DE112020005328T5 - Radarvorrichtung - Google Patents

Abstract

Verbessern der Azimutdetektionsgenauigkeit einer Radarvorrichtung. In der Radarvorrichtung 1 unter Verwendung eines Verfahrens mit virtueller Erweiterungsantenne führt ein DSP 108 eine Kalibrierungsverarbeitung an ersten Empfangsinformationen auf der Basis von Empfangssignalen durch, die durch physikalische Empfangsantennen 110a und 110b empfangen werden, und führt eine Verarbeitung zur virtuellen Erweiterung zum virtuellen Erweitern der Empfangsantennen 110a und 110b an den ersten Empfangsinformationen nach der Kalibrierungsverarbeitung durch, wodurch die ersten Empfangsinformationen auf der Basis des Verfahrens mit virtueller Erweiterungsantenne in zweite Empfangsinformationen umgewandelt werden. Dann wird die Ankunftsrichtung des Empfangssignals auf der Basis der zweiten Empfangsinformationen geschätzt.

Description

• Technisches Gebiet
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Radarvorrichtung.
• Stand der Technik
• Eine Radarvorrichtung, die ein Hindernis oder dergleichen um ein Fahrzeug für die Verwendung beim automatischen Fahren des Fahrzeugs oder in einem Fahrunterstützungssystem detektiert, ist herkömmlich bekannt. Da eine solche Radarvorrichtung an einem Fahrzeug montiert werden muss, ist eine Verkleinerung erforderlich.
• Hinsichtlich der Verkleinerung einer Radarvorrichtung ist eine in PTL 1 beschriebene Technologie bekannt. PTL 1 offenbart eine Technologie unter Verwendung einer Technik, die Mehrfacheingabe-Mehrfachausgabe (MIMO) genannt wird, um die Genauigkeit der Detektion des Azimuts, wo ein Ziel existiert, durch Verringern eines Einflusses einer gegenseitigen Kopplung zwischen Sendeantennen in einer Radarvorrichtung, die gleichzeitig Senden und Empfang mit mehreren Antennen durchführt, zu verbessern.
• Entgegenhaltungsliste
• Patentliteratur
• PTL 1: JP 2019-128235 A
• Zusammenfassung der Erfindung
• Technisches Problem
• Für die Radarvorrichtung werden zusätzlich zum MIMO-Verfahren andere Verfahren verwendet, wie z. B. ein Einzeleingabe-Mehrfachausgabe-Verfahren (SIMO-Verfahren), bei dem Funkwellen, die von einer Sendeantenne gesendet werden, durch mehrere Empfangsantennen empfangen werden. Da jedoch die in PTL 1 beschriebene Technologie nicht auf diese Radarvorrichtungen angewendet werden kann, ist es schwierig, die Azimutdetektionsgenauigkeit zu verbessern.
• Lösung für das Problem
• Eine Radarvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Radarvorrichtung, die ein Verfahren mit virtueller Erweiterungsantenne verwendet, bei dem eine Kalibrierungsverarbeitung an ersten Empfangsinformationen auf der Basis eines Empfangssignals, das durch eine physikalische Empfangsantenne empfangen wird, durchgeführt wird, die ersten Empfangsinformationen auf der Basis des Verfahrens mit virtueller Erweiterungsantenne durch Durchführen einer Verarbeitung zur virtuellen Erweiterung zum virtuellen Erweitern der Empfangsantenne an den ersten Empfangsinformationen, an denen die Kalibrierungsverarbeitung durchgeführt wurde, in zweite Empfangsinformationen umgewandelt werden und eine Ankunftsrichtung des Empfangssignals auf der Basis der zweiten Empfangsinformationen geschätzt wird.
• Vorteilhafte Effekte der Erfindung
• Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Azimutdetektionsgenauigkeit einer Radarvorrichtung verbessert werden.
• Figurenliste
• [1] 1 ist eine Ansicht, die eine Konfiguration einer Radarvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
• [2] 2 ist eine Ansicht zum Darstellen einer virtuellen Erweiterungsgruppenantenne, die durch eine Verarbeitung zur virtuellen Erweiterung gebildet wird.
• [3] 3 ist eine Ansicht, die ein Betriebsprinzip der virtuellen Erweiterungsgruppenantenne darstellt.
• [4] 4 ist ein Ablaufplan einer Kalibrierungsverarbeitung und Verarbeitung zur virtuellen Erweiterung in einer Radarvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• [5] 5 ist eine Ansicht, die einen Effekt der Kalibrierungsverarbeitung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
• [6] 6 ist eine Ansicht, die einen Umriss eines Raummittelungsverfahrens darstellt.
• [7] 7 ist ein Ablaufplan der Kalibrierungsverarbeitung und Verarbeitung zur virtuellen Erweiterung in einer Radarvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• [8] 8 ist eine Ansicht, die einen Effekt der Kalibrierungsverarbeitung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
• Beschreibung von Ausführungsformen
• (Erste Ausführungsform)
• 1 ist eine Ansicht, die die Konfiguration der Radarvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Eine Radarvorrichtung 1, die in 1 dargestellt ist, wird beispielsweise an einem Kraftfahrzeug montiert und verwendet und umfasst einen Wellenformgenerator 101, einen spannungsgesteuerten Oszillator 102, einen Verstärker 103, rauscharme Verstärker 104a und 104b, Mischer 105a und 105b, Tiefpassfilter 106a und 106b, AD-Wandler 107a und 107b, einen Digitalsignalprozessor (DSP) 108, eine Sendeantenne 109 und Empfangsantennen 110a und 110b.
• Unter der Steuerung des DSP 108 erzeugt der Wellenformgenerator 101 eine Spannungswellenform, in der sich die Spannung kontinuierlich in einer vorgegebenen Periode ändert, und gibt sie an den spannungsgesteuerten Oszillator 102 aus. Der spannungsgesteuerte Oszillator 102 erzeugt ein Sendesignal und gibt es an den Verstärker 103 und die Mischer 105a und 105b mit einer Oszillationsfrequenz aus, die gemäß der Spannungswellenform gesteuert wird, die vom Wellenformgenerator 101 eingegeben wird. Der Verstärker 103 verstärkt das Sendesignal, das vom spannungsgesteuerten Oszillator 102 eingegeben wird, und gibt es an die Sendeantenne 109 aus. Die Sendeantenne 109 emittiert das vom Verstärker 103 eingegebene Sendesignal in den Raum. Aufgrund dessen wird ein FMCW-Signal, in dem die Frequenz einer kontinuierlichen Welle moduliert wird, von der Radarvorrichtung gesendet.
• Die Empfangsantennen 110a und 110b sind in einem vorgegebenen Intervall angeordnet und empfangen und geben an die rauscharmen Verstärker 104a bzw. 104b Empfangssignale aus, in denen Sendesignale durch ein Objekt reflektiert werden. Die rauscharmen Verstärker 104a und 104b verstärken und geben an die Mischer 105a und 105b die Empfangssignale aus, die von den Empfangsantennen 110a bzw. 110b eingegeben werden. Die Mischer 105a und 105b umfassen Multiplizierer und multiplizieren das vom spannungsgesteuerten Oszillator 102 eingegebene Sendesignal mit dem von den rauscharmen Verstärkern 104a und 104b eingegebenen Empfangssignal, wodurch Schwebungssignale erzeugt und an die Tiefpassfilter 106a bzw. 106b ausgegeben werden, die Frequenzdifferenzen zwischen diesen Signalen entsprechen.
• Die Tiefpassfilter 106a und 106b extrahieren und geben an die AD-Wandler 107a und 107b Niederfrequenzkomponenten der Schwebungssignale aus, die von den Mischern 105a bzw. 105b eingegeben werden. Die AD-Wandler 107a und 107b wandeln die Schwebungssignale, die von den Tiefpassfiltern 106a und 106b eingegeben werden, in digitale Signale mit vorgegebenen Abtastperioden um, wodurch digitale Werte der Schwebungssignale erzeugt und an den DSP 108 ausgegeben werden.
• Der DSP 108 ist ein Prozessor, der eine vorgegebene arithmetische Verarbeitung durch Ausführen eines im Voraus gespeicherten Programms durchführt und als seine Funktionen einen Fourier-Transformations-Abschnitt 108a, einen Verarbeitungsabschnitt 108b zur virtuellen Erweiterung, einen Spitzendetektionsabschnitt 108c und einen Richtungsschätzabschnitt 108d umfasst. Anstelle des DSP kann beispielsweise eine Logikschaltung wie z. B. ein anwenderprogrammierbares Verknüpfungsfeld (FPGA) oder eine andere Hardware verwendet werden, um diese Funktionen zu implementieren.
• Der Fourier-Transformations-Abschnitt 108a führt eine schnelle Fourier-Transformation (FFT) an den digitalen Werten der Schwebungssignale durch, die durch die AD-Wandler 107a bzw. 107b erhalten werden, wodurch Informationen erhalten werden, die Frequenzkomponenten der jeweiligen Schwebungssignale angeben.
• Der Verarbeitungsabschnitt 108b zur virtuellen Erweiterung führt eine Verarbeitung zur virtuellen Erweiterung zum virtuellen Erweitern der Anzahl von Empfangsantennen an den Informationen über die Frequenzkomponenten jedes Schwebungssignals, das vom Fourier-Transformations-Abschnitt 108a eingegeben wird, durch. Durch diese Verarbeitung zur virtuellen Erweiterung werden Erweiterungsantennen, die den Empfangsantennen 110a bzw. 110b entsprechen, virtuell erzeugt und die Frequenzinformationen über die Schwebungssignale, die den Empfangsinformationen an den Empfangsantennen 110a und 110b entsprechen, und die Frequenzinformationen über das Schwebungssignal, die den Empfangsinformationen an den jeweiligen Erweiterungsantennen entsprechen, werden aus dem Verarbeitungsabschnitt 108b zur virtuellen Erweiterung ausgegeben.
• In der folgenden Beschreibung werden die Empfangsinformationen vor der Verarbeitung zur virtuellen Erweiterung durch den Verarbeitungsabschnitt 108b zur virtuellen Erweiterung, das heißt die Informationen über die Frequenzkomponenten der Schwebungssignale auf der Basis der Empfangssignale, die tatsächlich durch die Empfangsantennen 110a und 110b empfangen werden, als „erste Empfangsinformationen“ bezeichnet. Die Empfangsinformationen nach der Verarbeitung zur virtuellen Erweiterung durch den Verarbeitungsabschnitt 108b zur virtuellen Erweiterung, das heißt die Informationen über die Frequenzkomponenten der Schwebungssignale auf der Basis der Empfangssignale, die durch die Empfangsantennen 110a und 110b empfangen werden, und die Informationen über die Frequenzkomponente des Schwebungssignals auf der Basis des Empfangssignals, das durch jede Erweiterungsantenne virtuell empfangen wird, werden gemeinsam als „zweite Empfangsinformationen“ bezeichnet. Mit anderen Worten, der Verarbeitungsabschnitt 108b zur virtuellen Erweiterung wandelt die ersten Empfangsinformationen in die zweiten Empfangsinformationen durch Durchführen der Verarbeitung zur virtuellen Erweiterung um. Es ist zu beachten, dass Details der Verarbeitung zur virtuellen Erweiterung später beschrieben werden.
• Der Spitzendetektionsabschnitt 108c detektiert eine Spitze, die einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, auf der Basis der zweiten Empfangsinformationen, die vom Verarbeitungsabschnitt 108b zur virtuellen Erweiterung eingegeben werden. Dann erhält der Spitzendetektionsabschnitt 108c die Frequenz des Schwebungssignals gemäß dem Abstand zum Objekt auf der Basis der detektierten Spitze und berechnet den Abstand zum Objekt und die relative Geschwindigkeit.
• Der Richtungsschätzabschnitt 108d schätzt eine Ankunftsrichtung für jede durch den Spitzendetektionsabschnitt 108c detektierte Spitze auf der Basis der zweiten Empfangsinformationen, die vom Verarbeitungsabschnitt 108b zur virtuellen Erweiterung eingegeben werden. Aufgrund dessen wird die Ankunftsrichtung des Empfangssignals, in dem das Sendesignal durch das Objekt reflektiert wird und durch die Empfangsantennen 110a und 110b empfangen wird, geschätzt und die Richtung des Objekts mit Bezug auf die Radarvorrichtung 1 wird erhalten.
• In der vorstehend beschriebenen Radarvorrichtung 1 erzeugt der Wellenformgenerator 101 eine Spannungswellenform beispielsweise einer Dreieckwelle oder einer Sägezahnwelle und gibt sie an den spannungssteuerten Oszillator 102 aus, wodurch ein Sendesignal, in dem die Frequenz einer kontinuierlichen Welle moduliert wird, gesendet wird. Die reflektierte Welle, in der dieses Sendesignal durch das Objekt reflektiert wird, wird als Empfangssignal in die Mischer 105a und 105b nach einer Verzögerungszeit eingegeben, die zu einem Abstand d zum Objekt proportional ist. Daher wird ein Schwebungssignal mit einer Frequenz, die zur Verzögerungszeit proportional ist, erhalten.
• Es ist zu beachten, dass 1 ein Konfigurationsbeispiel der Radarvorrichtung 1 in einem Fall darstellt, in dem die zwei Empfangsantennen 110a und 110b das Empfangssignal empfangen, in dem das Sendesignal, das von einer Sendeantenne 109 gesendet wird, durch das Objekt reflektiert wird. Die Anzahl von Sendeantennen oder Empfangsantennen ist jedoch nicht darauf begrenzt. Es ist möglich, die Radarvorrichtung 1 mit irgendeiner Anzahl von Empfangsantennen mit Bezug auf eine Sendeantenne zu konfigurieren, solange die Radarvorrichtung 1 mehrere Empfangsantennen umfasst, die jeweils das Empfangssignal empfangen, das durch Reflektieren eines Sendesignals, das von der Sendeantenne gesendet wird, durch das Objekt erzeugt wird. Wenn die Anzahl von Empfangsantennen weiter zunimmt, kann hier die Auflösung, wenn der Richtungsschätzabschnitt 108d die Ankunftsrichtung des Empfangssignals schätzt, weiter verbessert werden, aber es besteht ein Nachteil, dass der Montageraum der Radarvorrichtung 1 weiter zunimmt. Daher ist es bevorzugt, die optimale Anzahl von Empfangsantennen aus der Beziehung zwischen der Auflösung, die in der Radarvorrichtung 1 erforderlich ist, und dem Montageraum zu bestimmen.
• Als nächstes wird die Verarbeitung zur virtuellen Erweiterung, die durch den Verarbeitungsabschnitt 108b zur virtuellen Erweiterung ausgeführt wird, mit Bezug auf 2 und 3 beschrieben. In 2 und 3 ist die Anzahl von Empfangsantennen von jener in 1 geändert, um die Verarbeitung zur virtuellen Erweiterung in einer leicht verständlichen Weise zu beschreiben. Insbesondere stellt 1 die zwei Empfangsantennen 110a und 110b dar, aber 2 und 3 stellen die Verarbeitung zur virtuellen Erweiterung unter Verwendung eines Beispiels eines Falls dar, in dem die Radarvorrichtung 1 fünf Empfangsantennen 21 bis 25 umfasst. Wie vorstehend beschrieben, kann jedoch irgendeine Anzahl von Empfangsantennen in der Radarvorrichtung 1 verwendet werden und selbst in einem Fall, in dem die Anzahl von Empfangsantennen unterschiedlich ist, kann die Verarbeitung zur virtuellen Erweiterung durch ein ähnliches Verfahren durchgeführt werden.
• 2 ist eine Ansicht zum Erläutern der virtuellen Erweiterungsgruppenantenne, die durch die Verarbeitung zur virtuellen Erweiterung gebildet wird. Wie in 2(a) dargestellt, wird beispielsweise ein Fall angenommen, in dem eine reale Gruppenantenne durch Anordnen der fünf Empfangsantennen 21 bis 25 in einer Linie in der Radarvorrichtung 1 gebildet wird. In diesem Fall ist es bei der Verarbeitung zur virtuellen Erweiterung durch Durchführen einer Berechnung unter Verwendung einer Transformationsmatrix T möglich, mit Bezug auf die Empfangsantennen 21 bis 25 virtuelle Antennen 31 bis 35 virtuell festzulegen, die in einer Linie in Positionen angeordnet sind, die von den Empfangsantennen 21 bis 25 verschieden sind, wie in 2(b) dargestellt, und eine virtuelle Gruppenantenne bilden. Dann werden die Empfangsantennen 21 bis 25 und die virtuellen Antennen 31 bis 35 kombiniert, um eine virtuelle Erweiterungsgruppenantenne zu bilden, wie in 2(c) dargestellt.
• Wenn ein Vektor des Empfangssignals, das durch die reale Gruppenantenne empfangen wird, die durch die Empfangsantennen 21 bis 25 gebildet ist, durch x~_r ausgedrückt wird, wird der Vektor des Empfangssignals, das durch die virtuelle Gruppenantenne empfangen wird, die durch die virtuellen Antennen 31 bis 35 gebildet ist, durch Multiplizieren des Empfangssignalvektors x~_r mit der Transformationsmatrix T berechnet. Das heißt, ein Empfangssignalvektor x~_T der virtuellen Erweiterungsgruppenantenne, die in 2(c) dargestellt ist, wird durch den folgenden Ausdruck (1) ausgedrückt.
  [Ausdruck 1] $${\tilde{x}}_T=\left[\begin{array}{c}{\tilde{x}}_r\\ T{\tilde{x}}_r\end{array}\right]$$

  
• 3 ist eine Ansicht, die das Betriebsprinzip der virtuellen Erweiterungsgruppenantenne darstellt. Wie in 3 dargestellt, werden die Positionen der Empfangsantennen 21 bis 25, die die reale Gruppenantenne bilden, jeweils durch d_r1 bis d_r5 ausgedrückt, und die Positionen der virtuellen Antennen 31 bis 35, die die virtuelle Gruppenantenne bilden, werden jeweils durch d_v1 bis d_v5 ausgedrückt. In diesem Fall werden ein Lenkvektor der realen Gruppenantenne mit Bezug auf eine ebene Welle, die aus einer θ_L-Richtung einfällt, und ein Lenkvektor der virtuellen Gruppenantenne durch die folgenden Ausdrücke (2) bzw. (3) ausgedrückt.
  [Ausdruck 2] $$a_r\left({\theta }_L\right)={\left[\begin{array}{ccccc}{e}^{j{k}_0{\text{d}}_{r1}\text{sin}{\theta }_L}& e^{j{k}_0{\text{d}}_{r2}\text{sin}{\theta }_L}& e^{j{k}_0{\text{d}}_{r3}\text{sin}{\theta }_L}& e^{j{k}_0{\text{d}}_{r4}\text{sin}{\theta }_L}& e^{j{k}_0{\text{d}}_{r5}\text{sin}{\theta }_L}\end{array}\right]}^T$$

  

  
  [Ausdruck 3] $$a_v\left({\theta }_L\right)={\left[\begin{array}{ccccc}{e}^{j{k}_0{\text{d}}_{v1}\text{sin}{\theta }_L}& e^{j{k}_0{\text{d}}_{v2}\text{sin}{\theta }_L}& e^{j{k}_0{\text{d}}_{v3}\text{sin}{\theta }_L}& e^{j{k}_0{\text{d}}_{v4}\text{sin}{\theta }_L}& e^{j{k}_0{\text{d}}_{v5}\text{sin}{\theta }_L}\end{array}\right]}^T$$

  
• Daher wird ein Lenkvektor a_T(θ) der virtuellen Erweiterungsgruppenantenne, die in 3 dargestellt ist, durch den folgenden Ausdruck (4) ausgedrückt.
  [Ausdruck 4] $$a_T\left(\theta \right)=\left[\begin{array}{c}{a}_r\left(\theta \right)\\ a_v\left(\theta \right)\end{array}\right]$$

  
• Wenn der Winkelbereich des Empfangssignals, das an der realen Gruppenantenne und der virtuellen Gruppenantenne ankommt, auf einen Bereich von θ_L bis θ_R gesetzt wird, können durch Unterteilen dieses Winkelbereichs in Δθ-Intervalle der Lenkvektor der realen Gruppenantenne und der Lenkvektor der virtuellen Gruppenantenne zu einer Matrix wie in den folgenden Ausdrücken (5) bzw. (6) gemacht werden.
  [Ausdruck 5] $$A_r=\left[a_r\left({\theta }_L\right)a_r\left({\theta }_L+\Delta \theta \right)a_r\left({\theta }_L+2\Delta \theta \right)\cdots a_r\left({\theta }_R+2\Delta \theta \right)a_r\left({\theta }_R-\Delta \theta \right)a_r\left({\theta }_R\right)\right]$$

  

  
  [Ausdruck 6] $$A_v=\left[a_v\left({\theta }_L\right)a_v\left({\theta }_L+\Delta \theta \right)a_v\left({\theta }_L+2\Delta \theta \right)\cdots a_v\left({\theta }_R+2\Delta \theta \right)a_v\left({\theta }_R-\Delta \theta \right)a_v\left({\theta }_R\right)\right]$$

  
• Unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Transformationsmatrix T wird hier die Beziehung des folgenden Ausdrucks (7) zwischen dem Lenkvektor der realen Gruppenantenne, der durch den Ausdruck (5) ausgedrückt wird, und dem Lenkvektor der virtuellen Gruppenantenne, der durch den Ausdruck (6) ausgedrückt wird, hergestellt. Das heißt, die Transformationsmatrix T ist eine Transformationsmatrix zum Schätzen des Empfangssignals der virtuellen Gruppenantenne durch eine ebene Welle für jedes Δθ im Bereich von θ_L bis θ_R.
  [Ausdruck 7] $$A_v=T{A}_r$$

  
• Es ist zu beachten, dass die Transformationsmatrix T durch eine verallgemeinerte inverse Matrix erhalten wird, die durch den folgenden Ausdruck (8) ausgedrückt wird.
  [Ausdruck 8] $$T=A_v{A}_r{}^H{\left(A_r{A}_r{}^H\right)}^{-1}$$

  
• In der Radarvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform schätzt der Richtungsschätzabschnitt 108d die Ankunftsrichtung des Empfangssignals, das heißt die Richtung des Objekts, unter Verwendung des Empfangssignalvektors und des Lenkvektors der virtuellen Erweiterungsgruppenantenne, die durch die obigen Ausdrücke (1) bzw. (4) dargestellt sind. Aufgrund dessen, ist es selbst in einem Fall, in dem die Anzahl von Elementen der Empfangsantenne klein ist, möglich, die Auflösung zur Zeit der Schätzung der Ankunftsrichtung des Empfangssignals durch virtuelles Erweitern der Apertur der Empfangsantenne zu verbessern.
• Die durch die Radarvorrichtung 1 erhaltenen Empfangssignale umfassen Fehler aufgrund von verschiedenen Fehlerfaktoren. Daher tritt eine Abweichung durch einen Fehler von einem theoretischen Wert auf, der ursprünglich erhalten werden sollte, was zur Abnahme der Auflösung zur Zeit der Schätzung der Ankunftsrichtung des Empfangssignals führt. Daher führt in der Radarvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform der Verarbeitungsabschnitt 108b zur virtuellen Erweiterung die Kalibrierungsverarbeitung zum Entfernen eines Fehlers von den ersten Empfangsinformationen vor der Ausführung der Verarbeitung zur virtuellen Erweiterung aus. Dies verbessert die Auflösung der Ankunftsrichtungsschätzung des Empfangssignals.
• In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Fehlermatrix, die einen Fehler zwischen einem Empfangssignal, das auf der Basis von Kalibrierungsmessdaten berechnet wird, die experimentell im Voraus erfasst werden, und einem theoretischen Wert angibt, im DSP 108 gespeichert. Bei der obigen Kalibrierungsverarbeitung wandelt unter Verwendung einer inversen Matrix einer Fehlermatrix, die im Voraus im DSP 108 gespeichert wird, der Verarbeitungsabschnitt 108b zur virtuellen Erweiterung den Empfangssignalvektor, der durch die ersten Empfangsinformationen dargestellt wird, die von der Empfangsantenne erhalten werden, in einen fehlerfreien Empfangssignalvektor um. Durch Durchführen der Verarbeitung zur virtuellen Erweiterung an diesem umgewandelten Empfangssignalvektor werden dann die ersten Empfangsinformationen in die zweiten Empfangsinformationen umgewandelt. Es ist zu beachten, dass nicht eine Fehlermatrix, sondern eine inverse Matrix der Fehlermatrix im DSP 108 gespeichert werden kann und die Kalibrierungsverarbeitung unter Verwendung der inversen Matrix durchgeführt werden kann.
• Der Richtungsschätzabschnitt 108d schätzt die Ankunftsrichtung des Empfangssignals unter Verwendung der zweiten Empfangsinformationen, nachdem sie der Kalibrierungsverarbeitung unterzogen wurden, die aus dem Verarbeitungsabschnitt 108b zur virtuellen Erweiterung ausgegeben wird. Daher kann die Auflösung, wenn der Richtungsschätzabschnitt 108d die Ankunftsrichtung des Empfangssignals schätzt, verbessert werden und folglich kann die Azimutdetektionsgenauigkeit der Radarvorrichtung 1 verbessert werden.
• 4 ist ein Ablaufplan der Kalibrierungsverarbeitung und der Verarbeitung zur virtuellen Erweiterung in der Radarvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Im Ablaufplan von 4 ist die Verarbeitung der Schritte S10 und S20 eine Vorverarbeitung, die im Voraus unter der experimentellen Umgebung unter Verwendung der Empfangsantennen 110a und 110b durchgeführt wird, und die Verarbeitung der Schritte S110 bis S150 ist eine Verarbeitung, die durch den DSP 108 durchgeführt wird, wenn ein Empfangssignal von einem Objekt tatsächlich in einem Zustand empfangen wird, in dem die Empfangsantennen 110a und 110b an der Radarvorrichtung 1 montiert sind.
• In Schritt S10 wird ein Lenkvektor mit einem Fehler durch Messen von Empfangssignalwellenformen experimentell erfasst, wenn experimentelle Funkwellen zu den Empfangsantennen 110a und 110b aus mehreren Richtungen gesendet werden. In Schritt S20 wird eine Fehlermatrix G~, die einen Fehler vom theoretischen Wert angibt, auf der Basis des in Schritt S10 erfassten Lenkvektors berechnet.
• In Schritt S110 erfasst der Verarbeitungsabschnitt 108b zur virtuellen Erweiterung die Empfangssignalvektoren x~_r der Radarvorrichtung 1, die durch die jeweiligen Empfangsantennen 110a und 110b empfangen werden. Hier werden die Empfangssignalvektoren x~_r durch Erfassen der ersten Empfangsinformationen, die aus dem Fourier-Transformations-Abschnitt 108a an den Verarbeitungsabschnitt 108b zur virtuellen Erweiterung ausgegeben werden, erfasst.
• In Schritt S120 führt der Verarbeitungsabschnitt 108b zur virtuellen Erweiterung eine Kalibrierungsverarbeitung an den Empfangssignalvektoren x~_r durch, die in Schritt S110 erfasst werden. Hier wird eine Fehlerkomponente vom Empfangssignalvektor x~_r durch Multiplizieren des Empfangssignalvektors x~_r mit einer inversen Matrix G~^-1 der Fehlermatrix G~, die in Schritt S20 der Vorverarbeitung berechnet wird, entfernt. Dies macht es möglich, einen fehlerfreien Empfangssignalvektor x_r zu berechnen.
• In Schritt S130 berechnet der Verarbeitungsabschnitt 108b zur virtuellen Erweiterung die Transformationsmatrix T, die durch den vorstehend beschriebenen Ausdruck (8) definiert ist, für den Winkelbereich von θ_L bis θ_R.
• In Schritt S140 führt der Verarbeitungsabschnitt 108b zur virtuellen Erweiterung eine Verarbeitung zur virtuellen Erweiterung unter Verwendung der in Schritt S130 berechneten Transformationsmatrix T an dem Empfangssignalvektor x_r, der durch die Kalibrierungsverarbeitung in Schritt S120 berechnet wird, durch. Hier werden ein Empfangssignalvektor x_T und ein Lenkvektor a_T(θ) durch die virtuelle Erweiterungsgruppenantenne, nachdem sie der Kalibrierungsverarbeitung unterzogen wurden, unter Verwendung des folgenden Ausdrucks (9), in dem der obige Ausdruck (1) auf den Empfangssignalvektor x_r angewendet wird, und den obigen Ausdruck (4) berechnet. Aufgrund dessen können die ersten Empfangsinformationen, von denen die Fehlerkomponente durch die Kalibrierungsverarbeitung entfernt wurde, in die zweiten Empfangsinformationen nach der Verarbeitung zur virtuellen Erweiterung umgewandelt werden.
  [Ausdruck 9] $$x_r=\left[\begin{array}{c}{x}_r\\ T{x}_r\end{array}\right]$$

  
• In Schritt S150 schätzen der Spitzendetektionsabschnitt 108c und der Richtungsschätzabschnitt 108d die Ankunftsrichtung des Empfangssignals unter Verwendung des Empfangssignalvektors x_T und des Lenkvektors a_T(θ) nach der in Schritt S140 berechneten Verarbeitung zur virtuellen Erweiterung. Wie vorstehend beschrieben, detektiert hier der Spitzendetektionsabschnitt 108c Spitzen und der Richtungsschätzabschnitt 108d schätzt die Ankunftsrichtung des Empfangssignals für jede detektierte Spitze. Nachdem die Verarbeitung von Schritt S150 ausgeführt ist, endet der Ablaufplan von 4.
• 5 ist eine Ansicht, die einen Effekt der Kalibrierungsverarbeitung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. In 5 stellt eine durch das Bezugszeichen 51 angegebene Wellenform ein Beispiel eines räumliche Spektrums in einem Fall dar, in dem die Verarbeitung zur virtuellen Erweiterung ohne Durchführen der Kalibrierungsverarbeitung an dem Empfangssignal durchgeführt wird, und eine durch das Bezugszeichen 52 angegebene Wellenform stellt ein Beispiel eines räumliche Spektrums in einem Fall dar, in dem die Verarbeitung zur virtuellen Erweiterung nach dem Durchführen der Kalibrierungsverarbeitung an dem Empfangssignal durchgeführt wird. Mit Vergleich dieser räumlichen Spektren sind zwei Spitzen integriert und die Grenze ist im räumlichen Spektrum 51 nicht klar, wohingegen die Grenze von zwei Spitzen im räumlichen Spektrum 52 klar ist. Dies weist darauf hin, dass die Kalibrierungsverarbeitung die Auflösung der Ankunftsrichtungsschätzung des Empfangssignals verbessert hat. Es ist zu beachten, dass die räumlichen Spektren 51 und 52 jeweils ein Beispiel eines räumlichen Spektrums zeigen, das aus einem Empfangssignal unter Verwendung eines bekannten Algorithmus, der Mehrfachsignalklassifikation (MUSIC) genannt wird, erhalten wird.
• Gemäß der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die folgenden Operationen und Effekte erreicht.
• (1) In der Radarvorrichtung 1, die ein Verfahren mit virtueller Erweiterungsantenne verwendet, wird die Kalibrierungsverarbeitung (Schritt S120) an den ersten Empfangsinformationen auf der Basis eines Empfangssignals durchgeführt, das durch die physikalischen Empfangsantennen 110a und 110b empfangen wird; und die ersten Empfangsinformationen werden auf der Basis des Verfahrens mit virtueller Erweiterungsantenne durch Durchführen der Verarbeitung zur virtuellen Erweiterung (Schritt S140) zum virtuellen Erweitern der Empfangsantennen 110a und 110b an den ersten Empfangsinformationen, an denen die Kalibrierungsverarbeitung durchgeführt wurde, in die zweiten Empfangsinformationen umgewandelt. Dann wird die Ankunftsrichtung des Empfangssignals auf der Basis der zweiten Empfangsinformationen geschätzt (Schritt S150). Dies macht es möglich, die Azimutdetektionsgenauigkeit der Radarvorrichtung zu verbessern.
• (2) Bei der Kalibrierungsverarbeitung von Schritt S120 führt die Radarvorrichtung 1 eine Berechnung zum Entfernen eines Fehlers von den ersten Empfangsinformationen unter Verwendung der inversen Matrix G~^-1 der Fehlermatrix G~ durch, die einen Fehler zwischen dem Empfangssignal und dem theoretischen Wert angibt. Dies macht es möglich, den Fehler zuverlässig von den ersten Empfangsinformationen mit dem Fehler zu entfernen und die Auflösung zur Zeit der Schätzung der Ankunftsrichtung des Empfangssignals zu verbessern.
• (3) Die Radarvorrichtung 1 führt eine Berechnung der Kalibrierungsverarbeitung in Schritt S120 unter Verwendung der inversen Matrix G~^-1, die aus der vorgegebenen Fehlermatrix G~ berechnet wird, oder der vorgegebenen inversen Matrix G~^-1 durch. Dies macht es möglich, eine inverse Matrix zu erhalten, die in der Lage ist, einen Fehler von den ersten Empfangsinformationen auf der Basis der Kalibrierungsmessdaten, die im Voraus experimentell erfasst werden, zuverlässig zu entfernen.
• (4) Die Radarvorrichtung 1 umfasst die eine Sendeantenne 109 und die mehreren Empfangsantennen 110a und 110b, die jeweils das Empfangssignal empfangen, das durch Reflektieren eines Sendesignals, das von der einen Sendeantenne 109 gesendet wird, durch das Objekt erzeugt wird. Dies macht es möglich, das Erfindungsverfahren auf die Radarvorrichtung 1 anzuwenden, die klein ist und eine hohe Azimutauflösung verwirklichen kann.
• (Zweite Ausführungsform)
• Als nächstes wird die Radarvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Beispiel, in dem das Raummittelungsverfahren ferner auf die in der ersten Ausführungsform beschriebene Radarvorrichtung 1 angewendet wird, beschrieben.
• 6 ist eine Ansicht, die den Umriss des Raummittelungsverfahrens darstellt. Wie in 6 dargestellt, werden beim Raummittelungsverfahren die Empfangsantennen 21 bis 25 und die virtuellen Antennen 31 bis 35, die in der ersten Ausführungsform beschrieben sind, in zwei Gruppen unterteilt, wobei die überlappenden Bereiche verschoben werden, wodurch eine erste Untergruppe mit den Empfangsantennen 21 bis 24 und den virtuellen Antennen 31 bis 35 und eine zweite Untergruppe mit den Empfangsantennen 21 bis 25 und den virtuellen Antenne 31 bis 34 festgelegt wird. Dann werden die Korrelationsmatrizen der ersten Untergruppe und der zweiten Untergruppe jeweils berechnet und gemittelt, um eine neue Korrelationsmatrix zu erhalten, wodurch die Ankunftsrichtung des Empfangssignals geschätzt wird. Dies macht es möglich, die Schätzgenauigkeit der Ankunftsrichtung des Empfangssignals zu verbessern. Es ist zu beachten, dass das Raummittelungsverfahren selbst eine bekannte Technik ist und folglich auf die Beschreibung verzichtet wird.
• 7 ist ein Ablaufplan der Kalibrierungsverarbeitung und der Verarbeitung zur virtuellen Erweiterung in der Radarvorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Im Ablaufplan von 7 ist einem Teil, der dieselbe Verarbeitung wie jene im Ablaufplan von 4 durchführt, die in der ersten Ausführungsform beschrieben ist, dieselbe Schrittnummer wie jene in 4 gegeben.
• In jedem der Schritte S10 und S20 wird dieselbe Verarbeitung wie jene in 4 als Vorverarbeitung durchgeführt.
• In jedem der Schritte S110 bis S140 wird dieselbe Verarbeitung wie jene in 4 durch den Verarbeitungsabschnitt 108b zur virtuellen Erweiterung durchgeführt.
• In Schritt S145 führt der Verarbeitungsabschnitt 108b zur virtuellen Erweiterung die Raummittelungsverarbeitung auf der Basis des Raummittelungsverfahrens an den zweiten Empfangsinformationen durch, die durch die Verarbeitung zur virtuellen Erweiterung in Schritt S140 erhalten werden, das heißt dem Empfangssignalvektor x_T und dem Lenkvektor a_T(θ) nach der Verarbeitung zur virtuellen Erweiterung, die durch die vorstehend beschriebenen Ausdrücke (9) bzw. (4) ausgedrückt wird.
• In Schritt S150 schätzen der Spitzendetektionsabschnitt 108c und der Richtungsschätzabschnitt 108d die Ankunftsrichtung des Empfangssignals ähnlich zur ersten Ausführungsform unter Verwendung der zweiten Empfangsinformationen nach der in Schritt S145 berechneten Raummittelungsverarbeitung. Nachdem die Verarbeitung von Schritt S150 ausgeführt ist, endet der Ablaufplan von 7.
• 8 ist eine Ansicht, die einen Effekt der Kalibrierungsverarbeitung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. In 8 stellt eine Wellenform, die durch das Bezugszeichen 81 angegeben ist, ein Beispiel eines räumlichen Spektrums in einem Fall dar, in dem die Verarbeitung zur virtuellen Erweiterung und die Raummittelungsverarbeitung ohne Durchführen der Kalibrierungsverarbeitung an dem Empfangssignal durchgeführt werden, und eine Wellenform, die durch das Bezugszeichen 82 angegeben ist, stellt ein Beispiel eines räumlichen Spektrums in einem Fall dar, in dem die Verarbeitung zur virtuellen Erweiterung und die Raummittelungsverarbeitung nach dem Durchführen der Kalibrierungsverarbeitung an dem Empfangssignal durchgeführt werden. Mit Vergleich dieser räumlichen Spektren sind ähnlich zu den in der ersten Ausführungsform beschriebenen räumlichen Spektren 51 und 52 von 5 zwei Spitzen integriert und die Grenze ist im räumlichen Spektrum 81 nicht klar, wohingegen die Grenze von zwei Spitzen im räumlichen Spektrum 82 klar ist. Dies weist darauf hin, dass die Kalibrierungsverarbeitung die Auflösung der Ankunftsrichtungsschätzung des Empfangssignals verbessert hat. Es ist zu beachten, dass die räumlichen Spektren 81 und 82 jeweils ein Beispiel eines räumlichen Spektrums zeigen, das von einem Empfangssignal unter Verwendung eines bekannten Algorithmus erhalten wird, der MUSIC genannt wird.
• Gemäß der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung führt die Radarvorrichtung 1 die Raummittelungsverarbeitung (Schritt S145) an den zweiten Empfangsinformationen durch, die durch Durchführen der Verarbeitung zur virtuellen Erweiterung an den ersten Empfangsinformationen erhalten werden, an denen die Kalibrierungsverarbeitung durchgeführt wurde, und schätzt (Schritt S150) die Ankunftsrichtung des Empfangssignals auf der Basis der zweiten Empfangsinformationen nach der Raummittelungsverarbeitung. Dies macht es möglich, die Schätzgenauigkeit der Ankunftsrichtung des Empfangssignals weiter zu verbessern.
• Die Ausführungsformen und verschiedenen Modifikationen, die vorstehend beschriebenen sind, sind lediglich Beispiele und die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Inhalte begrenzt, solange die Eigenschaften der Erfindung nicht beeinträchtigt werden. Obwohl verschiedene Ausführungsformen und Modifikationen vorstehend beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Inhalte begrenzt. Andere Aspekte, die innerhalb des Schutzbereichs der technischen Idee der vorliegenden Erfindung denkbar sind, sind auch im Schutzbereich der vorliegenden Erfindung enthalten.
• Bezugszeichenliste

1

Radarvorrichtung

101

Wellenformgenerator

102

spannungsgesteuerter Oszillator

103

Verstärker

104a, 104b

rauscharmer Verstärker

105a, 105b

Mischer

106a, 106b

Tiefpassfilter

107a, 107b

AD-Wandler

108

Digitalsignalprozessor (DSP)

108a

Fourier-Transformations-Abschnitt

108b

Verarbeitungsabschnitt zur virtuellen Erweiterung

108c

Spitzendetektionsabschnitt

108d

Richtungsschätzabschnitt

109

Sendeantenne

110a, 110b

Empfangsantenne

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• JP 2019128235 A [0004]

Claims (5)

1. Radarvorrichtung, die ein Verfahren mit virtueller Erweiterungsantenne verwendet, wobei eine Kalibrierungsverarbeitung an ersten Empfangsinformationen auf der Basis eines Empfangssignals durchgeführt wird, das durch eine physikalische Empfangsantenne empfangen wird, die ersten Empfangsinformationen auf der Basis des Verfahrens mit virtueller Erweiterungsantenne durch Durchführen einer Verarbeitung zur virtuellen Erweiterung zum virtuellen Erweitern der Empfangsantenne an den ersten Empfangsinformationen, an denen die Kalibrierungsverarbeitung durchgeführt wurde, in zweite Empfangsinformationen umgewandelt werden, und eine Ankunftsrichtung des Empfangssignals auf der Basis der zweiten Empfangsinformationen geschätzt wird.
2. Radarvorrichtung nach Anspruch 1, wobei bei der Kalibrierungsverarbeitung eine inverse Matrix einer Fehlermatrix, die einen Fehler zwischen dem Empfangssignal und einem theoretischen Wert angibt, verwendet wird, um eine Berechnung zum Entfernen des Fehlers von den ersten Empfangsinformationen durchzuführen.
3. Radarvorrichtung nach Anspruch 2 mit einem arithmetischen Verarbeitungsabschnitt, der die Berechnung unter Verwendung der inversen Matrix, die aus der Fehlermatrix berechnet wird, die im Voraus festgelegt wird, oder der im Voraus festgelegten inversen Matrix durchführt.
4. Radarvorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Raummittelungsverarbeitung an den zweiten Empfangsinformationen durchgeführt wird und eine Ankunftsrichtung des Empfangssignals auf der Basis der zweiten Empfangsinformationen nach der Raummittelungsverarbeitung geschätzt wird.
5. Radarvorrichtung nach Anspruch 1, die umfasst: eine Sendeantenne; und mehrere der Empfangsantennen, die jeweils das Empfangssignal empfangen, das durch Reflektieren eines Sendesignals, das von der einen Sendeantenne gesendet wird, durch das Objekt erzeugt wird.

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