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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Radarvorrichtung.
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Bisheriger Stand der Technik
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Ein Millimeterwellenradar kann einen Abstand, eine Geschwindigkeit und einen Azimutwinkel eines entfernten Ziels bestimmen und wird als ein Sensor eines Unterstützungssystems für automatisches Fahren und Zurücklegen von Fahrten verwendet. Im Millimeterwellenradar wird die Winkelauflösung durch die Öffnungslänge der Antennengruppe bestimmt und es ist erforderlich, die Öffnungslänge der Antennengruppe zu vergrößern, um eine hohe Winkelauflösung zu erzielen. Zum Vergrößern der Antennengruppen-Öffnungslänge wird das Antennenintervall vergrößert oder die Zahl der Antennen wird vergrößert. Wenn aber das Antennenintervall zu stark verbreitert wird, besteht das Problem, dass eine Drehung zum Erfassen eines virtuellen Bildes eines Ziels auch in einem Azimut auftritt, in dem tatsächlich kein Ziel vorhanden ist, und es besteht das Problem, dass die Kosten zunehmen, wenn die Zahl von Antennen zunimmt.
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Ein MIMO-Radar verwendet eine Vielzahl von Sendeantennen und eine Vielzahl von Empfangsantennen und kann virtuell die Öffnungslänge der Empfangsantenne auf die Zahl von Produkten der Zahl von Sendeantennen und die Zahl von Empfangsantennen erweitern. Somit kann die Öffnungslänge wirksam mit einer kleinen Zahl von Antennen erweitert werden.
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Ferner kennt der Stand der Technik als ein Verfahren zum Herstellen einer hohen Auflösung ein Multiple-Signal-Classification-(MUSIC-)Verfahren wie in NPL 1 beschrieben. Das MUSIC-Verfahren ist ein Verfahren, das die Orthogonalität zwischen einem Eigenvektor eines Signals und einem Eigenvektor des Rauschens verwendet. Nachdem eine Korrelationsmatrix eines Gruppenempfangssignals berechnet wurde, wird die Zahl von Wellenquellen durch eine Eigenwerterweiterung geschätzt und es wird eine Nullerfassungsoperation durch die Orthogonalität beim Abtasten eines Winkels durchgeführt. Eine hohe Auflösung wird durch die Nullerfassung durch die Winkelabtastung erzielt, wobei die Rechenlast hoch ist.
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Liste der Anführungen
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Nicht-Patentliteratur
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- NPL 1: R. O. Schmidt, „Multiple emitter location and signal parameter estimation“, IEEE Trans. Antennas Propagation, Vol. 34 No. 3, März 1986, S. 276-280
- NPL 2: Toshiyuki Nakasawa, Takaaki Takahashi, Minoru Abe, „Azimuth estimation using uneven array“, Journal of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers B Vol. J83-B No. 6, 2000, S. 845-851
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technische Aufgabe
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Eine Azimutschätzung wird in einem Standard-Millimeterwellenradar durch Lesen eines Phasenunterschieds eines empfangenen Signals durch einen Wegunterschied des empfangenen Signals durchgeführt. Im Falle eines Antennenintervalls d, eines Winkelazimuts θ eines Ziels .und einer Wellenlänge λ einer Sendewelle in einem freien Raum tritt ein Wegunterschied von dsinθ im empfangenen Signal der Antenne auf und es tritt ein Phasenunterschied Δφ = 2πdsinθ/λ auf. Der Winkelazimut des Ziels kann durch Erfassen des Phasenunterschieds ermittelt werden. Wenn der Phasenunterschied Δφ π oder mehr beträgt, kann er nicht vom Winkelazimut des Ziels unterschieden wird, bei dem der Phasenunterschied (Δφ - π) beträgt, und es wird somit ein virtuelles Bild durch Winkelfaltung erzeugt. Zum Verhindern der Winkelfaltung ist es erforderlich, das Antennenintervall d auf λ/2 oder kleiner festzulegen. Die Winkelauflösung wird hingegen durch eine Öffnungslänge bestimmt, die einen Abstand vom Antennenende zum Antennenende darstellt. Daher nehmen die Kosten zu, wenn die Zahl von Antennen vergrößert wird, um die Öffnungslänge zu erweitern, ohne ein virtuelles Bild durch Winkelfaltung zu erzeugen.
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In der vorliegenden Erfindung wird zum Vergrößern der Öffnungslänge ein virtuelles Signal an einer Position, an der keine Empfangsantenne tatsächlich vorhanden ist, durch Berechnung aus dem von der Empfangsantenne erhaltenen empfangenen Signal erzeugt. Da sich die Phaseninformation des empfangenen Signals je nach Zielazimut und Position der Empfangsantenne unterscheidet, kann jeder Wert des realen Teils und des imaginären Teils des empfangenen Signals durch ein Polynom mit den Antennenkoordinaten als Variable ausgedrückt werden. Durch Durchführen einer Extrapolierungsverarbeitung durch eine Polynomnäherung auf Basis des komplexen Empfangssignals kann die Öffnungslänge virtuell erweitert werden.
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1 zeigt empfangene Signalwerte 41 der Empfangsantennen 40 , angegeben durch Rx1, Rx2, ... und Rx12. Die Empfangsantennen Rx1, Rx2, ... und Rx12 befinden sich jeweils an den Antennenpositionen x1, x2, ... und x12. Zusätzlich wird im Beispiel von 1 angenommen, dass der empfangene Signalwert 41 ein idealer empfangener Signalwert ist und sich auf einer durch eine Kurve 42 dargestellten Kurve p befindet. In diesem Beispiel sind jedoch nur Rx1 bis Rx6 tatsächlich als die Empfangsantenne 40 vorhanden und die Empfangsantennen Rx7 bis Rx12 sind virtuelle Antennen, die den empfangenen Signalwert durch eine Extrapolierungsverarbeitung ermitteln. Das heißt, die Kurve p wird aus den empfangenen Signalwerten 41 entsprechend den Antennenpositionen x1 bis x6 durch eine Polynomnäherung ermittelt und die empfangenen Signalwerte entsprechend den Antennenpositionen x7 bis x12 werden vorhergesagt. Somit wird die Öffnungslänge virtuell erweitert.
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Die Kurve, welche die Werte der empfangenen Signale entsprechend den Antennenpositionen der jeweiligen Empfangsantennen mit den Antennenkoordinaten als Variable verbindet, ist hier dadurch gekennzeichnet, dass die Kurve die geringste Kurve zeichnet, wenn der Azimut des Ziels die Front ist, und der Schwingungszyklus wird im von der Front abgewandten Azimut verkürzt. Wenn die Schwingung des Werts des Signals gering ist, verschlechtert sich die Genauigkeit der durch die Polynomnäherung erzielten Kurve. Daher wird, bevor die Erzeugung des virtuellen Signals durch die Polynomnäherung durchgeführt wird, eine grobe Azimutinformation des Ziels ermittelt und die Phase des empfangenen Signals wird so verschoben, dass der Azimut auf die Front festgelegt wird. Durch diese Verarbeitung kann selbst bei einem von der Front entfernten Ziel eine Schwingungskurve gleich der im Falle einer Anordnung an der Front erzielt werden.
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Somit ist zum Erzeugen eines virtuellen Signals durch Polynomnäherung eine Azimutinformation des Ziels erforderlich. Wie zuvor beschrieben wird in einem Fall, in dem die Empfangsantennen so angeordnet sind, dass das Intervall dazwischen größer ist als λ/2, ein virtuelles Bild durch Winkelfaltung erzeugt und eine korrekte Azimutinformation des Ziels kann nicht erzielt werden. Es gibt eine Antenne mit ungleichem Intervall als ein Verfahren zum Verhindern der Erzeugung eines virtuellen Bildes durch Winkelfaltung, wobei das Antennenintervall größer als λ/2 gehalten wird (siehe NPL 2) ; dieses Verfahren kann aber nicht auf einen Fall angewendet werden, in dem reflektierte Wellen von einer Vielzahl von Zielen auf eine gemischte Weise empfangen werden.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht im Bereitstellen einer hochauflösenden Radarvorrichtung, die einen Azimut mit stabiler Genauigkeit auch für eine Vielzahl von in verschiedenen Intervallen angeordneten Zielen mit einer niedrigen Rechenlast erfassen kann, wobei eine kleine Zahl von Sende-/Empfangsantennen verwendet wird.
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Die in 1 dargestellten Empfangsantennen Rx1 bis Rx6 umfassen sowohl eine mit einem Antennenelement (Muster) ausgestattete Empfangsantenne eine durch Verwenden der Sende-/Empfangsantenne als MIMO erzielte Empfangsantenne und werden als reale Empfangsantennen bezeichnet, ohne voneinander unterschieden zu werden, vorbehaltlich anderweitig angegeben. Ebenso, wenn als eine virtuelle Empfangsantenne oder eine virtuelle Antenne ausgedrückt, bezeichnet dies eine Empfangsantenne (Empfangsantennen Rx7 bis Rx12 in 1), deren empfangener Signalwert durch eine Polynomnäherung vorhergesagt werden.
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Technische Lösung
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Eine Radarvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Radarvorrichtung, die eine Azimutschätzungsverarbeitung an einem Ziel aus empfangenen Signalen von einer Vielzahl von Empfangsantennen durchführt, wobei die Vielzahl von Empfangsantennen auf einer gleichen Achse angeordnet sind und eine erste Antennengruppe umfassend, in der Antennenintervalle in gleichen Intervallen angeordnet sind und eine oder mehrere andere Empfangsantennen in Intervallen länger als die Antennenintervalle einer angrenzenden Empfangsantenne und der ersten Antennengruppe angeordnet sind. Die Radarvorrichtung umfasst: eine erste Azimutschätzungseinheit, die eine Azimutschätzungsverarbeitung an einem Teil auf Basis eines empfangenen Signals von der ersten Antennengruppe durchführt; eine Einheit zum Erzeugen eines virtuellen Signals, die ein virtuelles Signal von einer in einem eine Öffnungslänge der Vielzahl von Empfangsantennen auf der gleichen Achse überschreitenden Bereich angeordneten virtuellen Empfangsantenne auf Basis von empfangenen Signalen von Empfangsantennen umfassend die anderen Empfangsantennen und eines von der ersten Azimutschätzungseinheit geschätzten Zielazimuts erzeugt; und eine zweite Azimutschätzungseinheit, die eine Azimutschätzungsverarbeitung an einem Ziel auf Basis von empfangenen Signalen von der Vielzahl von Empfangsantennen und einem virtuellen Signal von der virtuellen Empfangsantenne, erzeugt durch die Einheit zum Erzeugen eines virtuellen Signals, durchführt.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Bereitgestellt wird eine Radarvorrichtung mit verbesserter Winkelauflösung, ohne Antennenelemente physisch zu vergrößern.
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Andere Aufgaben und neuartige Merkmale werden aus der Beschreibung der Patentschrift und den beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
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Figurenliste
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- [1] 1 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung der Erzeugung eines virtuellen Signals.
- [2A] 2A zeigt ein Diagramm zur Darstellung eines Anordnungsbeispiels von Sende-/Empfangsantennenelementen der Radarvorrichtung.
- [2B] 2B zeigt ein Diagramm zur Darstellung eines Anordnungsbeispiels einer tatsächlichen Empfangsantenne der Radarvorrichtung.
- [2C] 2C zeigt ein Diagramm zur Darstellung eines Anordnungsbeispiels einer virtuellen Empfangsantenne.
- [3] 3 zeigt ein Blockdiagramm der Radarvorrichtung.
- [4] 4 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung der Verarbeitung einer Einheit zum Erzeugen eines virtuellen Signals.
- [5A] 5A zeigt ein Diagramm zur Darstellung eines Winkelazimutspektrums, wenn zwei Ziele in Intervallen von 3 Grad erfasst werden.
- [5B] 5B zeigt ein Diagramm zur Darstellung eines Winkelazimutspektrums in einem Fall, in dem zwei Ziele in einem Intervall von 6 Grad erfasst werden.
- [6A] 6A zeigt ein Diagramm zur Darstellung von Signalstärke und einer Polynomnäherungskurve, wenn zwei Ziele in Intervallen von 3 Grad erfasst werden.
- [6B] 6B zeigt ein Diagramm zur Darstellung der Signalstärke und einer Polynomnäherungskurve, wenn zwei Ziele in einem Intervall von 6Grad erfasst werden.
- [7] 7 zeigt ein Fließbild der Verarbeitung des Auswählens eines Extrapolierungsbereichs.
- [8A] 8A zeigt eine Ansicht zur Darstellung eines Winkelazimutspektrums, wenn zwei Ziele in einem Intervall von 6 Grad erfasst werden.
- [8B] 8B zeigt ein Diagramm zur Darstellung der Signalstärke und einer Polynomnäherungskurve, wenn zwei Ziele in einem Intervall von 6 Grad erfasst werden.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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In der tatsächlichen Empfangsantenne der Radarvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform sind die Empfangsantennen so angeordnet, dass sie einen in gleichen Intervallen von λ/2 Intervallen angeordneten Abschnitt und einen in Intervallen breiter als λ/2 auf der gleichen Achse (auf der gleichen geraden Linie) angeordneten Abschnitt aufweisen. Alle tatsächlichen Empfangsantennen können als Antennenelemente angeordnet sein, können aber als eine Empfangsantennenanordnung nach der MIMO-Verarbeitung ausgeführt sein, wodurch die Zahl von Antennenelementen minimiert werden kann.
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Wie zuvor beschrieben ist zum Erzeugen eines virtuellen Signals durch Polynomnäherung eine Azimutinformation eines Ziels erforderlich; die Azimutinformation kann aber in dieser Stufe eine grobe Azimutschätzung darstellen. Wenn eine grobe Azimutschätzung eines Ziels durchgeführt wird und die Azimutschätzung umfassend in Intervallen breiter als λ/2 beabstandete Empfangsantennen durchgeführt wird, kann ein virtuelles Bild erzeugt werden. Daher wird eine Azimutschätzung unter Verwendung ausschließlich von empfangenen Signalen von in gleichen Intervallen von λ/2 auf der gleichen Achse angeordneten Antennen durchgeführt. Obgleich die Schätzgenauigkeit aufgrund der kurzen Öffnungslänge abnimmt, besteht der Vorteil, dass der Azimut mit der erforderlichen Genauigkeit geschätzt wird und der Azimut mit einem geringen Rechenaufwand geschätzt werden kann.
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Wenn hingegen die Polynomnäherung durchgeführt wird, werden empfangene Signale von allen Antennen auf der gleichen Achse umfassend in Intervallen breiter als λ/2 angeordnete Antennen verwendet, um ein Polynom zu erhalten, mit dem eine Polynomnäherungskurve am besten passt. Bei Verwendung dieses Polynoms wird ein empfangenes Signal der virtuellen Empfangsantenne an einer Position, an der die tatsächliche Empfangsantenne tatsächlich nicht vorhanden ist, etwa zwischen den tatsächlichen Empfangsantennen oder außerhalb der tatsächlichen Empfangsantenne, erzielt.
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2A zeigt ein Anordnungsbeispiel eines Sendeantennenelements 11 und eines Empfangsantennenelements 21 in der Radarvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform. Das in 2A dargestellte Antennenelement wird beispielsweise durch Bilden eines Antennenmusters auf einem dielektrischen Substrat gebildet. In der Antennenanordnung von 2A ist eines der Intervalle zwischen den Sendeantennenelementen 11 der drei auf der gleichen Achse angeordneten Elemente d (d ≤ λ/2) und das andere ist d` (d < d'). Ferner sind die Empfangsantennenelemente 21 der drei Elemente in 2d Intervallen auf der gleichen Achse angeordnet.
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2B zeigt ein Diagramm zur Darstellung eines Anordnungsbeispiels von tatsächlichen Empfangsantennen in der Radarvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform und entspricht einer Anordnung der tatsächlichen Empfangsantennen nach der MIMO-Verarbeitung in der in 2A dargestellten Antennenelementanordnung. Die tatsächliche Empfangsantenne der vorliegenden Ausführungsform umfasst eine Empfangsantenne angrenzend an eine auf der gleichen Achse angeordnete erste Antennengruppe L1 und eine oder mehrere weitere in einem Intervall länger als das Antennenintervall der ersten Antennengruppe L1 angeordnete Empfangsantennen und die erste Antennengruppe L1 ist ein gleichmäßig beabstandete Antennengruppe mit einem Antennenintervall von λ/2 oder weniger. Im Beispiel von 2B entspricht eine zweite Antennengruppe L2 der anderen Empfangsantenne und der Abstand zwischen der ersten Antennengruppe L1 und der zweiten Antennengruppe L2 oder das Antennenintervall der zweiten Antennengruppe L2 ist breiter als λ/2. Zu diesem Zeitpunkt ist es wünschenswert, den Abstand zwischen der ersten Antennengruppe L1 und der zweiten Antennengruppe L2 oder das Antennenintervall der zweiten Antennengruppe L2 so festzulegen, dass die Öffnungslänge der tatsächlichen Empfangsantenne (der Abstand zwischen der Empfangsantenne 40 1 und der Empfangsantenne 40 r) so groß wie möglich ist. Die Antennenintervalle der zweiten Antennengruppe L2 können gleich oder ungleich sein.
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Im Beispiel von 2B umfasst die erste Antennengruppe L1 sechs Elemente in gleichen Intervallen D und ein empfangenes Signal der ersten Antennengruppe L1 wird an einer nachfolgend beschriebenen ersten Azimutschätzungseinheit 33 eingegeben. Ein Antennenintervall d der ersten Antennengruppe L1 wird so festgelegt, dass es im Wesentlichen gleich der Hälfte der Wellenlänge λ des sendenden Radars ist, um eine möglichst große Öffnungslänge zu erzielen, ohne eine Winkelfaltung in einer Weitwinkelantenne zu bewirken.
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Eine nachfolgend zu beschreibende Einheit 34 zum Erzeugen eines virtuellen Signals erhält ein virtuelles Signal entsprechend einer durch eine gepunktete Linie in 2C dargestellten virtuellen Antennengruppe LV auf Basis der empfangenen Signale der gesamten tatsächlichen Empfangsantennen (der ersten Antennengruppe L1 und der zweiten Antennengruppe L2) und des Azimutschätzungsergebnis durch die erste Antennengruppe L1. Die erste Antennengruppe L1 und die virtuelle Antennengruppe LV bilden eine Antennenanordnung, die zu einer gleichmäßig beabstandeten Antennengruppe insgesamt werden. Obgleich 2C ein Beispiel darstellt, in dem die Antennenposition der virtuellen Antennengruppe LV und die Antennenposition der zweiten Antennengruppe L2 nicht miteinander übereinstimmen, können sie miteinander übereinstimmen. Die dargestellte Antennenanordnung ist lediglich ein Beispiel und beispielsweise ist die Zahl von Antennenelementen des Sendeantennenelements 11 und des Empfangsantennenelements 21 nicht hierauf beschränkt.
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3 zeigt eine Konfiguration der Radarvorrichtung. Die Radarvorrichtung umfasst eine Sendeeinheit 1, eine Empfangseinheit 2 und eine Signalverarbeitungseinheit 3. Antennenelemente 11 und 21 der Radarvorrichtung sind beispielsweise wie in 2A dargestellt angeordnet und die Signalverarbeitungseinheit 3 führt eine MIMO-Verarbeitung durch. Die Sendeeinheit 1 umfasst einen Oszillator 12 und eine Vielzahl von Sendeantennenelementen 11. Der Oszillator 12 erzeugt ein Chirp-Signal, dessen Oszillationsfrequenz sich kontinuierlich im Laufe der Zeit ändert, und das erzeugte Chirp-Signal wird als eine Sendewelle vom Sendeantennenelement 11 gesendet. Die gesendete Welle wird von einem Ziel, etwa einem anderen Fahrzeug, reflektiert und wird zu einer reflektierten Welle.
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Die Empfangseinheit 2 umfasst eine Vielzahl von Empfangsantennenelementen 21, einen mit jedem Antennenelement verbundenen Mischer 22 und einen A/D-Wandler 23. Ein Teil der vom Ziel reflektierten Welle wird vom Empfangsantennenelement 21 empfangen. Das empfangene Signal wird am Mischer 22 eingegeben und der Mischer 22 erzeugt ein Schwebungssignal durch Mischen des empfangenen Signals und des Sendesignals (Oszillationssignals des Oszillators 12) und anschließend wird das Schwebungssignal durch den A/D-Wandler 23 in ein digitales Signal umgewandelt und an die Signalverarbeitungseinheit 3 ausgegeben.
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Das an der Signalverarbeitungseinheit 3 eingegebene empfangene Signal wird einer zweidimensionalen FFT in einer Zeit/Frequenz-FFT-Einheit 31 unterzogen. Durch die FFT-Verarbeitung wird ein Leistungsspektrum von Abstand und Geschwindigkeit ermittelt. Der erfasste Abstand und die erfasste Geschwindigkeit des Ziels kann durch Suchen nach einem Spitzen-Bin größer gleich einer Schwelle vom ermittelten Leistungsspektrum von Abstand und Geschwindigkeit ermittelt werden. Der ermittelte Spitzen-Bin ist für alle Empfangsantennen gleich; aber die komplexe Information der Amplitude und der Phase des Frequenzspektrum am Spitzen-Bin unterscheidet sich für jede Empfangsantenne. Da der Unterschied der komplexen Information für jede Empfangsantenne durch die Antennenanordnung und den Zielazimut bestimmt wird, kann der Zielazimut durch die von jeder Empfangsantenne und Antennenanordnung ermittelten komplexen Information ermittelt werden. Nachfolgend wird die komplexe Information der Amplitude und der Phase des Frequenzspektrums am Spitzen-Bin als ein komplexes Signal bezeichnet.
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Das komplexe Signal von der Zeit/Frequenz-FFT-Einheit 31 ist durch eine MIMO-Verarbeitungseinheit 32 so angeordnet, dass es der Empfangsantennenanordnung entspricht, wenn die Sende-/Empfangsantenne als MIMO verwendet wird. Hier weist die durch MIMO erzielte Empfangsantennenanordnung eine Anordnung auf wie in 2B dargestellt und umfasst die erste Antennengruppe L1, in der die Intervalle zwischen angrenzenden Empfangsantennen kleiner gleich λ/2 sind. Die MIMO-Verarbeitungseinheit 32 gibt ausschließlich komplexe Signale entsprechend den Empfangsantennen der ersten Antennengruppe Ls an die erste Azimutschätzungseinheit 33 aus.
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Die erste Azimutschätzungseinheit 33 schätzt den Azimut des Ziels unter Verwendung des eingegebenen komplexen Signals der ersten Antennengruppe L1. Da die Azimutschätzung unter Verwendung nur eines Teils von gleichmäßig beabstandeten Antennenabschnitten schmaler als die Öffnungslänge der in der Antenne enthaltenen Empfangsantenne durchgeführt wird, stellt die Azimutschätzung durch die erste Azimutschätzungseinheit 33 einen groben Zielazimut mit niedriger Winkelauflösung dar. Da aber die Azimutschätzung in der ersten Azimutschätzungseinheit 33 als Vorbereitung für die Durchführen der Azimutschätzung mit hoher Winkelauflösung zu einem späteren Zeitpunkt durchgeführt wird, kann die Azimutschätzung eine niedrige Auflösung aufweisen. Daher wird eine räumliche FFT oder eine digitale Strahlformung, die einen groben Azimut eines Ziels mit einer geringen Rechenlast ermitteln kann, verwendet. Auf diese Weise gibt die erste Azimutschätzungseinheit 33 eine aus den komplexen Signalen der ersten Antennengruppe L1, die der gleichmäßige beabstandete Antennenabschnitt ist, geschätzte grobe Zielazimutinformation aus.
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Die komplexen Signale aller Empfangsantennen und der grobe Azimut des durch die erste Azimutschätzungseinheit 33 ermittelten Ziels werden an der Einheit 34 zum Erzeugen eines virtuellen Signals eingegeben. Die Empfangsantennenanordnung nach der MIMO-Verarbeitung in der Einheit 34 zum Erzeugen eines virtuellen Signals ist bekannt. Daher verwendet die Einheit 34 zum Erzeugen eines virtuellen Signals die von allen auf der gleichen Achse angeordneten Empfangsantennen (die erste Antennengruppe L1 und die zweite Antennengruppe L2) zum Erzeugen eines virtuellen Signals an einer Position, an der keine Antenne auf der gleichen Achse vorhanden ist (der Antennenposition der virtuellen Antennengruppe LV wie in 2C dargestellt) und gibt das erzeugte komplexe Signal aus.
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Ein komplexes Signal entsprechend der durch die Einheit 34 zum Erzeugen eines virtuellen Signals erzeugten tatsächlichen virtuellen Antennenanordnung (Antennenanordnung von Empfangsantennen der ersten Antennengruppe L1 und der virtuellen Antennengruppe LV wie in 2C dargestellt) wird an der zweiten Azimutschätzungseinheit 35 eingegeben und der Winkelazimut wird durch Winkelazimut-Schätzungsverarbeitung, etwa einer räumlichen FFT oder digitalen Strahlformung, berechnet.
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Die Verarbeitung der Einheit 34 zum Erzeugen eines virtuellen Signals ist nachfolgend in Bezug auf 4 beschrieben. Das an der Einheit 34 zum Erzeugen eines virtuellen Signals eingegebene komplexe Signal wird phasenverschoben, so dass der Azimut des durch die ersten Azimutschätzungseinheit 33 ermittelten Ziels 0 Grad wird (Schritt S101). Dies ist wie zuvor beschrieben darauf zurückzuführen, dass im Falle einer reflektierten Welle von einem Winkelazimut entfernt von 0 Grad eine Änderung in der komplexen Information des empfangenen Signals groß wird und es schwierig wird, eine Polynomnäherungskurve zu zeichnen.
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Das komplexe Signal nach der Phasenverschiebung wird in einen realen Teil (reales Teilsignal) und einen imaginären Teil (imaginäres Teilsignal) unterteilt. Eine Polynomnäherungskurve wird für das reale Teilsignal und das imaginäre Teilsignal ermittelt (Schritt S102 und S103). Ein Wert entsprechend der ermittelten Position der virtuellen Antenne auf der Polynomnäherungskurve ist ein virtuelles Signal. Bei der Erzeugung eines virtuellen Signals hat in einem Fall, in dem die Öffnungslänge (die durch die Empfangsantennen Rx1 bis Rx6 im Beispiel von 1 bestimmte Öffnungslänge) der zum Ermitteln der Polynomnäherungskurve verwendeten tatsächlichen Empfangsantenne schmaler ist als die Zielöffnungslänge (die von den Empfangsantennen Rx1 bis Rx12 im Beispiel von 1 bestimmte Öffnungslänge), die erwünschtermaßen durch die virtuelle Antenne erzielt wird, erweisen, dass eine Anpassung im Übermaß in einer Umgebung mit starkem Rauschen durchgeführt wird, so dass die Öffnungslänge von der ursprünglich gewünschten Polynomnäherungskurve abweicht, und somit verschlechtert sich die Auflösung des schließlich berechneten Winkelazimuts.
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Zum Vermeiden solch einer übermäßigen Anpassung an Rauschen wird ein Extrapolierungsbereich zum Erweitern der Öffnungslänge ausgewählt (Schritt S104). Die Zahl von Schwingungen der Polynomnäherungskurve ist durch ihre Ordnung beschränkt und der Wert der Polynomnäherungskurve divergiert an einer Position entfernt von der tatsächlichen Empfangsantenne. Das heißt, wenn der Extrapolierungsbereich zu breit ist, verschlechtert sich die Passgenauigkeit aufgrund der Divergenz. Daher wird in der Extrapolierung (Erweiterung der Öffnungslänge) durch die Polynomnäherungskurve ein zum Erzielen der erforderlichen Trennungsauflösung ausreichender Bereich ausgewählt und das virtuelle Signal außerhalb des ausgewählten Bereichs wird nicht zum Schätzen des Azimuts verwendet.
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Nach der Bestimmung des Extrapolierungsbereichs werden die in den realen Teil und den imaginären Teil unterteilten Signale wieder zu einem komplexen Signal kombiniert (Schritt S105) .
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Da die Phasenverschiebung so durchgeführt wird, dass der Zielazimut durch die erste Azimutschätzungseinheit 33 die Front in der Erzeugung des virtuellen Signals wird, kann ein Signal im korrekten Azimut durch Durchführen der umgekehrten Phasenverschiebung am zuletzt in der Erzeugung des virtuellen Signals ermittelten komplexen Signal ermittelt werden (Schritt S106) . Die Einheit 34 zum Erzeugen eines virtuellen Signals gibt das der umgekehrten Phasenverschiebung unterzogene komplexe Signal als ein virtuelles Signal aus.
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Nachfolgend ist ein Verfahren zum Auswählen eines Extrapolierungsbereichs in Schritt S104 beschrieben.
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Wenn die durch Polynomnäherung ermittelte Kurve zur rechten Seite (in der positiven Richtung der Antennenkoordinaten) von der Empfangsantennen-Öffnungslänge und der Öffnungslänge entsprechend fünfzig Antennenelementen mit dem Intervall d = λ/2 erweitert wird, zeigt 5A Äzimütschätzungsspektren von reflektierten Wellen von zwei Zielen in Intervallen von 3 Grad, das heißt einen Azimut von -1,5 Grad und einen Azimut von 1,5 Grad, und 5B zeigt Azimutschätzungsspektren von reflektierten Wellen von zwei Zielen in Intervallen von 6 Grad, das heißt einen Azimut von -3 Grad und einen Azimut von 3 Grad. Hier ist die Ordnung des Polynoms auf die dritte Ordnung festgelegt. Wie zuvor beschrieben kann selbst in der gleichen Ordnung der gleichen Öffnungslänge, obgleich die Trennungsauflösung von 3 Grad erzielt wird wie in 5A dargestellt, das Ziel in Intervallen von 6 Grad nicht wie in 5B dargestellt getrennt sein.
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6A zeigt eine Polynomnäherungskurve, die erhalten wird, wenn das Spektrum von 5A ermittelt wird, und 6B zeigt eine Polynomnäherungskurve, die erhalten wird, wenn das Spektrum von 5B erhalten wird. In 6A ist keine Divergenz in einer Näherungskurve 51 des realen Signalteils und einer Näherungskurve 52 des imaginären Signals im Bereich der Öffnungslänge der virtuellen Antenne für fünfzig Elemente festzustellen. In 6B divergieren hingegen eine Näherungskurve 53 des realen Signalteils und eine Näherungskurve 54 des imaginären Signalteils beide, da der Abstand von der Öffnungslänge der tatsächlichen Empfangsantenne zunimmt. Daher ist davon auszugehen, dass sich das Azimutschätzungsspektrum verschlechtert hat.
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Die Auswahl des Extrapolierungsbereichs wird zum Verhindern der Verschlechterung des Azimutschätzungsspektrums aufgrund einer Divergenz der Polynomnäherungskurve durchgeführt und die Auswahl des Extrapolierungsbereichs wird durch den Wert der Polynomnäherungskurve bestimmt. 7 zeigt ein Beispiel eines Verfahrens zum Auswählen eines Extrapolierungsbereichs. Hier wird angenommen, dass eine Extrapolierung auf der rechten Seite der Antennenkoordinaten der ersten Antennengruppe L1 durchgeführt wird.
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Zunächst wird, bevor die Extrapolierung durchgeführt wird, die Anfangsfestlegung des Extrapolierungsbereichs gemäß der erforderlichen Auflösung durchgeführt. Die Koordinaten am rechten Ende des Extrapolierungsbereichs sind end_re (reales Teilsignal) und end_re (imaginäres Teilsignal). In der Anfangsfestlegung sind end_re und end_im gleich. Beispielsweise ist in der Näherungskurve von 6B sowohl end_re als auch end_im 49. Im Beispiel von 6B, in dem die Näherungskurve divergiert, nimmt die Näherungskurve einen Extremwert nahe der Antennenposition 19 an und die rechte Seite des Extremwertpunkts wird monoton erhöht.
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Daher wird zunächst für das reale Teilsignal eine Antennenposition gesucht, die einen Extremwert der Polynomnäherungskurve annimmt (Schritt S201). Im Beispiel von 6B ist dies nahe der Antennenposition 19. Anschließend wird der Maximalwert des Absolutwerts der Näherungskurve im Abschnitt von der Koordinate 0, die das linke Ende der MIMO-Antenne ist, bis zur Koordinate, die den Extremwert annimmt, gesucht. Der Maximalwert der hier extrahierten Absolutwerte wird als max_re festgelegt (Schritt S202). Im Beispiel von 6B ist die Nähe der Antennenposition 0 die Antennenposition, die max_re ergibt. Anschließend wird nach einer Position p_re des virtuellen Signals, deren Wert max_re üebrschreitet, auf der rechten Seite (positive Richtung der Antennenkoordinaten) der Antennenkoordinaten mit dem Extremwert gesucht (Schritt S203). Wenn die Position p_re im Bereich der Antennenpositionen 0 bis end_re, welcher der ursprüngliche Extrapolierungsbereich ist, liegt, wird das rechte Ende des Extrapolierungsbereichs zu p_re aktualisiert. Wenn die Position p_re des virtuellen Signals nicht im ursprünglichen Extrapolierungsbereichs liegt, bleibt der Extrapolierungsbereich auf der Ausgangsfestlegung (Schritt S204, Schritt S205). Wenn eine Vielzahl von Extremwerten in der Polynomnäherungskurve vorhanden ist, wird der vorhergehende Ablauf in Bezug auf den ganz rechts angeordneten Wert (äußerste Seite entlang der Extrapolierungsrichtung) durchgeführt.
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Ebenso sucht das imaginäre Teilsignal eine Position p_im des virtuellen Signals, die den Maximalwert max_im des Absolutwerts des Intervalls bis zum Extremwert überschreitet (Schritt S206 bis S210). Wenn die Position p_re des virtuellen Signals oder die Position p_im ursprünglichen Extrapolierungsbereich liegt, wird die kleinere (links von der Position p_re des virtuellen Signals und der Position p_im des virtuellen Signals angeordnete Position des virtuellen Signals) n p_re and virtual signal position p_im) als das rechte Ende des Extrapolierungsbereichs festgelegt und der Extrapolierungsbereich wird festgelegt (Schritt S211).
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Wenn der effektive Bereich des virtuellen Antennensignals durch Extrapolierung aus der Näherungskurve von 6B gemäß dem Ablauf von 7 ausgewählt wird, wird die virtuelle Antennenposition am rechten Ende des Extrapolierungsbereichs 28. Das Azimutschätzungsspektrum ist zu diesem Zeitpunkt wie in 8A dargestellt und zwei Ziele können getrennt erfasst werden. 8B ist eine Näherungskurve im von der in 7 dargestellten Verarbeitung ausgewählten Bereich zum Erzeugen des virtuellen Signals.
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Die Verarbeitung von 7 ist lediglich ein Beispiel und die Extrapolierung kann beispielsweise auf der linken Seite der Empfangsantenne durchgeführt werden oder kann sowohl auf der links als auch auf der rechten Seite durchgeführt werden.
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Beim Ableiten der Polynomnäherungskurve in der Einheit 34 zum Erzeugen des virtuellen Signals muss die Ordnung des Polynoms bestimmt werden. Da aber die Kurven zur Angabe des empfangenen realen Signalteils und des empfangenen imaginären Signalteils je nach der Zahl von Zielen und dem Zielintervall verschiedene Formen aufweisen, kann eine hohe Passgenauigkeit in einer vorbestimmten Ordnung gegebenenfalls nicht erzielt werden. Daher kann in einem Fall, in dem es erforderlich ist, eine Anpassung an den Fall von verschiedenen Zielzahlen durchzuführen, in Bezug auf die Verarbeitung der Einheit 34 zum Erzeugen eines virtuellen Signals die Polynomnäherungskurve eine Vielzahl von Malen abgeleitet werden, während die Ordnung variiert wird, und die Polynomnäherungskurve mit dem kleinsten Unterschied zum empfangenen Signal, das heißt der Ordnung mit der höchsten Passgenauigkeit, kann ausgewählt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sendeeinheit
- 2
- Empfangseinheit
- 3
- Signalverarbeitungseinheit
- 11
- Sendeantennenelement
- 12
- Oszillator
- 21
- Empfangsantennenelement
- 22
- Mischer
- 23
- A/D-Wandler
- 31
- Zeit/Frequenz-FFT-Einheit
- 32
- MIMO-Verarbeitungseinheit
- 33
- erste Azimutschätzungseinheit
- 34
- Einheit zum Erzeugen eines virtuellen Signals
- 35
- zweite Azimutschätzungseinheit
- 40
- Empfangsantenne
- 41
- empfangener Signalwert
- 51 bis 54
- Näherungskurve
