DE112022001100T5

DE112022001100T5 - Objekterfassungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112022001100T5
Application number: DE112022001100.9T
Authority: DE
Inventors: Yu Koyama; Tetsuya Aoyama
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2021-02-16
Filing date: 2022-01-12
Publication date: 2023-12-14
Also published as: JP7472820B2; JP2022124824A; US20240036195A1; CN116848431A; WO2022176442A1

Abstract

Eine Objekterfassungsvorrichtung (1) enthält einen Ansteuersignalgenerator (5), der ein Ansteuersignal eine Frequenzmodulation umfassend erzeugt, einen ersten Korrelationsfilter (62), der eine Korrelationsdetektion zwischen dem Empfangssignal und einem ersten Referenzsignal, das dem Ansteuersignal entspricht, durchführt, einen ersten Bestimmer (8), der auf der Grundlage des Korrelationssignals vom ersten Korrelationsfilter bestimmt, ob das Empfangssignal eine reflektierte Welle der vom Sender (40A) gesendeten Messwelle ist, einen zweiten Korrelationsfilter (63), der eine Korrelationsdetektion zwischen dem Empfangssignal und einem zweiten Referenzsignal, das einem Abschnitt des Ansteuersignals entspricht, durchführt, einen dritten Korrelationsfilter (64), der eine Korrelationsdetektion zwischen dem Empfangssignal und einem dritten Referenzsignal, das einem anderen Abschnitt des Ansteuersignals mit höheren Frequenzen als das zweite Referenzsignal entspricht, durchführt, und einen zweiten Bestimmer (9), der auf der Grundlage von Korrelationssignalen aus dem zweiten und dritten Korrelationsfilter bestimmt, ob sich ein Objekt innerhalb eines Erfassungsbereichs befindet.

Description

[Querverweis auf in Beziehung stehende Anmeldung]
Die vorliegende Anmeldung basiert auf der am 16. Februar 2021 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2021-22688 , auf deren Offenbarung hiermit vollinhaltlich Bezug genommen ist.
[Technisches Gebiet]
Diese Offenbarung bezieht sich auf eine Objekterfassungsvorrichtung zur Erfassung eines Objekts durch Senden und Empfangen von Ultraschallwellen.
[Stand der Technik]
Bei einem automatischen Einparksystem für ein Fahrzeug, wie z. B. ein Automobil, erfolgt eine Hinderniserfassung durch mehrere Ultraschallsensoren, die an der Stoßstange des Fahrzeugs befestigt sind. Um die Genauigkeit eines solchen automatischen Einparksystems zu verbessern, ist es wünschenswert, zu bestimmen, ob sich ein Hindernis innerhalb eines Erfassungsbereichs befindet. Diese Bestimmung ist beispielsweise eine Bestimmung dahingehend, ob das Objekt ein hohes Objekt ist, das wahrscheinlich mit der Fahrzeugkarosserie in Berührung kommen wird.
Patentdokument 1 schlägt beispielsweise eine Technik zur Bestimmung der Höhe eines Objekts unter Verwendung der Differenz in der Richtwirkung zwischen Frequenzen vor. Insbesondere wird eine Ultraschallwelle mit hoher und niedriger Frequenz als eine Messwelle gesendet, und Amplitudenkomponenten zweier Frequenzen werden unter Verwendung eines Bandpassfilters aus dem Empfangssignal extrahiert. Da eine Ultraschallwelle mit einer höheren Frequenz eine schmalere Richtwirkung hat als eine Ultraschallwelle mit einer niedrigeren Frequenz, kann die Höhe eines Objekts durch Vergleichen der Amplituden der beiden Frequenzen bestimmt werden.
[Literaturverzeichnis]
[Patentliteratur]
[Patentdokument 1] JP 2020- 098 157 A
[Kurzdarstellung der Erfindung]
Die in Patentdokument 1 beschriebene Objekterfassungsvorrichtung verfügt jedoch nicht über eine Funktion zur Vermeidung von Interferenz zwischen Sensoren. Folglich kann, wenn die Sendefrequenz von Messwellen erhöht wird oder wenn ein Fahrzeug gegenüber oder parallel zu einem anderen Fahrzeug fährt und Sendewellen von dem anderen Fahrzeug empfängt, die Höhe des Objekts aufgrund von Interferenz gegebenenfalls nicht korrekt bestimmt werden.
Eine Methode zur Vermeidung von Interferenz besteht beispielsweise darin, die Messwelle durch Modulation der Frequenz der Messwelle zu codieren und dann zu bestimmen, ob Codes zwischen dem Sendesignal und dem Empfangssignal übereinstimmen, d. h. ob die Merkmale der Frequenzmodulation zwischen dem Sendesignal und dem Empfangssignal übereinstimmen.
Wenn in einem solchen Fall, in dem Empfangssignale durch Codes identifiziert werden, das Signal zur Code-Identifizierung und das Signal zur Höhenbestimmung getrennt übertragen werden, erhöht sich die Anzahl von für einen Objekterfassungsprozess erforderlichen Messwellenübertragungen, was zu einer Verringerung der Häufigkeit der Durchführung des Objekterfassungsprozesses und einer Verschlechterung der Objekterfassungsleistung führt.
Es ist, angesichts der obigen Umstände, Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Objekterfassungsvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, eine empfangene Welle zu identifizieren und zu bestimmen, ob sich ein Objekt innerhalb eines Erfassungsbereichs befindet, basierend auf einem einzigen Sende-/Empfangsvorgang.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist eine Objekterfassungsvorrichtung zur Erfassung eines Objekts durch Senden und Empfangen von Ultraschallwellen auf: einen Sender, der eine Ultraschallwelle als eine Messwelle sendet; einen Ansteuersignalgenerator, der ein Ansteuersignal erzeugt, das eine Frequenzmodulation enthält, um den Sender anzusteuern; einen Empfänger, der die Ultraschallwelle empfängt und ein Empfangssignal in Übereinstimmung mit der empfangenen Ultraschallwelle erzeugt; einen ersten Korrelationsfilter, der eine Korrelationsdetektion zwischen dem Empfangssignal und einem ersten Referenzsignal, das dem Ansteuersignal entspricht, durchführt und ein Korrelationssignal ausgibt; einen ersten Bestimmer, der auf der Grundlage des von dem ersten Korrelationsfilter ausgegebenen Korrelationssignals bestimmt, ob die vom Empfänger empfangene Ultraschallwelle eine reflektierte Welle der von dem Sender gesendeten Messwelle ist; einen zweiten Korrelationsfilter, der ein Korrelationssignal ausgibt, indem er eine Korrelationsdetektion zwischen dem Empfangssignal und einem zweiten Referenzsignal durchführt, wobei das zweite Referenzsignal ein Signal ist, das einem Abschnitt des Ansteuersignals entspricht; einen dritten Korrelationsfilter, der ein Korrelationssignal ausgibt, indem er eine Korrelationsdetektion zwischen dem Empfangssignal und einem dritten Referenzsignal durchführt, wobei das dritte Referenzsignal ein Signal ist, das einem anderen Abschnitt des Ansteuersignals mit höheren Frequenzen als das zweite Referenzsignal entspricht; und einen zweiten Bestimmer, der auf der Grundlage des vom zweiten Korrelationsfilter ausgegebenen Korrelationssignals und des vom dritten Korrelationsfilter ausgegebenen Korrelationssignals bestimmt, ob sich ein Objekt innerhalb eines Erfassungsbereichs befindet.
Wie oben beschrieben, wird ein Empfangssignal per Korrelationsdetektion unter Verwendung des ersten Referenzsignals, das dem Ansteuersignal entspricht, identifiziert. Eine Objekterfassungsbestimmung erfolgt dahingehend, ob sich ein Objekt innerhalb des Erfassungsbereichs befindet, per Korrelationsdetektion unter Verwendung des zweiten Referenzsignals, das einem Abschnitt des Ansteuersignals entspricht, und des dritten Referenzsignals, das einen anderen Abschnitt des Ansteuersignals mit höheren Frequenzen als das zweite Referenzsignal enthält. Daher kann mit nur einem (einzigen) Senden/Empfangen die empfangene Welle identifiziert werden, und es kann bestimmt werden, ob sich ein Objekt im Erfassungsbereich befindet.
Die Bezugszeichen in Klammern, die den Komponenten oder dergleichen angehängt sind, zeigen lediglich Beispiele für die Korrespondenz zwischen den Komponenten oder dergleichen und den spezifischen Komponenten, die in Bezug auf die nachfolgenden Ausführungsformen beschrieben sind. Daher wird die vorliegende Offenbarung nicht durch derartige Bezugszeichen beschränkt.
[Kurze Beschreibung der Zeichnungen]

1 zeigt ein Blockdiagramm einer Objekterfassungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform.
2 zeigt ein Blockdiagramm eines Quadraturdetektors, der in einem Empfangssignalprozessor enthalten ist.
3 veranschaulicht Frequenzen von Referenzsignalen.
4 zeigt ein Blockdiagramm eines Quadraturdetektors, der in einem Referenzsignalprozessor enthalten ist.
5 zeigt ein Blockdiagramm eines Korrelationsfilters, der ein Referenzsignal verwendet, das einem Ansteuersignal entspricht.
6 zeigt ein Blockdiagramm eines Vektor-Rotators und eines Integrators, die im Korrelationsfilter enthalten sind.
7 veranschaulicht eine Phasendifferenz zwischen einem komplexen Empfangssignal und einem komplexen Referenzsignal.
8 veranschaulicht eine Vektor-Rotation eines komplexen Empfangssignals S₁.
9 veranschaulicht ein vektorrotiertes Signals ΔS₂.
10 veranschaulicht ein Summationsergebnis von vektorrotierten Signalen ΔS₁ und ΔS₂.
11 veranschaulicht ein vektorrotiertes Signals ΔS₂.
12 veranschaulicht ein Summationsergebnis von vektorrotierten Signalen ΔS₁ und ΔS₂.
13 zeigt ein Blockdiagramm eines Korrelationsfilters, der niederfrequente Komponenten eines Referenzsignals verwendet.
14 zeigt ein Blockdiagramm eines Korrelationsfilters, der hochfrequente Komponenten eines Referenzsignals verwendet.
15 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Objekterfassungsprozesses.
16 zeigt ein Beispiel für Korrelationsausgängen.
17 veranschaulicht Korrelationsausgänge, wenn Messwellen in Richtung einer hohen Wand gesendet wurden.
18 veranschaulicht Korrelationsausgänge, wenn Messwellen in Richtung eines 10 cm hohen Unterlegkeils gesendet wurden.
19 veranschaulicht Korrelationsausgänge, wenn Messwellen in Richtung eines hohen Pfostens gesendet wurden.
20 zeigt ein Blockdiagramm von Vektor-Rotatoren in drei Korrelationsfiltern gemäß einer zweiten Ausführungsform.
21 veranschaulicht Frequenzen von Referenzsignalen gemäß einer dritten Ausführungsform.
22 zeigt ein Blockdiagramm einer Objekterfassungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform.
23 veranschaulicht eine Verbreiterung eines Frequenzbandes, die durch Normierung und Phasenrotation entsteht.
24 veranschaulicht Frequenzen von Referenzsignalen gemäß einer fünften Ausführungsform.
25 veranschaulicht Frequenzen von Referenzsignalen gemäß einer weiteren Ausführungsform.
26 veranschaulicht Frequenzen von Referenzsignalen gemäß einer weiteren Ausführungsform.
27 veranschaulicht Frequenzen von Referenzsignalen gemäß einer weiteren Ausführungsform.
28 veranschaulicht Frequenzen von Referenzsignalen gemäß einer weiteren Ausführungsform.
29 veranschaulicht Frequenzen von Referenzsignalen gemäß einer weiteren Ausführungsform.

[Beschreibung der Ausführungsformen]
Nachstehend sind Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In den folgenden Ausführungsformen sind, wie auch in den Zeichnungen, gleiche oder äquivalente Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und für Teile mit den gleichen Bezugszeichen wird die gleiche Beschreibung angenommen.
(Erste Ausführungsform)
Nachstehend ist eine erste Ausführungsform beschrieben. Eine Objekterfassungsvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform gemäß 1 wird an einem Fahrzeug (nicht dargestellt) angebracht und ist konfiguriert, um ein Objekt B in der Umgebung des Fahrzeugs zu erfassen. Das Fahrzeug mit der Objekterfassungsvorrichtung 1 ist im Folgenden als „Eigenfahrzeug“ bezeichnet. Bei dem Fahrzeug (nicht dargestellt) handelt es sich zum Beispiel um ein Automobil.
Die Objekterfassungsvorrichtung 1 enthält, zur Erfassung eines Objekts durch Senden und Empfangen von Ultraschallwellen, einen Ultraschallsensor 2 und einen Controller 3, der den Betrieb des Ultraschallsensors 2 steuert. Der Ultraschallsensor 2 ist konfiguriert, um ein Objekt B zu erfassen, indem er Messwellen, bei denen es sich um Ultraschallwellen handelt, aussendet und von dem Objekt B reflektierte Wellen der Messwellen empfängt.
Der Ultraschallsensor 2 enthält einen Transceiver 4, einen Ansteuersignalgenerator 5, einen Empfangssignalprozessor 6, einen Referenzsignalprozessor 7, einen Code-Bestimmer 8 und einen Höhenbestimmer 9. Der Transceiver 4 enthält einen Sendeabschnitt 40A und einen Empfangsabschnitt 40B. Der Sendeabschnitt 40A ist vorgesehen, um ein Senden von Messwellen nach außen zu ermöglichen. Der Empfangsabschnitt 40B ist vorgesehen, um Ultraschallwellen, einschließlich vom Objekt B reflektierter Wellen, der vom Sendeabschnitt 40A gesendeten Messwellen zu empfangen.
Der Transceiver 4 enthält einen Transducer bzw. Umsetzer 41, eine Sendeschaltung 42 und eine Empfangsschaltung 43. Der Sendeabschnitt 40A ist aus dem Transducer 41 und der Sendeschaltung 42 aufgebaut. Der Empfangsabschnitt 40B ist aus dem Transducer 41 und der Empfangsschaltung 43 aufgebaut.
Der Transducer 41 dient als ein Sender, um die Messwellen nach außen zu senden, und als ein Empfänger, um die reflektierten Wellen zu empfangen, und ist elektrisch mit der Sendeschaltung 42 und der Empfangsschaltung 43 verbunden. D. h., der Ultraschallsensor 2 weist eine so genannte integrierte Sender-/Empfängerkonfiguration auf.
Insbesondere ist der Transducer 41 als ein Ultraschallmikrofon mit einem eingebauten elektromechanischen Energieumwandlungselement, wie z. B. einem piezoelektrischen Element, konfiguriert. Der Transducer 41 ist so angeordnet, dass er der Außenfläche des Eigenfahrzeugs zugewandt ist, so dass er Messwellen nach außen des Eigenfahrzeugs senden und reflektierte Wellen von außen des Eigenfahrzeugs empfangen kann.
Die Sendeschaltung 42 ist vorgesehen, um den Transducer 41 auf der Grundlage des empfangenen Sendesignals anzusteuern, wodurch dieser Transducer 41 veranlasst wird, eine Messwelle auszusenden. Insbesondere enthält die Sendeschaltung 42 eine Digital/Analog-Wandlungsschaltung und dergleichen. D. h., die Sendeschaltung 42 ist konfiguriert, um ein Elementeingangssignal zu erzeugen, indem sie eine Signalverarbeitung, wie z. B. eine Digital/Analog-Wandlung, auf das vom Ansteuersignalgenerator 5 ausgegebene Ansteuersignal anwendet. Das Elementeingangssignal ist ein Wechselspannungssignal zur Ansteuerung des Transducers 41. Die Sendeschaltung 42 ist konfiguriert, um das erzeugte Elementeingangssignal an den Transducer 41 zu geben, um das elektromechanische Energieumwandlungselement im Transducer 41 anzuregen und dadurch eine Messwelle zu erzeugen.
Die Empfangsschaltung 43 ist vorgesehen, um ein Empfangssignal zu erzeugen, das dem Ergebnis des Empfangs der Ultraschallwelle durch den Transducer 41 entspricht, und es an den Empfangssignalprozessor 6 auszugeben. Insbesondere weist die Empfangsschaltung 43 eine Verstärkungsschaltung und eine Analog/Digital-Wandlungsschaltung auf. D. h., die Empfangsschaltung 43 ist konfiguriert, um eine Signalverarbeitung, wie z. B. eine Verstärkung und eine Analog/Digital-Wandlung, auf das vom Transducer 41 ausgegebene Elementausgangssignal anzuwenden, um dadurch ein Empfangssignal zu erzeugen, das Information über die Amplitude und Frequenz der empfangenen Welle enthält. Das Elementausgangssignal ist ein Wechselspannungssignal, das vom elektromechanischen Energieumwandlungselement im Transducer 41 durch den Empfang der Ultraschallwelle erzeugt wird.
Wie später beschrieben, enthält die Messwelle eine per Frequenzmodulation codierte Ultraschallwelle. Die Mittenfrequenz des Frequenzmodulationsbandes der Messwelle ist f_c, und die Abtastfrequenz der Empfangsschaltung 43 ist mindestens doppelt so hoch wie f_c. Die Abtastfrequenz des Empfangssignals kann mit der Abtastfrequenz des Ansteuersignals übereinstimmen oder sich von dieser unterscheiden.
Der Ansteuersignalgenerator 5 ist konfiguriert, um ein Ansteuersignal zu erzeugen und es an die Sendeschaltung 42 auszugeben. Das Ansteuersignal ist ein Signal zur Ansteuerung des Transducers 41, um den Transducer 41 zu veranlassen, eine Messwelle auszusenden.
Der Ansteuersignalgenerator 5 ist konfiguriert, um ein Ansteuersignal zu erzeugen, das einem Frequenzmodulationszustand der Messwelle unter vordefinierten Frequenzmodulationszuständen entspricht. Der Ansteuersignalgenerator 5 erzeugt das Ansteuersignal so, dass die Frequenz der Messwelle in einem Bereich, einschließlich einer Resonanzfrequenz des Transducers 41, gewobbelt (swept) wird.
In der vorliegenden Ausführungsform umfassen die vordefinierten Frequenzmodulationszustände einen Up- bzw. Aufwärts-Chirp oder einen Down- bzw. Abwärts-Chirp. Der Aufwärts-Chirp ist ein Frequenzmodulationszustand, bei dem die Frequenz über die Zeit monoton zunimmt. Der Abwärts-Chirp ist ein Frequenzmodulationszustand, bei dem die Frequenz über die Zeit monoton abnimmt.
Die Messwelle wird per Frequenzmodulation des Ansteuersignals codiert. Der Aufwärts-Chirp zeigt beispielsweise den Code „1“ und der Abwärts-Chirp den Code „0“. Diese Codes werden zur Identifizierung der empfangenen Wellen verwendet.
Der Ansteuersignalgenerator 5, der Empfangssignalprozessor 6, der Referenzsignalprozessor 7, der Code-Bestimmer 8 und der Höhenbestimmer 9 können beispielsweise als digitaler Signalprozessor (DSP) konfiguriert sein, der Funktionen wie die oben beschriebene Ansteuersignalerzeugung sowie eine Quadraturdetektion, eine Korrelationsberechnung, eine Code-Bestimmung, eine Höhenbestimmung und dergleichen, wie später beschrieben, programmiert hat.
Der Empfangssignalprozessor 6 verarbeitet das Empfangssignal und führt eine Korrelationsdetektion zwischen dem Empfangssignal und einem Referenzsignal durch. Der Empfangssignalprozessor 6 enthält einen Quadraturdetektor 61, einen Korrelationsfilter 62, einen Korrelationsfilter 63 und einen Korrelationsfilter 64.
Der Quadraturdetektor 61 erzeugt ein komplexes Signal auf der Grundlage einer Quadraturdetektion des von der Empfangsschaltung 43 ausgegebenen Empfangssignals. Wie in 2 dargestellt, enthält der Quadraturdetektor 61 einen Multiplizierer 611, einen Tiefpassfilter (TPF) 612 und einen Down-Sampler 613. Der Tiefpassfilter 612 ist im Folgenden mit TPF 612 abgekürzt.
Der Multiplizierer 611 multipliziert das von der Empfangsschaltung 43 ausgegebene Empfangssignal mit sin(2π_ct) und cos(2πf_ct), um ein komplexes Signal zu erzeugen. Hierin ist t die Zeit. Die Signale sin(2πf_ct) und cos(2πf_ct) werden vom Ansteuersignalgenerator 5 an den Multiplizierer 611 gegeben. Der Multiplizierer 611 gibt das erzeugte komplexe Signal an den TPF 612 aus.
Der TPF 612 entfernt hochfrequente Komponenten aus dem komplexen Signal, das vom Multiplizierer 611 ausgegeben wird. Die Grenzfrequenz des TPF 612 wird vom Controller 3 empfangen und auf der Grundlage der Bandbreite des Transducers 41 und des Wobbelbandes der Ansteuersignale eingestellt. Das komplexe Signal, dessen hochfrequente Komponenten durch den TPF 612 entfernt wurden, wird an den Down-Sampler 613 gegeben.
Der Down-Sampler 613 führt ein Downsampling an dem Ausgangssignal des TPF 612 aus. Der Down-Sampler 613 führt beispielsweise ein Downsampling an dem mit der doppelten Mittenfrequenz f_c abgetasteten Signal auf das Einfache der Mittenfrequenz f_c aus. Die Abtastfrequenz nach dem Downsampling kann in Übereinstimmung mit der Grenzfrequenz des TPF 612 niedriger als das Einfache der Mittenfrequenz f_c eingestellt werden.
Das Ausgangssignal des Down-Samplers 613 wird an die Korrelationsfilter 62, 63 und 64 gegeben. Das vom Down-Sampler 613 ausgegebene komplexe Signal ist ein komplexes Empfangssignal. Das komplexe Empfangssignal besteht aus vom Down-Sampler 613 abgetasteten N Signalen. N ist eine ganze Zahl von größer oder gleich 2. Die N Signale, die das komplexe Empfangssignal bilden, werden als Signale S₁ bis S_N bezeichnet, und zwar in der Reihenfolge, in der sie abgetastet wurden.
Jedes der Korrelationsfilter 62, 63 und 64 führt eine Korrelationsdetektion zwischen dem vom Quadraturdetektor 61 erzeugten komplexen Empfangssignal und jedem von Referenzsignalen durch, die dem Aufwärts-Chirp bzw. dem Abwärts-Chirp entsprechen, und gibt ein Korrelationssignal aus. Die von den Korrelationsfiltern 62, 63 und 64 verwendeten Referenzsignale werden entsprechend als erste Referenzsignale, zweite Referenzsignale und dritte Referenzsignale bezeichnet. Der Korrelationsfilter 62, der Korrelationsfilter 63 und der Korrelationsfilter 64 entsprechen einem ersten Korrelationsfilter, einem zweiten Korrelationsfilter und einem dritten Korrelationsfilter.
Das erste Referenzsignal entspricht dem Ansteuersignal und weist die gleiche Frequenzmodulation wie das Ansteuersignal auf. Das zweite und das dritte Referenzsignal entsprechen Abschnitten des Ansteuersignals. Das zweite Referenzsignal enthält einen Abschnitt des Ansteuersignals, der niedrigere Frequenzen aufweist als das dritte Referenzsignal, und das dritte Referenzsignal enthält einen Abschnitt des Ansteuersignals, der höhere Frequenzen aufweist als das zweite Referenzsignal. In der vorliegenden Ausführungsform sind das zweite und das dritte Referenzsignal Abschnitte des ersten Referenzsignals.
Das vom Korrelationsfilter 62 ausgegebene Korrelationssignal wird an den Code-Bestimmer 8 gegeben. Die von den Korrelationsfiltern 63 und 64 ausgegebenen Korrelationssignale werden an den Höhenbestimmer 9 gegeben. Die Korrelationsfilter 62, 63 und 64 sind nachstehend noch näher beschrieben.
3 zeigt ein Beispiel für Referenzsignale. f_RU ist die Frequenz des ersten Referenzsignals, das dem Aufwärts-Chirp entspricht, gewobbelt während der Zeit t₁ von einer Frequenz f₁, die niedriger als die Mittenfrequenz f_c ist, zu einer Frequenz f₂, die höher als die Mittenfrequenz f_c ist. f_RD ist die Frequenz des ersten Referenzsignals, das dem Abwärts-Chirp entspricht, gewobbelt während der Zeit t₁ von f₂ zu f₁.
f_RL ist die Frequenz des zweiten Referenzsignals, das der Abschnitt des ersten Referenzsignals entsprechend dem Aufwärts-Chirp mit einer Frequenz niedriger als f_c ist. f_RH ist die Frequenz des dritten Referenzsignals, das der Abschnitt des ersten Referenzsignals entsprechend dem Aufwärts-Chirp mit einer Frequenz höher oder gleich f_c ist. In den Zeichnungen für f_RL und f_RH zeigen die durchgezogenen Linien die Abschnitte des ersten Referenzsignals an, die als das zweite und das dritte Referenzsignal verwendet werden, und die Strichpunktlinien zeigen die Abschnitte des ersten Referenzsignals an, die vom zweiten und vom dritten Referenzsignal ausgeschlossen sind. Folglich sind das zweite und das dritte Referenzsignal die erste Hälfte bzw. die zweite Hälfte des ersten Referenzsignals, das dem Aufwärts-Chirp entspricht.
Nachstehend ist die vorliegende Ausführungsform für den Fall beschrieben, dass solche Referenzsignale verwendet werden. In 3 sind das zweite und das dritte Referenzsignal dargestellt, wenn die Messwelle einen Aufwärts-Chirp aufweist. Wenn die Messwelle einen Abwärts-Chirp aufweist, sind das zweite und das dritte Referenzsignal die zweite Hälfte bzw. die erste Hälfte des ersten Referenzsignals, das dem Abwärts-Chirp entspricht.
Der Referenzsignalprozessor 7 verarbeitet vom Ansteuersignalgenerator 5 ausgegebene Signale und gibt sie an den Empfangssignalprozessor 6. Die vom Ansteuersignalgenerator 5 an den Referenzsignalprozessor 7 ausgegebenen Signale entsprechen dem Aufwärts-Chirp und dem Abwärts-Chirp, die für das an den Transceiver 4 zu gebende Ansteuersignal verwendet werden, wobei diese Signale Referenzsignale zur Identifizierung des Codes des Empfangssignals sind. Der Ansteuersignalgenerator 5 gibt das dem Aufwärts-Chirp entsprechende Referenzsignal und das dem Abwärts-Chirp entsprechende Referenzsignal an den Referenzsignalprozessor 7 aus. Im Empfangssignalprozessor 6 werden die vom Referenzsignalprozessor 7 verarbeiteten Referenzsignale zur Korrelationsdetektion verwendet. Wie in 1 dargestellt, weist der Referenzsignalprozessor 7 einen Quadraturdetektor 71 auf.
Der Quadraturdetektor 71 erzeugt ein komplexes Signal auf der Grundlage einer Quadraturdetektion des vom Ansteuersignalgenerator 5 ausgegebenen Referenzsignals. Wie in 4 dargestellt, enthält der Quadraturdetektor 71 einen Multiplizierer 711, einen TPF 712 und einen Down-Sampler 713. Der Multiplizierer 711, der TPF 712 und der Down-Sampler 713 weisen die gleiche Konfiguration wie der Multiplizierer 611, der TPF 612 und der Down-Sampler 613 des Quadraturdetektors 61 auf.
D. h., der Multiplizierer 711 multipliziert das Referenzsignal jeweils mit sin(2πf_ct) und cos(2πf_ct), um ein komplexes Signal zu erzeugen, und der TPF 712 entfernt hochfrequente Komponenten aus dem komplexen Signal, das vom Multiplizierer 711 ausgegeben wird. Der Down-Sampler 713 führt ein Downsampling an dem Ausgangssignal des TPF 712 aus.
Der Down-Sampler 713 führt ein Downsampling durch, so dass die Abtastfrequenz nach dem Downsampling für das Referenzsignal dieselbe ist wie die Abtastfrequenz nach dem Downsampling für das Empfangssignal. D. h., wenn beispielsweise das Eingangssignal im Down-Sampler 613 mit dem Einfachen der Mittenfrequenz f_c einem Downsampling unterzogen wird, wird das Eingangssignal ebenso im Down-Sampler 713 mit dem Einfachen der Mittenfrequenz f_c einem Downsampling unterzogen.
Das Ausgangssignal des Down-Samplers 713 wird an die Korrelationsfilter 62, 63 und 64 gegeben. Das vom Down-Sampler 713 ausgegebene komplexe Signal ist ein komplexes Referenzsignal. Das komplexe Referenzsignal besteht wie das komplexe Empfangssignal aus N Signalen. Die N Signale, die das komplexe Referenzsignal bilden, sind die Signale SR₁ bis SR_N in der Reihenfolge, in der sie abgetastet werden. Im Korrelationsfilter 62 erfolgt eine Korrelationsdetektion zwischen dem komplexen Empfangssignal, das aus Signalen S₁ bis S_N besteht, und dem komplexen Referenzsignal, das aus Signalen SR₁ bis SR_N besteht.
Wie oben beschrieben, werden in den Korrelationsfiltern 63 und 64 Abschnitte jedes ersten Referenzsignals zur Korrelationsdetektion verwendet. Es soll der Fall angenommen werden, dass das Ansteuersignal einen Aufwärts-Chirp enthält. In diesem Fall werden die Abschnitte des komplexen Referenzsignals, das per Quadraturdetektion des ersten Referenzsignals erzeugt wird, das dem Aufwärts-Chirp entspricht, entsprechend dem zweiten und dem dritten Referenzsignal, d. h. dem Abschnitt mit einer Frequenz kleiner als f_c und dem Abschnitt mit einer Frequenz höher als oder gleich f_c, an die Korrelationsfilter 63 bzw. 64 gegeben. Wenn beispielsweise N eine gerade Zahl ist, werden Signale SR₁ bis SR_N/2 an den Korrelationsfilter 63 gegeben und Signale SR_N/2+1 bis SR_N an den Korrelationsfilter 64 gegeben.
Im Korrelationsfilter 63 erfolgt eine Korrelationsdetektion zwischen einem komplexen Empfangssignal, bestehend aus den Signalen S₁ bis S_N/2, und einem komplexen Referenzsignal, bestehend aus den Signalen SR₁ bis SR_N/2. Im Korrelationsfilter 64 erfolgt eine Korrelationsdetektion zwischen einem komplexen Empfangssignal, bestehend aus den Signalen S_N/2+1 bis S_N, und einem komplexen Referenzsignal, bestehend aus den Signalen SR_N/2+1 bis SR_N.
Es soll der Fall angenommen werden, dass das Ansteuersignal einen Abwärts-Chirp enthält. In diesem Fall werden die Abschnitte des komplexen Referenzsignals, das per Quadraturdetektion des ersten Referenzsignals erzeugt wird, das dem Abwärts-Chirp entspricht, entsprechend dem zweiten und dem dritten Referenzsignal, d. h. dem Abschnitt mit einer Frequenz kleiner als f_c und dem Abschnitt mit einer Frequenz höher als oder gleich f_c, an die Korrelationsfilter 63 bzw. 64 gegeben. Wenn beispielsweise N eine gerade Zahl ist, werden Signale SR_N/2+1 bis SR_N an den Korrelationsfilter 63 gegeben und Signale SR₁ bis SR_N/2 an den Korrelationsfilter 64 gegeben.
Im Korrelationsfilter 63 erfolgt eine Korrelationsdetektion zwischen einem komplexen Empfangssignal, bestehend aus den Signalen S_N/2+1 bis S_N, und einem komplexen Referenzsignal, bestehend aus den Signalen SR_N/2+1 bis SR_N. Im Korrelationsfilter 64 erfolgt eine Korrelationsdetektion zwischen einem komplexen Empfangssignal, bestehend aus den Signalen S₁ bis S_N/2, und einem komplexen Referenzsignal, bestehend aus den Signalen SR₁ bis SR_N/2.
Nachstehend ist der Korrelationsfilter 62 näher beschrieben. Wie in 5 dargestellt, enthält der Korrelationsfilter 62 einen Aufwärts-Chirp-Filter 620A und einen Abwärts-Chirp-Filter 620B. Der Aufwärts-Chirp-Filter 620A führt eine Korrelationsdetektion zwischen dem komplexen Empfangssignal und dem komplexen Referenzsignal für das Aufwärts-Chirp-Signal durch. Der Abwärts-Chirp-Filter 620B führt eine Korrelationsdetektion zwischen dem komplexen Empfangssignal und dem komplexen Referenzsignal für das Abwärts-Chirp-Signal durch.
Es gibt eine Technik zur Durchführung einer Korrelationsberechnung, bei der die komplexen Empfangssignale auf der Grundlage des Referenzsignals vektorrotiert und dann summiert werden. Der Aufwärts-Chirp-Filter 620A enthält einen Referenzsignalhalter 621, einen Vektor-Rotator 622, einen Integrator 623 und einen Amplitudenwandler 624.
Der Aufwärts-Chirp-Filter 620A ist konfiguriert, um vom Referenzsignalprozessor 7 das komplexe Referenzsignal zu empfangen, das per Quadraturdetektion des dem Aufwärts-Chirp entsprechenden Referenzsignals erzeugt wurde. Der Referenzsignalhalter 621 ist konfiguriert, um das vom Referenzsignalprozessor 7 empfangene komplexe Referenzsignal zu halten und auszugeben und die mehreren Signale, die das komplexe Referenzsignal bilden, einzeln auszugeben. Insbesondere gibt der Referenzsignalhalter 621 die vom Down-Sampler 713 ausgegebenen Signale SR₁ bis SR_N einzeln aus.
Der Vektor-Rotator 622 führt eine Vektorrotation des empfangenen Signals durch. Wie in 6 dargestellt, enthält der Vektor-Rotator 622 einen Matrix-Konverter 625, einen Empfangssignalhalter 626 und einen Multiplizierer 627.
Der Matrix-Konverter 625 wandelt die vom Referenzsignalhalter 621 ausgegebenen Signale SR₁ bis SR_N in Rotationsmatrizen R₁ bis R_N um. Insbesondere wird, mit der Phase des Signals SR₁ als θ_R1, die Rotationsmatrix R₁ wie folgt erzeugt. $R_{1} = [\begin{matrix} cos θ_{R1} & sin θ_{R1} \\ - sin θ_{R1} & cos θ_{R1} \end{matrix}]$
Die Rotationsmatrizen R₂ bis R_N werden auf die gleiche Weise unter Verwendung der Phasen θ_R2 bis θ_RN der Signale SR₂ bis SR_N erzeugt. Der Matrix-Konverter 625 gibt die den erzeugten Rotationsmatrizen R₁ bis R_N entsprechenden Signale einzeln an den Multiplizierer 627 aus.
Der Empfangssignalhalter 626 speichert das komplexe Empfangssignal und gibt es an den Multiplizierer 627 aus. Der Empfangssignalhalter 626 ist konfiguriert, um das komplexe Empfangssignal von dem Quadraturdetektor 61 zu empfangen, und der Empfangssignalhalter 626 gibt die empfangenen Signale S₁ bis S_N einzeln an den Multiplizierer 627 aus.
Der Multiplizierer 627 berechnet die Korrelation zwischen dem Empfangssignal und dem ersten Referenzsignal und entspricht einem ersten Korrelationsrechner. Insbesondere multipliziert der Multiplizierer 627 die vom Matrix-Konverter 625 erzeugten Rotationsmatrizen R₁ bis R_N mit den Vektoren der Signale S₁ bis S_N, um Signale ΔS₁ bis ΔS_N zu erzeugen, deren Phase die Phasendifferenz zwischen dem Empfangssignal und dem Referenzsignal ist. Beispielsweise ist, wenn, wie in 7 gezeigt, die Phasendifferenz zwischen dem Signal S₁ und dem Signal SR₁ mit Δθ₁ und die Amplitude des Signals S₁ mit r₁ bezeichnet wird, die Phase des Signals ΔS₁ gleich Δθ₁ und die Amplitude gleich r₁, wie in 8 dargestellt. Die 7 und 8 sowie die 9 bis 12 zeigen das Signal S₁ usw. in der komplexen Ebene. Wenn der Realteil des Signals S₁ mit I₁ und der Imaginärteil mit Q₁ bezeichnet wird, und wenn der Realteil des Signals ΔS₁ mit I₁' und der Imaginärteil mit Q₁' bezeichnet wird, dann können I₁' und Q₁' gemäß dem folgenden Vergleichsausdruck erhalten werden. $[\begin{array}{l} I_{1}^{'} \\ Q_{1}^{'} \end{array}] = R_{1} [\begin{array}{l} I_{1} \\ Q_{1} \end{array}]$
In gleicher Weise sind, wenn Phasendifferenzen zwischen den Signalen S₂ und SR₂, zwischen den Signalen S₃ und SR₃, ... und zwischen den Signalen S_N und SR_N mit Δθ₂ bis Δθ_N bezeichnet werden, die Amplituden der Signale S₂ bis S_N gleich r₂ bis r_N. Aus Realteilen I₂ bis I_N, Imaginärteilen Q₂ bis Q_N und Rotationsmatrizen R₂ bis R_N der Signale S₂ bis S_N werden die Realteile I₂' bis I_N' und die Imaginärteile Q₂' bis Q_N' der Signale ΔS₂ bis ΔS_N berechnet. Der Multiplizierer 627 gibt die Signale ΔS₁ bis ΔS_N einzeln an den Integrator 623 aus.
Wie in 6 dargestellt, enthält der Integrator 623 einen Summensignalgenerator 628 und einen Mittelwertbildner 629. Die vom Multiplizierer 627 ausgegebenen Signale ΔS₁ bis ΔS_N werden an den Summensignalgenerator 628 gegeben. Der Summensignalgenerator 628 summiert die Empfangssignale und führt so eine Korrelationsdetektion zwischen dem Empfangssignal und dem Referenzsignal durch.
Wenn die Signale ΔS₁ bis ΔS_N summiert werden, steigt die Amplitude, wenn die Korrelation zwischen dem Empfangssignal und dem Referenzsignal hoch ist, und sinkt, wenn die Korrelation gering ist. Wenn beispielsweise, wie in den 8 und 9 gezeigt, die Phasen Δθ₁ und Δθ₂ der Signale ΔS₁ und ΔS₂ gleich sind, erhöht sich die Amplitude, wenn das Signal ΔS₂ zu dem Signal ΔS₁ addiert wird, wie in 10 dargestellt. Andererseits, wie in 11 dargestellt, nimmt die Amplitude in einem Fall, in dem sich die Phase Δθ₂ des Signals ΔS₂ signifikant von der Phase Δθ₁ des Signals ΔS₁ unterscheidet, ab, wenn das Signal ΔS₂ zum Signal ΔS₁ addiert wird, wie in 12 dargestellt.
Durch ein Summieren der Signale ΔS₁ bis ΔS_N kann die Amplitude des komplexen Signals, das durch die summierten Signale erzeugt wird, den Grad der Korrelation zwischen dem Empfangssignal und dem Referenzsignal darstellen. Der Summensignalgenerator 628 gibt das durch Summierung der Signale ΔS₁ bis ΔS_N erzeugte komplexe Signal an den Mittelwertbildner 629 aus.
Wie aus den 7 bis 12 ersichtlich ist, hängt die Amplitude des Korrelationssignals nicht nur vom Grad der Korrelation zwischen dem Empfangssignal und dem Referenzsignal ab, sondern auch von der Amplitude des Empfangssignals. Je größer die Amplitude des Empfangssignals ist, desto größer ist auch die Amplitude des Korrelationssignals.
Der Mittelwertbildner 629 erzeugt ein gemitteltes komplexes Signal, indem er die Amplitude des Ausgangssignals des Summensignalgenerators 628 durch N teilt. Das vom Mittelwertbildner 629 gemittelte komplexe Signal wird an den Amplitudenwandler 624 ausgegeben.
Der Amplitudenwandler 624 wandelt das vom Mittelwertbildner 629 empfangene komplexe Signal in ein Amplitudensignal um. Insbesondere berechnet der Amplitudenwandler 624 den Absolutwert aus Real- und Imaginärteil dieses komplexen Signals und gibt diesen Absolutwert als Amplitude aus. Das vom Amplitudenwandler 624 erzeugte Amplitudensignal wird als Korrelationssignal an den Code-Bestimmer 8 ausgegeben.
Wie in 5 dargestellt, enthält der Abwärts-Chirp-Filter 620B, gleich dem Aufwärts-Chirp-Filter 620A, einen Referenzsignalhalter 621, einen Vektor-Rotator 622, einen Integrator 623 und einen Amplitudenwandler 624. Der Referenzsignalhalter 621 bis zu dem Amplitudenwandler 624 des Abwärts-Chirp-Filters 620B sind ähnlich konfiguriert wie der Referenzsignalhalter 621 bis zu dem Amplitudenwandler 624 des Aufwärts-Chirp-Filters 620A.
Im Abwärts-Chirp-Filter 620B wird ein komplexes Referenzsignal, das per Quadraturdetektion des dem Abwärts-Chirp entsprechenden Referenzsignals erzeugt wird, vom Referenzsignalprozessor 7 an den Referenzsignalhalter 621 gegeben, und es wird eine Korrelationsdetektion zwischen dem komplexen Empfangssignal und diesem komplexen Referenzsignal durchgeführt. Das vom Amplitudenwandler 624 erzeugte Amplitudensignal wird als Korrelationssignal an den Code-Bestimmer 8 ausgegeben.
Nachstehend sind die Korrelationsfilter 63 und 64 näher beschrieben. Wie in 13 dargestellt, enthält der Korrelationsfilter 63 einen Referenzsignalhalter 631, einen Vektor-Rotator 632, einen Integrator 633 und einen Amplitudenwandler 634. Wie in 14 dargestellt, enthält der Korrelationsfilter 64 einen Referenzsignalhalter 641, einen Vektor-Rotator 642, einen Integrator 643 und einen Amplitudenwandler 644.
Der Referenzsignalhalter 631 bis zum Amplitudenwandler 634 des Korrelationsfilters 63 und der Referenzsignalhalter 641 bis zum Amplitudenwandler 644 des Korrelationsfilters 64 haben die gleiche Konfiguration wie der Referenzsignalhalter 621 bis zum Amplitudenwandler 624 des Aufwärts-Chirp-Filters 620A.
In dem Korrelationsfilter 63 wird ein komplexes Referenzsignal, das dem zweiten Referenzsignal entspricht, von dem Referenzsignalprozessor 7 empfangen, und es wird eine Korrelationsdetektion zwischen dem komplexen Empfangssignal und diesem komplexen Referenzsignal durchgeführt. In dem Korrelationsfilter 64 wird ein komplexes Referenzsignal, das dem dritten Referenzsignal entspricht, von dem Referenzsignalprozessor 7 empfangen, und es wird eine Korrelationsdetektion zwischen dem komplexen Empfangssignal und diesem komplexen Referenzsignal durchgeführt. Die von den Amplitudenwandlern 634 und 644 erzeugten Amplitudensignale werden als Korrelationssignale an den Höhenbestimmer 9 ausgegeben.
Der Code-Bestimmer 8 bestimmt auf der Grundlage des vom Korrelationsfilter 62 ausgegebenen Korrelationssignals, ob es sich bei der vom Empfänger 40B empfangenen Ultraschallwelle um eine reflektierte Welle der vom Sendeabschnitt 40A gesendeten Messwelle handelt. Der Code-Bestimmer 8 entspricht einem ersten Bestimmer.
Insbesondere bestimmt der Code-Bestimmer 8, ob der im Ansteuersignal enthaltene Code und der im Empfangssignal enthaltene Code übereinstimmen. Der Code-Bestimmer 8 berechnet einen Peak des Aufwärts-Chirp-Korrelationssignals und einen Peak des Abwärts-Chirp-Korrelationssignals auf der Grundlage der Korrelationsausgänge des Aufwärts-Chirp-Filters 620A und des Abwärts-Chirp-Filters 620B. Der Code-Bestimmer 8 vergleicht diese Peaks und bestimmt, dass der Code, der dem höheren Peak entspricht, im Empfangssignal enthalten ist, und bestimmt auf der Grundlage dieses Bestimmungsergebnisses, ob der im Ansteuersignal enthaltene Code und der im Empfangssignal enthaltene Code übereinstimmen. Der Code-Bestimmer 8 übermittelt das Ergebnis der Code-Bestimmung an den Controller 3.
Der Höhenbestimmer 9 bestimmt auf der Grundlage des vom Korrelationsfilter 63 ausgegebenen Korrelationssignals und des vom Korrelationsfilter 64 ausgegebenen Korrelationssignals, ob sich ein Objekt innerhalb eines Erfassungsbereichs befindet. Der Höhenbestimmer 9 entspricht einem zweiten Bestimmer. Dieser Erfassungsbereich wird auf der Grundlage der Wahrscheinlichkeit eines Kontakts zwischen einem Objekt außerhalb des Fahrzeugs und der Fahrzeugkarosserie festgelegt. Beispielsweise wird für ein auf dem Boden platziertes Objekt der Erfassungsbereich so festgelegt, dass sich das Objekt im Erfassungsbereich befindet, wenn die Höhe des Objekts über dem Boden größer als ein vordefinierter Wert ist, und dass sich das Objekt außerhalb des Erfassungsbereichs befindet, wenn die Höhe des Objekts über dem Boden kleiner oder gleich dem vordefinierten Wert ist. Für ein Objekt, das von der Decke eines Durchgangs hervorragt, wird der Erfassungsbereich so festgelegt, dass sich das Objekt in Abhängigkeit von der Größe des Vorsprungs im Erfassungsbereich befindet. In der vorliegenden Ausführungsform ist nachfolgend ein Fall beschrieben, in dem die Höhe eines auf dem Boden platzierten Objekts vom Boden aus bestimmt wird, aber es können auch andere Kriterien verwendet werden, um zu bestimmen, ob sich das Objekt im Erfassungsbereich befindet.
Der Höhenbestimmer 9 nutzt die Richtwirkung von Ultraschallwellen, um die Höhe eines Objekts zu bestimmen. Je höher die Frequenz von Ultraschallwellen ist, desto schmaler bzw. begrenzter ist die Richtwirkung. D. h., an einer Position in der Nähe der Mittelachse der Richtwirkung bzw. Richtcharakteristik der Messwelle ist die Amplitude der Messwelle höher, sowohl wenn die Frequenz der Messwelle niedrig ist als auch wenn sie hoch ist. Wenn die Frequenz der Messwelle niedrig ist, ist die Amplitude der Messwelle auch in größerer Entfernung von dieser Mittelachse höher, und die Amplitude der von Objekten reflektierten Welle ist an dieser Position höher. Ist die Frequenz der Messwelle hingegen hoch, so ist die Amplitude der Messwelle in größerer Entfernung von dieser Mittelachse geringer, und die Amplitude der vom Objekt reflektierten Welle ist an dieser Position geringer.
Wie oben beschrieben, ist die Amplitude des Korrelationssignals umso höher, je höher die Amplitude des Empfangssignals ist. Daher ist bei dem Korrelationsfilter 63, der das zweite Referenzsignal mit niedrigeren Frequenzen verwendet, die Amplitude des Korrelationsausgangs höher, sowohl wenn sich das Objekt in der Nähe der Mittelachse der Richtwirkung der Messwelle befindet als auch wenn das Objekt von der Mittelachse entfernt ist. In dem Korrelationsfilter 64, der das dritte Referenzsignal mit höheren Frequenzen verwendet, ist die Amplitude des Korrelationsausgangs höher, wenn sich das Objekt in der Nähe der Mittelachse der Richtwirkung der Messwelle befindet, aber die Amplitude des Korrelationsausgangs ist geringer, wenn sich das Objekt von der Mittelachse entfernt befindet.
Folglich kann durch Vergleichen der Amplitude des Korrelationsausgangs des Korrelationsfilters 63 mit der Amplitude des Korrelationsausgangs des Korrelationsfilters 64 bestimmt werden, ob sich das Objekt in der Nähe der Mittelachse der Richtwirkung der Messwelle befindet. Wenn beispielsweise die Amplitude des Korrelationssignals des Korrelationsfilters 63 mit AL und die Amplitude des Korrelationssignals des Korrelationsfilters 64 mit AH bezeichnet wird, bestimmt der Höhenbestimmer 9, dass es sich bei dem erfassten Objekt um ein hohes Objekt handelt, das wahrscheinlich die Fahrzeugkarosserie berühren wird, wenn AH/AL größer als der Schwellenwert ist. Ist AH/AL dagegen kleiner oder gleich dem Schwellenwert, bestimmt der Höhenbestimmer 9, dass es sich bei dem erfassten Objekt um ein niedriges Objekt handelt. Der Höhenbestimmer 9 kann AL und AH auf eine andere Weise vergleichen.
Der Controller 3 ist über eine bordeigene Kommunikationsleitung mit dem Ultraschallsensor 2 verbunden, um eine Informationskommunikation zu ermöglichen, und ist konfiguriert, um die Sende- und Empfangsoperationen des Ultraschallsensors 2 zu steuern. Der Controller 3 ist als eine sogenanntes Sonar-ECU vorgesehen und mit einem bordeigenen Mikrocomputer ausgestattet, der eine CPU, ein ROM, ein RAM, einen nichtflüchtigen, wiederbeschreibbaren Speicher und andere, in den Zeichnungen nicht dargestellte Komponenten enthält. ECU steht für Electronic Control Unit bzw. elektronische Steuereinheit. Der nichtflüchtige, wiederbeschreibbare Speicher ist z. B. ein EEPROM, ein Flash-ROM oder dergleichen. EEPROM steht für Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory oder elektrisch löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher.
Wie oben beschrieben, empfängt der Controller 3 ein Code-Bestimmungsergebnis und ein Höhenbestimmungsergebnis von dem Code-Bestimmer 8 und dem Höhenbestimmer 9. Diese Bestimmungsergebnisse werden für eine Hinderniswarnung, ein automatisches Einparken und andere Prozesse verwendet.
Nachstehend ist der Betrieb der Objekterfassungsvorrichtung 1 beschrieben. Die Objekterfassungsvorrichtung 1 führt wiederholt den Objekterfassungsprozess durch, einschließlich des in 15 dargestellten Prozesses. Bei dem Objekterfassungsprozess wird zunächst ein Sendebefehl vom Controller 3 an den Ansteuersignalgenerator 5 ausgegeben, und eine Messwelle wird vom Transducer 41 auf der Grundlage des vom Ansteuersignalgenerator 5 erzeugten Ansteuersignals gesendet. Wenn Erfassung eines Empfangs des Ultraschallsignals durch den Transceiver 4 führt die Objekterfassungsvorrichtung 1 den in 15 dargestellten Prozess durch, um ein Objekt zu erfassen.
Zunächst erfasst der Quadraturdetektor 61 in Schritt S101 das vom Transceiver 4 ausgegebene Empfangssignal, um ein komplexes Empfangssignal zu erzeugen, und gibt es an die Korrelationsfilter 62, 63, 64 aus. Der Quadraturdetektor 71 detektiert die Referenzsignale, die jeweiligen des Aufwärts-Chirps und des Abwärts-Chirps entsprechen, die vom Ansteuersignalgenerator 5 ausgegeben werden, erzeugt komplexe Referenzsignale und gibt die komplexen Referenzsignale an die Korrelationsfilter 62, 63, 64 aus. Die komplexen Referenzsignale, die dem ersten, zweiten und dritten Referenzsignal entsprechen, werden an die Korrelationsfilter 62 bzw. 63 bzw. 64 gegeben.
Anschließend führt der Korrelationsfilter 62 in Schritt S102 eine Korrelationsdetektion zwischen dem komplexen Empfangssignal, das von dem Quadraturdetektor 61 ausgegeben wird, und dem komplexen Referenzsignal, das dem Aufwärts-Chirp entspricht, durch und gibt ein Korrelationssignal an den Code-Bestimmer 8 aus. Der Korrelationsfilter 62 führt eine Korrelationsdetektion zwischen dem komplexen Empfangssignal und dem komplexen Referenzsignal, das dem Abwärts-Chirp entspricht, durch und gibt ein Korrelationssignal an den Code-Bestimmer 8 aus.
Der Korrelationsfilter 63 führt eine Korrelationsdetektion zwischen dem komplexen Empfangssignal und dem komplexen Referenzsignal, das dem zweiten Referenzsignal entspricht, durch und gibt das Korrelationssignal an den Höhenbestimmer 9 aus. Der Korrelationsfilter 64 führt eine Korrelationsdetektion zwischen dem komplexen Empfangssignal und dem komplexen Referenzsignal, das dem dritten Referenzsignal entspricht, durch und gibt das Korrelationssignal an den Höhenbestimmer 9 aus.
Anschließend, in Schritt S103, erfasst der Code-Bestimmer 8 Peaks aus den Korrelationssignalen. Insbesondere erfasst der Code-Bestimmer 8 Peaks aus dem Aufwärts-Chirp-Korrelationssignal und dem Abwärts-Chirp-Korrelationssignal, die vom Korrelationsfilter 62 ausgegeben werden. Beispielsweise vergleicht der Code-Bestimmer 8 die Amplitude des Korrelationssignals mit einem Schwellenwert, und wenn es ein Zeitintervall gibt, in dem die Amplitude des Korrelationssignals größer ist als der Schwellenwert, ist der Höchstwert in diesem Zeitintervall der Peak. Alternativ kann auch der Amplitudenwert in der Mitte dieses Zeitintervalls als der Peak genommen werden.
Anschließend bestimmt der Code-Bestimmer 8 in Schritt S104, ob die Codes zwischen dem Ansteuersignal und dem Empfangssignal übereinstimmen. Insbesondere vergleicht der Code-Bestimmer 8 den Peak des Aufwärts-Chirp-Korrelationssignals mit dem Peak des Abwärts-Chirp-Korrelationssignals. Enthält das Ansteuersignal einen Aufwärts-Chirp und ist der Peak des Aufwärts-Chirp-Korrelationssignals höher als der Peak des Abwärts-Chirp-Korrelationssignals, bestimmt der Code-Bestimmer 8, dass die Codes übereinstimmen. Wenn das Ansteuersignal einen Abwärts-Chirp enthält und der Peak des Abwärts-Chirp-Korrelationssignals höher ist als der Peak des Aufwärts-Chirp-Korrelationssignals, bestimmt der Code-Bestimmer 8, dass die Codes übereinstimmen. Wenn die Codes übereinstimmen, wird auf diese Weise ein Objekt erfasst.
Wenn das Ansteuersignal einen Aufwärts-Chirp enthält und der Peak des Aufwärts-Chirp-Korrelationssignals kleiner oder gleich dem Peak des Abwärts-Chirp-Korrelationssignals ist, bestimmt der Code-Bestimmer 8, dass die Codes nicht übereinstimmen. Enthält das Ansteuersignal einen Abwärts-Chirp und ist der Peak des Abwärts-Chirp-Korrelationssignals kleiner oder gleich dem Peak des Aufwärts-Chirp-Korrelationssignals, bestimmt der Code-Bestimmer 8, dass die Codes nicht übereinstimmen.
Wenn in Schritt S104 bestimmt wird, dass die Codes übereinstimmen, schreitet der Prozess zu Schritt S105 voran. Wird bestimmt, dass die Codes nicht übereinstimmen, endet der Prozess.
In Schritt S105 bestimmt der Höhenbestimmer 9 die Höhe des Objekts auf der Grundlage der Korrelationsausgänge der Korrelationsfilter 63 und 64. Insbesondere vergleicht der Höhenbestimmer 9 das Amplitudenverhältnis AH/AL mit dem vordefinierten Schwellenwert, und wenn AH/AL größer als der Schwellenwert ist, bestimmt er, dass es sich bei dem erfassten Objekt um ein hohes Objekt handelt, das wahrscheinlich die Fahrzeugkarosserie berühren wird. Ist dagegen das Amplitudenverhältnis AH/AL kleiner oder gleich dem Schwellenwert, so bestimmt der Höhenbestimmer 9, dass es sich bei dem erfassten Objekt um ein niedriges Objekt handelt. Nach Abschluss von Schritt S105 endet der Prozess.
Der Bereich der Korrelationssignale zur Bestimmung in Schritt S105 durch den Höhenbestimmer 9 wird auf der Grundlage der vom Korrelationsfilter 62 ausgegebenen Korrelationssignale festgelegt. Insbesondere wird der Bereich der Amplituden AL und AH, der vom Höhenbestimmungsgerät 9 für die Bestimmung verwendet wird, auf der Grundlage der Zeit festgelegt, zu der der Ausgang des Korrelationsfilters 62 einen Peak erreicht.
Im Falle eines Sendens einer Messwelle, die einen Aufwärts-Chirp enthält, ist beispielsweise das zweite Referenzsignal, das vom Korrelationsfilter 63 verwendet wird, die erste Hälfte des ersten Referenzsignals, das vom Aufwärts-Chirp-Filter 620A verwendet wird, und das dritte Referenzsignal, das vom Korrelationsfilter 64 verwendet wird, ist die zweite Hälfte des ersten Referenzsignals. Daher erreicht der Ausgang des Korrelationsfilters 63 bei Empfang der reflektierten Welle einen Peak zu einer Zeit, bevor der Ausgang des Aufwärts-Chirp-Filters 620A einen Peak erreicht, und der Ausgang des Korrelationsfilters 64 erreicht einen Peak zu einer Zeit, nachdem der Ausgang des Aufwärts-Chirp-Filters 620A einen Peak erreicht hat.
Der Höhenbestimmer 9 verwendet, als die Amplitude AL, die Amplitude des Ausgangs bzw. Ausgangssignals des Korrelationsfilters 63 für ein Zeitintervall von einer vordefinierten Zeitspanne vor der Zeit, zu der der Ausgang des Aufwärts-Chirp-Filters 620A einen Peak erreicht, bis zu der Zeit, zu der der Ausgang des Aufwärts-Chirp-Filters 620A einen Peak erreicht. Der Höhenbestimmer 9 verwendet, als die Amplitude AH, die Amplitude des Ausgangs des Korrelationsfilters 64 für ein Zeitintervall von der Zeit, zu der der Ausgang des Aufwärts-Chirp-Filters 620A einen Peak erreicht, bis zu einer vordefinierten Zeitspanne nach der Zeit, zu der der Ausgang des Aufwärts-Chirp-Filters 620A einen Peak erreicht.
Im Falle eines Sendens einer Messwelle, die einen Abwärts-Chirp enthält, verwendet der Höhenbestimmer 9, als die Amplitude AL, die Amplitude des Ausgangs des Korrelationsfilters 63 für ein Zeitintervall von einer vordefinierten Zeitspanne vor der Zeit, zu der der Ausgang des Abwärts-Chirp-Filters 620B einen Peak erreicht, bis zu der Zeit, zu der der Ausgang des Abwärts-Chirp-Filters 620B einen Peak erreicht. Der Höhenbestimmer 9 verwendet, als die Amplitude AH, die Amplitude des Ausgangs des Korrelationsfilters 64 für ein Zeitintervall von der Zeit, zu der der Ausgang des Abwärts-Chirp-Filters 620B einen Peak erreicht, bis zu einer vordefinierten Zeitspanne nach der Zeit, zu der der Ausgang des Abwärts-Chirp-Filters 620B einen Peak erreicht.
Nach Abschluss des Prozesses von 15 wird ein Ergebnis der Objekterfassung durch den Ultraschallsensor 2 an den Controller 3 übermittelt. Dieses Detektionsergebnis umfasst das Code-Bestimmungsergebnis durch den Code-Bestimmer 8 und das Höhenbestimmungsergebnis durch den Höhenbestimmer 9. Dieses Detektionsergebnis umfasst z. B. eine anhand der TOF-Methode gemessene Distanz zwischen dem Eigenfahrzeug und dem Objekt. TOF steht für Time of Flight. Eine Berechnung dieser Distanz erfolgt z. B. durch den Code-Bestimmer 8, kann aber auch von einem nicht dargestellten Rechner durchgeführt werden.
Es soll angenommen werden, dass als Ergebnis eines Sendens der Messwelle, die den Aufwärts-Chirp enthält, zwei reflektierte Wellen zu unterschiedlichen Zeiten empfangen werden und der Korrelationsausgang wie in 16 dargestellt erhalten wird. Was den Aufwärts-Chirp-Filter 620A betrifft, so ist die Amplitude des Korrelationsausgangs in jedem der Zeitintervalle, die den beiden reflektierten Wellen entsprechen, größer als der Schwellenwert. Der Höchstwert in jedem Zeitintervall wird als der Peak des Ausgangs des Aufwärts-Chirp-Filters 620A betrachtet.
Was den Abwärts-Chirp-Filter 620B betrifft, so werden in dem Zeitintervall, das der ersten reflektierten Welle entspricht, keine Peaks erfasst, da die Amplitude des Korrelationsausgangs unter dem Schwellenwert liegt. In dem Zeitintervall, das der zweiten reflektierten Welle entspricht, ist die Amplitude des Korrelationsausgangs größer als der Schwellenwert, aber der Peak in diesem Zeitintervall ist kleiner als der Peak des Ausgangs des Aufwärts-Chirp-Filters 620A. Daher wird in diesem Fall in Schritt S104 für jede der beiden reflektierten Wellen eine Übereinstimmung der Codes festgestellt, und ein Objekt wird erfasst.
In 16 sind in dem Zeitintervall, das dem ersten Peak entspricht, die Amplitude AL des Ausgangs des Korrelationsfilters 63 und die Amplitude AH des Ausgangs des Korrelationsfilters 64 fast gleich. Das aus diesen Amplituden AL und AH errechnete Amplitudenverhältnis AH/AL ist größer als der Schwellenwert. Daher wird in Schritt S105 bestimmt, dass es sich bei dem anhand der ersten reflektierten Welle erfassten Objekt um ein hohes Objekt handelt, das wahrscheinlich mit der Fahrzeugkarosserie in Kontakt kommen wird.
Andererseits ist in dem Zeitintervall, das dem zweiten Peak entspricht, die Amplitude AL des Ausgangs des Korrelationsfilters 63 größer als die Amplitude AH des Ausgangs des Korrelationsfilters 64. Das aus diesen Amplituden AL und AH errechnete Amplitudenverhältnis AH/AL ist kleiner als der Schwellenwert. Daher wird in Schritt S105 bestimmt, dass das anhand der zweiten reflektierten Welle erfasste Objekt ein niedriges Objekt ist.
Wie oben beschrieben, erreicht der Ausgang des Korrelationsfilters 63 im Falle eines Sendens einer Messwelle, die einen Aufwärts-Chirp enthält, einen Peak zu einem Zeitpunkt, der vor dem Peak des Ausgangs des Aufwärts-Chirp-Filters 620A liegt. Der Ausgang des Korrelationsfilters 64 erreicht einen Peak zu einem Zeitpunkt, der später liegt als der Peak des Ausgangs des Aufwärts-Chirp-Filters 620A. Um den Unterschied in der Amplitude verständlicher zu machen, ist in 16 der Ausgang des Korrelationsfilters 63 zu einer späteren Zeit dargestellt, als er tatsächlich ist, und der Ausgang des Korrelationsfilters 64 zu einer früheren Zeit, als er tatsächlich ist.
Die 17 bis 19 zeigen Ergebnisse des von den Erfindern durchgeführten Experiments. In diesem Experiment wurden verschiedene Objekte vor dem Ultraschallsensor 2 angeordnet und Messwellen, die jeweils einen Aufwärts-Chirp enthielten, wurden ausgesendet, um die Objekte zu erfassen. Die oberen Abbildungen in den 17 bis 19 zeigen die Ausgänge des Aufwärts-Chirp-Filters 620A und des Abwärts-Chirp-Filters 620B. Die durchgezogene Linie zeigt den Ausgang des Aufwärts-Chirp-Filters 620A und die Strichpunktlinie den Ausgang des Abwärts-Chirp-Filters 620B. Die unteren Abbildungen in den 17 bis 19 zeigen die Ausgänge des Korrelationsfilters 63 und des Korrelationsfilters 64. Die durchgezogene Linie zeigt den Ausgang des Korrelationsfilters 63, die Strichpunktlinie den Ausgang des Korrelationsfilters 64.
17 zeigt Ausgänge der Korrelationsfilter 62, 63 und 64, wenn sich eine hohe Wand vor dem Ultraschallsensor 2 befindet. Wie in 17 dargestellt, ist der Peak des Ausgangs des Aufwärts-Chirp-Filters 620A größer als der Peak des Ausgangs des Abwärts-Chirp-Filters 620B. Daher wurden die Codes in Schritt S104 korrekt als übereinstimmend bestimmt. Darüber hinaus ist die Amplitude des Ausgangs des Korrelationsfilters 63 kleiner als die Amplitude des Ausgangs des Korrelationsfilters 64. Daher ist das Amplitudenverhältnis AH/AL größer als der vordefinierte Schwellenwert, und das Objekt wurde in Schritt S105 korrekt als hohes Objekt bestimmt.
18 zeigt Ausgänge der Korrelationsfilter 62, 63 und 64, wenn sich ein 10 cm hoher Unterlegkeil vor dem Ultraschallsensor 2 befindet. Selbst bei einem so niedrigen Objekt wie dem Unterlegkeil war der Peak des Ausgangs des Aufwärts-Chirp-Filters 620A größer als der Peak des Ausgangs des Abwärts-Chirp-Filters 620B, und der Code wurde auf die gleiche Weise korrekt bestimmt. Darüber hinaus ist die Amplitude des Ausgangs des Korrelationsfilters 63 größer als die Amplitude des Ausgangs des Korrelationsfilters 64. Daher ist das Amplitudenverhältnis AH/AL kleiner als oder gleich dem vordefinierten Schwellenwert, und das Objekt wurde in Schritt S105 korrekt als niedriges Objekt bestimmt.
19 zeigt Ausgänge der Korrelationsfilter 62, 63 und 64, wenn sich ein hoher Pfosten vor dem Ultraschallsensor 2 befindet. Selbst bei einem solchen Objekt mit geringer Breite wie dem Pfosten war der Peak des Ausgangs des Aufwärts-Chirp-Filters 620A größer als der Peak des Ausgangs des Abwärts-Chirp-Filters 620B, und der Code wurde auf die gleiche Weise korrekt bestimmt. Die Amplitude des Ausgangs des Korrelationsfilters 63 ist kleiner als die Amplitude des Ausgangs des Korrelationsfilters 64. Daher war das Amplitudenverhältnis AH/AL größer als der vordefinierte Schwellenwert, und das Objekt wurde in Schritt S105 korrekt als hohes Objekt bestimmt. Auf diese Weise konnten der Code und die Höhe für eine Vielzahl von Objekten korrekt bestimmt werden.
Wie oben beschrieben, erfolgt in der vorliegenden Ausführungsform die Code-Bestimmung per Korrelationsdetektion unter Verwendung des ersten Referenzsignals, das dem Ansteuersignal entspricht. Das zweite Referenzsignal mit niedrigeren Frequenzen und das dritte Referenzsignal mit höheren Frequenzen werden aus dem ersten Referenzsignal extrahiert, und die Höhenbestimmung erfolgt per Korrelationsdetektion unter Verwendung dieses zweiten und dieses dritten Referenzsignals. Daher ist es nicht notwendig, zwei Signale auszusenden, eines zur Code-Bestimmung und das andere zur Höhenbestimmung, und sowohl der Code als auch die Höhe können mit nur einem Senden bestimmt werden.
Gemäß der obigen Ausführungsform kann der folgende Vorteil erzielt werden.
(1) Das Zeitintervall des Korrelationssignals, das vom Höhenbestimmer 9 zur Bestimmung verwendet wird, wird auf der Grundlage des vom Korrelationsfilter 62 ausgegebenen Korrelationssignals festgelegt. Da die Erfassungsgenauigkeit des Mittelpunkts der reflektierten Welle aufgrund des Impulskompressionseffekts des Korrelationsausgangs des Korrelationsfilters 62 verbessert wird, verbessert die Einstellung des Zeitintervalls des Korrelationssignals auf diese Weise die Genauigkeit der Höhenbestimmung.
(2) Das Zeitintervall des Korrelationssignals, das vom Höhenbestimmer 9 zur Bestimmung verwendet wird, wird auf der Grundlage der Zeit festgelegt, zu der der Ausgang des Korrelationssignals des Korrelationsfilters 62 einen Peak erreicht. Da die Erfassungsgenauigkeit des Mittelpunkts der reflektierten Welle aufgrund des Impulskompressionseffekts des Korrelationsausgangs des Korrelationsfilters 62 verbessert wird, verbessert die Einstellung des Zeitintervalls des Korrelationssignals auf diese Weise die Genauigkeit der Höhenbestimmung.
(Zweite Ausführungsform)
Nachstehend ist eine zweite Ausführungsform beschrieben. Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform nur dadurch, dass die Konfigurationen der Korrelationsfilter 62, 63 und 64 geändert sind. Die anderen Elemente sind ähnlich wie in der ersten Ausführungsform. Es sind daher nur die Unterschiede zur ersten Ausführungsform beschrieben.
In der vorliegenden Ausführungsform teilen sich die Korrelationsfilter 62, 63 und 64 einen Abschnitt der Rechenschaltung. Insbesondere enthält, wie in 20 dargestellt, der Vektor-Rotator 632 des Korrelationsfilters 63 einen Matrix-Transformator 635, einen Empfangssignalhalter 636 und einen Multiplizierer 637, und der Integrator 633 enthält einen Summensignalgenerator 638 und einen Mittelwertbildner (nicht dargestellt). Der Vektor-Rotator 642 des Korrelationsfilters 64 enthält einen Matrix-Transformator 645, einen Empfangssignalhalter 646 und einen Multiplizierer 647, und der Integrator 643 enthält einen Summensignalgenerator 648 und einen Mittelwertbildner (nicht dargestellt). Der Multiplizierer 637 berechnet eine Korrelation zwischen dem Empfangssignal und dem zweiten Referenzsignal und entspricht einem zweiten Korrelationsrechner. Der Multiplizierer 647 berechnet eine Korrelation zwischen dem Empfangssignal und dem dritten Referenzsignal und entspricht einem dritten Korrelationsrechner.
Die Referenzsignalhalter 631 und 641 sind als ein Abschnitt des Referenzsignalhalters 621 konfiguriert. Der Referenzsignalhalter 631 ist als ein Abschnitt des Referenzsignalhalters 621 konfiguriert, in dem das komplexe Referenzsignal, das dem zweiten Referenzsignal entspricht, empfangen, gehalten und ausgegeben wird. Der Referenzsignalhalter 641 ist als ein Abschnitt des Referenzsignalhalters 621 konfiguriert, in dem das komplexe Referenzsignal, das dem dritten Referenzsignal entspricht, empfangen, gehalten und ausgegeben wird.
Es soll beispielsweise angenommen werden, dass N eine gerade Zahl ist und dass die erste Hälfte des ersten Referenzsignals als das zweite Referenzsignal und die zweite Hälfte des ersten Referenzsignals als das dritte Referenzsignal verwendet wird. In diesem Fall ist der Referenzsignalhalter 631 als ein Abschnitt des Referenzsignalhalters 621 konfiguriert, in dem die Signale SR₁ bis SR_N/2 gehalten und ausgegeben werden, und der Referenzsignalhalter 641 ist als ein Abschnitt des Referenzsignalhalters 621 konfiguriert, in dem die Signale SR_N/2+1 bis SR_N gehalten und ausgegeben werden.
In ähnlicher Weise sind der Matrix-Transformator 635, der Empfangssignalhalter 636 und der Multiplizierer 637 entsprechend als Abschnitte des Matrix-Transformators 625, des Empfangssignalhalters 626 und des Multiplizierers 627 konfiguriert. D. h., der Matrix-Transformator 635 ist als ein Abschnitt des Matrix-Transformators 625 konfiguriert, in dem das komplexe Empfangssignal, das dem zweiten Referenzsignal entspricht, in eine Rotationsmatrix transformiert wird. Der Empfangssignalhalter 636 ist als ein Abschnitt des Empfangssignalhalters 626 konfiguriert, in dem der Abschnitt des komplexen Empfangssignals, der für die Korrelationsdetektion mit dem zweiten Referenzsignal verwendet wird, empfangen, gehalten und ausgegeben wird. Der Multiplizierer 637 ist als ein Abschnitt des Multiplizierers 627 konfiguriert, der das vom Empfangssignalhalter 636 ausgegebene komplexe Empfangssignal mit der vom Matrix-Transformator 635 erzeugten Rotationsmatrix multipliziert.
Im obigen Fall ist der Matrix-Transformator 635 beispielsweise als ein Abschnitt des Matrix-Transformators 625 konfiguriert, in dem die Signale SR₁ bis SR_N/2 empfangen, in die Rotationsmatrizen R₁ bis R_N/2 transformiert und ausgegeben werden. Der Empfangssignalhalter 636 ist als ein Abschnitt des Empfangssignalhalters 626 konfiguriert, in dem die Signale S₁ bis S_N/2 empfangen, gehalten und ausgegeben werden. Der Multiplizierer 637 ist als ein Abschnitt des Multiplizierers 627 konfiguriert, der die vom Empfangssignalhalter 636 ausgegebenen Signale S₁ bis S_N/2 mit den vom Matrix-Transformator 635 erzeugten Rotationsmatrizen R₁ bis R_N/2 multipliziert.
Der Matrix-Transformator 645, der Empfangssignalhalter 646 und der Multiplizierer 647 sind entsprechend als Abschnitte des Matrix-Transformators 625, des Empfangssignalhalters 626 und des Multiplizierers 627 konfiguriert. D. h., der Matrix-Transformator 645 ist als ein Abschnitt des Matrix-Transformators 625 konfiguriert, in dem das komplexe Empfangssignal, das dem dritten Referenzsignal entspricht, in eine Rotationsmatrix transformiert wird. Der Empfangssignalhalter 646 ist als ein Abschnitt des Empfangssignalhalters 626 konfiguriert, in dem der Abschnitt des Empfangssignals, der für die Korrelationsdetektion mit dem dritten Referenzsignal verwendet wird, empfangen, gehalten und ausgegeben wird. Der Multiplizierer 647 ist als ein Abschnitt des Multiplizierers 627 konfiguriert, der das vom Empfangssignalhalter 646 ausgegebene komplexe Empfangssignal mit der vom Matrix-Transformator 645 erzeugten Rotationsmatrix multipliziert.
Im obigen Fall ist der Matrix-Transformator 645 beispielsweise als ein Abschnitt des Matrix-Transformators 625 konfiguriert, in dem die Signale SR_N/2+1 bis SR_N empfangen, in die Rotationsmatrizen R_N/2+1 bis R_N transformiert und ausgegeben werden. Der Empfangssignalhalter 646 ist als ein Abschnitt des Empfangssignalhalters 626 konfiguriert, in dem die Signale S_N/2+1 bis S_N empfangen, gehalten und ausgegeben werden. Der Multiplizierer 647 ist als ein Abschnitt des Multiplizierers 627 konfiguriert, der das vom Empfangssignalhalter 646 ausgegebene Signal S_N/2+1 bis S_N und die vom Matrix-Transformator 645 erzeugten Rotationsmatrizen R_N/2+1 bis R_N multipliziert.
Auf diese Weise teilen sich die Multiplizierer 627, 637 und 647 dieselbe Rechenschaltung, die Korrelationsberechnungen durchführt, insbesondere die Rechenschaltung, die die Multiplikation zwischen dem komplexen Empfangssignal und jedem des ersten, zweiten und dritten Referenzsignals durchführt.
Der Multiplizierer 627 gibt die durch Multiplikation erzeugten Signale ΔS₁ bis ΔS_N einzeln aus, wie in der ersten Ausführungsform. Zum Beispiel werden im obigen Fall die Signale ΔS₁ bis ΔS_N/2 an den Summensignalgenerator 628 und den Summensignalgenerator 638 gegeben, und die Signale ΔS_N/2+1 bis ΔS_N werden an den Summensignalgenerator 628 und den Summensignalgenerator 648 gegeben.
Der Summensignalgenerator 638 summiert die Eingangssignale und gibt das resultierende komplexe Signal an einen Mittelwertbildner (nicht dargestellt) aus. Dieser Mittelwertbildner mittelt die Amplitude des Ausgangssignals des Summensignalgenerators 638, indem er sie durch die Anzahl der addierten Signale dividiert. Im obigen Fall teilt der Mittelwertbildner diese Amplitude beispielsweise durch N/2. Das gemittelte komplexe Signal wird an den Amplitudenwandler 634 ausgegeben. Der Amplitudenwandler 634 wandelt das Eingangssignal in eine Amplitude um und gibt es als Korrelationssignal aus, wie in der ersten Ausführungsform.
In ähnlicher Weise summiert der Summensignalgenerator 648 die Eingangssignale und gibt das resultierende komplexe Signal an einen Mittelwertbildner (nicht dargestellt) aus. Dieser Mittelwertbildner mittelt die Amplitude des Ausgangssignals des Summensignalgenerators 648, indem er sie durch die Anzahl der addierten Signale dividiert. Im obigen Fall teilt der Mittelwertbildner diese Amplitude beispielsweise durch N/2. Das gemittelte komplexe Signal wird an den Amplitudenwandler 644 ausgegeben. Der Amplitudenwandler 644 wandelt das Eingangssignal in eine Amplitude um und gibt es als Korrelationssignal aus, wie in der ersten Ausführungsform.
Die Korrelationsfilter 63 und 64 teilen sich die Rechenschaltung sowohl mit dem Aufwärts-Chirp-Filter 620A als auch mit dem Abwärts-Chirp-Filter 620B. Zwischen dem Multiplizierer 627 des Aufwärts-Chirp-Filters 620A und dem Multiplizierer 627 des Abwärts-Chirp-Filters 620B und den Summensignalgeneratoren 638 und 648 ist eine Schaltung vorgesehen, die die Signale auswählt, die an die Summensignalgeneratoren 638 und 648 zu geben sind.
Diese Schaltung ermöglicht eine Wahl der Signale für die Summensignalgeneratoren 638 und 648 in Übereinstimmung mit dem Ansteuersignal. D. h., wenn eine Messwelle mit einem Aufwärts-Chirp gesendet wird, wird die erste Hälfte der Signale ΔS₁ bis ΔS_N, die vom Multiplizierer 627 des Aufwärts-Chirp-Filters 620A ausgegeben werden, an den Summensignalgenerator 638 gegeben, und die zweite Hälfte von ihnen wird an den Summensignalgenerator 648 gegeben. Andererseits wird, wenn eine Messwelle mit einem Abwärts-Chirp gesendet wird, die erste Hälfte der Signale ΔS₁ bis ΔS_N, die vom Multiplizierer 627 des Abwärts-Chirp-Filters 620B ausgegeben werden, an den Summensignalgenerator 648 gegeben, und die zweite Hälfte von ihnen wird an den Summensignalgenerator 638 gegeben.
Die vorliegende Ausführungsform kann die gleichen Vorteile wie die erste Ausführungsform hervorbringen, bei gleicher Konfiguration und gleichem Betrieb bzw. gleichen Operationen wie in der ersten Ausführungsform.
Gemäß der obigen Ausführungsform kann der folgende Vorteil erzielt werden.
(1) Die Multiplizierer 627, 637 und 647 teilen sich dieselbe Rechenschaltung, die die Multiplikation durchführt, und die drei Arten von Korrelationsfiltern werden parallel verarbeitet, indem das Zeitintervall, in dem die Signale summiert werden, geändert wird. Dadurch kann die Schaltung (Schaltungsaufbau), die die Berechnung der Korrelationsdetektion durchführt, insbesondere der Multiplizierer, der einen großen Schaltungsumfang hat, reduziert werden, was den Umfang der Berechnung und den Schaltungsumfang reduzieren kann.
(Dritte Ausführungsform)
Nachstehend ist eine dritte Ausführungsform beschrieben. Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform nur dadurch, dass die Frequenzen der Referenzsignale geändert sind. Die anderen Elemente sind ähnlich wie in der ersten Ausführungsform. Es sind daher nur die Unterschiede zur ersten Ausführungsform beschrieben.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die von einem Geschwindigkeitssensor (nicht dargestellt) gemessene Geschwindigkeit des Eigenfahrzeugs an den Ultraschallsensor 2 gegeben, und die Frequenz des Referenzsignals wird in Übereinstimmung mit dieser Geschwindigkeit korrigiert. Insbesondere ist, wie in 21 dargestellt, das Referenzsignal ein Ansteuersignal, das zu einer höheren Frequenzseite hin verschoben ist.
Die durchgezogene Linie in 21 zeigt das korrigierte Referenzsignal, und die Strichpunktlinie zeigt das ursprüngliche Referenzsignal mit den gleichen Frequenzen wie das Ansteuersignal. In den Diagrammen von f_RL und f_RH zeigen die Strich-Zweipunkt-Linien die Abschnitte des korrigierten ersten Referenzsignals, die vom zweiten und dritten Referenzsignal ausgeschlossen sind. Der Betrag der Frequenzverschiebung wird in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit so eingestellt, dass mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit der Betrag der Verschiebung zunimmt.
Die vorliegende Ausführungsform kann die gleichen Vorteile wie die erste Ausführungsform hervorbringen, bei gleicher Konfiguration und gleichem Betrieb bzw. gleichen Operationen wie in der ersten Ausführungsform.
Gemäß der obigen Ausführungsform kann der folgende Vorteil erzielt werden.
(1) Die Frequenz des Referenzsignals wird in Übereinstimmung mit der Fahrzeuggeschwindigkeit korrigiert. Eine Verschlechterung der Genauigkeit der Code-Bestimmung und der Höhenbestimmung aufgrund der Dopplerverschiebung kann somit unterdrückt werden.
(Vierte Ausführungsform)
Nachstehend ist eine vierte Ausführungsform beschrieben. Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform nur dadurch, dass eine Konfiguration zur Normierung und Phasenrotation des komplexen Signals hinzugefügt ist. Die anderen Elemente sind ähnlich wie in der ersten Ausführungsform. Es sind daher nur die Unterschiede zur ersten Ausführungsform beschrieben.
Wie in 22 dargestellt, enthält der Empfangssignalprozessor 6 der vorliegenden Ausführungsform neben dem Quadraturdetektor 61, dem Korrelationsfilter 62, dem Korrelationsfilter 63 und dem Korrelationsfilter 64 auch einen Normierer 65 und einen Phasendreher 66. Der Referenzsignalprozessor 7 enthält neben dem Quadraturdetektor 71 einen Normierer 72 und einen Phasendreher 73. Der Ansteuersignalgenerator 5, der Empfangssignalprozessor 6, der Referenzsignalprozessor 7 und der Code-Bestimmer 8 sowie der Höhenbestimmer 8 sind z. B. als DSP konfiguriert, in dem die Funktionen wie die oben beschriebene Ansteuersignalerzeugung, Quadraturdetektion, Korrelationsberechnung, Code-Bestimmung, Höhenbestimmung sowie Normierung, Phasendrehung und dergleichen, wie später beschrieben, programmiert sind.
Der Normierer 65 normiert das vom Quadraturdetektor 61 ausgegebene komplexe Empfangssignal so, dass die Amplitude des komplexen Empfangssignals konstant ist. Wie in 22 dargestellt, wird das vom Quadraturdetektor 61 ausgegebene komplexe Empfangssignal an den Normierer 65 gegeben.
Der Normierer 65 wandelt das vom Quadraturdetektor 61 ausgegebene komplexe Empfangssignal in eine Amplitude um. D. h., der Normierer 65 berechnet die Amplituden r₁ bis r_N aus den Realteilen I₁ bis I_N und den Imaginärteilen Q₁ bis Q_N für die Signale S₁ bis S_N. Die Amplitude r₁ wird als r₁ = √(I₁ ²+Q₁ ²) berechnet, und die Amplituden r₂ bis r_N werden auf die gleiche Weise berechnet.
Der Normierer 65 wandelt das vom Quadraturdetektor 61 empfangene komplexe Empfangssignal auf der Grundlage der Amplituden r₁ bis r_N in einen Einheitsvektor um, indem er die Amplitude normiert und die Phase unverändert lässt. Insbesondere teilt der Normierer 65 das komplexe Empfangssignal durch seine ursprüngliche Amplitude. D. h., die Realteile I₁ bis I_N der Signale S₁ bis S_N werden in I₁/r₁ bis I_N/r_N umgewandelt, und die Imaginärteile Q₁ bis Q_N der Signale S₁ bis S_N werden in Q₁/r₁ bis Q_N/r_N umgewandelt.
Der Phasendreher 66 dreht die Phase des komplexen Empfangssignals. Der Phasendreher 66 entspricht einem ersten Phasendreher. Der Phasendreher 66 empfängt das komplexe Empfangssignal, das durch den Normierer 65 normiert wurde. Das komplexe Empfangssignal, dessen Phase durch den Phasendreher 66 gedreht wird, wird an die Korrelationsfilter 62, 63, 64 ausgegeben.
Insbesondere verarbeitet der Phasendreher 66 das empfangene Signal wie folgt. D. h., unter Verwendung von I' = cosθ, Q' = sinθ, cos2θ = 1-2sin²θ und sin2θ = 2sinθcosθ werden cos2θ und sin2θ aus I' und Q' berechnet, wobei I' der Realteil des normierten komplexen Empfangssignals, Q' der Imaginärteil des normierten komplexen Empfangssignals und θ die Phase ist. Real- und Imaginärteil des neuen komplexen Empfangssignals werden als cos2θ bzw. sin2θ ausgegeben.
In der vorliegenden Ausführungsform werden die normierten und phasengedrehten Signale S₁ bis S_N an die Korrelationsfilter 62, 63, 64 gegeben, und es wird eine Korrelationsdetektion mit dem komplexen Referenzsignal durchgeführt. Im Multiplizierer 627 des Vektor-Rotators 622 werden I₁/r₁ bis I_N/r_N und Q₁/r₁ bis Q_N/r_N anstelle von I₁ bis I_N und Q₁ bis Q_N verwendet, um die Berechnungen gemäß dem Vergleichsausdruck 2 durchzuführen.
Der Betrag der Phasendrehung ist gleich einem ganzzahligen Vielfachen, z. B. dem Doppelten des obigen Wertes. Alternativ kann die Phase auch um andere Vielfache gedreht werden. Beispielsweise kann im Phasendreher 66 zweimal eine doppelte Phasendrehung durchgeführt und ein Signal mit vierfacher Phasendrehung ausgegeben werden, wie beispielsweise cos4θ = 1-2sin²2θ und sin4θ = 2sin2θcos2θ.
Der Normierer 72 normiert jedes der komplexen Referenzsignale, die vom Quadraturdetektor 71 ausgegeben werden, derart, dass die Amplitude konstant ist. Der Normierer 72 normiert das komplexe Referenzsignal auf ähnliche Weise wie der Normierer 65. Das durch den Normierer 72 normierte komplexe Referenzsignal wird an den Phasendreher 73 ausgegeben.
Der Phasendreher 73 dreht die Phase des komplexen Referenzsignals. Der Phasendreher 73 entspricht einem zweiten Phasendreher. Der Phasendreher 73 empfängt das durch den Normierer 72 normierte komplexe Referenzsignal, und das komplexe Referenzsignal, dessen Phase durch den Phasendreher 73 gedreht wird, wird an die Korrelationsfilter 62, 63, 64 ausgegeben. Im Phasendreher 73 erfolgt eine Phasendrehung auf die gleiche Weise wie im Phasendreher 66. Während die Phase des komplexen Referenzsignals, das dem ersten Referenzsignal entspricht, durch den Phasendreher 73 gedreht wird, werden die Phasen der komplexen Referenzsignale, die dem zweiten und dritten Referenzsignal entsprechen, ebenfalls gedreht.
Der Korrelationsfilter 62 führt eine Korrelationsdetektion zwischen dem phasengedrehten komplexen Empfangssignal und dem phasengedrehten komplexen Referenzsignal durch und gibt ein Korrelationssignal aus. Insbesondere empfängt der Aufwärts-Chirp-Filter 620A des Korrelationsfilters 62 die normierten und phasengedrehten Signale SR₁-SR_N, die dem Aufwärts-Chirp entsprechen, vom Phasendreher 73. Der Abwärts-Chirp-Filter 620B des Korrelationsfilters 62 empfängt die normierten und phasengedrehten Signale SR₁-SR_N, die dem Abwärts-Chirp entsprechen, vom Phasendreher 73. Sowohl in dem Aufwärts-Chirp-Filter 620A als auch in dem Abwärts-Chirp-Filter 620B wird eine Korrelationsdetektion zwischen dem normierten und phasengedrehten komplexen Empfangssignal und dem normierten und phasengedrehten komplexen Referenzsignal durchgeführt, und das Korrelationssignal wird ausgegeben.
Das Signal entsprechend dem zweiten Referenzsignal unter den normierten und phasengedrehten Signalen SR₁ bis SR_N, wird an den Korrelationsfilter 63 gegeben. Zwischen diesem Signal und dem normierten und phasengedrehten komplexen Empfangssignal wird eine Korrelationsdetektion durchgeführt, und das Korrelationssignal wird ausgegeben. Das dem dritten Referenzsignal entsprechende Signal unter den normierten und phasengedrehten Signalen SR₁ bis SR_N wird an den Korrelationsfilter 64 gegeben. Zwischen diesem Signal und dem normierten und phasengedrehten komplexen Empfangssignal wird eine Korrelationsdetektion durchgeführt, und das Korrelationssignal wird ausgegeben.
Im Objekterfassungsprozess der vorliegenden Ausführungsform wandelt der Quadraturdetektor 61 in Schritt S101 von 15 das Empfangssignal in ein komplexes Signal um, der Normierer 65 normiert das komplexe Empfangssignal, und dann führt der Phasendreher 66 eine Phasendrehung durch Drehen der Phase des normierten komplexen Empfangssignals durch. Nachdem der Quadraturdetektor 71 das Referenzsignal in ein komplexes Signal umgewandelt und der Normierer 72 das komplexe Referenzsignal normiert hat, führt der Phasendreher 73 eine Phasendrehung durch, indem er die Phase des normierten komplexen Referenzsignals dreht. In Schritt S102 führen die Korrelationsfilter 62, 63, 64 eine Korrelationsdetektion zwischen dem phasengedrehten komplexen Empfangssignal und dem phasengedrehten komplexen Referenzsignal durch. In Schritt S104 nimmt der Code-Bestimmer 8 eine Code-Bestimmung auf der Grundlage dieses Korrelationsdetektionsergebnisses vor. In Schritt S105 führt der Höhenbestimmer 9 auf der Grundlage dieses Korrelationsdetektionsergebnisses eine Höhenbestimmung durch.
23 zeigt Änderungen im Frequenzband des komplexen Empfangssignals, die sich aus der Normierung und Phasendrehung ergeben. In 23 zeigt die Strichpunktlinie die Amplitude des komplexen Empfangssignals, das vom Quadraturdetektor 61 erzeugt wird, die Strich-Doppelpunkt-Linie zeigt die Amplitude des komplexen Empfangssignals, das durch den Normierer 65 normiert wird, und die durchgezogene Linie zeigt die Amplitude des komplexen Empfangssignals, das durch den Phasendreher 66 phasengedreht wird. In 23 ist fTPF die Grenzfrequenz des TPF 612.
Zur Erfassung von Hindernissen mit komplexen Formen, wie z. B. Fahrzeugen und Zäunen, ist es wünschenswert, die Signalbreite des Ausgangs jedes der Korrelationsfilter 62, 63 und 64 zu verringern, um die Genauigkeit der Code-Bestimmung und der Höhenbestimmung zu verbessern. Die Signalbreite kann verringert werden, indem die Frequenzbandbreite des Empfangssignals erhöht wird.
Ein Mikrofon, das als der Transducer 41 im bordeigenen Sensor verwendet wird, hat eine schmalbandige Frequenzcharakteristik. D. h., wenn ein Mikrofon mit solchen Eigenschaften für den Transducer 41 verwendet wird, ist die Sende- und Empfangsempfindlichkeit in der Nähe der Resonanzfrequenz des Transducers 41 hoch, aber bei Frequenzen entfernt von der Resonanzfrequenz ist die Sende- und Empfangsempfindlichkeit niedrig.
So wird z. B., wenn ein Chirp-Signal mit f_c = f₀ gesendet wird, wobei f₀ die Resonanzfrequenz ist, die Frequenzkomponente bei oder nahe der Mittenfrequenz f_c größer, während die Frequenzkomponenten bei Frequenzen, die von der Mittenfrequenz f_c entfernt sind, kleiner werden. Nur die Komponenten bei oder in der Nähe der Mittenfrequenz f_c des gesamten Bandes können vollständig genutzt werden. Dadurch wird die wesentliche Bandbreite eingeengt, wie durch die gestrichelte Linie in 23 angedeutet, und die obige Signalbreite wird erhöht. Dies kann bei der Erfassung von Hindernissen mit komplexen Formen zu einer fehlerhaften Code-Bestimmung führen. Darüber hinaus können große Amplitudenunterschiede zwischen Signalen S₁-S_N mit Frequenz dazu führen, dass das Ergebnis der Korrelationsdetektion durch die Amplituden in der Nähe der Resonanzfrequenz f₀ beeinflusst wird, was zu einer fehlerhaften Bestimmung des Codes führt.
Im Gegensatz dazu wird das komplexe Empfangssignal vor der Korrelationsdetektion normiert und die Amplituden der Signale S₁ bis S_N werden einander gleich gemacht, wodurch die Auswirkungen auf die Frequenzcharakteristik des Mikrofons verringert werden können. Wie durch die Strichdoppelpunktlinie in 23 gezeigt, wird das Frequenzband des Empfangssignals breiter. Das normierte komplexe Empfangssignal wird weiter in der Phase gedreht, so dass die scheinbare Frequenzbandbreite viel breiter wird, wie durch die durchgezogene Linie angezeigt. Dadurch kann die Signalbreite des Korrelationsausgangs verringert und die Genauigkeit der Code-Bestimmung und der Höhenbestimmung verbessert werden.
Die vorliegende Ausführungsform kann die gleichen Vorteile wie die erste Ausführungsform hervorbringen, bei gleicher Konfiguration und gleichem Betrieb bzw. gleichen Operationen wie in der ersten Ausführungsform.
Gemäß der obigen Ausführungsform kann der folgende Vorteil erzielt werden.
(1) Das komplexe Empfangssignal wird vor der Korrelationsdetektion in der Phase gedreht. Dadurch kann die Signalbreite des Korrelationsausgangs verringert und die Auflösung des Empfangssignals verbessert werden, wodurch sich die Genauigkeit der Code-Bestimmung und der Höhenbestimmung erhöht.
(Fünfte Ausführungsform)
Nachstehend ist eine fünfte Ausführungsform beschrieben. Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform nur dadurch, dass die Referenzsignale geändert sind. Die anderen Elemente sind ähnlich wie in der ersten Ausführungsform. Es sind daher nur die Unterschiede zur ersten Ausführungsform beschrieben.
Wie in 24 dargestellt, wird das zweite Referenzsignal in der vorliegenden Ausführungsform aus einem Abschnitt des ersten Referenzsignals gebildet, dessen Frequenz niedriger als f_c ist, und das dritte Referenzsignal wird aus einem Abschnitt des ersten Referenzsignals gebildet, dessen Frequenz höher als f_c ist. D. h., der Abschnitt des ersten Referenzsignals, dessen Frequenz bei oder nahe f_c liegt, ist sowohl vom zweiten als auch vom dritten Referenzsignal ausgeschlossen, und die maximale Frequenz des zweiten Referenzsignals und die minimale Frequenz des dritten Referenzsignals sind voneinander getrennt.
Die vorliegende Ausführungsform kann die gleichen Vorteile wie die erste Ausführungsform hervorbringen, bei gleicher Konfiguration und gleichem Betrieb bzw. gleichen Operationen wie in der ersten Ausführungsform.
Gemäß der obigen Ausführungsform kann der folgende Vorteil erzielt werden.
(1) Der Frequenzunterschied zwischen dem zweiten und dem dritten Referenzsignal ist größer als in der ersten Ausführungsform. Je größer dieser Frequenzunterschied ist, desto größer ist auch der Unterschied in der Richtwirkung, was die Genauigkeit der Höhenbestimmung verbessern kann.
(Weitere Ausführungsformen)
Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und die Ausführungsformen können nach Bedarf geändert werden. Jede der obigen Ausführungsformen ist nicht unabhängig voneinander und kann beliebig kombiniert werden, es sei denn, die Kombination ist eindeutig nicht möglich. Es versteht sich von selbst, dass, in den Ausführungsformen, die Elemente, die die Ausführungsformen bilden, nicht notwendigerweise wesentlich sind, es sei denn, die Elemente sind als wesentlich bezeichnet oder die Elemente sind als grundsätzlich wesentlich angesehen.
Der Transducer 41, der den Sender 40A bildet, und der Transducer 41, der den Empfänger 40B bildet, können getrennt vorgesehen sein.
Der Frequenzbereich des zweiten Referenzsignals und der Frequenzbereich des dritten Referenzsignals können sich zum Teil überlappen.
In der dritten bis fünften Ausführungsform können sich die Korrelationsfilter 62, 63 und 64 einen Multiplizierer teilen, wie in der zweiten Ausführungsform. In der vierten Ausführungsform kann die Frequenz des Referenzsignals wie in der dritten Ausführungsform korrigiert werden.
Wie in 25 dargestellt, kann in der fünften Ausführungsform die Frequenz des Referenzsignals wie in der dritten Ausführungsform korrigiert werden. In der fünften Ausführungsform können die Normierung (normalization) und die Phasendrehung des komplexen Signals wie in der vierten Ausführungsform durchgeführt werden.
Wie in 26 dargestellt, kann die Bandbreite des ersten Referenzsignals schmaler sein als die des Ansteuersignals. Da Komponenten an beiden Enden des Frequenzbandes im Empfangssignal ein geringes Signal-Rausch-Verhältnis (S/N) aufweisen, kann die Genauigkeit der Code-Bestimmung verbessert werden, indem der entsprechende Abschnitt aus dem Referenzsignal ausgeschlossen wird, wie in 26 dargestellt.
Das zweite und das dritte Referenzsignal können sich teilweise die Bandbreite mit dem ersten Referenzsignal teilen. So können beispielsweise das erste Referenzsignal aus 26 sowie das zweite und das dritte Referenzsignal aus 24 verwendet werden. Dadurch kann die Genauigkeit der Höhenbestimmung wie in der fünften Ausführungsform verbessert werden.
Wie in 27 dargestellt, kann die Frequenz des Referenzsignals in 26 wie in der dritten Ausführungsform korrigiert werden.
Wie in 28 dargestellt, kann ein FSK-Signal, bei dem ein Signal der Frequenz f₁ und ein Signal der Frequenz f₂ abwechselnd wiederholt werden, als Ansteuer- und Referenzsignal verwendet werden. FSK steht für Frequency Shift Keying (Frequenzumtastung). f_R in 28 ist die Frequenz des ersten Referenzsignals. In der ersten Ausführungsform bestand der Korrelationsfilter 62 aus zwei Filtern, einem für den Aufwärts-Chirp und einem für den Abwärts-Chirp. Alternativ dazu besteht der Korrelationsfilter 62 bei Verwendung eines solchen Ansteuersignals aus einem Filter und führt eine Korrelationsdetektion zwischen dem ersten Referenzsignal und dem Empfangssignal durch, wie in 28 dargestellt. Das zweite Referenzsignal besteht aus dem Abschnitt des ersten Referenzsignals mit einer Frequenz f₁, und das dritte Referenzsignal besteht aus dem Abschnitt des ersten Referenzsignals mit einer Frequenz f₂.
Wie in 29 dargestellt, kann ein FSK-Signal mit vier Frequenzen als das Ansteuer- und Referenzsignal verwendet werden. In 29 gibt es ein Signal mit einer Frequenz f₂, ein Signal mit einer Frequenz größer als f₁ und kleiner als f_c, ein Signal mit einer Frequenz größer als f_c und kleiner als f₂, und ein Signal mit einer Frequenz f₁ in dieser Reihenfolge. In diesem Fall setzt sich das zweite Referenzsignal beispielsweise aus dem zweiten und vierten dieser vier Signale zusammen, und das dritte Referenzsignal setzt sich aus dem ersten und dritten Signal zusammen.
In jeder der obigen Ausführungsformen wird das vom Ansteuersignalgenerator 5 ausgegebene Referenzsignal verwendet. Alternativ kann ein Referenzsignal verwendet werden, das Einstellungen des Ansteuersignalgenerators 5 entspricht und im Voraus berechnet und aufgezeichnet wurde.
Die Methode der Korrelationsberechnung ist nicht auf die Methode der Durchführung der Vektorrotation und der Summierung des komplexen Empfangssignals auf der Grundlage des Referenzsignals beschränkt. Beispielsweise kann eine Methode angewandt werden, bei dem das komplexe Empfangssignal in eine Amplitude r und eine Phase θ eines Vektors umgewandelt und die Phasendifferenz Δθ aus der Phase des Referenzsignals berechnet wird.
Die Methode zur Korrelationsberechnung ist nicht auf die Methode zur Berechnung der Korrelation nach Umwandlung des Empfangssignals in ein komplexes Empfangssignal per Quadraturdetektion beschränkt. Alternativ kann die Korrelationsberechnung zum Beispiel mit Hilfe einer Korrelationsfunktion zwischen dem Empfangssignal und dem Referenzsignal durchgeführt werden. Das berechnete Korrelationssignal kann in eine Amplitude umgewandelt werden, wodurch ein Filterausgang gewonnen wird.
Eine Berechnung der Korrelationsfunktion kann per FFT erfolgen, wobei FFT für schneller Fourier-Transformation (Fast Fourier Transform) steht.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen und Modifikationen sind der Ansteuersignalgenerator, der Empfangssignalprozessor, der Referenzsignalprozessor, der Code-Bestimmer, der Höhenbestimmer, der Controller und deren zugehörige Verfahren, die in der vorliegenden Offenbarung beschrieben sind, durch einen speziellen Computer mit einem Prozessor und einem Speicher, programmiert, um eine oder mehrere durch Computerprogramme verkörperte Funktionen auszuführen, realisierbar. Alternativ können der Ansteuersignalgenerator, der Empfangssignalprozessor, der Referenzsignalprozessor, der Code-Bestimmer, der Höhenbestimmer, der Controller und ihre Methoden bzw. Verfahren, die in der vorliegenden Offenbarung beschrieben sind, durch einen dedizierten Computer mit einem aus einer oder mehreren dedizierten Hardware-Logikschaltungen gebildeten Prozessor realisiert werden, oder sie können durch einen oder mehrere dedizierte Computern mit einer Kombination aus einem Prozessor und einem Speicher, programmiert, um eine oder mehrere Funktionen auszuführen, und einem aus einer oder mehreren dedizierten Hardware-Logikschaltungen gebildeten Prozessor realisiert werden. Die Computerprogramme können als von einem Computer auszuführende Befehle auf einem nichtflüchtigen, materiellen, computerlesbaren Speichermedium gespeichert sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 202122688 [0001]
JP 2020098157 A [0005]

Claims

Objekterfassungsvorrichtung zum Erfassen eines Objekts durch Senden und Empfangen von Ultraschallwellen, aufweisend: - einen Sender (40A), der eine Ultraschallwelle als eine Messwelle aussendet; - einen Ansteuersignalgenerator (5), der ein Ansteuersignal, eine Frequenzmodulation umfassend, erzeugt, um den Sender anzusteuern; - einen Empfänger (40B), der die Ultraschallwelle empfängt und ein Empfangssignal in Übereinstimmung mit der empfangenen Ultraschallwelle erzeugt; - einen ersten Korrelationsfilter (62), der eine Korrelationsdetektion zwischen dem Empfangssignal und einem ersten Referenzsignal, das dem Ansteuersignal entspricht, durchführt und ein Korrelationssignal ausgibt; - einen ersten Bestimmer (8), der auf der Grundlage des vom ersten Korrelationsfilter ausgegebenen Korrelationssignals bestimmt, ob die vom Empfänger empfangene Ultraschallwelle eine reflektierte Welle der vom Sender gesendeten Messwelle ist; - einen zweiten Korrelationsfilter (63), der ein Korrelationssignal ausgibt, indem er eine Korrelationsdetektion zwischen dem Empfangssignal und einem zweiten Referenzsignal durchführt, wobei das zweite Referenzsignal ein Signal ist, das einem Abschnitt des Ansteuersignals entspricht; - einen dritten Korrelationsfilter (64), der ein Korrelationssignal ausgibt, indem er eine Korrelationsdetektion zwischen dem Empfangssignal und einem dritten Referenzsignal durchführt, wobei das dritte Referenzsignal ein Signal ist, das einem anderen Abschnitt des Ansteuersignals mit höheren Frequenzen als das zweite Referenzsignal entspricht; und - einen zweiten Bestimmer (9), der auf der Grundlage des vom zweiten Korrelationsfilter ausgegebenen Korrelationssignals und des vom dritten Korrelationsfilter ausgegebenen Korrelationssignals bestimmt, ob sich ein Objekt innerhalb eines Erfassungsbereichs befindet.
Objekterfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Zeitintervall der Korrelationssignale, die vom zweiten Bestimmer für die Bestimmung verwendet werden, auf der Grundlage des vom ersten Korrelationsfilter ausgegebenen Korrelationssignals festgelegt wird.
Objekterfassungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Zeitintervall der Korrelationssignale, die vom zweiten Bestimmer für die Bestimmung verwendet werden, auf der Grundlage eines Zeitpunkts festgelegt wird, zu dem das vom ersten Korrelationsfilter ausgegebene Korrelationssignal einen Peak erreicht.
Objekterfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei - der erste Korrelationsfilter einen ersten Korrelationsrechner (627) aufweist, der eine Korrelation zwischen dem Empfangssignal und dem ersten Referenzsignal berechnet, - der zweite Korrelationsfilter einen zweiten Korrelationsrechner (637) aufweist, der eine Korrelation zwischen dem Empfangssignal und dem zweiten Referenzsignal berechnet, und - der dritte Korrelationsfilter einen dritten Korrelationsrechner (647) aufweist, der eine Korrelation zwischen dem Empfangssignal und dem dritten Referenzsignal berechnet, wobei - sich der erste Korrelationsrechner, der zweite Korrelationsrechner und der dritte Korrelationsrechner eine Rechenschaltung, die eine Korrelationsberechnung durchführt, teilen.
Objekterfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Ansteuersignal ein Aufwärts-Chirp-Signal, dessen Frequenz über die Zeit monoton zunimmt, oder ein Abwärts-Chirp-Signal, dessen Frequenz über die Zeit monoton abnimmt, umfasst.
Objekterfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Frequenz des ersten Referenzsignals in Übereinstimmung mit der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs, an dem der Sender und der Empfänger angebracht sind, korrigiert wird.
Objekterfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner aufweisend: - einen ersten Phasendreher (66), der eine Phase des Empfangssignals dreht; und - einen zweiten Phasendreher (73), der Phasen des ersten Referenzsignals, des zweiten Referenzsignals und des dritten Referenzsignals dreht, wobei - der erste Korrelationsfilter eine Korrelationsdetektion zwischen dem Empfangssignal, dessen Phase durch den ersten Phasendreher gedreht wurde, und dem ersten Referenzsignal, dessen Phase durch den zweiten Phasendreher gedreht wurde, durchführt, - der zweite Korrelationsfilter eine Korrelationsdetektion zwischen dem Empfangssignal, dessen Phase durch den ersten Phasendreher gedreht wurde, und dem zweiten Referenzsignal, dessen Phase durch den zweiten Phasendreher gedreht wurde, durchführt, und - der dritte Korrelationsfilter eine Korrelationsdetektion zwischen dem Empfangssignal, dessen Phase durch den ersten Phasendreher gedreht wurde, und dem dritten Referenzsignal, dessen Phase durch den zweiten Phasendreher gedreht wurde, durchführt.