DE112022004097T5

DE112022004097T5 - Radarsystem und azimutschätzverfahren

Info

Publication number: DE112022004097T5
Application number: DE112022004097.1T
Authority: DE
Inventors: Yasuhiro Kurono; Takuya TAKAYAMA; Yutaka Hasegawa
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2021-08-24
Filing date: 2022-08-22
Publication date: 2024-06-20
Also published as: JP2023030942A; CN117836652A; JP7512979B2; WO2023027019A1; US20240192302A1

Abstract

Ein Radarsystem gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält mehrere Sendeantennen (Txm), mehrere Empfangsantennen (Rxn), eine Azimutschätzeinheit (S20), eine Wiederherstellungseinheit (S30), eine Fehlerberechnungseinheit (S30) und eine Falscher-Azimut-Bestimmungseinheit (S40). Die Azimutschätzeinheit schätzt einen Azimut eines Ziels auf der Grundlage eines ersten Empfangssignals, das von einem virtuellen Array empfangen wurde. Die Wiederherstellungseinheit berechnet ein zweites Empfangssignal, das einem aus dem ersten Empfangssignal wiederhergestellten Signal entspricht, aus einer geschätzten Leistung des ersten Empfangssignals, unter der Annahme, dass der Sendeazimut mit einem Ankunftsazimut identisch ist. Die Falscher-Azimut-Bestimmungseinheit bestimmt, dass der geschätzte Azimut ein falscher Azimut ist, wenn die Fehler zwischen dem ersten Empfangssignal und dem zweiten Empfangssignal größer als ein Bestimmungsschwellenwert sind.

Description

[Querverweis auf in Beziehung stehende Anmeldungen]
Die Anmeldung basiert auf und beansprucht die Priorität der am 24. August 2021 eingereichten früheren japanischen Patentanmeldung Nr. 2021-136368 , auf deren Offenbarung hiermit vollinhaltlich Bezug genommen ist.
[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Radarsystem.
[Stand der Technik]
Das Radarsystem gemäß dem nachfolgend aufgeführten Patentdokument 1 führt eine Azimutschätzung unter Verwendung von MIMO (Multiple Input Multiple Output) durch. Insbesondere führt das oben beschriebene Radarsystem eine zweidimensionale bzw. 2D-Azimutschätzung des Sendeazimuts und des Empfangsazimuts unter Verwendung eines Steuervektors durch, der sowohl den Sendeazimut als auch den Empfangsazimut berücksichtigt, und identifiziert ein Signal mit einem vom Sendeazimut verschiedenen Empfangsazimut. Das oben beschriebene Radarsystem korrigiert die Korrelationsmatrix auf der Grundlage des identifizierten Signals, so dass die Genauigkeit der Azimutschätzung nicht aufgrund der Erfassung eines falschen Azimuts, in dem kein Ziel existiert, abnimmt.
[Literaturverzeichnis]
[Patentliteratur]
[Patentdokument 1] WO 2019 /155 625 A1
[Kurzdarstellung der Erfindung]
Als Ergebnis einer detaillierten Studie des Erfinders führt das obige Radarsystem eine 2D-Azimutschätzung unter Verwendung eines Steuervektors durch, der sowohl den Sende- als auch den Empfangsazimut berücksichtigt, wodurch der Verarbeitungsaufwand groß ist und es als schwierig angesehen wird, eine 2D-Azimutschätzung für alle erfassten Azimute durchzuführen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, ein Radarsystem bereitzustellen, das in der Lage ist, einen falschen Azimut zu bestimmen und gleichzeitig eine Erhöhung des Verarbeitungsaufwands zu unterbinden.
Ein Radarsystem gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist mehrere Sendeantennen, mehrere Empfangsantennen, eine Azimutschätzeinheit, eine Wiederherstellungseinheit, eine Fehlerberechnungseinheit und eine Falscher-Azimut-Bestimmungseinheit auf. Die Azimutschätzeinheit ist konfiguriert, um einen Azimut eines Ziels auf der Grundlage eines ersten Empfangssignals zu schätzen, das von einem virtuellen Array empfangen wurde. Das virtuelle Array enthält die mehreren Sendeantennen und die mehreren Empfangsantennen. Die Wiederherstellungseinheit ist konfiguriert, um ein zweites Empfangssignal aus einer Modal- bzw. Modenmatrix (mode matrix) und einer geschätzten Leistung des ersten Empfangssignals in dem von der Azimutschätzeinheit geschätzten Azimut zu berechnen, unter der Annahme, dass ein Sendeazimut der mehreren Sendeantennen der gleiche ist wie ein Ankunftsazimut des ersten Empfangssignals. Das zweite Empfangssignal entspricht einem aus dem ersten Empfangssignal wiederhergestellten Signal. Die Fehlerberechnungseinheit ist konfiguriert, um Fehler aus dem ersten Empfangssignal und dem zweiten Empfangssignal zu berechnen. Die Falscher-Azimut-Bestimmungseinheit bestimmt, dass der von der Azimutschätzeinheit geschätzte Azimut ein falscher Azimut ist, wenn die von der Fehlerberechnungseinheit berechneten Fehler größer als ein eingestellter Bestimmungsschwellenwert sind.
Bei dem Radarsystem gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird das zweite Empfangssignal aus der Modenmatrix und der geschätzten Leistung bei dem geschätzten Azimut berechnet, in der Annahme, dass der Sendeazimut und der Ankunftsazimut gleich sind. Das zweite Empfangssignal entspricht dem aus dem ersten Empfangssignal wiederhergestellten Signal. Wenn die Annahme, dass der Sende- und der Ankunftsazimut gleich sind, richtig ist, ist das zweite Empfangssignal ungefähr gleich dem ersten Empfangssignal, und wenn die obige Annahme falsch ist, wird der Fehler zwischen dem zweiten und dem ersten Empfangssignal groß. Mit anderen Worten, wenn der Sendeazimut und der Ankunftsazimut erheblich voneinander abweichen und das Ziel im geschätzten Azimut nicht vorhanden ist, wird der Fehler zwischen dem zweiten und dem ersten Empfangssignal groß. Folglich wird, wenn der Fehler größer als der Bestimmungsschwellenwert, der geschätzte Azimut als ein falscher Azimut bestimmt, an dem tatsächlich kein Ziel vorhanden ist. Ferner kann, da das zweite Empfangssignal nur unter der Annahme berechnet wird, dass der Sendeazimut und der Ankunftsazimut identisch sind, eine Erhöhung des Verarbeitungsaufwands im Vergleich zu dem Fall, in dem eine 2D-Azimutschätzung durchgeführt wird, unterbunden werden. Auf diese Weise kann ein falscher Azimut erfasst werden, während eine Erhöhung des Verarbeitungsaufwands unterbunden wird.
Ein Azimutschätzverfahren gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung sendet eine Sendewelle von mehreren Sendeantennen aus und schätzt einen Azimut eines Ziels auf der Grundlage eines ersten Empfangssignals, das von einem virtuellen Array empfangen wird. Das virtuelle Array enthält mehrere Sendeantennen und mehrere Empfangsantennen. Ein zweites Empfangssignal wird unter der Annahme, dass ein Sendeazimut der mehreren Sendeantennen und ein Ankunftsazimut des ersten Empfangssignals gleich sind, aus einer geschätzten Modal- bzw. Modenmatrix (mode matrix) bei dem Azimut und der geschätzten Leistung berechnet. Das zweite Empfangssignal entspricht einem Signal, das aus dem ersten Empfangssignal wiederhergestellt wurde, Fehler werden aus dem ersten Empfangssignal und dem zweiten Empfangssignal berechnet, und der geschätzte Azimut wird als falscher Azimut bestimmt, wenn die berechneten Fehler größer als ein eingestellter Bestimmungsschwellenwert sind.
Das Azimutschätzverfahren gemäß einem anderen Aspekt bringt die gleiche Wirkung wie das obige Radarsystem hervor.
[Kurze Beschreibung der Zeichnungen]

1 zeigt ein Blockdiagramm einer schematischen Konfiguration eines Radarsystems gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 zeigt eine Abbildung zur Veranschaulichung einer Phase eines Empfangssignals, das von einem virtuellen Array aus drei Sendeantennen und zwei Empfangsantennen empfangen wird;
3 zeigt eine Abbildung zur Veranschaulichung einer Phase der von sechs Empfangsantennen empfangenen Empfangssignale;
4 zeigt ein Beispiel für eine Situation, in der ein Sendeazimut mit einem Empfangsazimut übereinstimmt und kein Ghosting auftritt;
5 zeigt ein weiteres Beispiel für eine Situation, in der der Sendeazimut mit dem Empfangsazimut übereinstimmt und kein Ghosting auftritt;
6 zeigt ein Beispiel für eine Situation, in der der Sendeazimut vom Empfangsazimut verschieden ist und Ghosting auftritt;
7 zeigt ein weiteres Beispiel für eine Situation, in der der Sendeazimut vom Empfangsazimut verschieden ist und Ghosting auftritt;
8 zeigt eine Phase des Empfangssignals im virtuellen Array, wenn der Sendeazimut vom Empfangsazimut verschieden ist;
9 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Prozedur eines Azimutschätzprozesses gemäß der ersten Ausführungsform;
10 zeigt eine Abbildung zur Veranschaulichung eines Überblicks über eine Umwandlung der Antennen in virtuelle Arrays gemäß der ersten Ausführungsform;
11 zeigt eine Abbildung zur Veranschaulichung eines Überblicks über eine Azimutschätzung gemäß der ersten Ausführungsform;
12 zeigt eine Abbildung zur Veranschaulichung eines Prozesses zur Berechnung einer geschätzten Leistung bei einem geschätzten Azimut gemäß der ersten Ausführungsform;
13 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Prozesses zur Bestimmung eines falschen Azimuts gemäß der ersten Ausführungsform;
14 zeigt ein Beispiel für Sende- und Empfangsantennen entsprechend einer Modenmatrix zur Berechnung einer geschätzten Leistung gemäß einer dritten Ausführungsform;
15 zeigt ein weiteres Beispiel für Sende- und Empfangsantennen entsprechend der Modenmatrix zur Berechnung der geschätzten Leistung gemäß der dritten Ausführungsform; und
16 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Prozesses zur Bestimmung eines falschen Azimuts gemäß einer vierten Ausführungsform.

[Beschreibung von Ausführungsformen]
Im Folgenden sind Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
(1. Erste Ausführungsform)
<1-1. Konfiguration von Radarsystem>
Die Konfiguration eines Radarsystems 100 ist unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
Das Radarsystem 100 weist einen Sendeantennenabschnitt 10, einen Empfangsantennenabschnitt 20 und einen Prozessor 30 auf. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Radarsystem 100 an einem sich bewegenden Körper, insbesondere einem Fahrzeug 50, angebracht.
Der Prozessor 30 enthält eine CPU 31, ein ROM 32 und ein RAM 33, und die CPU 31 führt ein im ROM 32 gespeichertes Programm aus, um verschiedene Funktionen zu realisieren. Ein Verfahren zur Realisierung dieser Funktionen ist nicht auf Software beschränkt, und ein Teil oder alle der Funktionen sind mit Hardware realisierbar, die logische Schaltungen, analoge Schaltungen usw. kombiniert.
Der Prozessor 30 liefert ein Übertragungs- bzw. Sendesignal einer vorbestimmten Frequenz an den Sendeantennenabschnitt 10. Darüber hinaus verarbeitet der Prozessor 30 Empfangssignale, die vom Empfangsantennenabschnitt 20 ausgegeben werden, um einen Azimut eines Ziels bezüglich des Radarsystems 100, die Distanz zwischen dem Radarsystem 100 und dem Ziel sowie die Geschwindigkeit des Ziels bezüglich des Radarsystems 100 zu berechnen.
Der Sendeantennenabschnitt 10 enthält M Sendeantennen Txm (M ist eine ganze Zahl größer oder gleich 2, m = 1, ..., M). Der Empfangsantennenabschnitt 20 enthält N Empfangsantennen Rxn (N ist eine ganze Zahl größer oder gleich 2, n = 1, ..., N). Das Radarsystem 100 ist ein MIMO-Radarsystem (MIMO für Multiple Input Multiple Output), das mit mehreren Antennen gleichzeitig Funkwellen sendet und empfängt.
Wie in 2 dargestellt, enthält der Sendeantennenabschnitt 10 der vorliegenden Ausführungsform drei Sendeantennen Tx1, Tx2 und Tx3. Die Sendeantennen Tx1, Tx2 und Tx3 senden auf der Grundlage der vom Prozessor 30 gelieferten Sendesignale gleichzeitig und wiederholt Sendewellen zu vorbestimmten Sendeazimuten.
Die Sendeantennen Tx1, Tx2 und Tx3 sind in einer Reihe mit einem Abstand D1 entlang einer vorbestimmten Array-Richtung angeordnet. Die Sendeantennen Tx1, Tx2 und Tx3 senden Sendewellen einer vorbestimmten Frequenz von den Sendeantennen Tx1, Tx2 und Tx3 zu einem vorbestimmten Sendeazimut. Die Sendeantennen Tx1, Tx2 und Tx3 sind so angeordnet, dass zwischen benachbarten Antennen auf dem Pfad zum Ziel eine Phasendifferenz von 2 × α entsteht.
Wie in 2 dargestellt, enthält der Empfangsantennenabschnitt 20 zwei Empfangsantennen Rx1 und Rx2. Die Empfangsantennen Rx1 und Rx2 sind in einer Reihe mit einem Abstand D2 entlang einer vorbestimmten Array-Richtung angeordnet. Die Empfangsantennen Rx1 und Rx2 empfangen reflektierte Wellen einer vorbestimmten Frequenz, die aus einem vorbestimmten Ankunftsazimut (d. h. Empfangsazimut) eintreffen, und geben Empfangssignale aus. Die Empfangsantennen Rx1 und Rx2 sind so angeordnet, dass eine Phasendifferenz α zwischen benachbarten Antennen in dem Pfad vom Ziel auftritt.
Jede der Empfangsantennen Rx1 und Rx2 empfängt die reflektierte Welle, die entsteht, wenn die Sendewelle von den Sendeantennen Tx1, Tx2 und Tx3 durch das Ziel reflektiert wird. Jede der Empfangsantennen Rx1 und Rx2 empfängt wiederholt drei reflektierte Wellen, die um 2 × α phasenverschoben sind, und gibt wiederholt drei Empfangssignale aus, die sich in der Phase um 2 × α unterscheiden.
Die Phase der Empfangsantenne Rx2 ist α phasenverschoben zu der der Empfangsantenne Rx1. Wie in 2 dargestellt, gibt der Empfangsantennenabschnitt 20 somit sechs um α phasenverschobene Empfangssignale aus. In der vorliegenden Ausführungsform beträgt die Phasendifferenz Δφ2 der N Empfangsantennen Rxn 1/N der Phasendifferenz Δφ1 der M Sendeantennen Txm. Daher gibt der Empfangsantennenabschnitt 20 M × N Empfangssignale aus, die um Δφ2 phasenverschoben sind.
Die vom Empfangsantennenabschnitt 20 ausgegebenen Empfangssignale entsprechen den von den sechs in 3 dargestellten Empfangsantennen Rx1, Rx2, Rx3, Rx4, Rx5 und Rx6 ausgegebenen Empfangssignalen. Die sechs in 3 gezeigten Empfangsantennen Rx1, Rx2, Rx3, Rx4, Rx5 und Rx6 sind entlang einer vorbestimmten Array-Richtung so angeordnet, dass eine Phasendifferenz α zwischen benachbarten Antennen in dem Pfad vom Ziel auftritt.
Mit anderen Worten, das Radarsystem 100 bildet virtuell M × N Empfangsantennen aus den M Sendeantennen Txm und den N Empfangsantennen Rxn. Im Folgenden sind die virtuellen M × N Empfangsantennen, die durch das Radarsystem 100 gebildet werden, als virtuelle Arrays bezeichnet.
Durch das Bilden der virtuellen Arrays mit den M + N Antennen erreicht das Radarsystem 100 die gleiche Azimutauflösung wie ein Radarsystem mit einer Sendeantenne und den M × N Empfangsantennen.
<1-2. Ghosting-Situation>
Das Radarsystem 100 verarbeitet die Empfangssignale, die von den gebildeten virtuellen Arrays empfangen wurden, um den Azimut des Ziels zu schätzen. Wenn der Sendeazimut der Sendewelle, wie in den 4 und 5 gezeigt, mit dem Empfangsazimut der reflektierten Welle übereinstimmt (d. h. mit dem Azimut, in dem die reflektierte Welle ankommt), kann das Radarsystem 100 den Azimut mit hoher Auflösung und hoher Genauigkeit schätzen.
Andererseits wird, wie in den 6 und 7 gezeigt, ein falscher Azimut geschätzt, der vom tatsächlichen Azimut des Ziels abweicht, wenn der Sendeazimut vom Empfangsazimut verschieden ist. Wie in 8 dargestellt, ändert sich die Phasendifferenz zwischen den Empfangsantennen Rx1 und Rx2 in dem Pfad vom Ziel von α zu β, wenn die reflektierte Welle die Empfangsantennen Rx1 und Rx2 aus einem anderen Azimut als dem Sendeazimut erreicht.
Daher wird die Phase der Empfangssignale, die von den virtuellen Arrays ausgegeben werden, 0, β, 2 × α, 2 × α + β, 4 × α, 4 × α + β sein, und die Phasendifferenz zwischen den Empfangssignalen wird nicht konstant sein. Dadurch wird die Genauigkeit der Azimutschätzung auf der Grundlage des Empfangssignals verringert, und es wird ein falscher Azimut geschätzt (d. h. Ghosting tritt auf). Das Radarsystem 100 bestimmt dann, ob der geschätzte Azimut, der auf dem Empfangssignal des virtuellen Arrays basiert, ein echter oder ein falscher Azimut ist.
<1-3. Azimutschätzverfahren>
Nachfolgend ist der Azimutschätzprozess des Prozessors 30 der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf das in 9 gezeigte Ablaufdiagramm beschrieben. Der Prozessor 30 wiederholt den Azimutschätzprozess in einem vorbestimmten Zyklus.
In Schritt S10 erzeugt der Prozessor 30 ein virtuelles Array. Insbesondere bildet der Prozessor 30 M × N virtuelle Arrays aus den M Sendeantennen Txm und den N Empfangsantennen Rxn und erfasst M × N Empfangssignale, die von den virtuellen Arrays empfangen werden. Anschließend ordnet der Prozessor 30, wie in 10 gezeigt, die M × N Empfangssignale neu an. Die Reihenfolge ist von der kleinsten bis zur größten Phase, z. B. 0 × α, 1 × α, 2 × α, 3 × α, 4 × α und 5 × α für die gesamten Phasen von 2. Im Folgenden ist ein vom virtuellen Array empfangenes Empfangssignal als erstes Empfangssignal x bezeichnet. Das erste Empfangssignal x ist ein Vektor mit M × N Elementen.
Anschließend schätzt der Prozessor 30, in Schritt S20, einen Azimut des Ziels auf der Grundlage der neu geordneten M × N Empfangssignale. Wie in 11 dargestellt, wendet der Prozessor 30 beispielsweise das MUSIC-Verfahren an, um ein Azimutspektrum zu berechnen, und gewinnt einen Azimut zu einem Peak des Azimutspektrums als den Azimut des Ziels. Im Beispiel von 11 werden die Azimute der zwei Ziele geschätzt. Im Folgenden ist der in Schritt S20 geschätzte Azimut als ein geschätzter Azimut bezeichnet, und ein Vektor, der die K geschätzten Azimute als Elemente enthält, ist als ein Azimutvektor θ bezeichnet. K ist die Anzahl von Azimuten, die in Schritt S20 geschätzt wird. Es ist zu beachten, dass das Verfahren zum Schätzen des Azimuts nicht auf MUSIC beschränkt ist. Zum Beispiel können DBF, Capon, ESPRIT und andere Verfahren zum Schätzen des Azimuts des Ziels angewandt werden.
Anschließend führt der Prozessor 30, in Schritt S30, ein Fitting durch. Im Einzelnen berechnet der Prozessor 30 ein zweites Empfangssignal y aus einer Modal- bzw. Modenmatrix (Mode-Matrix) A und einer geschätzten Leistung s, und zwar in der Annahme, dass der Sendeazimut der Sendewelle und der Azimut, in dem das erste Empfangssignal x ankam (d. h. der Empfangsazimut), gleich sind. Die Modenmatrix A ist eine L × K Matrix, in der die Modenmatrizen in den K geschätzten Azimuten angeordnet sind. L ist L = M × N. Mit anderen Worten, die Modenmatrix A ist in der vorliegenden Ausführungsform eine 6 × 2 Matrix. Die L × K Elemente der Modenmatrix A hängen von jedem der geschätzten Azimute ab. Die geschätzte Leistung s ist die geschätzte Leistung des ersten Empfangssignals s bei den K geschätzten Azimuten und ist ein Vektor mit K Elementen.
Das zweite Empfangssignal y ist ein Vektor mit den M × N Elementen und entspricht dem aus dem ersten Empfangssignal x auf der Grundlage der obigen Annahmen wiederhergestellten Signal. Hierin ist der Prozess der Wiederherstellung aus dem ersten Empfangssignal x auf der Grundlage der obigen Annahmen und der Berechnung des Fehlers e, der nachfolgend noch diskutiert ist, als Fitting bezeichnet.
Wenn die obige Annahme richtig ist, ist das zweite Empfangssignal y ungefähr gleich dem ersten Empfangssignal x. Wenn die obige Annahme falsch ist, d. h. in einer Situation, in der der Sendeazimut vom Empfangsazimut verschieden ist und Ghosting auftritt, stimmt das zweite Empfangssignal y nicht mit dem ersten Empfangssignal x überein, und der Fehler e zwischen dem zweiten Empfangssignal y und dem ersten Empfangssignal x wird groß. Daher kann auf der Grundlage des Fehlers e zwischen dem zweiten Empfangssignal y und dem ersten Empfangssignal x bestimmt werden, ob jedes Element des Azimutvektors θ der Azimut eines echten Objekts oder ein falscher Azimut ist, in dem kein Objekt existiert.
In Schritt S30 berechnet der Prozessor 30 zunächst die geschätzte Leistung s unter Verwendung der verallgemeinerten Inversen der Modenmatrix A. Insbesondere berechnet der Prozessor 30, wie in 12 gezeigt, die geschätzte Leistung s durch Multiplikation der verallgemeinerten Inversen der Modenmatrix A mit dem ersten Empfangssignal x. Darüber hinaus berechnet der Prozessor 30 das zweite Empfangssignal y durch Multiplikation der Modenmatrix A mit der geschätzten Leistung s. Mit anderen Worten, der Prozessor 30 berechnet das zweite Empfangssignal y anhand der Formel y = As. Der Prozessor 30 berechnet dann den Fehler e zwischen dem ersten Empfangssignal x und dem zweiten Empfangssignal y. Insbesondere berechnet der Prozessor 30 den Fehler e anhand der Formel e = abs(x-y).
Anschließend, in Schritt S40, führt der Prozessor 30 den Falscher-Azimut-Bestimmungsprozess aus. Im Einzelnen führt der Prozessor 30 in Schritt S40 das in 13 dargestellte Unterprogramm aus, um zu bestimmen, ob jeder geschätzte Azimut des Azimutvektors θ ein echter oder ein falscher Azimut ist.
In Schritt S100 bestimmt der Prozessor 30, ob der in Schritt S30 berechnete Fehler e größer als der Bestimmungsschwellenwert ist. Wenn der Prozessor 30 in Schritt S100 bestimmt, dass der Fehler e kleiner als der Bestimmungsschwellenwert ist, schreitet der Prozess zu Schritt S110 voran. In Schritt S110 bestimmt der Prozessor 30, dass jeder geschätzte Azimut des Azimutvektors θ ein echter Azimut ist.
Bestimmt der Prozessor 30 in Schritt S100, dass der Fehler e größer als der Bestimmungsschwellenwert ist, schreitet der Prozess zu Schritt S120 voran. In Schritt S120 bestimmt der Prozessor 30, dass jeder geschätzte Azimut des Azimutvektors θ ein falscher Azimut ist.
<1-4. Effekte>
Gemäß der vorstehend näher beschriebenen ersten Ausführungsform werden die folgenden Effekte erzielt.
(1) Das Radarsystem 100 berechnet das zweite Empfangssignal y aus der Modenmatrix A bei dem geschätzten Azimut und der geschätzten Leistung s bei dem geschätzten Azimut, in der Annahme, dass der Sende- und der Empfangsazimut gleich sind. Das zweite Empfangssignal y entspricht dem aus dem ersten Empfangssignal x wiederhergestellten Signal. Wenn die Annahme, dass der Sendeazimut und der Empfangsazimut gleich sind, richtig ist, ist das zweite Empfangssignal y ungefähr gleich dem ersten Empfangssignal x, und wenn die obige Annahme falsch ist, wird der Fehler e zwischen dem zweiten Empfangssignal y und dem ersten Empfangssignal x groß. Mit anderen Worten, wenn sich der Sende- und der Empfangsazimut erheblich unterscheiden und sich kein Ziel im geschätzten Azimut befindet, wird der Fehler e groß. Folglich wird, wenn der Fehler e größer als der Bestimmungsschwellenwert ist, der geschätzte Azimut als falscher Azimut bestimmt, bei dem tatsächlich kein Ziel vorhanden ist. Ferner kann, da der Prozessor 30 das zweite Empfangssignal y nur unter der Annahme berechnet, dass der Sende- und der Empfangsazimut gleich sind, eine Erhöhung des Verarbeitungsaufwands im Vergleich zu einer 2D-Azimutschätzung unterbunden werden. Daher kann der Prozessor 30 den falschen Azimut bei gleichzeitiger Unterbindung einer Erhöhung des Verarbeitungsaufwands bestimmen.
(2) Unter Verwendung der verallgemeinerten Matrix der Modenmatrix A lässt sich die geschätzte Leistung s leicht berechnen.
(2. Zweite Ausführungsform)
<2-1. Unterschiede zur ersten Ausführungsform>
Da die Basiskonfiguration der zweiten Ausführungsform derjenigen der ersten Ausführungsform ähnelt, sind nachfolgend die Unterschiede beschrieben. Es ist zu beachten, dass die gleichen Bezugszeichen wie in der ersten Ausführungsform die gleiche Konfiguration bezeichnen und sich auf die vorangehende Beschreibung beziehen.
In der ersten Ausführungsform, die vorstehend beschrieben ist, wird die Differenz zwischen dem ersten Empfangssignal x und dem zweiten Empfangssignal y als der Fehler e berechnet. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich hiervon dahingehend, dass die Differenz zwischen der Korrelationsmatrix X des ersten Empfangssignals x und der Korrelationsmatrix Y des zweiten Empfangssignals y als ein Fehler e berechnet wird. Mit anderen Worten, der Fehler e wird in der zweiten Ausführungsform anhand der Formel e = abs(X-Y) berechnet.
Gemäß der zweiten Ausführungsform, die vorstehend beschrieben ist, kann der Fehler aus der Korrelationsmatrix X des ersten Empfangssignals x und der Korrelationsmatrix Y des zweiten Empfangssignals y berechnet werden, wobei derselbe Effekt wie der Effekt (1) in der ersten Ausführungsform erzielt wird.
(3. Dritte Ausführungsform)
<3-1. Unterschiede zur ersten Ausführungsform>
Da die Basiskonfiguration der dritten Ausführungsform derjenigen der ersten Ausführungsform ähnelt, sind nachfolgend die Unterschiede beschrieben. Es ist zu beachten, dass die gleichen Bezugszeichen wie in der ersten Ausführungsform die gleiche Konfiguration bezeichnen und sich auf die vorangehende Beschreibung beziehen.
In der ersten Ausführungsform, die vorstehend beschrieben ist, berechnete der Prozessor 30 die geschätzte Leistung s anhand der Modenmatrix A auf der Grundlage aller der M Sendeantennen Txm und der N Empfangsantennen Rxn sowie des ersten Empfangssignals x. Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich hiervon dahingehend, dass der Prozessor 30 die geschätzte Leistung s unter Verwendung einer Modenmatrix AA basierend auf einer Sendeantenne Txm und den N Empfangsantennen Rxn oder den M Sendeantennen Txm und einer Empfangsantenne Rxn und eines extrahierten Signals xx berechnet. Die Modenmatrix AA ist eine K × N Matrix oder eine K × M Matrix. Das extrahierte Signal xx ist ein Vektor von Elementen aus dem ersten Empfangssignal x entsprechend der Modenmatrix AA. Mit anderen Worten, das extrahierte Signal xx ist ein Vektor mit N oder M Elementen.
<3-2 Berechnung von geschätzter Leistung>
14 zeigt ein Beispiel für die Erzeugung der Modenmatrix AA auf Basis der Sendeantenne TX1 und der Empfangsantennen RX1 und RX2. In 14 wird die Modenmatrix AA auf der Grundlage der fett umrahmten Antennen generiert. Mit anderen Worten, die N Empfangsantennen Rxn empfangen die reflektierte Welle, die erzeugt wird, wenn die Sendewelle von einer Sendeantenne Txm vom Ziel reflektiert wird. Der Prozessor 30 generiert die Modenmatrix AA basierend auf den N Empfangssignalen, die von den N Empfangsantennen Rxn ausgegeben werden. Das extrahierte Signal xx ist ein Vektor, dessen Elemente diese N Empfangssignale sind.
Wie in 14 gezeigt, ist die Phasendifferenz zwischen den Empfangssignalen, da nur eine Sendeantenne verwendet wird, auch dann konstant, wenn Sende- und Empfangsazimut unterschiedlich sind. Mit anderen Worten, der Prozessor 30 berechnet die geschätzte Leistung s unter Verwendung einer Kombination empfangener Signale, die kein Ghosting verursachen.
15 zeigt ein Beispiel für die Erzeugung einer Modenmatrix AA mit M Sendeantennen Txm und einer Empfangsantenne Rxn. In 15 wird die Modenmatrix AA auf der Grundlage der fett umrahmten Antennen generiert. Mit anderen Worten, eine Empfangsantenne Rxn empfängt die reflektierte Welle, die entsteht, wenn die Sendewelle von M Sendeantennen Txm vom Ziel reflektiert wird. Der Prozessor 30 generiert die Modenmatrix AA basierend auf den M Empfangssignalen, die von einer Empfangsantenne ausgegeben werden. Das extrahierte Signal xx ist ein Vektor, dessen Elemente diese M Empfangssignale sind.
Wie in 15 gezeigt, ist die Phasendifferenz zwischen den Empfangssignalen, da nur eine Empfangsantenne verwendet wird, auch dann konstant, wenn Sende- und Empfangsazimut unterschiedlich sind. Mit anderen Worten, der Prozessor 30 berechnet die Genauigkeit der geschätzten Leistung s unter Verwendung von Kombinationen empfangener Signale, die kein Ghosting verursachen.
<3-3. Effekte>
Gemäß der dritten Ausführungsform, die vorstehend beschrieben ist, werden die gleichen Effekte wie die Effekte (1) und (2) der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform erzielt, und die geschätzte Leistung kann mit höherer Genauigkeit berechnet werden.
(4. Vierte Ausführungsform)
<4-1. Unterschiede zur ersten Ausführungsform>
Da die Basiskonfiguration der vierten Ausführungsform derjenigen der ersten Ausführungsform ähnelt, sind nachfolgend die Unterschiede beschrieben. Es ist zu beachten, dass die gleichen Bezugszeichen wie in der ersten Ausführungsform die gleiche Konfiguration bezeichnen und sich auf die vorangehende Beschreibung beziehen.
In der ersten Ausführungsform, die vorstehend beschrieben ist, bestimmt der Prozessor 30 auf der Grundlage des berechneten Fehlers e für eine Zeit (d. h. für einen Verarbeitungszyklus), ob der geschätzte Azimut echt oder falsch ist. Die vierte Ausführungsform unterscheidet sich demgegenüber dahingehend von der ersten Ausführungsform, dass der Prozessor 30 auf der Grundlage der Anzahl von Malen (der Anzahl von Verarbeitungszyklen), die der Fehler e einen Schwellenwert überschreitet, bestimmt, ob der geschätzte Azimut echt oder falsch ist.
<Falscher-Azimut-Bestimmungsprozess>
Nachstehend ist der vom Prozessor 30 durchgeführte Falscher-Azimut-Bestimmungsprozess unter Bezugnahme auf das in 16 dargestellte Unterprogramm erläutert. Der Prozessor 30 führt das in 16 dargestellte Unterprogramm aus, um zu bestimmen, ob jeder geschätzte Azimut, der ein Element des Azimutvektors θ ist, ein echter oder falscher Azimut ist.
Zunächst berechnet der Prozessor 30 in Schritt S200 einen gewichteten Mittelwert aus einem mittleren Fehler Eo, der im vorhergehenden Verarbeitungszyklus berechnet wurde, und dem Fehler e, der in Schritt S30 berechnet wird, anhand der Formel C × Eo + (1 - C) × e, und der berechnete gewichtete Mittelwert ist ein mittlerer Fehler Eo im aktuellen Verarbeitungszyklus. Der mittlere Fehler Eo ist ein Vektor mit K Elementen. C ist ein gewichteter Durchschnittskoeffizient.
Anschließend bestimmt der Prozessor 30 in Schritt S210, ob der in Schritt S200 berechnete mittlere Fehler Eo größer als der Bestimmungsschwellenwert ist. Wenn der Prozessor 30 in Schritt S210 bestimmt, dass der mittlere Fehler Eo kleiner als der Bestimmungsschwellenwert ist, schreitet der Prozess zu Schritt S220 voran. In Schritt S220 bestimmt der Prozessor 30, dass jeder geschätzte Azimut ein echter Azimut ist.
Ferner schreitet der Prozess, wenn der Prozessor 30 in Schritt S210 bestimmt, dass der mittlere Fehler Eo größer als der Bestimmungsschwellenwert ist, zu Schritt S230 voran. In Schritt S230 bestimmt der Prozessor 30, dass jedes Schätzelement ein falscher Azimut ist.
<4-3. Effekte>
Gemäß der vierten Ausführungsform, die vorstehend beschrieben ist, werden die gleichen Effekte wie die Effekte (1) und (2) der ersten Ausführungsform erzielt, und es ist möglich, mit höherer Genauigkeit zu bestimmen, ob der geschätzte Azimut ein falscher Azimut ist.
(3. Weitere Ausführungsformen)
Vorstehend sind die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern mit verschiedenen Variationen realisierbar.
(a) Die Berechnung des Fehlers e in der zweiten Ausführungsform ist auf die Berechnung des Fehlers e in der dritten Ausführungsform anwendbar.
(b) Die Berechnung des Fehlers e in der zweiten Ausführungsform ist auf die Berechnung des Fehlers e in der vierten Ausführungsform anwendbar.
(c) Die Berechnung der geschätzten Leistung s in der dritten Ausführungsform ist auf die Berechnung der geschätzten Leistung s in der vierten Ausführungsform anwendbar.
(d) Zusätzlich zu dem Radarsystem, das vorstehend beschrieben ist, ist die vorliegende Offenbarung ebenso in verschiedenen Formen realisierbar, wie beispielsweise als ein System mit dem Radarsystem, ein Programm, das bewirkt, dass ein Computer als das Radarsystem fungiert, ein nichtflüchtiges materielles Aufzeichnungsmedium, wie ein Halbleiterspeicher, der dieses Programm aufzeichnet, und ein Verfahren zum Schätzen eines Azimuts.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2021136368 [0001]
WO 2019155625 A1 [0004]

Claims

Radarsystem, aufweisend: - mehrere Sendeantennen (Txm), - mehrere Empfangsantennen (Rxn), - eine Azimutschätzeinheit (30, S20), die konfiguriert ist, um einen Azimut eines Ziels auf der Grundlage eines ersten Empfangssignals zu schätzen, das von einem virtuellen Array empfangen wird, wobei das virtuelle Array die mehreren Sendeantennen und die mehreren Empfangsantennen enthält; - eine Wiederherstellungseinheit (30, S30), die konfiguriert ist, um ein zweites Empfangssignal aus einer Modenmatrix und einer geschätzten Leistung des ersten Empfangssignals in dem Azimut zu berechnen, der durch die Azimutschätzeinheit geschätzt wird, unter der Annahme, dass ein Sendeazimut der mehreren Sendeantennen derselbe ist wie ein Ankunftsazimut des ersten Empfangssignals, wobei das zweite Empfangssignal einem aus dem ersten Empfangssignal wiederhergestellten Signal entspricht, - eine Fehlerberechnungseinheit (30, S30), die konfiguriert ist, um Fehler aus dem ersten Empfangssignal und dem zweiten Empfangssignal zu berechnen, und - eine Falscher-Azimut-Bestimmungseinheit (30, S40), die bestimmt, dass der von der Azimutschätzeinheit geschätzte Azimut ein falscher Azimut ist, wenn die von der Fehlerberechnungseinheit berechneten Fehler größer als ein eingestellter Bestimmungsschwellenwert sind.
Radarsystem nach Anspruch 1, wobei die Wiederherstellungseinheit konfiguriert ist, um die geschätzte Leistung bei dem Azimut unter Verwendung einer verallgemeinerten Inversen der Modenmatrix bei dem von der Azimutschätzeinheit geschätzten Azimut zu berechnen.
Radarsystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Fehlerberechnungseinheit konfiguriert ist, um den Fehler aus einer Korrelationsmatrix des ersten Empfangssignals und einer Korrelationsmatrix des zweiten Empfangssignals zu berechnen.
Radarsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Wiederherstellungseinheit konfiguriert ist, um die geschätzte Leistung bei dem Azimut unter Verwendung der verallgemeinerten Inversen der Modenmatrix zu berechnen, basierend auf einer der mehreren Sendeantennen und den mehreren Empfangsantennen oder auf den mehreren Sendeantennen und einer der mehreren Empfangsantennen.
Radarsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei - die Fehlerberechnungseinheit konfiguriert ist, um den Fehler in einem vorbestimmten Zyklus wiederholt zu berechnen, und - die Falscher-Azimut-Bestimmungseinheit konfiguriert ist, um zu bestimmen, ob der von der Azimutschätzeinheit geschätzte Azimut ein falscher Azimut ist, basierend auf mehreren Fehlern, die von der Fehlerberechnungseinheit berechnet werden.
Azimutschätzverfahren, umfassend: - Aussenden einer Sendewelle von mehreren Sendeantennen (Txm), - Schätzen eines Azimuts eines Ziels auf der Grundlage eines ersten Empfangssignals, das von einem virtuellen Array empfangen wurde, wobei das virtuelle Array die mehreren Sendeantennen und mehrere Empfangsantennen enthält; - Berechnen einer geschätzten Leistung des ersten Empfangssignals bei dem geschätzten Azimut; - Berechnen eines zweiten Empfangssignals unter der Annahme, dass ein Sendeazimut der mehreren Sendeantennen und ein Ankunftsazimut des ersten Empfangssignals gleich sind, aus einer geschätzten Modenmatrix bei dem Azimut und der geschätzten Leistung, wobei das zweite Empfangssignal einem aus dem ersten Empfangssignal wiederhergestellten Signal entspricht, - Berechnen von Fehlern aus dem ersten und dem zweiten Empfangssignal, und - Bestimmen des geschätzten Azimuts als einen falschen Azimut, wenn die berechneten Fehler größer als ein festgelegter Bestimmungsschwellenwert sind.