten Welle entlang der Länge hoch.
Somit kann eine Paarbildung durchgeführt werden, indem für jede der Radarvorrichtungen 2A und 2B Verhältnisse zwischen Intensitäten von horizontal polarisierten Wellenkomponenten und vertikal polarisierten Wellenkomponenten von reflektierten Wellen ermittelt werden, die Spitzen aufweisen, die durch jede der Radarvorrichtungen 2A und 2B erfasst werden, und indem von relativen Entfernungen zu der Mehrzahl von Zielen T1, T2, T3, T4, ... und Tm, die durch die Radarvorrichtungen 2A und 2B berechnet werden, relative Entfernungen kombiniert werden, für die Werte ermittelter Verhältnisse gleich sind oder nahe beieinanderliegen.
Bei dem Objektpositionserfassungssystem 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine Paarbildung durchgeführt, indem das oben beschriebene zuerst genannte Verfahren verwendet wird, das auf einer Empfangsleistung Pr jeder von Empfangswellen und auf relativen Entfernungen R zu den Zielen T1, T2, T3, T4, ... und Tm beruht, und eine Paarbildung wird ferner durch Verwendung des oben beschriebenen zuletzt genannten Verfahrens durchgeführt, das auf horizontal polarisierten Wellenkomponenten und vertikal polarisierten Wellenkomponenten der Empfangswellen beruht.
Die Positionsberechnungseinrichtung bei der Rechenvorrichtung 4 berechnet eine Position jedes der Ziele T1, T2, T3, T4, ... und Tm gemäß relativen Entfernungen, die durch die Paarbildungseinrichtung gepaart werden. Beispielsweise berechnet die Positionsberechnungseinrichtung bezüglich der Ziele T1 und T2 deren jeweilige Positionen wie folgt.
Wie in 4 veranschaulicht ist, sei angenommen, dass die Paarbildungseinrichtung für das Ziel T1 eine durch die Radarvorrichtung 2A berechnete Entfernung a1 und eine durch die Radarvorrichtung 2B berechnete Entfernung b1 paart und für das Ziel T2 eine durch die Radarvorrichtung 2A berechnete Entfernung a2 und eine durch Radarvorrichtung 2B berechnete Entfernung b2 paart. Ferner sei angenommen, dass orthogonale Koordinaten der Radarvorrichtung 2A (xa, ya) sind, dass orthogonale Koordinaten der Radarvorrichtung 2B (xb, yb) sind und dass eine Zwischenposition zwischen den Radarvorrichtungen 2A und 2B bei orthogonalen Koordinaten (0, 0) eines Ursprungspunkts M liegt. Diese orthogonalen Koordinaten (xa, ya), (xb, yb) und (0, 0) sind bekannte Koordinaten. Ferner sei angenommen, dass unbekannte orthogonale Koordinaten und polare Koordinaten des Ziels T1 jeweils (xt1, yt1) und (r1, θ1) sind und dass unbekannte orthogonale Koordinaten und polare Koordinaten des Ziels T2 jeweils (xt2, yt2) und (r2, θ2) sind. In diesem Fall können Werte der unbekannten orthogonalen Koordinaten (xt1, yt1) des Ziels T1 durch die folgenden Ausdrücke (3) und (4) geometrisch berechnet werden. $xt 1 = (a 1^{2} - b 1^{2} - {xa}^{2} + {xb}^{2}) / 2 (xb - xa)$
$yt 1 = {a 1^{2} - {(xa - xt 1)}^{2}}^{1 / 2}$
Ferner können Werte der unbekannten orthogonalen Koordinaten (xt2, yt2) des Ziels T2 durch die folgenden Ausdrücke (5) und (6) geometrisch berechnet werden. $xt 2 = (a 2^{2} - b 2^{2} - {xa}^{2} + {xb}^{2}) / 2 (xb - xa)$
$yt 2 = {a 2^{2} - {(xa - xt 1)}^{2}}^{1 / 2}$
Die polaren Koordinaten (r1, θ1) und (r2, θ2) der Ziele T1 und T2 können anhand der orthogonalen Koordinaten (xt1, yt1) und (xt2, yt2) der Ziele T1 und T2 berechnet werden. Ferner können für die anderen Ziele T3, T4, ... und Tm ebenfalls auf ähnliche Weise Positionskoordinaten berechnet werden.
Somit berechnen bei dem Objektpositionserfassungssystem 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Radarvorrichtungen 2A und 2B relative Entfernungen zwischen den Radarvorrichtungen 2A und 2B und der Mehrzahl von Zielen T1, T2, T3, T4, ... und Tm lediglich durch Verwendung von einzelnen Frequenzinformationen von Schwebungsfrequenzen, ohne einzelne Phaseninformationen von Sendewellen und Empfangswellen zu verwenden. Anschließend berechnet die Rechenvorrichtung 4 eine Position jedes der Ziele T1, T2, T3, T4, ... und Tm lediglich durch Verwendung relativer Entfernungen von den einzelnen Radarvorrichtungen 2A und 2B zu jedem der Ziele T1, T2, T3, T4, ... und Tm. Aus diesem Grund werden sogar dann, wenn die Antennenkuppel 3 vor der Sendeantenne 25 und der Empfangsantenne 31 vorgesehen ist, relative Positionen der Mehrzahl von Zielen T1, T2, T3, T4, ... und Tm, das heißt, relative Entfernungen und relative Winkel, mit Genauigkeit ermittelt, ohne von Phasenfehlern bei Sendewellen und Empfangswellen beeinträchtigt zu werden. Ferner hängen sogar in dem Fall, dass die Ziele T1, T2, T3, T4, ... und Tm bei einem niedrigen Höhenwinkel bezüglich der Radarvorrichtungen 2A und 2B liegen, Fehler bezüglich relativer Entfernungen, die durch die Radarvorrichtungen 2A und 2B berechnet und geschätzt werden, nicht von relativen Winkeln der Ziele T1, T2, T3, T4, ... und Tm bezüglich der Radarvorrichtungen 2A und 2B ab und können somit mit Genauigkeit erfasst werden.
Ferner ermittelt die Rechenvorrichtung 4 relative Winkel der Ziele T1, T2, T3, T4, ... und Tm, ohne Phasendifferenzinformationen zwischen den Empfangsantennen 31 zu verwenden. Aus diesem Grund beträgt die maximale Anzahl von Winkelabständen der Ziele T1, T2, T3, T4, ... und Tm, die bereitgestellt werden können, das heißt, die maximal erfassbare Anzahl, nicht eins weniger als die Anzahl der Empfangsantennen 31 und ist nicht durch die Anzahl von Antennen beschränkt.
Ferner ist die Anzahl der Radarvorrichtungen 2A und 2B nicht auf zwei beschränkt, und es können drei oder mehr Radarvorrichtungen 2A und 2B, ... verwendet werden. Nicht nur wenn zwei Radarvorrichtungen 2A und 2B verwendet werden, sondern auch wenn drei oder mehr Radarvorrichtungen 2A und 2B, ... verwendet werden, treten eine Mehrzahl von Sendewellen aus einer Mehrzahl von Radarvorrichtungen 2A und 2B, ... in die Ziele T1, T2, T3, T4, ... und Tm ein, und Einfallswinkel dieser Sendewellen unterscheiden sich je nach den Radarvorrichtungen 2A und 2B, ... Somit unterscheiden sich Intensitäten von Empfangswellen, die von den Zielen T1, T2, T3, T4, ... und Tm reflektiert werden und empfangen werden, ebenfalls je nach den Radarvorrichtungen 2A und 2B, ... Aus diesem Grund kann dann, wenn man auf relative Entfernungen zu den Zielen T1, T2, T3, T4, ... und Tm Bezug nimmt, die in einer beliebigen der Radarvorrichtungen 2A und 2B, ... berechnet werden, die eine Empfangswelle einer hohen Signalintensität empfangen, und auch bei den Radarvorrichtungen 2A und 2B, ..., die eine Empfangswelle einer niedrigen Signalintensität empfangen, eine schwache Empfangswelle bei einer Frequenz gefunden werden, die einer berechneten relativen Entfernung entspricht. Somit ist die Erfassungswahrscheinlichkeit der Ziele T1, T2, T3, T4, ... und Tm in jeder der Radarvorrichtungen 2A, 2B, ... erhöht. Ferner kann die vorliegende Technik in dem Fall, in dem drei Radarvorrichtungen 2A, 2B und 2C verwendet werden, dann, wenn die Radarvorrichtung 2C beispielsweise in einer Höhenwinkelrichtung installiert ist, dreidimensional angewendet werden.
Ferner führt die Paarbildungseinrichtung bei der Rechenvorrichtung 4 durch Verwendung einer Mehrzahl verschiedener Verfahren eine Paarbildung durch, bei der Kombinationen relativer Entfernungen für dasselbe Ziel T1, dasselbe Ziel T2, dasselbe Ziel T3, dasselbe Ziel T4, ... und dasselbe Ziel Tm festgelegt werden, und somit nimmt die Paarbildungsgenauigkeit zu. Folglich nimmt bei dem gesamten Objektpositionserfassungssystem 1 die Genauigkeit der Erfassung der Ziele T1, T2, T3, T4, ... und Tm zu.
Obwohl bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel der Fall beschrieben wurde, bei dem die Antennenkuppel 3 vor der Sendeantenne 25 und der Empfangsantenne 31 vorgesehen ist, muss die Antennenkuppel 3 übrigens nicht unbedingt vorgesehen sein.
Industrielle Anwendbarkeit
Es wurde der Fall beschrieben, in dem bei dem Objektpositionserfassungssystem 1 gemäß dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel die Radarvorrichtungen 2A, 2B, ... FMCW-Radare sind, jeweilige ungedämpfte Wellen senden, die einer Frequenzmodulation unterzogen wurden, um verschiedene Frequenzen aufzuweisen, so dass keine gegenseitige Interferenz auftritt, und relative Entfernungen zu den Zielen T1, T2, T3, T4, ... und Tm von Schwebungsfrequenzen zwischen Sendewellen und Empfangswellen berechnen. Jedoch sind die Radarvorrichtungen 2A, 2B, ... nicht auf die FMCW-Radare beschränkt, und es können beliebige andere Radarvorrichtungen verwendet werden, die relative Entfernungen berechnen, ohne einzelne Phaseninformationen von Sendewellen und Empfangswellen zu verwenden. Beispielsweise können die Radarvorrichtungen 2A, 2B, ... Pulsradare sein. Die Pulsradare geben jeweilige Pulssendewellen in Richtung der Ziele T1, T2, T3, T4, ... und Tm auf eine zeitverschachtelte Weise aus, so dass keine gegenseitige Interferenz auftritt, und berechnen relative Entfernungen zu den Zielen T1, T2, T3, T4, ... und Tm anhand von Zeiträumen, die ablaufen, bevor die Pulsradare Empfangswellen empfangen, die dadurch erhalten werden, dass die Pulssendewellen von den Zielen T1, T2, T3, T4, ... und Tm zurück reflektiert werden. Auch in dem Fall, in dem das Objektpositionserfassungssystem 1 durch derartige Pulsradare gebildet wird, die relative Entfernungen zu der Mehrzahl von Zielen T1, T2, T3, T4, ... und Tm gemäß einzelnen Zeitrauminformationen von Sendewellen und Empfangswellen berechnen, werden ähnliche Funktionswirkungen erzielt wie bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel.
Bezugszeichenliste

1: Objektpositionserfassungssystem
2A, 2B: Radarvorrichtung
3: Antennenkuppel
4: Rechenvorrichtung
5: Objekt
5a: Vorsprung
5b: Vertiefung
20: Sendeeinheit
21: Spannungssteuerungseinheit
22: VCO (spannungsgesteuerter Oszillator)
23: Splitter
24, 32: Schalteinheit für polarisierte Wellen
25: Sendeantenne für horizontal und vertikal polarisierte Wellen
30: Empfangseinheit
31: Empfangsantenne für horizontal und vertikal polarisierte Wellen
33: Mischer
34: A/D-Wandler
35: FFT-Berechnungseinheit und Berechnungsergebnisspeicherungsspeicher
36: Spitzenerfassungs- und Entfernungsberechnungseinheit
T1, T2, T3, T4, ... und Tm: Ziel (Erfassungszielobjekt)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2005254869 [0003]
JP 2013238616 [0003]

Claims

Ein Objektpositionserfassungssystem, das folgende Merkmale aufweist: eine Mehrzahl von Radarvorrichtungen, die dazu konfiguriert sind, mit jeweiligen Empfangsantennen Empfangswellen zu empfangen, die durch dadurch erhalten werden, dass Sendewellen, die von jeweiligen Sendeantennen gesendet werden, von einer Mehrzahl von Erfassungszielobjekten zurück reflektiert werden, und dazu konfiguriert sind, relative Entfernungen zu der Mehrzahl von Erfassungszielobjekten zu berechnen, ohne einzelne Phaseninformationen der Sendewellen und der Empfangswellen zu verwenden; und eine Rechenvorrichtung, die eine Paarbildungseinrichtung, die dazu konfiguriert ist, durch Verwendung einer Mehrzahl verschiedener Verfahren eine Paarbildung vorzunehmen, bei der von den relativen Entfernungen zu der Mehrzahl von Erfassungszielobjekten, die durch einzelnen Radarvorrichtungen berechnet werden, eine Kombination relativer Entfernungen für ein selbes Erfassungszielobjekt festgelegt wird, und eine Positionsberechnungseinrichtung, die dazu konfiguriert ist, eine Position jedes Erfassungszielobjekts gemäß relativen Entfernungen, die durch die Paarbildungseinrichtung gepaart sind, zu berechnen, umfasst.
Das Objektpositionserfassungssystem gemäß Anspruch 1, bei dem die Paarbildungseinrichtung sowohl ein Paarbildungsverfahren, bei dem eine Kombination relativer Entfernungen für ein selbes Erfassungszielobjekt gemäß einer Empfangsleistung jeder der Empfangswellen und den relativen Entfernungen zu den Erfassungszielobjekten festgelegt wird, als auch ein Paarbildungsverfahren verwendet, bei dem eine Kombination relativer Entfernungen für ein selbes Erfassungszielobjekt gemäß horizontal polarisierten Wellenkomponenten und vertikal polarisierten Wellenkomponenten der Empfangswellen festgelegt wird.
Das Objektpositionserfassungssystem gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem jede der Radarvorrichtungen eine FMCW-Radarvorrichtung, die dazu konfiguriert ist, jede der relativen Entfernungen zu der Mehrzahl von Erfassungszielobjekten gemäß einzelnen Frequenzinformationen einer Sendewelle und einer Empfangswelle zu berechnen, oder eine Pulsradarvorrichtung ist, die dazu konfiguriert ist, jede der relativen Entfernungen zu der Mehrzahl von Erfassungszielobjekten gemäß einzelnen Zeitrauminformationen einer Sendewelle und einer Empfangswelle zu berechnen.
Das Objektpositionserfassungssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Radarvorrichtungen jeweils eine Antennenkuppel vor den jeweiligen Sendeantennen und den jeweiligen Empfangsantennen umfassen.