DE19935123A1

DE19935123A1 - Fahrzeug-DBF-Radarvorrichtung

Info

Publication number: DE19935123A1
Application number: DE19935123A
Authority: DE
Inventors: Yukinori Yamada
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-08-27
Filing date: 1999-07-27
Publication date: 2000-03-09
Also published as: JP2000075028A; US6369700B1

Abstract

Es ist eine Fahrzeug-DBF-Radarvorrichtung beschrieben, die an einem Fahrzeug (60) angebracht ist und zur Erfassung eines Objektes in der Umgebung des Fahrzeugs durch Abtasten mittels durch digitale Signalverarbeitung synthetisierter Radarstrahlen eingerichtet ist. Die Radarvorrichtung weist einen Spurformbeschaffungsabschnitt zur Beschaffung der Form einer Spur (61) auf, auf der sich das Fahrzeug bewegt. Bei der Radarvorrichtung wird der Abtastungsbereich (65) der Radarstrahlen entsprechend der durch den Spurformbeschaffungsabschnitt beschafften bzw. erhaltenen Spurform beschränkt. Die Radarvorrichtung weist Vorteile hinsichtlich einer hohen Erfassungsrate und einer hohen Erfassungsgenauigkeit auf.

Description

Die Erfindung betrifft eine Radarvorrichtung, die an ei nem Fahrzeug angebracht ist und zur Erfassung eines Ob jekts wie eines vorherfahrenden Autos oder eines Hinder nisses in der Umgebung des Fahrzeugs eingerichtet ist, und genauer eine Fahrzeug-DBF-Radarvorrichtung, die zur Erfassung des Objekts durch Abtastung mit mittels digita ler Signalverarbeitung synthetisierter (erzeugter, zusam mengesetzter) Radarstrahlen eingerichtet ist.

Da eine die Radarstrahlen durch digitale Signalverarbei tung synthetisierende DBF-Radarvorrichtung (Radarvorrichtung mit digitaler Strahlformung, digital beam forming) keinen Abtastmechanismus benötigt, kann diese leicht in einem kompakten Aufbau mit geringem Ge wicht ausgelegt werden und ist gegenüber einer Beein trächtigung durch Vibration widerstandsfähig. Daher ist zu erwarten, daß diese als Radarvorrichtung für den Ge brauch in bzw. an einem Fahrzeug verwendet wird.

Bei der allgemein angewandten herkömmlichen DBF-Radar vorrichtung wurden der Abtastungsbereich und der wirksame Erfassungsabstand vorab eingestellt und über strichen die Radarstrahlen den gesamten Erfassungsbe reich, der durch den Abtastungsbereich und den wirksamen Erfassungsabstand bestimmt ist.

Dabei wurde die Radarabtastung durch die DBF-Radar vorrichtung tatsächlich derart erreicht, daß der Ab tastungsbereich in eine Vielzahl von Richtungen unter teilt worden ist und ein Radarstrahl in jede der Teil richtungen synthetisiert wurde. Daher wurde der Radar strahl-Synthesevorgang so oft wie die Anzahl der Unter teilungen in einer Abtastung durchgeführt.

Dies stellte das Problem, daß bei Verbesserung der Ab tastauflösung der Rechenaufwand für die Radarstrahlsyn these größer wurde, so daß die Berechnungszeit verlängert wurde und dieses zu einer Verzögerung bei der Beschaffung von Objekterfassungsinformationen führte.

Falls im Gegensatz dazu der Rechenaufwand durch Verringe rung der Abtastungsauflösung der Radarstrahlen verringert würde, könnte die für eine Abtastung erforderliche Zeit verringert werden, jedoch würde die Zielerfassungsgenau igkeit verschlechtert werden.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Fahrzeug-DBF-Radarvorrichtung zu schaffen, mittels der die vorstehend beschriebenen Probleme gelöst werden.

Diese Aufgabe wird durch die Fahrzeug-DBF-Radar vorrichtung gemäß dem Patentanspruch 1 oder Patent anspruch 6 gelöst.

Insbesondere weist die erfindungsgemäße Fahrzeug-DBF-Radar vorrichtung eine Spurformbeschaffungseinrichtung zum Beschaffen der Form einer Spur (Fahrbahnspur), auf der ein Fahrzeug fährt, wobei der Abtastungsbereich der Ra darstrahlen gemäß der durch die Spurformbeschaffungsein richtung erfaßten Spurform beschränkt wird.

Ein durch die Fahrzeug-Radarvorrichtung zu erfassendes Ziel ist normalerweise ein Objekt auf einer Fahrbahn ein schließlich einer Fahrspur, d. h. entweder ein vorausfah rendes Fahrzeug oder ein Hindernis. Das heißt, daß sich außerhalb der Fahrbahn befindendes ein Objekt normaler weise als ein nicht zu erfassendes Objekt betrachtet wer den kann.

Erfindungsgemäß können, da der Abtastungsbereich auf die Spurform beschränkt ist, die Bereiche außerhalb der Fahr bahn als nicht abzutastende Bereiche gesetzt werden, wäh rend die Fahrbahn in dem Abtastungsbereich beibehalten wird. In diesem Fall kann die für die Radarstrahlabta stung erforderliche Verarbeitungszeit ohne Verschlechte rung der Abtastauflösung verringert werden, da der Abta stungsbereich enger wird.

Vorzugsweise wird der Abtastungsbereich entsprechend dem Zielabstand für die Objekterfassung variabel eingestellt. Dabei sei angenommen, daß die Breite der Fahrbahn kon stant ist und die Öffnungswinkel entsprechend der Breite der Fahrbahn mit ansteigendem Abstand enger werden. Daher kann die Form des Erfassungsbereichs durch die Form der Fahrbahn durch Verengung des Abtastungsbereichs mit an steigendem Abstand angenähert werden.

In diesem Fall variiert die Mitte des Abtastungsbereichs vorzugsweise entsprechend der Form der Fahrbahn, d. h., variiert entlang der erfaßten Spurform.

Dies ermöglicht, daß der Erfassungsbereich auf einen not wendigen und ausreichenden Bereich eingeengt wird, wo durch die Verarbeitungszeit weiter verringert werden kann.

Eine Spurformerfassungseinrichtung ist eine Spurkrüm mungserfassungseinrichtung zur Erfassung des Krümmungs grades der Spur. Die Spurkrümmung kann anhand der Fähr zeuggeschwindigkeit und der Gierrate berechnet werden. Eine Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungseinrichtung und eine Gierratenerfassungseinrichtung ist oft an Fahrzeugen aus anderen Gründen angebracht, weshalb ein besonderer Sensor nicht vorgesehen werden muß, wenn das Erfassungs ergebnis dieser Einrichtungen zum Erhalt der Spurkrümmung verwendet wird.

Die Erfindung ist nachstehend anhand von Ausführungsbei spielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung des Aufbaus einer Fahrzeug-DBF-Radar vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 eine Darstellung zur Beschreibung des Prinzips der DBF-Synthese,

Fig. 3 ein Flußdiagramm zur Darstellung des Betriebs ge mäß diesem Ausführungsbeispiel,

Fig. 4 eine Darstellung zur Beschreibung der Bedeutung einer Gleichung zur Berechnung eines Mittenwinkels LC ei ner gegenwärtigen Spur,

Fig. 5A einen Graphen zur Darstellung eines Erfassungsbe reichs,

Fig. 5B einen Graphen zur Darstellung eines anderen Er fassungsbereichs,

Fig. 6 eine Darstellung eines räumlichen Bildes des Er fassungsbereichs,

Fig. 7A eine Darstellung zur Beschreibung einer Gruppie rung von Pegelspitzen, und

Fig. 7B eine Darstellung zur Beschreibung der Gruppierung von Pegelspitzen.

Fig. 1 zeigt den Aufbau einer Fahrzeug-Radarvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Bei dieser Radarvorrich tung handelt es sich ebenfalls um eine FM-CW-Radar vorrichtung, die ein aus einer Frequenzmodulation (FM) einer Dauer-Welle (CW, Continuous Wave) resultieren des Sendesignal verwendet.

Eine Empfangs-Gruppenantenne 1 weist acht Antennenelemen te entsprechend jeweiligen Kanälen auf. Die Antennenele mente sind über einzelne Isolatoren, die eine Isolatoren gruppe 12 bilden, jeweils mit entsprechenden Mischern 11-0 bis 11-7 verbunden.

Die Mischer 11-0 bis 11-7 sind derart eingerichtet, daß sie jeweils das an jedem Antennenelement ankommende Emp fangssignal mit einem Teil des Sendesignals zum Erhalt eines Schwebungssignals mischen. Sendesignalkomponenten werden den Mischern 11-0 bis 11-7 als lokale Signale aus einem spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) 14 über eine Verzweigungsschaltung 15 und eine Isolatorgruppe 13 zuge führt.

Bei dem Oszillator 14 handelt es sich um einen Varaktor steuerungs-Gunn-Oszillator mit einer Mittenfrequenz von f0 (beispielsweise 60 GHz), der auf der Grundlage einer Steuerungsspannung aus einer Modulations-Gleich spannungsversorgung 22 ein moduliertes Signal in dem Bereich von f0±(1/2)ΔF ausgibt. Die FM-Modulation ist dabei eine Dreiecksmodulation, bei der Frequenzan stiegsintervalle (Aufwärtsintervalle) und Frequenzab stiegsintervalle (Abwärtsintervalle) abwechselnd kontinu ierlich vorliegen. Bei der Dreiecksmodulation steigen die Frequenzen linear von f0-(1/2)ΔF bis f0+(1/2)ΔF in den Aufwärtsintervallen an, während sich die Frequenzen in den Abwärtsintervallen innerhalb derselben Zeitdauer wie in den Aufwärtsintervallen linear von f0+(1/2)ΔF bis f0-(1/2)ΔF verringern.

Dieser dreieckmodulierte Signalverlauf wird über die Ver zweigungsschaltung 15 einer Sendeantenne 21 zugeführt, damit dieses als Sendesignal ausgestrahlt wird, und wird ebenfalls wie vorstehend beschrieben in acht Kanäle als lokale Signale verzweigt, damit diese jeweils mit den Empfangssignalen in den acht Kanälen in den jeweiligen Mischern 11-0 bis 11-7 zur Erzeugung von Schwebungssigna len der jeweiligen Kanäle gemischt werden. Die Gleich spannungsversorgung 22 ändert deren Ausgangsspannungswerte in einem Dreiecksmuster auf einer periodischen Grundlage unter der Steuerung einer Modulationssignalquelle 23.

Am Ausgang der aus der Mischergruppe 11, den Isolator gruppen 12 und 13, dem Oszillator 14 sowie der Verzwei gungsschaltung 15 bestehenden Hochfrequenzschaltung 10 sind ein störungsarmer Verstärker 24, ein schneller A/D-Wandler 25, eine Signalverarbeitungseinheit (Signalprozessor) 26 und eine komplexe FFT-Operationseinheit 27 vorgesehen.

Der störungsarme Verstärker 24 verstärkt die aus den Mi schern 11-0 bis 11-7 ausgegebenen Schwebungssignale der acht Kanäle parallel. Der Verstärker 24 weist einen Tief paßfilter mit einer Antialias-Abschneidefrequenz von 77 kHz auf.

Der schnelle A/D-Wandler 25 ist eine Schaltung zur Durch führung einer parallelen und gleichzeitigen Analog-Di gital-Wandlung (A/D-Wandlung) der Schwebungssignale der acht Kanäle, wobei die Signale bei 200 kHz abgetastet werden. Bei dieser Abtastfrequenz führt der Wandler 25 eine Abtastung an 128 Punkten jeweils in dem Frequenzan stiegsintervall (Aufwärtsintervall) und dem Frequenzab stiegsintervall (Abwärtsintervall) der frequenzmodulier ten Dreieckswelle durch.

Die Signalverarbeitungseinheit 26 erhält digitale Schwe bungssignale der jeweiligen Kanäle aus dem schnellen A/D-Wandler 25 und führt verschiedene Signalverarbeitungsvor gänge einschließlich des DBF-Synthesevorgangs zur Ausfüh rung eines Erkennungsvorgangs eines Zieles (Objekts) aus.

Die DBF-Synthese ist ein Synthesevorgang zum Synthetisie ren von Signalen in jeweiligen Kanälen zum Erhalt eines Radarstrahls, der einen Hauptstrahl in einer gewünschten Richtung aufweist, durch digitale Signalverarbeitung. Die DBF-Synthesetechnologie ist eine bekannte Technologie und deren Konzept ist nachstehend kurz unter Bezug auf Fig. 2 beschrieben.

Wenn eine aus einer Richtung des Winkels θ bezüglich ei ner Mittenrichtung X des Radars kommende Funkwelle durch eine aus n Antennenelementen 1-1 bis 1-n mit einem Ab stand d bestehende Gruppenantenne empfangen wird, und wenn die Referenz eine Ausbreitungspfadlänge der Funkwel le bis zu dem Antennenelement 1-1 ist, ist jeweils die Ausbreitungspfadlänge zu den Antennenelementen 1-2, . . ., oder dem Antennenelement 1-n dsinθ, . . ., oder (n-1)dsinθ länger als die Referenz, wie in Fig. 2 dargestellt. Daher eilen die Phasen der an den Antennenelementen 1-2, . . ., 1-n hinter der Phase der an dem Antennenelement 1-1 ankom menden Funkwelle um die jeweiligen Längen nach.

Diese Verzögerungswerte sind jeweils (2πdsinθ)/λ, . . ., (2(n-1)πdsinθ)/λ. Dabei ist λ die Wellenlänge der Funk welle. Empfangene Signale werden um diese Verzögerungs phasenwerte durch eine arithmetische Operation der Si gnalverarbeitungseinheit 26 vorgeschoben, wodurch ein derartiger Zustand erreicht wird, daß die Funkwelle aus der Richtung θ an allen Antennenelementen mit derselben Phase empfangen wird. Der Radarstrahl mit dem Hauptstrahl in der Richtung θ kann durch Summierung der Signale aller Kanäle erzeugt werden. Die Signalverarbeitungseinheit 26 ist derart eingerichtet, daß sie θ mit Intervallen von 0,5° von -10° bis +10° ändern kann. Zur Verschiebung die ses Winkels θ, d. h., der Richtung des Radarstrahls auf einanderfolgend, dient die Strahlabtastung.

Die komplexe FFT-Operationseinheit 27 ist eine Operati onseinheit zur Ausführung einer komplexen FFT-Operation anstelle einer Reihe von Operationen in der Signalverar beitungseinheit 26. Die komplexe FFT-Operationseinheit 27 empfängt die digitalen Schwebungssignale der jeweiligen Kanäle aus der Signalverarbeitungseinheit 26, führt daran die komplexe FFT-Operation aus und sendet das Ergebnis zurück zu der Signalverarbeitungseinheit 26.

Eine Spurkrümmungserfassungseinrichtung 28 ist eine Ein richtung zur Berechnung eines Radius R1 der Krümmung ei ner Spur, auf der sich das Fahrzeug mit dieser Radarvor richtung bewegt. Der Spurkrümmungsradius R1 kann entspre chend der nachfolgenden Gleichung berechnet werden.

R1 = v/γ (1)

In dieser Gleichung ist v die Fahrzeuggeschwindigkeit und γ die Gierrate. Da die Gierrate y gleich einer Winkelge schwindigkeit ω des Fahrzeugs ist, die sich um die Mitte der Krümmung der gegenwärtigen Fahrspur dreht, kann der Krümmungsradius R1 der Spur durch Teilen der Fahrzeugge schwindigkeit durch die Gierrate γ erhalten werden. Die Fahrzeuggeschwindigkeit v und die Gierrate γ können je weils aus einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 29 und ei nem Gierratensensor 30 erhalten werden. Der Fahrzeugge schwindigkeitssensor 29 und der Gierratensensor 30 können diejenigen sein, die ebenfalls für eine Fahrzeugverhal tenssteuerung oder dergleichen verwendet werden.

Der durch die Spurkrümmungserfassungseinrichtung 28 er haltene Krümmungsradius R1 der Fahrspur wird zu der Si gnalverarbeitungseinheit 26 zur Verwendung zur Einstel lung des Abtastungsbereichs gesendet.

Die Signalverarbeitungseinheit 26 kann den Radarstrahl in eine von 41 Richtungen mit Intervallen von 0,5° von -10 bis +10° durch den DBF-Synthesevorgang wie vorstehend be schrieben formen. Das bedeutet, daß ungeachtet des Ab stands der maximale Abtastungsbereich von -10° bis +10° geht. Jedoch ist diese Radarvorrichtung zur Begrenzung des Abtastungsbereichs entsprechend dem Krümmungsradius R1 und dem Abstand eingerichtet, wobei der Rechenaufwand drastisch verringert wird. Ein besonderes Beispiel ist nachstehend im Hinblick auf die Begrenzung des Abta stungsbereichs beschrieben.

Die Verarbeitungen des Betriebs dieser Vorrichtung sind unter Bezug auf das in Fig. 3 dargestellte Flußdiagramm beschrieben.

Schritt S1 dient zum Erlangen der digitalen Schwebungs signale der jeweiligen Kanäle. Da die digitalen Schwe bungssignale der jeweiligen Kanäle durch Abtasten an 128 Punkten jeweils des Aufwärtsintervalls und des Abwärtsin tervalls in jedem Kanal erhalten werden, sind es insge samt Daten an 128 (Punkte) × 2 (Intervallen) × 8 (Kanälen) = 2048 Punkte. Daraufhin wird auf der Grundlage dieser Daten kanalweise die FFT (Schnelle Fourier-Trans formation) ausgeführt, wodurch Schwebungsfrequenzin formationen erhalten werden. Die dabei erhaltenen Schwe bungsfrequenzinformationen werden alle in einem Speicher abschnitt der Signalverarbeitungseinheit 26 gespeichert. Diese Schwebungsfrequenzinformationen der jeweiligen Ka näle weisen für den späteren DBF-Synthesevorgang erfor derliche Phaseninformationen auf.

Danach geht die Verarbeitungseinheit zu Schritt S2 zur Berechnung des Krümmungsradius R1 der gegenwärtigen Fahr spur über. Der Krümmungsradius R1 wird entsprechend Glei chung (1) wie vorstehend beschrieben berechnet. Das heißt, daß dieser durch Teilen der Fahrzeuggeschwindig keit v durch die Gierrate γ erhalten wird.

In Schritt S3 werden entsprechend der nachfolgenden Glei chung (2) Winkel berechnet, die Mittelpositionen entspre chend Abständen auf der sich nach vorne erstreckenden ge genwärtigen Spur, d. h. Winkel LC der Spurmitte bei jewei ligen Abständen L angeben.

LC = sin^-1(L/(2 × R1)) (2)

Fig. 4 zeigt eine Darstellung zur Beschreibung der Glei chung (2). Es sei angenommen, daß die sich vor einem Fahrzeug 40 ersteckende Spurmitte 41 einen Bogen be schreibt, der den Krümmungsradius R1 mit der Mitte bei 0 aufweist. Ein Winkel LC der Spurmitte bei einem Abstand L ist ein Winkel zwischen einer Richtung zu einem Punkt 43, der auf der Spurmitte 41 angeordnet ist, und der Abstand L von dem Fahrzeug 40 und einer Fahrrichtung, d. h., einer Tangentialrichtung 42 zu der Spurmitte 41. Dabei sei A die Position des Fahrzeugs 40 und B ein Schnittpunkt zwi schen einer Sehne 45 und einer Normalen zu der Sehne 45 von dem Krümmungszentrum 0. Dann ist der Winkel LC der Mitte der gegenwärtigen Spur gleich einem Winkel AOB, d. h., einem Winkel α. Daher gilt die folgende Beziehung.

SinLC = sinα
= Segment AB/Segment A0
= (L/2)R1

Dies bestätigt die Beziehung gemäß der vorstehend Glei chung (2).

Dieses Ausführungsbeispiel ist derart eingerichtet, daß die Winkel LC der Mitte der gegenwärtigen Spur bei Ab ständen in 10-m-Intervallen von 30 m bis 90 m und dem Winkel LC der Mitte der gegenwärtigen Spur bei einem Abstand von 150 m auf der Grundlage der Gleichung (2) berechnet wer den.

Die Verarbeitungseinheit schreitet dann zu Schritt S4 zur Bestimmung des Abtastungsbereichs für die DBF-Synthese als Erfassungsbereich voran. Der Abtastungsbereich vari iert entsprechend dem Abstand. Der Abtastungsbereich wird mit ansteigendem Abstand verengt. Gemäß diesem Ausfüh rungsbeispiel sollen Objekte auf drei Spuren einschließ lich der gegenwärtigen Spur und der zwei benachbarten Spuren erfaßt werden. Dies geschieht, da unter der Bedin gung, daß die Spurbreite konstant ist, die durch die zu erfassende Spurbreite erzeugten Winkelbereiche mit an steigendem Abstand kleiner werden.

Die Mitte des Abtastungsbereichs wird entsprechend der Spurform bestimmt, wobei die in Schritt S3 erhaltenen Winkel LC der Mitte der gegenwärtigen Spur bei jeweiligen Abständen als Mittenabtastwinkel bei den jeweiligen Ab ständen eingestellt werden.

Fig. 5A und 5B zeigen Graphen zur Darstellung von Erfas sungsbereichen, in denen Abtastwinkel entlang der Abszis se aufgetragen sind, wohingegen Abstände entlang der Or dinate aufgetragen sind. Fig. 5A zeigt eine Situation, in der die Mitte der gegenwärtigen Spur eine gerade Linie ist, und Fig. 5B zeigt eine Situation, in der die Mitte der gegenwärtigen Spur einen Bogen mit einem Krümmungsra dius von 300 m beschreibt.

Gemäß Fig. 5A ist der Abtastungsbereich bis zu 30 m voraus der maximale Abtastungsbereich, in dem der Abtastungsbe reich 20° von -10° bis +10° beträgt. Der Abtastungsbe reich von dem Abstand 30 m bis zu dem Abstand 40 m beträgt 14° von -7° bis +7°. Der Abtastungsbereich von einem Ab stand 40 m bis zu dem Abstand 50 m beträgt 12° von -6° bis +6°. Auf diese Weise wird der Abtastungsbereich auf jeder Seite in gleicher Weise von 0° mit steigendem Abstand allmählich enger, wobei der Abtastungsbereich von dem Ab stand 90 m bis zu dem entferntesten Bereich 6° von -3° bis +3° beträgt.

Wenn die Mitte der gegenwärtigen Spur einen Bogen be schreibt, wird die Abtastungsmitte derart verschoben, daß sie mit den Winkeln LC der Mitte der gegenwärtigen Spur übereinstimmt, wohingegen die Abtastungsbereiche für die jeweiligen Abstandsbereiche gemäß Fig. 5A beibehalten werden, wie in Fig. 5B dargestellt ist. Falls jedoch ein verschobener Abtastungsbereich sich außerhalb des maxima len Abtastungsbereichs (von -10° bis +10°) befindet, wird ein außerhalb liegender Bereich von diesem Abtastungsbe reich ausgeschlossen.

Fig. 6 zeigt eine Darstellung eines räumlichen Bildes ei nes Teils des in Fig. 5B dargestellten Abtastungsbe reichs. Von der Spur 61, auf der sich das Fahrzeug 60 be wegt, und von den beiden benachbarten Spuren 62 und 63 wird ein Bogen beschrieben. In dieser Darstellung ist der schraffierte Bereich 65 ein Teil des Erfassungsbereichs und es ist zu erkennen, daß der Abtastungsbereich schrittweise auf jeder Seite der Mitte 64 der gegenwärti gen Spur mit ansteigendem Abstand enger wird.

Der Abtastungsbereich gemäß dem Abstand kann auf geome trischer Basis erhalten werden. Beispielsweise ist das gegenwärtige Ausführungsbeispiel derart eingerichtet, daß es sich bei dem Zielbereich für die Zielerfassung um die drei Spuren einschließlich der gegenwärtigen Spur und zwei benachbarter Spuren handelt, und daß der Winkelbe reich entsprechend dem Dreifachen einer normalen Spur breite vorab gemäß dem Abstand eingestellt sind.

Danach dient Schritt S5 zur Ausführung der DBF-Synthese in jedem Aufwärtsintervall und Abwärtsintervall in dem Erfassungsbereich, der in Schritt S4 bestimmt worden ist.

Die FM-CW-Radarvorrichtung ist zur Erfassung des Abstands und der relativen Geschwindigkeit des Ziels anhand der Schwebungsfrequenzen als Ergebnis eines Mischens zwischen dem Empfangssignal und dem Sendesignal eingerichtet. Un ter der Annahme, daß das Ziel ein vorausfahrendes Fahr zeug ist, wird die relative Geschwindigkeit nahe bei 0 oder nicht sehr groß sein. Es kann somit angenommen wer den, daß unter der Annahme, daß das vorausfahrende Fahr zeug ein Ziel ist, die Schwebungsfrequenzen angenähert proportional zu dem Abstand zu dem Ziel sind. Dies bedeu tet, daß die entlang der Ordinaten des Erfassungsbereichs gemäß Fig. 5A oder 5B aufgetragenen Abstände angenähert durch Schwebungsfrequenzen ersetzt werden können. Die DBF-Synthese wird in diesem Erfassungsbereich ausgeführt.

Beispielsweise wird gemäß Fig. 5A, wenn der Radarstrahl mit dem Hauptstrahl in Richtung von -5,5° synthetisiert wird, dieser unter Verwendung digitaler Schwebungsfre quenzen der jeweiligen Kanäle synthetisiert, die kleiner als die Frequenz entsprechend dem Abstand von 50 m sind.

Nach Abschluß der DBF-Synthese extrahiert die Verarbei tungseinheit Spitzen der Schwebungssignalintensitäten (die nachstehend einfach als Pegelspitzen bezeichnet wer den) mit Schwebungsfrequenzen als Variablen in jeder Richtung. Ein mögliches Verfahren zum Extrahieren der Pe gelspitzen ist ein Weg zum Extrahieren von Pegelspitzen, von denen jede eine Spitze auf einem Pegelwert angibt, der nicht geringer als ein vorbestimmter Wert ist.

Nach Abschluß des Extrahierens der Pegelspitzen schreitet die Verarbeitungseinheit zu Schritt S6 zur Ausführung ei nes Gruppierens der Pegelspitzen jeweils in dem Auf wärtsintervall und dem Abwärtsintervall voran. Das heißt, daß die Verarbeitungseinheit Pegelspitzen von angenähert gleichen Schwebungsfrequenzen, die in einer Abtastrich tung benachbart sind, zur Erzeugung einer Pegelspitzen gruppe gruppiert.

Fig. 7A und 7B zeigen Graphen zur Darstellung der Einzel heiten des Gruppierungsvorgangs, wobei Fig. 7A die Grup pierung in dem Aufwärtsintervall und Fig. 7B die Gruppie rung in dem Abwärtsintervall darstellen. In Fig. 7A und 7B sind die Abtastwinkel entlang der Abszisse aufgetra gen, wohingegen die Schwebungsfrequenzen entlang der Or dinate aufgetragen sind. Jede Pegelspitze ist durch einen Punkt angegeben, wobei die Größe jedes Punktes die Höhe einer Pegelspitze angibt. Je höher die Pegelspitze ist, desto größer ist der Punkt.

Es sei angenommen, daß die Verarbeitung des Aufwärtsin tervalls gegenwärtig ausgeführt wird. Gemäß Fig. 7A sind eine Vielzahl von Pegelspitzen bei einer Schwebungsfre quenz f1 kontinuierlich in einem Abtastungsbereich um den Abtastwinkel θ1 vorhanden. In Schritt S6 werden diese Pe gelspitzen in eine Pegelspitzengruppe 31 gruppiert. Glei chermaßen sind mehrere Pegelspitzen jeweils bei den Schwebungsfrequenzen f2, f3 oder f4 in dem Abtastwinkel bereich um die Abtastwinkel θ1, θ2 oder θ3 jeweils vor handen, weshalb diese jeweils in eine Pegelspitzengruppe 32, 33 oder 34 gruppiert werden.

Fig. 7B zeigt das Ergebnis der Anwendung der gleichen Gruppierung auf die Pegelspitzen in dem Abwärtsintervall, in dem Pegelspitzengruppen 35, 36 und 37 jeweils bei Schwebungsfrequenzen f5, f6 und f7 erzeugt werden.

Die Schritte S5 und S6 werden jeweils für das Aufwärtsin tervall und das Abwärtsintervall ausgeführt, wobei nach Abschluß davon für beide Intervalle die Verarbeitungsein heit zu Schritt S8 voranschreitet.

Schritt S8 dient zur Ausführung einer Paarbildung zwi schen den Pegelspitzengruppen des Aufwärtsintervalls und den Pegelspitzengruppen des Abwärtsintervalls. Diese Paarbildung dient zur Zuordnung von zwei Pegelspitzen gruppen, von denen angenommen wird, daß sie auf einem einzelnen Ziel beruhen. Ein Weg der Paarbildung ist nach stehend unter Bezug auf Fig. 7A und 7B beschrieben.

Ein typischer Abtastwinkel jeder Pegelspitzengruppe stellt eine Mittenrichtung eines Ziels dar. Eine entspre chende Paarbildung von auf ein Ziel beruhenden Pegelspit zengruppen kann durch Koppeln von zwei Pegelspitzengrup pen mit einem gleichen typischen Abtastwinkel miteinander ausgeführt werden.

Gemäß Fig. 7A und 7B weisen die Pegelspitzengruppen 31 und 32 des Aufwärtsintervalls beide den typischen Ab tastwinkel θ1 auf und können mit der Pegelspitzengruppe 35 mit dem typischen Abtastwinkel θ1 in dem Abwärtsinter vall zugeordnet werden. Für den typischen Abtastwinkel θ2 wird eine Paarbildung der Pegelspitzengruppe 33 des Auf wärtsintervalls mit der Pegelspitzengruppe 37 des Ab wärtsintervalls durchgeführt. Für den typischen Ab tastwinkel θ3 wird eine Paarbildung der Pegelspitzengrup pe 34 des Aufwärtsintervalls mit der Pegelspitzengruppe 36 des Abwärtsintervalls durchgeführt.

Da für den typischen Abtastwinkel θ1 die zwei Pegelspit zengruppen 31 und 32 in dem Aufwärtsintervall vorhanden sind, ist es nicht notwendig, eine davon als Paarbil dungsgegenstück der Pegelspitzengruppe 35 Abwärtsinter valls anzuwenden und die andere zu beseitigen. Ein Aus wahlfaktor in diesem Fall kann entweder ein Vergleich zwischen den Maxima der Pegelspitzengruppe oder ein Ver gleich zwischen deren Pegelspitzenverteilungsbreiten sein. Eine Paarbildung wird zwischen Pegelspitzengruppen durchgeführt, bei denen die Spitzenpegelmaxima näher an einander liegen, oder zwischen Pegelspitzengruppen mit näher aneinanderliegenden Pegelspitzenverteilungsbreiten. Der Grund dafür ist, daß die Pegelspitzenmaxima oder die Pegelspitzenverteilungsbreiten annähernd gleich sein sollten, wenn die Pegelspitzengruppen auf die reflektier ten Signalverläufe (Wellen) von einem Ziel beruhen.

Je nach Standpunkt ist das Paarbildungsgegenstück der Pe gelspitzengruppe 35 die Pegelspitzengruppe 31 und wird die Pegelspitzengruppe 32 als Störung behandelt. In die sem Falle werden die Daten der Pegelspitzengruppe 32 ignoriert. Jedoch kann dieser Vorgang zumindest einen Paarbildungsfehler zwischen der Pegelspitzengruppe 35 und der Pegelspitzengruppe 32 verhindern.

Eine Eins-Zu-Eins-Entsprechung wird eindeutig für die ty pischen Abtastwinkel θ2 und θ3 definiert. Dabei sei be merkt, daß aufgrund der Ausführung der Paarbildung unter Verwendung des typischen Abtastwinkels eine korrekte Paarbildung erreicht wird, selbst falls die Schwebungs frequenzgrößenbeziehung zwischen dem Aufwärtsintervall und dem Abwärtsintervall entgegengesetzt ist.

Falls die Paarbildung zwischen den einzelnen Pegelspitzen entsprechend gleichen Abtastwinkeln ohne Gruppierung aus geführt werden würde, könnten eine Paarbildung der Pegel spitzen, die die Pegelspitzengruppe 33 bilden, mit den Pegelspitzen, die die Pegelspitzengruppe 36 bilden, mit extrem hoher Wahrscheinlichkeit durchgeführt werden. Ge mäß diesem Ausführungsbeispiel kann jedoch ein derartiger Paarbildungsfehler verhindert werden.

Nach Abschluß der Paarbildung in Schritt S8 auf diese Weise schreitet die Verarbeitungseinheit zu Schritt S9 voran, damit der Abstand und die Geschwindigkeit jedes Ziels unter Verwendung der Schwebungsfrequenzen der auf diese Weise gepaarten Pegelspitzengruppen berechnet wer den. Diese arithmetische Operation ist eine, die auf dem grundsätzlichen Prinzip der FM-CW-Radarvorrichtung be ruht. Nachstehend ist als Referenz das Erfassungsprinzip der FM-CW-Radarvorrichtung kurz beschrieben.

Dabei sei f0 die Mittenfrequenz des Sendesignals, Δf die Frequenzmodulationsbreite, fm die FM-Modulationsfrequenz, fr eine Schwebungsfrequenz, wenn die relative Geschwin digkeit des Ziels null ist (die Schwebungsfrequenz in ei nem engen Sinn), fd eine auf der relativen Geschwindig keit beruhende Dopplerfrequenz, fb1 eine Schwebungsfre quenz in dem Aufwärtsintervall und fb2 eine Schwebungs frequenz in dem Abwärtsintervall. Dann gelten die folgen den Gleichungen.

fb1 = fr - fd (3)

fb2 = fr + fd (4)

Wenn die Schwebungsfrequenzen fb1 und fb2 in dem Auf wärtsintervall und dem Abwärtsintervall des Modulations zyklus getrennt gemessen werden, können fr und fd anhand der folgenden Gleichungen (5) und (6) dementsprechend be rechnet werden.

fr = (fb1 + fb2)/2 (5)

fd = (fb2 - fb1)/2 (6)

Nach Berechnung von fr und fd können der Bereich R und die Geschwindigkeit V des Ziels gemäß den folgenden Glei chungen (7) und (8) berechnet werden.

R = (C/(4.ΔF.f.m)).fr (7)

V = (C/(2.f0)).fd (8)

Dabei ist C die Lichtgeschwindigkeit.

Im Fall des Beispiels von Fig. 7A und 7B bei der Kombina tion der Pegelspitzengruppe 33 mit der Pegelspitzengruppe 37 entsprechen f3 und f7 jeweils fb1 und fb2 in den vor stehend beschriebenen Gleichungen (3) bis (6).

In Schritt S10 wird eine Zeitfolgenbewegung von Zielen durch Kombination der Bereiche R und Geschwindigkeiten V der Ziele, die auf diese Weise erhalten worden sind, mit vergangenen Zielinformationen und Typen erfaßt, wobei ei ne zukünftige Bewegung der Ziele anhand der Zeitfolgenbe wegung vorausgesagt wird, damit eine genauere Zielerken nung durchgeführt wird.

Dieses Ausführungsbeispiel ist zur Berechnung des Krüm mungsradius der Spur durch die Spurkrümmungserfassungs einrichtung 28 und zur Bestimmung des Abtastungsbereichs entsprechend dem Ergebnis eingerichtet, jedoch kann die Radarvorrichtung ebenfalls eingerichtet sein, die Form der Spur anhand eines Navigatorsystems oder dergleichen zu beschaffen und den Abtastungsbereich entsprechend die sem Ergebnis zu bestimmen.

Wie vorstehend beschrieben, ist die Fahrzeug-DBF-Vor richtung gemäß der Erfindung zur Begrenzung des Abta stungsbereichs entsprechend der Form der Spur eingerich tet, wodurch der DBF-Rechenaufwand verringert werden kann. Dies kann die Erfassungsrate erhöhen. Zusätzlich kann die Zielerfassungsgenauigkeit verbessert werden, da die Erfassung nicht in unnötigen Bereichen ausgeführt wird.

Es ist eine Fahrzeug-DBF-Radarvorrichtung beschrieben, die an einem Fahrzeug 60 angebracht ist und zur Erfassung eines Objekts in der Umgebung des Fahrzeugs durch Abta sten mittels durch digitale Signalverarbeitung syntheti sierter Radarstrahlen eingerichtet ist. Die Radarvorrich tung weist einen Spurformbeschaffungsabschnitt zur Be schaffung der Form einer Spur 61 auf, auf der sich das Fahrzeug bewegt. Bei der Radarvorrichtung wird der Abta stungsbereich 65 der Radarstrahlen entsprechend der durch den Spurformbeschaffungsabschnitt beschafften bzw. erhal tenen Spurform beschränkt. Die Radarvorrichtung weist Vorteile hinsichtlich einer hohen Erfassungsrate und ei ner hohen Erfassungsgenauigkeit auf.

Claims

1. Fahrzeug-DBF-Radarvorrichtung, die an einem Fahr zeug (40) angebracht ist und zur Erfassung eines Objekts um das Fahrzeug durch Abtasten mittels durch digitale Si gnalverarbeitung synthetisierter Radarstrahlen eingerich tet ist, wobei
die Radarvorrichtung eine Spurformbeschaffungsein richtung (28) zur Beschaffung der Form einer Spur auf weist, auf dem sich das Fahrzeug bewegt, und
der Abtastungsbereich der Radarstrahlen entsprechend der durch die Spurformbeschaffungseinrichtung (28) be schaffenen Form der Spur beschränkt wird.

2. Fahrzeug-DBF-Radarvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Abtastungsbereich entsprechend einem Zielab stand zur Objekterfassung variiert.

3. Fahrzeug-DBF-Radarvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Mitte des Abtastungsbereichs entlang der Form der Spur variiert.

4. Fahrzeug-DBF-Radarvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Spurformbeschaffungseinrichtung (28) eine Spur krümmungserfassungseinrichtung zur Erfassung des Krüm mungsradius der Spur ist.

5. Fahrzeug-DBF-Radarvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Spurkrümmungserfassungseinrichtung (28) eine Einrichtung zum Erhalt des Krümmungsradius der Spur an hand der Geschwindigkeit und der Gierrate des Fahrzeugs ist.

6. Fahrzeug-DBF-Radarvorrichtung, die an einem Fahr zeug angebracht ist und zur Erfassung eines Objekts um das Fahrzeug herum durch Abtasten mittels durch digitale Signalverarbeitung synthetisierten Radarstrahlen einge richtet ist, wobei der Abtastungsbereich der Radarstrahlen ent sprechend einem Zielabstand zur Objekterfassung variiert.

7. Fahrzeug-DBF-Radarvorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Abtastungsbereich der Radarstrahlen schrittwei se mit Anstieg des Zielabstands zur Objekterfassung enger wird.