DE69309335T2

DE69309335T2 - Entfernungsmessung, Detektion und Auflösung in einem Radarsystem mit Verwendung von frequenzmodulierten Wellenformen mit mehrfachen Steilheiten

Info

Publication number: DE69309335T2
Application number: DE69309335T
Authority: DE
Inventors: Oleg Brovko; Trung T Nguyen
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1992-02-25
Filing date: 1993-02-24
Publication date: 1997-11-06
Anticipated expiration: 2013-02-25
Also published as: JPH063443A; CA2090305A1; EP0557945A3; EP0557945A2; US5191337A; TW224516B; DE69309335D1; JP2642294B2; CA2090305C; EP0557945B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verarbeiten von größendetektierten Zielsignalen in einem Mehrflanken-Radarsystem mit linearem, frequenzmoduliertem Signalverlauf als auch das Mehrflanken-Radarsystem mit linearem, frequenzmoduliertem Signalverlauf.
Der Artikel "Doppler frequency estimation and the Cramér-Rao bound" von Richard Bamler, in IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, Band 29, Nr. 3, Mai 1991, Seiten 385-389 offenbart ein bestimmtes Verfahren zum Verarbeiten von Zielsignalen in einem Radarsystem mit linearem, frequenzmoduliertem Signalverlauf, zum Senden und Empfangen von Radarsignalen und zum Verarbeiten von empfangenen Radarsignalen mit frequenzmoduliertem Signalverlauf, um Zielsignale zu erzeugen. Das Verfahren ist vorgesehen, um Ziele entsprechend den Zielsignalen zu erkennen und umfaßt die Schritte, den Schwerpunkt von erfaßten Zielsignalen zu bilden, um Zielsignale mit gebildetem Schwerpunkt bereitzustellen, und das Assoziieren der Zielsignale mit gebildetem Schwerpunkt unter Verwendung einer Abschätzungsprozedur gemäß der maximalen Wahrscheinlichkeit, um die Dopplerfilterposition für eine darauffolgende Beobachtung vorherzusagen.
Derzeitige Mehrflanken-Radarverarbeitungstechniken mit linearem, frequenzmoduliertem Signalverlauf sind auf das Erkennen einer kleinen Anzahl von Zielen (nicht mehr als 4) ohne einen signifikanten Anstieg an Geistern (Fehlalarmen) begrenzt. Es existieren derzeit einige Techniken zum Erkennen von mehrfachen Zielen in einem Radar unter Verwendung eines linearen, frequenzmodulierten Signalverlaufs. Eine Technik berechnet eine Zielentfernungs-Messung für jede mögliche Kombination von Echos und eine weitere Technik stellt Entfernungs- und Dopplermessungen des Ziels separat bereit.
Das Berechnen aller möglichen Kombinationen, die für eine Zielerfassung notwendig sind, erfordert einen außerordentlich großen Signalverarbeitungsdurchsatz und ergibt eine große Anzahl von Geistern. Das Erfordernis eines hohen Durchsatzes führt zu einem teuren Radarsystem und eine große Anzahl von Geistern erzeugt gefährliche Zustände. Bei einem System, das nur eine Entfernungsmessung bereitstellt, wird die Geschwindigkeitsabschätzung aus einer Differenzierung von aufeinanderfolgenden Entfernungsmessungen oder unter Verwendung einer Filterung abgeleitet. In jedem Fall erfordern diese Abschätzungen sehr genaue Entfernungsmessungen und führen nicht akzeptable Reaktionszeiten ein.
Bei Kraftfahrzeuganwendungen, wie bei adaptiven Fahrtsteuersystemen führt eine große Reaktionszeit zusätzliche Risiken beim "Schneiden" eines Kraftfahrzeuges oder bei gefährlichen Situationen ein. Ein System, das die Entfernung und den Dopplerwert separat mißt, kann nicht garantieren, daß die Entfernungs- und Doppler-Messungen von demselben Ziel abgeleitet werden. Dies führt wiederum zu einem adaptiven Fahrtsteuersystem mit einer sehr geringen Antwortzeit.
Es ist demzufolge eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Abschätzung gemäß der maximalen Wahrscheinlichkeit und ein nur auf die Entfernung bezogenes Initialisierungsverfahren zur Verwendung in Mehrflanken-Radarsystemen mit linearem, frequenzmoduliertem Signalverlauf anzugeben, die die Erkennung einer großen Zahl von Zielechos ohne extensive Signalverarbeitung und ohne das Erzeugen einer signifikanten Anzahl von Fehlalarmen (Geistern) liefert.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Verarbeiten von größendetektierten Zielsignalen in einem Mehrflanken-Radarsystem mit linearem, frequenzmoduliertem Signalverlauf zum Senden und Empfangen von Radarsignalen und zum Verarbeiten von empfangenen Radarsignalen mit frequenzmoduliertem Signalverlauf zur Erzeugung der größendetektierten Zielsignale gelöst, um Ziele zu erkennen, die den größendetektierten Zielsignalen entsprechen, mit den Schritten:
- Bilden des Schwerpunktes von größendetektierten Zielsignalen, um Zielsignale mit gebildetem Schwerpunkt bereitzustellen, wobei die größendetektierten Zielsignale einen Satz von Detektionen aufweisen, die für jede Phase des frequenzmodulierten Signalverlaufes beobachtet worden sind;
- Assoziieren der Zielsignale mit gebildetem Schwerpunkt unter Verwendung einer Abschätzungsprozedur gemäß der maximalen Wahrscheinlichkeit, um die Filterposition für die nächste Phase vorherzusagen, und wobei der Assoziierungsschritt die Detektion von jeder Phase gruppiert, indem erwartet wird, daß sich Treffer innerhalb einer Torgröße eines projizierten Zieldopplerfilterortes befinden, und wobei der projizierte Dopplerfilterort und die Torgröße von allen vorherigen Phasenbeobachtungen abhängen;
- Eliminieren der Zahl der Ziele, um die Zahl von Geistern zu minimieren, indem die Zahl von in Frage kommenden Zielen reduziert wird, die in einer vorbestimmten Zahl von Phasen korrelieren, indem alle Pfade mit einer ausgewählten Zahl von gemeinsamen Treffern gruppiert werden; und
- Berechnen der Geschwindigkeit und der Entfernung für die verbleibenden detektierten Ziele.
Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Mehrflanken-Radarsystem mit linearem, frequenzmoduliertem Signalverlauf gelöst, das Mittel zum Senden und Empfangen von Radarsignalen und zum Verarbeiten von empfangenen Radarsignalen mit frequenzmoduliertem Signalverlauf aufweist, um größendetektierte Zielsignale zu erzeugen, und das weiterhin Mittel zum Verarbeiten von größendetektierten Zielsignalen aufweist, um Ziele entsprechend den größendetektierten Zielsignalen zu erkennen, mit:
- Mitteln zum Bilden des Schwerpunktes von größendetektierten Zielsignalen, um Zielsignale mit gebildetem Schwerpunkt bereitzustellen, wobei die größendetektierten Zielsignale einen Satz von Detektionen aufweisen, die für jede Phase des frequenzmodulierten Signalverlaufes beobachtet worden sind;
- Mitteln zum Assoziieren der Zielsignale mit gebildetem Schwerpunkt unter Verwendung einer Abschätzungsprozedur gemäß der maximalen Wahrscheinlichkeit, um die Filterposition für die nächste Phase vorherzusagen, und wobei der Assoziierungsschritt die Detektionen von jeder Phase gruppiert, indem erwartet wird, daß sich Treffer innerhalb einer Torgröße eines projizierten Zieldopplerfilterortes befinden, und wobei der projizierte Dopplerfilterort und die Torgröße von allen vorangegangenen Phasenbeobachtungen abhängen;
- Mitteln zum Eliminieren der Zahl der Ziele, um die Zahl von Geistern zu minimieren, indem die Zahl von in Frage kommenden Zielen reduziert wird, die in einer vorbestimmten Zahl von Phasen korrelieren, indem alle Pfade mit einer ausgewählten Zahl von gemeinsamen Treffern gruppiert werden; und
- Mitteln zum Berechnen der Geschwindigkeit und der Entfernung für die verbleibenden detektierten Ziele.
Somit liefert die vorliegende Erfindung eine Prozedur oder ein Verfahren mit Abschätzungsmitteln gemäß der maximalen Wahrscheinlichkeit und mit einer nur auf die Entfernung bezogenen Initialisierung, das dazu verwendet wird, Ziele in einem Mehrflanken-Radar mit linearem, frequenzmoduliertem Signalverlauf zu erfassen und zu erkennen, wie zum Beispiel ein frequenzmodulierter Dauerstrichradar bzw. CW-Radar für Fahrtsteueranwendungen im Kraftfahrzeugbereich. Die vorliegende Erfindung erkennt eine große Zahl von Zielechos, die typischerweise in der Umgebung einer Fahrbahn auftreten, und zwar ohne einen großen Aufwand an Signalverarbeitung und ohne eine signifikante Zahl von Fehlalarmen oder Geistern erzeugen. Die vorliegende Prozedur schätzt auch die Entfernung und den Dopplerwert gleichzeitig für jedes Ziel ab. Zusätzlich zum Erkennen von Zielen weist die vorliegende Erfindung weiterhin unerwünschte Ziele in großen Entfernungen zurück, die in Zielbereiche gefaltet werden, und besitzt die Fähigkeit, interessierende Zielbereiche zu verarbeiten (um die Anforderungen des Signalverarbeitungsdurchsatzes zu reduzieren), wie einen Bereich um ein nächstliegendes Ziel herum. Unter Verwendung von einer K-Aus-N-Erfassungsregel liefert die vorliegende Prozedur die Fähigkeit, Ziele zu erfassen, die mit Hauptstrahlenkeulen-Regenstörflecken, Hauptstrahlenkeulen-Bodenstörflecken und Empfängerverlusten konkurrieren.
Die vorliegende Erfindung wird insbesondere in einem Mehrflanken-Radarsystem mit linearem frequenzmoduliertem Signalverlauf verwendet, das Mittel zum Senden und Empfangen von Radarsignalen und zum Verarbeiten von Radarsignalen mit frequenzmoduliertem Signalverlauf aufweist, um größendetektierte bzw. über die Größe detektierte Zielsignale zu erzeugen. Das vorliegende Verfahren des Verarbeitens der größendetektierten Zielsignale zum Erkennen von Zielen entsprechend den größendetektierten Zielsignalen umfaßt die folgenden Schritte.
Der Schwerpunkt der größendetektierten Zielsignale wird gebildet, um Zielsignale mit gebildetem Schwerpunkt bereitzustellen, wobei die erfaßten Zielsignale einen Satz von Detektionen aufweisen, die für jede Phase (Flankensegment) des frequenzmodulierten Signalverlaufes beobachtet worden sind. Die Zielsignale mit gebildetem Schwerpunkt werden unter Verwendung einer Abschätzungsprozedur gemäß der maximalen Wahrscheinlichkeit assoziiert, um die Filterposition für die nächste Phase vorherzusagen, wobei der Assoziierungsschritt die Detektion von jeder Phase gruppiert, indem erwartet wird, daß sich Treffer innerhalb einer Torgröße eines projizierten Zieldopplerfilterortes befinden, und wobei der projizierte Dopplerfilterort und die Torgröße von allen vorangegangenen Phasenbeobachtungen abhängen. Eine Anzahl von Zielen wird eliminert, um die Zahl von Geistern zu minimieren, indem die Zahl von in Frage kommenden Zielen reduziert wird, die in einer vorbestimmten Zahl von Phasen korrelieren, indem Pfade mit einer ausgewählten Zahl von gemeinsamen Treffern gruppiert werden. Dann werden die Geschwindigkeit und die Entfernung für die verbleibenden detektierten Ziele berechnet.
Wie oben erwähnt, sind die herkömmlichen Verarbeitungstechniken auf das Erkennen einer kleinen Zahl von Zielen beschränkt, ohne die Zahl von Geistern signifikant zu erhöhen. Das vorliegende Verfahren schätzt jedoch gleichzeitig Zielparameter ab und erkennt jegliche Zahl von Zielen auf optimale Weise (im Sinne von kleinsten Fehlerquadraten). Demzufolge ist das vorliegende Verfahren nur durch die Zahl von Frequenzmodulations-Entfernungsmeßflanken, durch die Flankenwerte und durch die Dopplerfilterauflösung begrenzt, die von der Radarsignalverlaufkonstruktion vorgegeben sind. Weiterhin reduziert das vorliegende Verfahren das Maß der von dem System geforderten Signalverarbeitung um einen signifikanten Betrag, da es Ziele in interessierenden Entfernungs- und Dopplerbereichen adaptiv detektiert und erkennt (z. B. das nächste Ziel). Zusätzlich weist das vorliegende Verfahren die Fähigkeit auf, längliche Ziele zu verarbeiten und zu detektieren, wie z. B. große Lastzüge.
Durch die vorliegende Erfindung wird die Herstellung eines adaptiven Fahrtsteuersystems für große Entfernungen im Kraftfahrzeugbereich unter Verwendung eines frequenzmodulierten Dauerstrichradars möglich. Bisherige Systeme stellen lediglich adaptive Fahrtsteuersysteme für kurze Entfernungen bereit und lassen nicht zu, daß zeitgerecht auf Schneide- Situationen geantwortet wird. Zusätzlich verkürzt die Fähigkeit des vorliegenden Verfahrens, gleichzeitig Entfernungs- und Doppler-Messungen bereitzustellen, die Antwortzeit und gestattet daher, daß ein Kollisions-Warnsystem implementiert wird. Bei luftgestützten Radaranwendungen stellt die vorliegende Erfindung beispielsweise eine genauere Messung bereit als derzeitige Verarbeitungstechniken für frequenzmodulierte Signalverläufe mit derselben Signalbandbreite.
Die verschiedenen Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche strukturelle Elemente bezeichnen, und in der:
Figur 1 ein homodynes, frequenzmoduliertes Dauerstrichradarsystem zeigt, das ein erfindungsgemäßes Verfahren mit Abschätzungsmitteln gemäß der maximalen Wahrscheinlichkeit und eine nur auf die Entfernung bezogene Initialisierung verwendet;
Figur 2 die Filtergruppierung zeigt, die in dem Verfahren von Figur 1 verwendet wird; und
Figur 3 eine Assoziierungsprozedur zeigt, die in dem Verfahren von Figur 1 verwendet wird.
In Figur 1 der Zeichnung ist ein Systemschaltbild eines homodynen frequenzmodulierten Dauerstrich-Radarsystems 10 (FMCW-Radarsystem) gezeigt. Das System 10 ist dazu ausgelegt, ein erfindungsgemäßes Verfahren 30 mit Abschätzungsmitteln gemäß der maximalen Wahrscheinlichkeit und einer nur auf die Entfernung bezogenen Initialisierung einzusetzen. Das Radarsystem 10 weist eine herkömmliche Konstruktion auf und wird vorliegend nicht im Detail beschrieben, da solche Systeme im Stand der Technik bekannt sind. Das Radarsystem weist zwei Basiskomponenten auf: einen Radar-Hochfrequenzteil 11 und einen digitalen Radar-Signalprozessor 12. Das Radar-Hochfrequenzteil 11 umfaßt jenen Abschnitt des Radarsystems 10 von einer Sendeantenne 13a zum Ausgang eines Analog-Digitalwandlers (A/D-Wandlers) 14. Der Radar-Hochfrequenzteil 11 umfaßt insbesondere einen Sender 15, der mit der Sendeantenne 13a und mit einem lokalen Oszillator 16 gekoppelt ist. Der Sender 15 umfaßt weiterhin einen herkömmlichen Zeitgabesteuerungs- und Sägezahngenerator-Schaltkreis 17.
Das System 10 weist einen Empfänger 23 auf, der eine Empfangsantenne 13b enthält, die mittels eines Mischers 18 mit einer Vorverstärkerschaltung 19 gekoppelt ist. Der Mischer 18 ist mit dem lokalen Oszillator 16 gekoppelt und diese Komponenten arbeiten zusammen, um empfangene Radarsignale auf Videofrequenzen abwärts zu konvertieren. Die Vorverstärkerschaltung 19 ist mit dem Ausgang des Mischers 18 gekoppelt und ist weiterhin über einen Tiefpaß- und Hochpaß- Filterschaltkreis 20 gekoppelt, der die Filterung für die Steuerung der Empfindlichkeit und die Anti-Alias-Filterung der Videosignale liefert. Verstärker 21 und ein Schaltkreis 22 zur automatischen Verstärkungssteuerung (AGC) 22 sind seriell zwischen dem Ausgang des Tiefpaß- und Hochpaß-Filterschaltkreises 20 und dem A/D-Wandlers 14 angeschlossen.
Der digitale Signalprozessor 12 stellt eine Amplitudenwichtung und eine Dopplerfilter-Verarbeitung 25 bereit, und zwar für ein Verarbeitungsverfahren oder eine Verarbeitungsprozedur 26, die eine Größendetektierungs- und Schwellenwertbildungs-Prozedur 26 implementiert, die eine Zieldetektion liefert, und für die Mehrflanken-Erkennungsprozedur 30 für frequenzmodulierte Ziele gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung. Der digitale Radarsignalprozessor 12 extrahiert insbesondere Zielinformation aus einem linearen, frequenzmodulierten Dauerstrichsignalverlauf und der Prozessor 12 implementiert zwei Hauptverarbeitungsprozeduren. Die Zieldetektionsprozedur 26 liefert eine Zieldetektion innerhalb jeder FM-Phase des Frequenzmodulations-Entfernungsmessungssignalverlaufes (FMR-Signalverlauf). Nach der Detektion assoziiert und erkennt die Zielerkennungsprozedur 30 der vorliegenden Erfindung Entfernungs- und Dopplersignale für jedes detektierte Ziel, das von der Zieldetektionsprozedur 26 bereitgestellt wird, und zwar aus einem Satz von Detektionen, die für jede Phase (Flankensegment) des frequenzmodulierten Signalverlaufes zur Entfernungsmessung beobachtet worden sind. Diese Zieldetektionsprozedur 30 bildet das Herz der vorliegenden Erfindung.
Die Zielerkennungsprozedur 30 mit frequenzmodulierter Mehrflanken-Entfernungsmessung besteht aus einer Prozedur 31 zur Schwerpunktbildung, eine Assoziierungsprozedur 32, die Abschätzungsmittel gemäß der maximalen Wahrscheinlichkeit verwendet, einer Eliminierungsprozedur 33 zur Minimierung der Zahl von Geistern und einer Berechnungsprozedur 34 für die Geschwindigkeit und die Entfernung. Diese Prozeduren werden nachstehend im Detail erläutert. Die Eingänge der Zielerkennungsprozedur 30 mit Frequenzmodulations-Entfernungsmessung sind die Ausgänge der Größendetektions- und Schwellenwertbildungsprozedur 26 für jede der FMR-Phasen (N-Phasen). Der Ausgang der Zielerkennungsprozedur 30 ist der Satz aus Zielentfernung und Entfernungsrate (Geschwindigkeit) für jedes der Ziele in einem interessierenden Entfernungs- und Doppler-Bereich.
Der Datenausgang aus Entfernung und Entfernungsrate der Zielerkennungsprozedur 30 kann beispielsweise als Eingang für ein adaptives Fahrtsteuersystem 40 oder für einen Zielverfolger 50 eingesetzt werden, der in einem luftgestützten System zur Radar-Zielverfolgung und Flugkörper-Führung eingesetzt wird. In dem Fahrtsteuersystem 40 können die Entfernungs- und Entfernungsraten-Daten dazu verwendet werden, daß sich ein Airbag aufbläst, oder können eine Bremswirkung des Fahrzeugs mittels ABS-Bremssteuerungen hervorrufen, oder können für die Bedienperson des Fahrzeugs Kollisions-Warnsignale bereitstellen. Bei dem luftgestützten Radarsystem verwendet der Zielverfolger 50 die Entfernungs- und Entfernungsraten-Daten, um potentielle Ziele genauer zu verfolgen, verglichen mit Zielverfolgungssystemen, die in herkömmlichen Zielerkennungsprozeduren eingesetzt werden.
Zusätzlich zum Erkennen der Ziele kann die Zielerkennungsprozedur 30 beispielsweise auch dazu ausgelegt werden, um unerwünschte Alias-Ziele in großen Entfernungen zurückzuweisen und nur interessierende Zielbereiche zu verarbeiten (um die Anforderungen hinsichtlich des Signalverarbeitungsdurchsatzes zu reduzieren) wie das am nächsten liegende Ziel. Wenn eine K-Aus-N-Detektionsregel in der Zielerkennungsprozedur 30 verwendet wird, liefert diese weiterhin die Fähigkeit, Ziele zu detektieren, die mit Hauptstrahlungskeulen-Regenstörungen, Hauptstrahlenkeulen-Bodenstörungen und Streuungen in dem Empfänger 23 konkurrieren. Die K-Aus-N- Detektionsregel wird in den Situationen eingesetzt, in denen die oben genannten Rauschzustände vorliegen.
Die Prozedur 31 zur Bildung des Schwerpunktes erzeugt die Zielposition innerhalb eines Filters des Dopplerfilters 25 und liefert ein Mittel zum Handhaben von länglichen und sich überlappenden Zielen, wie nachstehend beschrieben wird. Die Prozedur 31 zur Schwerpunktbildung gruppiert Zielechos von benachbarten Filtern für jede Phase, um Diskriminanten zu bilden, die die Zielposition und -erstreckung abschätzen, und zwar gemäß folgenden Formeln:
Bei den obigen Gleichungen ist Pf die Signalleistung bei der Frequenz f und die Indizes fmin bis fmax spezifizieren eine Gruppe von benachbarten Filtern, deren Schwerpunkt zu bilden ist. Die Zielerstreckungs-Diskriminante bzw. EXT-Diskriminante mißt die Frequenzspreizung, die zur Zieldiskriminierung verwendet wird. Wie es in Figur 2 zu sehen ist, sind die benachbarten detektierten Filter zusammen gruppiert, und zwar von einem lokalen Minimum zu einem weiteren lokalen Minimum. Figur 2 zeigt die Filtergruppierung, die in der Zielerkennungsprozedur 30 von Figur 1 eingesetzt wird. Wenn demzufolge benachbarte detektierte Filter N lokale Spitzenwerte aufweisen, gibt es N Gruppen, deren Schwerpunkt gebildet ist, wie es in Figur 2 gezeigt ist.
Der Schwerpunkt liefert eine genaue Zielposition, die die Leistungsfähigkeit der Zielassoziierung der Assoziierungsprozedur 32 verbessert, indem Geister reduziert werden. Die Zielerstreckungs-Diskriminante wird dazu verwendet, benachbarte Treffer aufzubrechen, die sich aus länglichen oder mehrfachen überlappenden Zielen ergeben. Dies ist beispielsweise bei Kraftfahrzeuganwendungen erforderlich, da in diesem Fall eine höhere Wahrscheinlichkeit besteht, daß große längliche Ziele beobachtet werden, wie Lastzüge. Das Aufbrechen von Zielen vermindert die Wahrscheinlichkeit, daß Ziele verloren gehen, mit dem Risiko, die Wahrscheinlichkeit des Erzeugens eines Geistes zu steigern, wenn sich Zielfilter überlappen. Die Erstreckungslogik der Prozedur 31 zur Schwerpunktbildung hängt auch von der Anzahl von aufeinanderfolgenden Filtern ab. Die Prozedur 31 zur Schwerpunktbildung ist als Teil der gesamten FMR-Erkennungsprozedur 30 vom Gesichtspunkt der Leistungsfähigkeit her am bedeutsamsten.
Die Assoziierungsprozedur 32 gruppiert die Erfassung von jeder Phase, indem erwartet wird, daß sich Treffer innerhalb einer Torgröße eines projizierten, möglichen Zieldopplerfilterortes befinden. Der projizierte Dopplerfilterort und die Torgröße hängen von allen vorangegangenen FMR-Phasenbeobachtungen ab. Die Assoziierungsprozedur 32 verwendet die gewünschte Entfernungsinformation zur Initialisierung und verwendet dann Abschätzungsmittel gemäß der maximalen Wahrscheinlichkeit, um die Filterposition für die nächste Phase vorherzusagen.
Zuerst assoziiert die Assoziierungsprozedur 32 die detektierten Zielfilter aus zwei Phasen mit Flanken mit demselben Vorzeichen. Die Torgröße für die erste Assoziierung wird durch die gewünschte minimale und die gewünschte maximale Zielentfernung eingerichtet. Dies minimiert die Zahl von potentiellen Assoziierungen in diesen zwei Phasen und eliminiert auch sämtliche Ziele in größeren Entfernungen als der maximalen Entfernung. Indem die Flankenwerte geeignet ausgewählt werden (Flanken desselben Vorzeichens sind wechselseitig wichtig), kann eine Zurückweisung für große Entfernungen sehr viel größer (10 mal so groß) sein wie die maximale Entfernung von dem Signalverlauf. Wenn das System 10 darauf zugeschnitten ist, das am nächsten liegende Ziel oder Ziele in der Reihenfolge ihrer Distanz bereitzustellen, dann ist das System 10 dazu ausgelegt, die Liste von möglichen assoziierten Zielen mit zwei Flanken gleichen Vorzeichens zu sortieren. Dieser erste Schritt der Assoziierungsprozedur 32 und die Auswahl der FMR-Flankenwerte bestimmen die Signalverarbeitungsanforderungen des Systems 10.
Ein Abschätzungsmittel gemäß der maximalen Wahrscheinlichkeit wird mit den Messungen von den ersten zwei Flankenassoziationen verwendet, um die Position des Phasenechos wie folgt vorherzusagen:
wobei
wobei
die Position des Phasenechos ist, Mittelwert des Zielechos ist, ωi der Wert der Zielechos für die Flanke i ist, Mittelwert der Korrelation zwischen dem Flankenwert und dem Zielechos ist, N die Anzahl der verwendeten Flanken ist, si der Wert der Flanke i ist, s2i der Quadratwert des Flankenwertes ist, EN(s²) das zweite Moment des Flankenwertes EN(s²) ist, EN(s) der Mittelwert des Flankenwertes ist, 2s (N) die Varianz des Flankenwertes ist und sN+1 der Flankenwert der nächsten Phase ist.
Wenn N=2, dann ist si die i-te Phasenflanke und ωi ist die Frequenzmessung für einen Zieltreffer in der i-ten Phase. Die Varianz des Abschätzungsmittels zum Einstellen eines Tors, bei dem das Echo der Phase 3 sich mit einer sehr hohen Wahrscheinlichkeit in dem Tor befindet (z.B. ein Drei-Sigma- Tor) beträgt:
wobei 2M die Varianz der Messung ist.
Wenn beispielsweise eine Assoziierung in Phase 3 vorliegt, wird der obige Schritt für alle folgenden Phasenechos (Phase Nr. 4 bis Phase N) wiederholt, wie es in Figur 3 gezeigt ist (gezeigt für ein Vier-FMR-Flankensystem. Figur 3 zeigt insbesondere die Assoziierungsprozedur 32, die in der Zielerkennungsprozedur 30 von Figur 1 eingesetzt wird.
Die obige Assoziierungsprozedur 32 gilt für eine N-Aus- N-Detektionsregel. Ein ähnliche Prozedur kann für eine K-Aus- N-Detektionsregel angewendet werden. Die K-Aus-N-Detektionsregel kann verwendet werden, um eine Zieldetektion bereitzustellen, wenn vorhergesagt ist, daß das Zielecho in den Bereich fällt, wo es mit Empfängerstreuungen, Hauptkeulen- Störungen oder Hauptkeulen-Regenstörungen in einigen der FMR- Phasen zu konkurrieren hat. In diesem Fall überspringt die Assoziierungsprozedur 32 die Phasen, in der sie vorhersagt, daß das Zielecho von einem Interferenzsignal maskiert werden wird. Die Eleminierungsprozedur 33 reduziert die Anzahl von in Frage kommenden Zielen, die in vier FMR-Phasen korrelieren, indem alle Pfade mit drei gemeinsamen Treffern gruppiert werden. Das aus jeder Gruppe gewählte Ziel ist das mit dem kleinsten Abschätzungsfehler. Die Eliminierungsprozedur 33 optimiert die Leistungsfähigkeit, indem die Zahl von Geistern in starkem Maße reduziert wird, wohingegen die Zieldetektionswahrscheinlichkeit nur leicht vermindert wird. Da die Diskriminantenfunktion ein längliches Ziel in einzelne Ziele unterteilt, gruppiert die Eliminierungsprozedur 32 diese Teile zurück in ein einzelnes Ziel. Dies erfolgt, indem Ziele mit demselben Doppler-Wert und einer Entfernungsdifferenz, die kleiner ist als eine spezifizierte Länge, wie z. B. die Länge eines Fahrzeugs, gruppiert werden.
Die Berechnungsprozedur 34 für die Entfernung (R) und die Geschwindigkeit liefert die Abschätzungen für die Zielentfernung ( est) und die Zielgeschwindigkeit (Rest) unter Verwendung der folgenden Formeln:
wobei c die Lichtgeschwindigkeit, λ die Wellenlänge und N gleich der Zahl der assoziierten Flanken ist. Die Ausgänge der Berechnungsprozdur 34 für die Entfernung und die Geschwindigkeit sind die Zielentfernung und die Geschwindigkeit für jedes Ziel.
Die oben beschriebene Erfindung ist in Form eines nicht scannenden 60-Gigahertz-Radars und in Form von zwei scannenden 60-Gigahertz-Radars für Fahrtsteueranwendungen im Kraftfahrzeugbereich in die Praxis umgesetzt worden. Der Zweck des nicht scannenden Radars besteht darin, die Fähigkeit des Radarsystems 10 zu zeigen, in komplexen Fahrbahn-Szenarien zu arbeiten. Tests zeigen, daß das Radarsystem 10 in Mehrfach-Ziel-Situationen genaue Messungen der Entfernung und der Entfernungsrate desselben Ziels liefert. Das Radarsystem 10 zeigt die Fähigkeit, große, jedoch entfernte Ziele zurückzuweisen, indem seine Signalverlaufverarbeitung eingesetzt wird. Die Tests zeigen, daß die Prozedur 31 zur Schwerpunktbildung auf effektive Weise zwei nahe beeinanderliegende Ziele unterscheidet. Tests mit einem solchen adaptiven Fahrtsteuersystem zeigten die Leistungsfähigkeit des adaptiven Fahrtsteuersystems auf Highways. Die Fähigkeit, die Entfernung und die Entfernungsrate (Geschwindigkeit) gleichzeitig zu messen, erhöht die Leistungsfähigkeit des vorliegenden Systems 10 bei Schneide-Situationen im Kraftfahrzeugbereich erheblich.
Es sind somit neue und verbesserte Verfahren mit Abschätzungsmitteln gemäß der maximalen Wahrscheinlichkeit und lediglich auf die Entfernung bezogener Initialisierung zur Verwendung in Mehrflanken-Radarsystemen mit linearem, frequenzmoduliertem Signalverlauf beschrieben worden. Die Herstellung von adaptiven Fahrtsteuersystemen und von Kollisionswarnsystemen wird durch die vorliegende Erfindung ermöglicht. Es können verbesserte luftgestützte Radarsystem hergestellt werden, indem die vorliegende Erfindung dazu verwendet wird, genauere Entfernungs- und Entfernungsraten-Messungen bereitzustellen als derzeitige Verarbeitungstechniken mit frequenzmoduliertem Signalverlauf, die dieselbe Signalbandbreite haben.
Es versteht sich, daß die oben beschriebene Ausführungsform lediglich ein illustratives Beispiel von vielen bestimmten Ausführungsformen darstellte, die Anwendungsfälle der Prinzipien der vorliegenden Erfindung repräsentieren.

Claims

1. Verfahren zum Verarbeiten von größendetektierten Zielsignalen in einem Mehrflanken-Radarsystem (10) mit linearem, frequenzmoduliertem Signalverlauf, zum Senden und Empfangen von Radarsignalen und zum Verarbeiten von empfangenen Radarsignalen mit frequenzmoduliertem Signalverlauf, um die größendetektierten Zielsignale zu erzeugen, um Ziele zu erkennen, die den größendetektierten Zielsignalen entsprechen, mit den Schritten:

- Bilden (31) des Schwerpunktes von größendetektierten Zielsignalen, um Zielsignale mit gebildetem Schwerpunkt bereitzustellen, wobei die größendetektierten Zielsignale einen Satz von Detektionen aufweisen, die für jede Phase des frequenzmodulierten Signalverlaufes beobachtet worden sind;

- Assoziieren (32) der Zielsignale mit gebildetem Schwerpunkt unter Verwendung einer Abschätzungsprozedur gemäß der maximalen Wahrscheinlichkeit, um die Filterposition für die nächste Phase vorherzusagen, und wobei der Assoziierungsschritt (32) die Detektion von jeder Phase gruppiert, indem erwartet wird, daß sich Treffer innerhalb einer Torgröße eines projizierten Zieldopplerfilterortes befinden, und wobei der projizierte Dopplerfilterort und die Torgröße von allen vorherigen Phasenbeobachtungen abhängen;

- Eliminieren (33) der Zahl der Ziele, um die Zahl von Geistern zu minimieren, indem die Zahl von in Frage kommenden Zielen reduziert wird, die in einer vorbestimmten Zahl von Phasen korrelieren, indem alle Pfade mit einer ausgewählten Zahl von gemeinsamen Treffern gruppiert werden; und

- Berechnen (34) der Geschwindigkeit und der Entfernung für die verbleibenden detektierten Ziele.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Assoziierungsschritt (32) aufweist:

- Assoziieren der detektierten Zielfilter aus zwei Phasen mit Flanken, die dasselbe Vorzeichen haben; und

- Einrichten der Torgröße für die erste Assoziierung auf der Grundlage einer gewünschten minimalen und einer gewünschten maximalen Zielentfernung, um die Zahl von potentiellen Assoziationen in diesen zwei Phasen zu minimieren und ebenfalls alle Ziele in Entfernungen zu eliminieren, die größer sind als die maximale Entfernung.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, gekennzeichnet durch den Schritt, die Liste von möglichen, assoziierten Zielen mit zwei Flanken mit demselben Vorzeichen zu sortieren, um die Orte der nächsten Ziele in einer Reihenfolge gemäß ihres Abstandes bereitzustellen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Assoziierungsschritt (32) eine N-aus-N- Detektionsregel aufweist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Assoziierungsschritt (32) eine K-aus-N- Detektionsregel aufweist, um eine Zieldetektion bereitzustellen, wenn vorhergesagt wird, daß das Zielecho in den Bereich fällt, für den es mit Empfängerstreuungen, Hauptkeulenstörungen und Hauptkeulen-Regenstörungen in einigen der FMR-Phasen zu konkurrieren hat.

6. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch den Schritt, die Phasen auszulassen, in denen die K-aus-N-Detektionsregel vorhersagt, daß das Zielecho durch ein Störsignal maskiert ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (31) des Bildens des Schwerpunktes die Zielposition innerhalb eines Filters der FFT erzeugt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (31) des Bildens des Schwerpunktes Zielechos von benachbarten Filtern für jede Phase gruppiert, um Diskriminanten zu bilden, die die Zielposition und die Zielausdehnung abschätzen.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Eliminierungsschritt (33) die Zahl von Geistern minimiert, indem ein Ziel aus jeder Gruppe ausgewählt wird, daß jenes ist, das den minimalen Abschätzungsfehler aufweist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Eliminierungsschritt (33) individuelle Ziele in ein einzelnes Ziel gruppiert, indem Ziele mit demselben Dopplerwert und einer Entfernungsdifferenz gruppiert werden, die geringer ist als eine spezifizierte Länge.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (34) zum Berechnen der Geschwindigkeit und der Entfernung für die detektierten Ziele Abschätzungen für die Zielentfernung (Rest) und die Geschwindigkeit ( est) unter Verwendung der folgenden Formeln bereitstellt:

wobei c die Lichtgeschwindigkeit, λ die Wellenlänge und N gleich der Zahl von assoziierten Flanken ist,

wobei

und wobei fest(N+1) die Position des Phasenechos ist, der Mittelwert des Zielechos ist, ωi der Flankenwert der Zielechos für die Flanke i ist, der Mittelwert des Flankenwertes ist, N die Zahl der verwendeten Flanken ist, si der Wert der Flanke i ist, s2i der Quadratwert des Flankenwertes ist, EN(s²) der zweite Moment des Flankenwertes ist, EN(s) der Durchschnittswert des Flankenwertes ist, 2s(N) die Varianz des Flankenwertes ist und SN+1 der Flankenwert der nächsten Phase ist.

12. Mehrflanken-Radarsystem (10) mit linearem, frequenzmoduliertem Signalverlauf, das Mittel (12, 15, 23) zum Senden und Empfangen von Radarsignalen und zum Verarbeiten von empfangenden Radarsignalen mit frequenzmoduliertem Signalverlauf aufweist, um größendetektierte Zielsignale zu erzeugen, und das weiterhin Mittel zum Verarbeiten von größendetektierten Zielsignalen aufweist, um Ziele entsprechend den größendetektierten Zielsignalen zu erkennen, mit:

- Mitteln (31) zum Bilden des Schwerpunktes von größendetektierten Zielsignalen, um Zielsignale mit gebildetem Schwerpunkt bereitzustellen, wobei die größendetektierten Zielsignale einen Satz von Detektionen aufweisen, die für jede Phase des frequenzmodulierten Signalverlaufes beobachtet worden sind;

- Mitteln (32) zum Assoziieren der Zielsignale mit gebildetem Schwerpunkt unter Verwendung einer Abschätzungsprozedur gemäß der maximalen Wahrscheinlichkeit, um die Filterposition für die nächste Phase vorherzusagen, und wobei der Assoziierungsschritt die Detektionen von jeder Phase gruppiert, indem erwartet wird, daß sich Treffer innerhalb einer Torgröße eines projizierten Zieldopplerfilterortes befinden, und wobei der projizierte Doppierfilterort und die Torgröße von allen vorangegangenen Phasenbeobachtungen abhängen;

- Mitteln (33) zum Eliminieren der Zahl der Ziele, um die Zahl von Geistern zu minimieren, indem die Zahl von in Frage kommenden Zielen reduziert wird, die in einer vorbestimmten Zahl von Phasen korrelieren, indem alle Pfade mit einer ausgewählten Zahl von gemeinsamen Treffern gruppiert werden; und

- Mitteln (34) zum Berechnen der Geschwindigkeit und der Entfernung für die verbleibenden detektierten Ziele.