JP2004518141A - レーダ装置,及びレーダ装置をコード化する方法 - Google Patents
レーダ装置,及びレーダ装置をコード化する方法 Download PDFInfo
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Abstract
【選択図】図6
Description
本発明は,コードを生成する手段,送信路内の送信信号をコードによって変調する手段,コードを遅延させる手段,受信路内の信号を遅延されたコードによって変調する手段及び基準信号を受信信号と混合する手段を有する,レーダ装置に関する。本発明は,さらに,次のステップを有するレーダ装置をコード化する方法に関する:コードの生成,コードによる送信路内の送信信号の変調,コードの遅延,遅延されたコードによる受信路内の信号の変調及び基準信号を受信信号と混合。
【0002】
従来の技術
レーダ装置について,技術の様々な領域上に複数の利用が存在している。例えば車両内の近傍領域センサ技術のために,レーダセンサを使用することが可能である。
【0003】
原則的に,レーダ装置においては,送信アンテナから電磁波が放射される。この電磁波が障害物に当たった場合には,その電磁波は反射されて,反射後に他のアンテナ又は同一のアンテナによって再び受信される。次に,受信された信号は信号処理と信号評価へ供給される。
【0004】
例えば,車両内でレーダセンサは,車両外部の目標に対する距離及び/又はかかる目標に関する相対速度を測定するために使用される。目標として,例えば先行車両あるいは駐車車両が考慮の対象となる。
【0005】
図1は,従来技術の相関受信機を有するレーダ装置を概略的に示している。送信機300は,パルス生成器302によって,アンテナ304を介して送信信号306を放射するように促される。送信信号306は,目標対象308に当たって,そこで反射される。受信信号310は,アンテナ312によって受信される。このアンテナ312は,アンテナ304と同一であってもよい。アンテナ312によって受信信号310が受信された後に,この受信信号は受信機314へ伝達されて,次にローパスとアナログ/デジタル変換を有するユニット316を介して信号評価318へ供給される。相関受信機における特殊性は,受信機314がパルス生成器302から基準信号320を得ることにある。受信機314によって受信された受信信号310は,受信機314内で基準信号320と混合される。相関によって,レーダパルスの送信から受信までの時間的な遅延に基づいて,例えば目標対象の距離を推定することができる。
【0006】
原則的に,例えば他の送信アンテナからもたらされた干渉信号を,目標から反射された信号成分から分離することが好ましい。干渉は,例えば他のレーダセンサ,送信機,車両の車両電気系統における負荷,ハンディ器具によって,あるいはノイズによって形成される。既に,干渉信号を目標で反射された信号成分から分離するために,信号の付加的な変調を利用する方法が知られている。同様に既に,干渉信号抑圧のために擬似ノイズ信号コード化(PN−コーディング)を使用することが,提案されている。コード化によって,かかる干渉を減少させようとし,その場合に特にレーダ装置の出力信号内の信号−ノイズ−比(”signal/noise”S/N)を高めようとしている。S/N比をこのように上昇させることによって,より小さいリターンビーム断面を有する目標を認識すること,あるいは一定のS/N比においてパルスピーク出力を減少させることが,可能になる。より小さいリターンビーム断面を有する目標を認識することの利点は,例えば車両から先行車両だけでなく,より大きい確率で歩行者あるいは自転車に乗った人も認識されることにある。パルスピーク出力の減少の結果,例えば指向無線設備からの,他のシステムのより少ない干渉がもたらされる。これに関連して,パルスピーク出力の減少は,所轄の規制官庁におけるセンサの許認可を容易にする。
【0007】
発明の利点
本発明は,第1の実施例によれば,従来技術のレーダ装置に基づいて,信号のうちの1つの信号の変調が振幅変調(ASK;Amplitude Shift Keying)によって行われ,他の信号の変調は位相変調(PSK;Phase Shift Keying)によって行われることによって,構成されている。このようにして,S/N−比の改良が達成される。それによって,純粋なBPSK−(Binary Phase Shift Keying)又は振幅変調を有する従来技術のレーダセンサにおいて可能であるよりも,ずっと小さいリターンビーム断面を有する目標を認識することができる。さらに,一定のS/N−比において,パルスピーク出力を減少させることが可能である。
【0008】
特に好ましいのは,第1の実施形態において,コードが擬似ノイズコード(PN−コード)である場合である。干渉信号抑圧のためにPN−コードを使用することは,文献に広範に記載されているので,本発明はPN−コードの使用の元で,特に良好に実現できる。
【0009】
好ましくは第1の実施形態において,送信信号の変調は振幅変調によって行われ,受信路内の信号の変調は,位相変調によって行われる。送信路内で振幅変調ASKを使用することによって,純粋な位相変調PSKに対してS/N−比の改良がもたらされる。平均の送信出力は,送信路内の位相変調PSKに比較して,約3dB低下する。
【0010】
同様に,第2の実施形態においては,送信信号の変調は位相変調によって行われ,受信路内の信号の変調は振幅変調によって行われると効果的であることができる。
【0011】
第1の実施形態は,基準信号を受信信号と混合する手段が,出力信号をローパスへ出力すると,効果的である。ローパスによってミキサの出力信号が積分されるので,以降の処理のために好適な信号が提供される。
【0012】
好ましくは,第1の実施形態において,遅延を制御するためにデジタル手段が設けられている。かかるデジタル手段,例えばマイクロコントローラ又はデジタルの信号プロセッサは,パルス反復周波数もPN−コードも好適な方法で遅延させることができるので,受信路内の信号は必要な相関を受ける。
【0013】
第1の実施形態においては,しかし,遅延を制御するために切換え手段が設けられていると,効果的な場合もある。従ってデジタル手段による遅延の制御の他に,遅延を実現するハードウェアを使用することも可能である。
【0014】
好ましくは第1の実施形態において,n−ビット−PN−コードを生成して遅延させる手段は,カウンタ出力のコンビネータ結合を有するn−ビット−カウンタとして実現されている。n−ビット−シフトレジスタは,複数の出力を有しており,その場合に各出力において,各々異なる時間的遅延を有する同一のPN−コードが提供される。従って簡単な方法で,重み付けされた出力を適当にコンビネータ結合することによって,任意のコード遅延を提供することができる。
【0015】
第1の実施形態においては,さらに,受信路が,変調するために複数のPN−コードを使用する,複数のチャネルに分割されており,かつ変調された信号をさらに処理するために複数のローパスが設けられていると効果的であることができる。それによってレーダ装置は,他のレーダセンサから送信されて,他のPN−コードによって変調されている,他の信号を評価するように拡張される。
【0016】
特に,第1の実施形態において,位相ジャンプをブランキングするための手段が設けられていると,効果的である。実際の構造においては位相位置の切換えは即座には実行されないので,信号の積分後にエラーが生じる。しかし,各位相位置間の位相ジャンプの間に変調された信号がブランキングされる場合には,このエラーは最小限に抑えられる。本発明にかかる振幅変調と位相変調の組合わせにおいては,振幅スペクトルの帯域幅は増大する。これが,等しいパルス反復周波数における様々な目標間の分離能力を改良するが,その場合にPN−コードのシフトのためには,より小さいステップ幅が必要となる。あるいは,ほとんど変わらない場所解像度,分離能力,ステップ幅及び帯域幅において,パルス幅を増大させることもできる。
【0017】
好ましくは,第1の実施形態において,位相ジャンプをブランキングする手段は,パルス成形する手段とスイッチとを有しており,その場合にスイッチは,位相変調する手段に対して直列に配置されている。位相変調する手段とスイッチの順序は,任意である。同様に,ブランキングを受信アンテナとミキサとの間,あるいはミキサと後段のローパスとの間に設けることもできる。位相変調は,受信アンテナとミキサとの間に設けることもできる。パルス成形によって,ブランキングのために好適な時間ウィンドウが形成される。
【0018】
本発明は,従来技術のレーダ装置の第2の実施形態によれば,信号のうちの少なくとも1つの信号の変調が位相変調(PSK;Phasen Shift Keying)によって行われ,位相ジャンプをブランキングする手段が設けられていることによって,構成される。実際の構造においては位相位置の切換えは即座には実行されないので,信号の積分後にエラーが生じる。しかし,各位相位置間のジャンプ時間の間,位相変調された信号がブランキングされる場合には,このエラーは最小限に抑えられる。本発明にかかる,振幅変調と位相変調との組合わせにおいては,振幅スペクトルの帯域幅が増大する。これが,等しいパルス反復周波数における様々な目標間の分離能力を改良するが,その場合にPN−コードのシフトのためには,より小さいステップ幅が必要である。あるいは,ほとんど変化しない場所解像度,分離能力,ステップ幅及び帯域幅において,パルス幅を増大させることもできる。
【0019】
本発明にかかるレーダ装置の第2の実施形態において,コードが擬似ノイズコード(PN−コード)であると,効果的である。干渉信号抑圧のためにPN−コードを使用することは,文献に広範に記載されているので,本発明は,PN−コードの使用の元で特に良好に実現可能である。
【0020】
好ましくは,第2の実施形態において,位相ジャンプをブランキングする手段は,パルス成形する手段とスイッチとを有しており,その場合にスイッチは位相変調する手段に対して直列に配置されている。位相変調する手段とスイッチの順序は,任意である。同様に,ブランキングを受信アンテナとミキサとの間,あるいはミキサと後段のローパスとの間に設けることもできる。位相変調は,受信アンテナとミキサとの間に設けることもできる。パルス成形によって,ブランキングに好適な時間ウィンドウが形成される。
【0021】
好ましくは,第2の実施形態において,送信信号の変調は振幅変調によって,そして受信路内の信号の変調は位相変調によって行われる。送信路内で振幅変調ASKを使用することによって,純粋な位相変調PSKに対してS/N−比の改良がもたらされる。平均の送信出力は,約3dB低下する。
【0022】
同様に,第2の実施形態においては,送信信号の変調が位相変調によって行われ,受信路内の信号の変調が振幅変調によって行われると,効果的であることができる。
【0023】
第2の実施形態においては,基準信号を受信信号と混合する手段が出力信号をローパスへ出力すると,効果的である。ローパスによって,ミキサの出力信号は積分されるので,以降の処理のために好適な信号が提供される。
【0024】
好ましくは第2の実施形態において,遅延を制御するためにデジタル手段が設けられている。かかるデジタル手段,例えばマイクロコントローラ又はデジタルの信号プロセッサは,パルス反復周波数もPN−コードも好適な方法で遅延させることができるので,受信路内の信号は必要な相関を受ける。
【0025】
しかし,第2の実施形態においては,遅延を制御するために切換え手段が設けられていると,効果的であることができる。従ってデジタル手段による遅延の制御の他に,遅延を実現するためにハードウェアを使用することも可能である。
【0026】
好ましくは,n−ビット−PN−コードを生成して遅延させる手段は,第2の実施形態においては,カウンタ出力のコンビネータ結合を有するn−ビット−カウンタとして実現されている。n−ビット−シフトレジスタは,複数の出力を有しており,その場合に各出力に,各々異なる時間遅延を有する同一のPN−コードが提供される。従って簡単な方法で,重み付けされた出力の好適なコンビネータ結合によって,任意のコード遅延を提供することが可能となる。
【0027】
第2の実施形態においては,さらに,受信路が,変調のために複数のPN−コードを使用する,複数のチャネルに分割されており,かつ変調された信号をさらに処理するために複数のローパスが設けられていると,効果的であることができる。それによって,レーダ装置は,他のレーダセンサから送信されて,他のPN−コードで変調されている他の信号を評価するために拡張される。
【0028】
本発明は,従来技術の方法に基づく第1の実施形態に従って,信号のうちの1つの信号の変調が振幅変調(ASK;Amplitude Shift Keying)によって行われ,かつ他の信号の変調は位相変調(PSK;Phase Shift Keying)によって行われることによって,構成される。このようにして,S/N−比の改良が得られる。それによって,純粋な振幅変調を有する従来技術のレーダ装置において可能であるよりも,ずっと小さいリターンビーム断面を有する目標を認識することができる。さらに,一定のS/N−比において,パルスピーク出力を減少させることが可能である。
【0029】
好ましくは方法の第1の実施形態において,コードは,擬似ノイズコード(Pseudo−Noise−Code;PN−コード)である。干渉信号抑圧のためにPN−コードを使用することは,文献に広範に記載されているので,本発明は,PN−コードの使用の元で特に良好に実現できる。
【0030】
好ましくは,方法の第1の実施形態において,送信信号の変調は振幅変調によって,そして受信路内の信号の変調は位相変調によって行われる。送信路内で振幅変調ASKを使用することによって,純粋な位相変調に対してS/N−比の改良がもたらされる。平均の送信出力は,約3dB低下する。
【0031】
しかしまた,方法の第1の実施形態において,送信信号の変調は位相変調によって行われ,受信路内の信号の変調が振幅変調によって行われると,効果的であることもできる。
【0032】
好ましくは方法の第1の実施形態において,混合された信号はローパスへ出力される。ローパスによって,ミキサの出力信号が積分されるので,以降の処理のために好適な信号が提供される。
【0033】
方法の第1の実施形態において,遅延がデジタルで制御されると,効果的である。デジタル手段,例えばマイクロコントローラ又はデジタルの信号プロセッサは,パルス反復周波数もPN−コードも好適な方法で遅延させることができるので,受信路内の信号は必要な相関を受ける。
【0034】
しかしまた,方法の第1の実施形態において,遅延が切換え手段によって制御されると,効果的であることもできる。従ってデジタル手段による遅延の制御の他に,遅延を実現するためにハードウェアを使用することも可能である。
【0035】
好ましくは方法の第1の実施形態において,n−ビット−PN−コードは,カウンタ出力のコンビネータ結合を有するn−ビット−カウンタによって生成され,かつ遅延される。n−ビット−シフトレジスタは,複数の出力を有しており,その場合に各出力に,各々異なる時間遅延を有する同一のPN−コードが提供される。従って簡単な方法で,重み付けされた出力の好適なコンビネータ結合によって,任意のコード遅延を提供することが可能である。
【0036】
本発明は,特に,方法の第1の実施形態において,受信路が,変調のために複数のPN−コードを使用する,複数のチャネルに分割されており,かつ変調された信号が複数のローパスによってさらに処理されると,効果的であることができる。それによってレーダ装置は,他のレーダセンサから送信されて,他のPN−コードによって変調されている他の信号を評価するために拡張される。
【0037】
方法の第1の実施形態において,位相ジャンプがブランキングされると,特に効果的である。実際の構造における位相位置の切換えは,即座には実行されないので,信号の積分後にエラーが生じる。しかし,各位相位置間の移行時間の間に変調された信号がブランキングされる場合には,このエラーを最小限に抑えることができる。本発明によれば,振幅変調と位相変調を組み合わせる場合には,振幅スペクトルの帯域幅が増大する。これは,同一のパルス反復周波数において様々な目標間の分離能力を改良するが,その場合に,PN−コードのシフトのためにはより小さいステップ幅が必要である。あるいは,ほとんど変わらない場所解像度,分離能力,ステップ幅及び帯域幅においてパルス幅を増大させることもできる。
【0038】
方法の第1の実施形態は,位相ジャンプをブランキングする手段がパルス成形する手段とスイッチとを有しており,その場合にスイッチは位相変調する手段に対して直列に配置されていることによって,特に効果的である。位相変調する手段とスイッチの順序は,任意である。同様に,ブランキングを受信アンテナとミキサとの間,あるいはミキサと後段のローパスとの間に設けることもできる。位相変調は,受信アンテナとミキサとの間に設けることもできる。パルス成形によって,ブランキングに好適な時間ウィンドウが形成される。
【0039】
本発明は,第2の実施形態によれば,従来技術の方法に基づいて,信号の少なくとも1つの信号の変調が位相変調(PSK;Phase Shift Keying)によって行われ,位相ジャンプがブランキングされることによって,構成される。実際の構造における位相位置の切換えは,即座には実行されないので,信号の積分後にエラーが生じる。しかし,各位相位置間の移行時間の間位相変調された信号がブランキングされる場合には,このエラーを最小限に抑えることができる。本発明によれば,振幅変調と位相変調とを組み合わせる場合には,振幅スペクトルの帯域幅が増大する。これは,等しいパルス反復周波数において様々な目標間の分離能力を改良するが,その場合にPN−コードのシフトのためにより小さいステップ幅が必要とされる。あるいは,ほとんど変わらない場所解像度,分離能力,ステップ幅及び帯域幅においてパルス幅を増大させることができる。
【0040】
方法の第2の実施形態において,コードが擬似ノイズコード(PN−コード)であると,特に効果的である。干渉信号抑圧のためのPN−コードの使用は,文献に広範に記載されているので,本発明は,PN−コードの使用の元で特に良好に実現可能である。
【0041】
方法の第2の実施形態は,位相ジャンプをブランキングする手段が,パルス成形する手段とスイッチとを有しており,その場合にスイッチは変調する手段に対して直列に配置されていることによって,特に効果的である。位相変調する手段とスイッチの順序は,任意である。同様に,ブランキングを受信アンテナとミキサとの間,あるいはミキサと後段のローパスとの間に設けることもできる。位相変調は,受信アンテナとミキサとの間に設けることもできる。パルス成形によって,ブランキングに好適な時間ウィンドウが形成される。
【0042】
好ましくは,方法の第2の実施形態において,送信信号の変調は振幅変調によって,そして受信路内の信号の変調は位相変調によって行われる。送信路内で振幅変調ASKを使用することによって,純粋な位相変調PSKに比較して,S/N−比の改良がもたらされる。平均の送信出力は,約3dB低下する。
【0043】
しかしまた,方法の第2の実施形態において,送信信号の変調が位相変調によって行われ,受信路内の信号の変調が振幅変調によって行われることが,効果的であることができる。
【0044】
好ましくは方法の第2の実施形態において,混合された信号はローパスへ出力される。ローパスによってミキサの出力信号が積分されるので,以降の処理に好適な信号が提供される。
【0045】
方法の第2の実施形態において,遅延がデジタルで制御されると,効果的である。デジタル手段,例えばマイクロコントローラ又はデジタルの信号プロセッサは,パルス反復周波数もPN−コードも好適な方法で遅延させることができるので,受信路内の信号は必要な相関を受ける。
【0046】
しかしまた,方法の第2の実施形態において,遅延が切換え手段によって制御されると,効果的であることができる。従ってデジタル手段による遅延の制御の他に,遅延を実現するためにハードウェアを使用することも可能である。
【0047】
好ましくは方法の第2の実施形態において,n−ビット−PN−コードは,カウンタ出力のコンビネータ結合を有するn−ビット−カウンタによって生成され,かつ遅延される。n−ビット−シフトレジスタは複数の出力を有しており,その場合に各出力において各々異なる時間的遅延を有する同一のPN−コードが提供される。従って簡単な方法で,重み付けされた出力を適当にコンビネータ結合することによって,任意のコード遅延を提供することができる。
【0048】
方法の第2の実施形態は,受信路が,変調するために複数のPN−コードを使用する,複数のチャネルに分割されており,かつ変調された信号が複数のローパスによってさらに処理されることにより,特に効果的であることができる。それによってレーダ装置が,他のレーダセンサから送信され,かつ他のPN−コードによって変調された,他の信号を評価するために拡張される。
【0049】
本発明は,振幅変調ASKと位相変調PSKを組み合わせることによって,S/N−比及び目標検出の品質の改良を達成することができる,という驚くべき認識に基づいている。位相ジャンプのブランキングによって,位相ジャンプの切換えが即座には実行されないことに基づくエラーが最小限に抑えられる。ディスクリートなコードシフトの使用によって,測定空間の線形の検出が可能となる。この検出精度は,主としてパルス反復周波数の精度に依存しており,それは極めて正確に調節可能である。コード生成するため,及びコードシフトするためのデジタルの回路及びスイッチとミキサは,例えば「モノリシックマイクロウェーブ集積回路(MMIC)」に,良好に集積可能である。
【0050】
実施例の説明
図2は,PN−コードの一部を示している。図2の上方の部分においては,PN−コードはパラメータvに従って示されている。図2の下方の部分は,同じPN−コードをv=2だけシフトさせて示している。かかるPN−コードとそのシフトは,本発明の範囲内において,S/N比及びドップラー漏れ信号に対する有効信号の比を改良するために使用される。原則的にかかる改良は,パルス反復周波数fPWの増大によって得られる。もちろん,最大のパルス反復周波数は,レーダの到達距離によって制限される:
fPW,max=c/2Rmax
但し,fPW,max:最大のパルス反復周波数
c:光速度
Rmax:レーダの到達距離
【0051】
Rmaxの向う側にある距離を有する目標は,認識されない。パルス反復周波数が増大されると,c/(2fPW)とRmaxの間の目標距離についての測定は,もはや一義的ではなくなる。しかし,本発明の範囲内で,パルス反復周波数の増大によってS/N比に達することに成功した。というのは,PN−コード化を使用することによって,距離測定の一義性を危うくすることなしに,パルス反復周波数を増大させることができるからである。パルス反復周波数の増大によるS/N比の改良の理由は,使用されるローパスフィルタの伝送関数が変化しない場合に,受信信号内でより大きい数のパルスにわたって積分されることにある。パルス反復周波数を,例えば係数mだけ増大した場合には,コヒーレントな積分においてmだけ増大されたS/N比が生じる。従って,パルス反復周波数の増大前のS/N比が(S/N)nである場合に,パルス反復周波数の増大後にそれはm(S/N)nとなる。しかし,nパルスを積分する場合に元のS/N比(S/N)nが十分である場合には,増大されたパルス反復周波数fPWにおいてS/N比を維持しながら,パルスピーク出力Ptも低下させることができ,その場合にPtはパルス反復周波数の逆数に比例する。図2の上方の部分には,例として選択された8−ビット−PN−コードの一部が示されている。使用されるコードが,好適な自己相関関数(AKF)を有する場合には,それによって距離測定のための一義性領域を信号のコード化によって増大させることができる。
【0052】
図3において,自己相関関数に関する関係が詳細に説明されている。図3の上方の部分には,8−ビット−PN−コードの自己相関関数がv=1からv=255の値領域にわたって示されている。原則的に,PN−コードの自己相関関数は,PN−コードを,vクロックだけコードをシフトすることに従ってそれ自体及び後続の総和によって乗算した後の結果を示している。図3の下方の部分には,例として選択された8−ビット−PN−コードの自己相関関数が0から6クロックのシフトにわたって示されている。受信信号と基準信号との間で0秒の相対シフトが調節された場合には,8−ビット−PN−コードについて,28−1=255の,自己相関関数の最大値が得られる。シフトの値を増大させた場合には,自己相関関数の値は減少する。v≧1のシフトから,図3に示す例において,−1の値が得られる。v=0において選択されたPN−コードの自己相関関数の,このようにはっきりと示される最大値は,受信された信号の時間的な遅延の正確な測定と,それに伴って目標距離の一義的な決定を可能にする。
【0053】
Δv≦0.5のシフトのステップ幅においては,最大値の補間のための自己相関関数の十分な解像度が得られる。自己相関関数の周期性に基づいて,このコードの一義性領域は,v=0からVmax=N−1まで延びている。それによって個々のチップがレーダ信号に変調される,そのクロック周波数に従って,自己相関関数の「ピーク」に空間的な拡がりを対応づけることができる。Nチップのフレーム長さ(周期)とチップ周波数又はパルス反復周波数fPWとを有するコードについて,0からReinに達する空間的な一義性領域が得られ,その場合に
Rein=(N−1)c/2fPW
【0054】
一義性領域に,条件
Rein≧Rmax
がつけられる。そうでない場合には,ReinとRmaxとの間にある目標距離について,
r’=r=nRein
但し,n=0,1,…及びr’≧0,
の多義的な測定値が存在することになる。
【0055】
その場合には,レーダセンサのために機器設定された,0からRinstの領域を監視するために,
Vinst=2RinstfPW/c
クロックの最大のコードシフトが必要となる。
【0056】
図4には,キャリア周波数の原理的な変調方法が示されている。レーダセンサの送信信号は,ローカル発振器(LO)によって形成されたキャリア周波数f0を好適なPN−コードで変調することによって得られる。原則的には,各種変調方法,例えばPSK,QPSK,ASK,RSK及びMSKが提供される。本発明は,変調方法ASKとPSK及び位相ジャンプのブランキングを有するPSK−変調に関する。図4の上方の部分には,8−ビット−PN−コードの一部が示されている。中央の部分は,PN−コードによって振幅変調された信号ASKの一部を示している。下方の部分は,PN−コードによって位相変調された信号PSKAを示しており,その場合に位相ジャンプはブランキングされている。
【0057】
センサの実際の構造においては,ASK−変調とPSK−変調における信号のオン状態あるいはオフ状態の間に移行時間が生じる。これは,図4に示す例のモデリングにおいては,0°と180°の間の移行について例えば100psの期間で考慮されている。キャリア周波数は,PSKにおいては,パルス反復周波数あるいはチップクロック周波数の整数倍でなければならない。最適な干渉信号抑圧を得るためには,自己相関関数をv=0において1つ又は複数のフレームにわたって積分した後に,できるだけ大きい値を得ることが必要である。v=1から最大利用されるコードシフトVinstまでの間のコードシフトにおいて,できるだけ小さい値が発生しなければならない。これに関連して,キャリア周波数f0のPSK−変調が効果的である。f0の位相位置は,PSK−変調においては0°と180°の間でシフトキーイングされる。
【0058】
実際の構造における位相位置の切換えは,即座には実行されないので,信号の積分後にエラーが発生する。それによってv=0における振幅とv>1における最大振幅との間の比δは,減少される。PSK−変調された信号が,各位相位置の間の移行時間の間ブランキングされる場合には,図4の下方に示すように,このエラーを最小限にすることができる。
【0059】
図5には,各種背景について,自己相関関数の例が示されている。図5の上方の部分は,ASK−変調された信号の自己相関関数を示している。中央の部分は,位相変調された信号PSKの自己相関関数を示しており,その場合に位相ジャンプはブランキングされていない。下方の部分は,位相ジャンプのブランキングを有する信号の位相変調PSKAを示している。ASK−変調においては,図5に示す例についてδ≒2が生じる。位相ジャンプのブランキングなしのPSK−変調においては,δ≒10が生じ,位相ジャンプのブランキングを有するPSKA−変調においては,δ≒255が生じる。従ってブランキングによって最大値のずっと良好な検出,あるいはより効果的な干渉信号抑圧が達成される。
【0060】
ASKとPSKを組み合わせることによって(その場合にASKは送信路で,PSKは受信路で,あるいはその逆で使用される),δは理論的には無限へ向かう。これは,v>1については自己相関関数がゼロであることを,意味している。送信路における振幅変調ASKと受信路における位相変調PSKにおいては,平均の送信出力は約3dBだけ低下する。位相ジャンプをブランキングすることによって,自己相関関数の最大値の幅は減少し,あるいは振幅スペクトルの帯域幅は増大される。これが,同一のクロック周波数fPWにおいて様々な目標間の分離能力を改良するが,その場合にコードシフトΔvのためにより小さいステップ幅が必要である。あるいは,ほとんど変わらない場所解像度,分離能力,ステップ幅お及び帯域幅においてパルス幅τを増大させることもできる。
【0061】
図6は,本発明にかかるレーダ装置の実施形態を概略的に示している。概略的な図示は,著しく簡略化されている。特に,位相内(I)−チャネルのみが図示されており,直角(Q)−チャネルは省略されており,その場合にこれは原理的には同一に構築することができる。レーダ装置は,パルス反復周波数PRFを形成するためのクロック発生器10を有している。パルス反復周波数は,PN−ジェネレータ12へ供給される。さらに,ローカル発振器14(LO)が設けられており,それは例えば24GHのキャリア周波数f0を生成する。キャリア周波数は,ローカル発振器14によって3dB−出力分割器16に供給される。出力分割器は,第1の位相変調器18を介して送信路に出力を供給する。位相変調器18は,ここでは概略的にスイッチとして示されている。例えば,ミキサとして実現することができる。さらに,出力分割器16は,同様にミキサとして形成することのできる,第2の位相変調器20を介して受信路へ出力を供給する。位相変調器18,20の出力は,各々位相ジャンプをブランキングするためのスイッチ22,24と接続されている。送信路内のスイッチ22の出力は,送信信号を供給する。受信路内のスイッチ24の出力は,ミキサ26と接続されている。このミキサ26には,スイッチ24の出力信号の他に,受信信号も入力される。ミキサ26の出力は,ローパスフィルタ28と接続されており,そのローパスフィルタは出力信号として位相内(I)−信号を供給する。さらに,マイクロコントローラあるいはデジタルの信号プロセッサ30が設けられており,それが遅延素子32を制御する。この遅延素子は,パルス反復周波数の遅延にも,受信路内のPN−コードの遅延にも用いられる。送信路内ではパルス反復周波数は直接パルス成形器34へ与えられ,そのパルス成形器の出力信号が送信路内の位相ジャンプをブランキングするためのスイッチ22を接続し,受信路内のパルス反復周波数は遅延素子32を介してパルス成形器36へ与えられ,そのパルス成形器は受信路内の位相ジャンプをブランキングするためのスイッチ24を接続する。さらに,PN−コードは,それが位相変調のためのスイッチ18を接続することによって,直接送信路内の位相変調に用いられる。受信路内では,PN−コードは遅延されて,位相変調のためのスイッチ20へ案内される。受信路は,受信アンテナ38内で終了している。送信路は,送信アンテナ48内で終了している。
【0062】
図6に示すレーダ装置は,次のように作動する。ローカル発振器14がキャリア周波数を生成し,そのキャリア周波数は出力分割器16を介して送信路へ供給される。キャリア周波数の出力の一部は,基準信号として受信路に供給される。送信路内では,キャリア周波数は位相変調器18によって位相変調される。位相変調は,PN−ジェネレータ12によって生成されるPN−コードによって行われる。位相変調された信号は,位相変調器18から,位相ジャンプをブランキングするためのスイッチ22へ案内される。このスイッチは,パルス成形器34の出力信号によって操作され,そのパルス成形器はパルス反復周波数10に従ってブランキングするための時間ウィンドウを形成する。従ってパルス反復周波数10は,パルス成形器34のために時間ウィンドウを遅延されずに決定するためにも,位相変調器18のためにPN−コードを遅延されずに準備するためにも責任を有する。受信路内では出力分割器16の出力信号が,同様に位相変調器20内で位相変調される。位相変調器20の出力信号は,ブランキングするためのスイッチ24へ案内され,その場合にスイッチ24はパルス成形器36の出力信号によって操作される。このパルス成形器36は,パルス反復周波数によって遅延されて制御される。同様に,位相変調器20は遅延されたPN−コードによって接続される。
【0063】
原則的に,位相切換え器18,20とブランキングするための各々のスイッチ22,24の順序は,任意である。ブランキングは,受信アンテナ38とミキサ26との間,又はミキサ26とローパス28との間に設けることもできる。位相変調は,受信アンテナ38とミキサ26との間に設けることもできる。
【0064】
受信路内のコードシフトに関する状況を,図7を用いて詳細に説明する。送信路(TX)内では,時点tPRF(t)でパルス反復周波数によるパルス成形が行われる。位相位置の切換えは,送信路内ではシフトされないPN−コードPN(n)によって行われる。受信路(RX)内では,パルス成形は遅延されたパルス反復周波数PRE(t−TPW(vmod0,5)によって行われる。位相位置の切換えは,受信路内では遅延されたPN−コードPN(n−int(2v)/2)によって行われる。受信路(RX)内のコードシフトvは,この回路においては,vを1/2でモジュロ分割する場合に,半数の割合(int(2v)/2=0;0.5;1;1.5;…)と残り(vmod(0,5)に分割される。
【0065】
パルス幅τの逆数より大きいか,あるいはそれと等しい(fPW≧fPW,0≒1/τ)チップ−クロック周波数のためには,最も簡略化された配置が可能である。かかる配置が,図8に示されている。図6に示す構成要素に相当する構成要素は,他の図において同一の参照符号で示されている。受信路のためのブランキングは,さらにv=0とv=1/2との間で切り換えればよく,それが反転40に相当する。
【0066】
他の簡略化が,図9に示されている。この配置は,図6に示すレーダ装置に相当するが,特殊場合fPW≦fPW,uが示されており,その場合に
fPW,u≦c/2Rinst
である。
【0067】
ここではPN−コードの半数のシフトも省略されている。その自己相関関数が,より大きい幅を備えた「ピーク」を有する,他のコードを使用する場合には,fPW,oとΔVmaxがそれに応じて増大する。
【0068】
所望のPN−列と各々それに対してシフトされたPN−列を生成するための回路の可能な形態が,図10に概略的に示されている。PN−コーダーは,その出力Qiが好適なEXOR−結合を介して入力Diと接続されている,n−ビット−シフトレジスタによって実現され,かつ特殊な数列を有するn−ビット−カウンタを表している。
【0069】
各出力Qiにおいて,各々異なる時間的遅延を有する等しいPN−コードが得られる。整数のコードシフトは,重み(g1,g2,…,gn)に「0」あるいは「1」を割り当てることによってもたらされる。g0=1によって,出力クロックの反転によりΔv=1/2だけ付加的なシフトが得られる。本来のコードシフトは,出力Qi間のEXOR−結合52によって実施される。これは,パリティチェッカー(奇数のパリティ「1」;偶数のパリティ「0」)として説明することができる。重みgiを割り当てることは,デジタルの信号プロセッサあるいはマイクロコントローラ30によって計算され,あるいは他の好適なPN−シフトレジスタによって形成される。
【0070】
できるだけ高い干渉信号抑圧のためには,コードシフトの切換えを各々Qiの同一の割当てにおいて行うことが必要であるので,PN−コーダーのカウンタ状態がコード化される60。各フレーム通過において,デジタルの信号プロセッサにより調節されたコードシフトvのために,引受けパルス(ラッチ50のクロック入力)が生成される。従って重みgiは,PN−コードの各フレーム通過後に更新される。
【0071】
図11は,本発明にかかるレーダ装置の実施形態の他の概略的な図示であって,その場合にここでは,振幅変調ASK18aが位相変調PSK20と組み合わされる。ここでも特殊場合fPW≧fPW,oが示されており,即ち反転40は位相ジャンプのブランキングのために十分である。ASKとPSKのこの組合わせは,図6と9に示す形態のためにも可能である。送信路内でPSKを,そして受信路内でASKを使用する場合には,同じS/N−比において,平均の送信出力が約3dB上昇する。
【0072】
使用される方法(純粋なPKS又はPSKとASKの組合わせ)は,他のレーダセンサから送信されて,各々他のコードPNiによって変調された信号を評価するために拡張される。
【0073】
図12には,例が示されており,その例においては複数のレーダセンサの送信信号の評価は,受信路内のPKSによって行われる。2つのミキサ42,44によって処理され,その場合にミキサの各々は,受信信号を関与している位相の1つとミキシングする責任を有している。ミキサ42,44の出力は,各々位相変調器200,201,202へ供給されて,そこで位相位置の切換えが行われる。パルス成形36は,この場合はミキサ42,44の前で行われる。位相位置を切り換えるためのスイッチ200,201,202の出力信号は,図示されていないローパスTP0,TP1,TP2へ供給される。隣接センサの信号が異なるPN−コードPN1あるいはPN2でコード化されることによって,各種チャネルの互いに対する干渉が防止される。
【0074】
図12には3つのチャネルのみが図示されており,その場合にもちろん,配置はより大きい数のチャネルへ拡大することができる。同様にI−信号の生成のみが示されており,その場合にQ−信号は90°位相シフトされたf0によって同様に得られる。
【0075】
図12と比較し得る図13には,複数のレーダセンサの送信信号の評価を実施するためのブロック回路図が示されており,その場合にもちろんASKは受信路内で使用される。ミキサ46はキャリア周波数f0を受信信号と混合し,混合された信号を振幅変調のためにスイッチ20a0,20a1及び20a2へ出力する。そこで様々なPN−コードPN,PN1及びPN2によって振幅変調が実施される。これは受信路であるので,遅延されたPN−コードが使用される。スイッチ20a0,20a1及び20a2の出力信号は,図示されていないローパスTP0,TP1及びTP2へ供給される。ここでもI−信号の生成のみが示されており,その場合にQ−信号は90°位相シフトされたf0によって同様に得られる。この回路も,より大きい数のチャネルへ拡大することができる。
【0076】
図14には,理想的なクロス相関関数(KKF)とv全クロックだけ遅延されたコードとを有する誘導されたコードを生成するための回路原理が示されており,その場合にカウンタ54と引き算器56が設けられている。
【0077】
より少ない数のレーダセンサのための理想的な分離(AKF=0)は,個々のチップ(図14)あるいは出力コードPN(n)のチップグループのサイクリックな反転によって得られる。第1のコードPN(n)の誘導について:,
PN1(n)=(−1)nPN(n);n=0,1,・・・,2N−1.
が成立する。
【0078】
当然ながら,PN(n)から誘導された全てのコードPNi(n)について,
(PN(n);n=0,1,・・・,2iN−1.)
が成立する。
【0079】
これらのコードは,特に,車両において複数のレーダセンサを使用するのに好適である。それらは,センサの互いに対する減少された干渉をもたらす。各誘導iにおいて新しいコードのフレーム長さは倍増し,その場合に2iNとなる。個々のチップは,少なくとも1つのフレーム長さにわたって積分されなければならないので,積分に使用されるローパスの上方の限界周波数は,各々係数2iだけ低くされる。図14は,誘導されたコードを生成するための回路の一部を示している。
【0080】
図15は,異なるコードが3つ(上方)と4つ(下方)の場合に,車両内のセンサの割当ての例を示している。好適なクロス相関関数(KKFはできるかぎり小さい)を有するコードペアを選択する場合には,各種レーダセンサ(例えば異なるKFZの)を互いから分離することが可能である。各種PN−コード化されたレーダセンサ58間でより少ない干渉発生が得られる。
【0081】
PN−コードの他に,同様な特性を有する他のバイナリコード,例えばゴールドコード,二次残余シーケンス,擬似ランダムシーケンス及び相補シーケンス又はターナリコードなども知られている。
【0082】
本発明にかかる実施例の上述した説明は,単に説明に役立てるために用いられるものであって,本発明を制限するためではない。本発明の範囲内で,発明の範囲及びその等価性を逸脱することなく,種々の変更と修正が可能である。
【図面の簡単な説明】
図面
本発明を,添付図面を参照し,好ましい実施形態を用いて例で説明する。
【図1】
従来技術のレーダ装置のブロック回路図である。
【図2】
PN−コードの一部を示している。
【図3】
種々の値領域にわたるPN−コードの自己相関関数を示している。
【図4】
PN−コードとPN−コードで変調された信号の一部を示している。
【図5】
各種方法で変調された信号の自己相関関数を示している。
【図6】
本発明にかかるレーダ装置の実施形態を概略的に示している。
【図7】
位相ジャンプのブランキングを有するPSK−回路を概略的に示している。
【図8】
本発明にかかるレーダ装置の他の実施形態を概略的に示している。
【図9】
本発明にかかるレーダ装置の他の実施形態を概略的に示している。
【図10】
PN−コードを生成してシフトするための装置を概略的に示している。
【図11】
本発明にかかるレーダ装置の他の実施形態を概略的に示している。
【図12】
複数のレーダセンサの送信信号を評価する回路を概略的に示している。
【図13】
複数のレーダセンサの送信信号を評価する他の回路を概略的に示している。
【図14】
誘導されたPN−コードを生成する回路を概略的に示している。
【図15】
車両内のセンサに各種コードが割り当てられていることを示している。
Claims (24)
- −コードを生成する手段(12)と,
−送信路内の送信信号をコードで変調するための手段(18)と,
−コードを遅延させる手段(32)と,
−受信路内の信号を遅延されたコードで変調するための手段(20)と,
−基準信号を受信信号と混合するための手段(26,42,44,46)と,を有する,レーダ装置において,
−信号のうちの1つの信号の変調が,振幅変調(ASK;Amplitude Shift Keying)によって行われ,かつ
−他の信号の変調は,位相変調(PSK;Phase Shift Keying)によって行われる,ことを特徴とするレーダ装置。 - −コードを生成する手段(12)と,
−送信路内の送信信号をコードで変調する手段(18)と,
−コードを遅延させる手段(32)と,
−受信路内の信号を遅延されたコードで変調する手段(20)と,
−基準信号を受信信号と混合する手段(26,42,44,46)と,
を有するレーダ装置において,
−前記各信号のうちの少なくとも1つの信号の変調は,位相変調(PSK;Phase Shift Keying)によって行われ,かつ
−位相ジャンプをブランキングする手段(22,24,34,36)が設けられている,ことを特徴とするレーダ装置。 - 前記位相ジャンプをブランキングする手段は,パルス成形する手段(34,36)とスイッチ(22,24)とを有しており,
その場合に,前記スイッチ(22,24)は,前記変調する手段(18,20)に対して直列に配置されている,
ことを特徴とする請求項2に記載のレーダ装置。 - 前記コードは,擬似ノイズコード(Pseudo−Noise−Code)(PN−コード)である,ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のレーダ装置。
- −前記送信信号の変調は,振幅変調によって行われ,かつ
−前記受信路内の信号の変調は,位相変調によって行われる,
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のレーダ装置。 - −前記送信信号の変調は,位相変調によって行われ,かつ
−前記受信路内の信号の変調は,振幅変調によって行われる,
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載のレーダ装置。 - 前記基準信号に受信信号を混合する手段(26)は,出力信号をローパス(28)へ出力する,ことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載のレーダ装置。
- 前記遅延を制御するためのデジタル手段が設けられている,ことを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載のレーダ装置。
- 前記遅延を制御するための切換え手段が設けられている,ことを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載のレーダ装置。
- n−ビット−PN−コードを生成して遅延させる手段が,カウンタ出力のコンビネータ結合を有するn−ビットカウンタ(図10)として実現されている,ことを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載のレーダ装置。
- −前記受信路は,変調するために複数のPN−コードを使用する,複数のチャネルに分割されており,かつ
−前記変調された信号をさらに処理するために,複数のローパス(TP0,TP1,TP2)が設けられている,
ことを特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載のレーダセンサ。 - 次のステップ:
−コードの生成;
−受信路内の送信信号をコードで変調;
−コードの遅延;
−受信路内の信号を,遅延されたコードで変調;及び
−基準信号を受信信号と混合;
の各ステップを有する,レーダ装置をコード化する方法において,
−前記各信号のうちの1つの信号の変調が,振幅変調(ASK;Amplitude Shift Keying)によって行われ,かつ
−他の信号の変調は,位相変調(PSK;Phase Shift Keying)によって行われる,
ことを特徴とするレーダ装置をコード化する方法。 - 位相ジャンプが,ブランキングされる,ことを特徴とする請求項12に記載の方法。
- 前記位相ジャンプをブランキングする手段は,パルス成形する手段(34,36)とスイッチ(22,24)とを有しており,その場合にスイッチは変調する手段(18,20)に対して直列に配置されている,ことを特徴とする請求項12又は13に記載の方法。
- 次のステップ:
−PN−コードの生成;
−送信路内の送信信号をコードで変調;
−コードの遅延;
−受信路内の信号を遅延されたコードで変調;及び
−基準信号を受信信号と混合;
の各ステップを有する,レーダ装置をコード化する方法において,
−前記各信号のうちの少なくとも1つの信号の変調が,位相変調(PSK;Phase Shift Keying)によって行われ,かつ
−位相ジャンプがブランキングされる,
ことを特徴とするレーダ装置をコード化する方法。 - 前記位相ジャンプをブランキングする手段は,パルス成形する手段(34,36)とスイッチ(22,24)とを有しており,
その場合に,スイッチ(22,24)は変調する手段(18,20)に対して直列に配置されている,
ことを特徴とする請求項15に記載の方法。 - 前記コードは,擬似ノイズコード(Pseudo−Noise−Code;PN−コード)である,ことを特徴とする請求項12に記載の方法。
- −前記送信信号の変調は,振幅変調によって行われ,かつ
−前記受信路内の信号の変調は,位相変調によって行われる,ことを特徴とする請求項12から17のいずれか1項に記載の方法。 - −前記送信信号の変調は,位相変調によって行われ,かつ
−前記受信路内の信号の変調は,振幅変調によって行われる,
ことを特徴とする請求項12から18のいずれか1項に記載の方法。 - 前記混合された信号が,ローパス(28)へ出力される,ことを特徴とする請求項12から19のいずれか1項に記載の方法。
- 前記遅延は,デジタル制御される,ことを特徴とする請求項12から20のいずれか1項に記載の方法。
- 前記遅延は,切換え手段によって制御される,ことを特徴とする請求項12から21のいずれか1項に記載の方法。
- n−ビット−PN−コードは,カウンタ出力のコンビネータ結合を有するn−ビットカウンタ(図10)によって生成され,かつ遅延される,ことを特徴とする請求項12から22のいずれか1項に記載の方法。
- −前記受信路は,変調するために複数のPN−コードを使用する,複数のチャネルに分割されており,かつ
−前記変調された信号は,複数のローパス(TP0,TP1,TP2)によってさらに処理される,ことを特徴とする請求項12から23のいずれか1項に記載の方法。
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