JP2016524143A - Fmcwレーダにおける干渉抑制 - Google Patents

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Abstract

レーダシステムにおいて、FMCWレーダセンサ(10)の送信信号が、周波数変調ランプ(30)の連続を有していて、それぞれ別のコード連続(Cq)に対して直交する第1のコード連続(Cm)に従って位相変調され、前記別のコード連続(Cq)に従って、別のFMCWレーダセンサ(10′)の時間的に同期化された送信信号が位相変調され、レーダエコーが前記第1のコード連続(Cm)と相関するコード連続(Cm;fm)により位相復調され、少なくとも1つの位置測定された対象物(44)の距離(d)および/または相対速度(v)が、フーリエ分析(32,38)の周波数スペクトルに基づいて、1次元でそれぞれ前記周波数変調ランプ(30)のレーダエコーの走査値に亘って決定され、また2次元で前記レーダセンサ(10)の送信信号の前記周波数変調ランプ(30)の前記レーダエコーの位相復調された連続に亘って決定されるようになっており、車両一団のためのレーダシステムにおいて、FMCWレーダセンサ(10)が位相変調および位相復調のために、別の車両のレーダセンサ(10″)に使用されたコードセット(Cq1,Cq2)によってコードセット直交性条件を満たすコードセット(Cm1,Cm2)が使用される。【選択図】 図3

Description

本発明は、FMCWレーダによる対象物の距離および/または相対速度の決定に関する。特に本発明は、FMCWレーダセンサ、第1および少なくとも1つの第2のレーダセンサを備えたFMCWレーダシステム、並びに複数のFMCWレーダセンサを有する、車両一団のためのレーダシステムに関する。
レーダセンサは、例えば、自車の前方で位置測定された車両またはその他の対象物の距離、相対速度および方位角を測定するために、自動車に使用される。
FMCWレーダセンサ(周波数変調連続波)において、連続的なレーダ信号の送信周波数はランプ状に変調される。受信信号を送信信号と混合することによって、ベースバンド信号が生成され、次いでこのベースバンド信号が評価される。
送信信号が同じような形式の少なくとも1つの周波数変調ランプ(チャープ)の連続を有している、チャープシーケンス変調法に従って作業するFMCWレーダセンサは公知である。変調パラメータ、例えばランプ継続時間、周波数偏移、並びに1つの連続の隣り合うランプ間の時間間隔は、1つの連続内で同じである。この場合、例えばベースバンド信号の第1のフーリエ変換が送信信号のそれぞれ個別の周波数ランプのために行われることによって、まずレーダ対象物の分離が、このレーダ対象物の距離に応じて行われる。次いで、1つの連続の周波数ランプの第1のフーリエ変化のスペクトルが、第2のフーリエ変換のための入力信号として使用される。これによって、第2のフーリエ変換時に、個別の周波数ランプのレーダエコーの連続に亘る位相状態の変化を用いて、レーダ対象物の速度に応じたレーダ対象物の分離が行われる。
特許文献1によればパルスレーダが公知であり、このパルスレーダにおいては、疑似雑音コードによる送信信号が、振幅変調、位相変調または周波数変調によって変調される。受信分岐部内で、遅延されたコードを有する変調が行われる。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、ターゲットの距離が推測される。別の受信チャンネル内で直交コードが使用され、この直交コードは、例えばカウンタまたはEXORゲートによって疑似雑音コードから生成される。これによって、それぞれのセンサの重畳する検出範囲において、それぞれの受信チャンネル内の対応するセンサだけが評価される。
特許文献2によれば、一平面内で所定の側方間隔を保って配置された2つの送信アンテナと、1つの共通の受信アンテナとを有するレーダシステムが公知であり、この公知のレーダシステムにおいては、2つの送信アンテナが、同じ周波数ランプの連続に従って同時に駆動され、この際に、切換え可能なインバータが、第1の送信アンテナの信号の位相をランプからランプへ無作為に0°または180°に変化させる。各周波数ランプの走査値に亘っての第1の離散フーリエ変換(DFT)の後に、第2のDFTがランプ連続に亘って1回は位相修正によって、また1回は位相修正なしで算出され、それによって、方位角情報を得るために、それぞれの送信アンテナから放射される受信信号のための別個のスペクトルが得られる。送信アンテナから放射される受信信号のスペクトル内において、連続毎に1024個のランプが送信されると、それぞれ別の送信アンテナから放射される信号が約30dBより下の雑音を発生させる。
ドイツ連邦共和国特許公開第10100417号明細書 国際公開第2010/115418号パンフレット
今日では、自動車用の運転者支援システムおよびセーフティーシステムの開発において、車両内に設置されたレーダセンサの数が増える傾向が明確になっている。これによって、レーダセンサが、同一車両の別のレーダセンサの、不都合な干渉信号をも受信する可能性が高くなる。
自動車のレーダセンサが普及するにつれて、所定の交通計画において、別の車両のレーダ信号の不都合な受信も発生する。従って、例えば隊列走行時に、先行車両の後部のレーダセンサが、後続車両のフロントセンサを妨害し得る。
本発明の課題は、別のレーダセンサの不都合な信号を効果的に抑制することができる、チャープシーケンス変調を有するFMCWレーダセンサおよびFMCWレーダシステムを提供することである。
別のレーダセンサの干渉信号を抑制するためのアプローチは、レーダセンサの平均周波数のオフセットである。しかしながらこれは、提供された帯域幅に基づいて限定的にしか可能ではなく、距離分離可能性を損なう。
別のアプローチは、時間信号の補間法に基づくレーダセンサの時間信号の干渉の検知である。この場合、時間信号の小さい範囲だけが妨害を受けるというモデル化された仮定が前提とされる。しかしながら、短いランプ継続時間または同時に複数の干渉信号の発生を用いる場合、干渉の検知および補間法はもはや不可能である。
前記課題は、本発明によれば請求項1に記載のレーダシステムによって解決される。
例えば従来のチャープシーケンス変調におけるように、フーリエ分析が、2段階の2次元離散フーリエ変換の形で行われる。第1のフーリエ変換は、周波数ランプのレーダエコー内で、距離に依存する信号成分に相当するコヒーレントな振動を、1次元スペクトル内のピークによって形成する。第2のフーリエ変換は、ここではもちろん前もって位相復調された、1次元の第1のフーリエ変換のスペクトルに亘って実行され、ドップラー成分に相当するコヒーレントな振動を、周波数ランプの連続のレーダエコーに亘って、第2のフーリエ変換のスペクトル内のピークの位置によって形成する。2次元フーリエ変換の結果が、2次元の、離散またはラスタ化された、つまり距離セル/速度セル内に分けられたスペクトルである。位相復調は、好適な形式で、周波数ランプの1次元スペクトルに、受信器内に使用されたコード連続のそれぞれの共役複素数要素が乗算されることによって、行われる。第2のフーリエ変換は、予めそれぞれの項の合計を含んでおり、従って、2次元スペクトルの相応の距離セル/速度セル内に振幅の係数として、自己相関若しくは交差相関の値を提供する。
本発明の位相復調によって、位相復調後にレーダエコーの位相状態のコヒーレントな振動が周波数ランプの連続に亘って存在するときにだけ、第2のフーリエ変換後にレーダエコーの出力ピークが得られる。この条件を満たすレーダエコーは、その送信信号が、位相復調のために使用されたコード連続と相関するコード連続により位相変調されたレーダエコーである。これに対して、レーダエコーのベースバンド信号が少なくとも1つの第2のレーダセンサの成分を含んでいれば、第1のフーリエ変換後に得られる相応のピークは、位相復調後に、周波数ランプの連続に亘ってコヒーレンスを有することはない。コード連続の交差相関は、ここでは係数ゼロを提供する。
特に好適には、互いに直交するコード連続を用いることによって、比較的短いコード連続においても、他のレーダセンサの信号の干渉性のレーダエコーの非常に良好な、理想的には完全な抑制が行われる。
これによって、前記のように直交するコード連続を使用することによって、2つの送信信号の時間的に同期的な位相変調の際に、相互干渉が抑制され得る。従って、1つの車両の複数のレーダセンサを有するレーダシステム内の固有の干渉は抑制され得る。
前記課題はさらに、請求項6のレーダシステムによって解決される。
2次元スペクトルを決定するまで、部分送信信号のレーダエコーを別個に処理することは、例えばそれぞれの上記評価ステップに相当する。
部分信号のための2次元スペクトルの位相復調および積算によって、積算されたスペクトル内に、別個のスペクトルが、周波数ランプの連続に亘ってレーダエコーの積算された位相状態のコヒーレントな振動が存在するスペクトルに加算される場合にのみ、レーダエコーの出力ピークが得られる。追加的に、有効信号の場合、相応の距離セル/速度セル内の振幅の係数としての、時間オフセットがゼロであるときの自己相関関数の合計が得られる。別の車両のレーダセンサの、別のコードセットにより位相変調された干渉信号が存在する場合、交差相関関数の合計が振幅の係数として得られる。これは、コード連続間の時間オフセットの値に依存することなしに、コードセット直交性関係に従ってゼロに等しい。
前記のように、コードセット直交性関係を満たすコード連続を有するコードセットを使用することによって、2つの送信信号の時間的に同期化されない位相変調においても、相互干渉が抑制される。これによって、2つの車両のレーダセンサ間の外部干渉は抑制され得る。
本発明のその他の好適な実施態様および改良は従属請求項に記載されている。
FMCWレーダセンサのブロック図である。 送信信号の周波数変調ランプの連続の概略図である。 ベースバンド信号の評価を説明するためのブロック図である。 固有の干渉を有する状況におけるFMCWレーダシステムを備えた自動車の概略図である。 図3による評価を説明するための、ベースバンド信号の部分信号より成る距離情報を示す線図である。 図3による評価を説明するための、部分信号の信号変化より成る速度および距離情報を示す線図である。 複数のコードを有するコードセットを用いて位相復調を説明するための、周波数変調ランプのそれぞれの連続の形の2つの部分送信信号を有する送信信号の一例を示す図である。 例えば図7に示したような2つのランプセットを有する送信信号におけるベースバンド信号の評価を説明するためのブロック図である。 外部の干渉を有する状況における、FMCWレーダセンサを有する自動車の概略図である。 図8による評価を説明するための、ランプセットにおけるベースバンド信号の部分信号より成る距離情報を示す線図である。 図8による評価を説明するための、ランプセットにおける部分信号の連続に亘る信号変化より成る速度および距離情報を示す線図である。 図8による評価を説明するための、2つのランプセットのための信号処理結果の合計による距離と速度の関係を示す線図である。 マルチスピードFMCWレーダセンサの評価を説明するための距離と速度の関係を示す線図である。
以下に複数の実施例を、図面を用いて詳しく説明する。
図1に示したFMCWレーダセンサ10は、自動車の前部に組み込まれている。FMCWレーダセンサ10は、送信信号を生成するための発振器12と、この発振器12の周波数を制御するための周波数変調装置14と、車両バスシステム17に接続可能な制御および評価ユニット16とを有している。発振器12の出力は、制御可能な位相変調器18を介して送信アンテナ素子20に接続されている。さらに発振器12の出力は混合器22に接続されている。この混合器22は、ベースバンド信号sを生成するために、受信アンテナ素子24によって受信された受信信号を発振器12の周波数変調された信号と混合するように調整されている。ベースバンド信号は、アナログデジタル変換器26によって走査され、デジタル化される。混合およびデジタル化は、受信された信号と送信信号との間の位相関係を得ることによって行われる。制御および評価ユニット16は、周波数変調装置14を制御し、ベースバンド信号sの走査値を評価するための信号処理ユニット28を有している。
図2は、発振器12からアウトプットされ、位相変調器18によって位相変調された送信信号の変調パターンのための一例を示す。送信信号の周波数fは、時間tの関数として示されている。
周波数変調装置14は、規則的な時間間隔で次々に発生する周波数ランプ30の少なくとも1つの連続、特に同じ勾配、同じ平均周波数および同じ偏移の線状のランプの連続を有するチャープシーケンス変調に応じて、1回の測定サイクルで、発振器12の信号を変調するように調整されている。周波数変調ランプは、チャープ、周波数ランプまたは単にランプとも称呼される。
位相変調器18は、以下ではコードCとも呼ばれるコード連続Cでチャープの位相を変調するように、調整されている。この場合、指数I、I=0,…,L−1を有する各チャープは、この連続内において、位相φ(I)の形のコード連続の所属の要素に従った位相状態を得る。これは、係数C(I)=ejφm(I)を有する複素振幅の乗算として記述され、この場合、jは虚数単位である。連続のランプの数はLであり、コードCの長さと同じである。
チャープシーケンス変調および位相変調は、車両バス17を介して別のレーダセンサ10′の変調と同期化可能であるので、周波数ランプのそれぞれの連続若しくはそれぞれのコード連続において、互いに順序が対応する、コード連続のランプ若しくは要素の時間的な状態は、僅かな時間オフセットを有しているだけかまたは時間オフセットをまったく有していない。時間オフセットはランプの継続時間よりも短い。好適には、互いに順序が対応する、コード連続のランプ若しくは要素は、大部分が時間的にオーバラップして、特に好適にはほぼ同時に(つまり時間的に完全にオーバラップして)使用される。
送信信号の平均周波数は76ギガヘルツの大きさであり、各ランプの周波数偏移Fは数メガヘルツの大きさである。ランプ継続時間Tは、図2では、ランプ30が連続する時間間隔Tr2rよりも小さい。Tr2rは、数マイクロ秒から僅か数ミリ秒までの大きさである。
図3は、信号処理ユニット28内で実行される、ベースバンド信号sを評価するための方法のブロック図である。
それぞれの複素周波数スペクトル33を決定するために、ベースバンド信号sの、チャープに対応する部分信号が、高速のフーリエ変換(FFT)の形のそれぞれの離散フーリエ変換32iに混合されることによって、第1のフーリエ変換32が行われる。位置測定された対象物のために、スペクトル33は、それぞれの周波数状態fにおいてピークを得る。
チャープ30の連続に亘って、位置測定された対象物の一定の相対速度vにおいて、ピークの位相の調和のとれた振動が得られる。その周波数状態fは、平均的な相対速度vに比例する。追加的に、ランプ30内の信号は位相オフセットφ(I)を有している。
第1のFFT32の後で、1次元の周波数スペクトル33は位相復調34に混合され、この位相復調34において、送信信号に変調された位相オフセットが、逆の位相オフセットによって復調される。ランプ指数Iにおいて、複素周波数スペクトルにC (I)、C(I)の共役複素数が乗算されることによって、それぞれの復調34iが行われる。
第2のフーリエ変換38が、例えばそれぞれのFFT38iの形で行われ、この第2のフーリエ変換38は、位相復調された1次元スペクトル33′の、距離dに相当するそれぞれの周波数状態のための、連続的なランプ指数Iを介して実行される。例えば図3には、周波数スペクトル33′の周波数状態に所属する、周波数スペクトル33′の値が斜線で示されている。
第1のFFTの周波数状態fにおいて、第2のFFTで演算された周波数スペクトルは、得られた2次元スペクトル内のピーク状態(f,f)に相当する、2重周波数fにおける、それぞれの対象物に割り当てられたピークを示す。さらなる評価および対象物検出は、検出ユニット40によって行われる。
位相復調は、選択的に、第1のFFT32の演算前に予め行われてよい。第1のFFT32と第2のFFT38との直列接続は、レーダエコーの位相復調された連続の2次元FFTに相当する。
図4は、自動車42内で2つのFMCWレーダセンサ10,10′の様々なコードの連続を使用することによって、一方のレーダセンサ10によって受信される、送信アンテナ20′を有する他方のレーダセンサ10′から放射される妨害信号の形の固有の干渉が抑制される一例を示す。レーダセンサ10,10′は、様々な組み込み箇所を有していて、特に車両に別個に組み付けられている。
この実施例では、レーダ対象物44が隣の車線上で距離d=42mだけ離れた位置にあり、v=−7.6m/sの相対速度を有している。自車の第2のレーダセンサ10′から放射される干渉信号が、3.32m離れた位置にあり、かつ0m/sの相対速度を有する対象物46、例えば先行車両によって受信される。送信信号および特にレーダセンサ10,10′のランプの連続は、自動車42の車内電源固有の車両バスシステムを介して互いに同期化されている。
第1のレーダセンサ10は、位相変調のためにコード連続Cを使用し、第2のレーダセンサ10′は、コード連続Cと直交するコード連続Cを使用する。これらのコード連続は、以下ではコードとも呼ばれる。
これらのコードは、その交差相関関数が、時間オフセットゼロにおいてゼロに等しいときに、つまりrCm,Cq(0)=0であるときに、直交と称される。交差相関関数は、複素数C,Cに関して次式として規定されている。
Figure 2016524143
この場合、範囲0,…,L−1の外側の指数のために、コードの要素がゼロと規定される。この式中、iは時間オフセットであり、それぞれのコードの値の指数の差に相当する。
直交コードとして、例えばハダマードコードが使用される。ハダマードコードは2進コードであり、2進コードにおいて、1つのコードセットのコードがハダマードマトリックスの互いに直交する行列より成っている。コード値とも呼ばれるコードの要素は、0°若しくは180°の位相オフセットに対応して、値+1および−1に限定されている。2進コードの場合、コードの要素は、それぞれ1ビットによって規定されてよい。
各ランプのために、第1のFFTによるスペクトルに、コード連続の所属の要素の共役複素数が乗算される。
ランプの継続時間は、信号が実際のターゲットに到達して戻ってくる時間よりも著しく大きいので、受信した信号は、送信された信号と同時であるとみなされ、時間オフセットは相応にゼロである。これは、以下では同期化条件と呼ばれる。
ランプに亘っての第2のFFTの実行後、2重周波数fにおけるピークのために、時間オフセットゼロ、rCm,Cm(0)=Lを有する、使用されたコードの交差相関関数の値に比例する振幅が得られる。コードの相関総和は、コード長さLと同じである。これは、2つのコードの同期的な乗算に相当する。全体的に、ランプ毎のKサンプルに亘っての第1のFFTの積分による、および1つの連続のLランプに亘っての第2のFFTの積分による振幅は、係数KLだけ、受信信号の振幅よりも大きい。
干渉信号が第2のレーダセンサ10′によって受信され、コードCによってコード化されると、第1のフーリエ変換およびコードCによる位相復調に従って、第2のフーリエ変換の振幅の予備係数として、ゼロに等しい時間オフセットのための2つのコードの交差相関関数rCm,Cq(0)が得られる。この場合、同期化条件が満たされている場合に、時間オフセットは0に等しく、それによってレーダセンサ10′の第1のランプから放射される信号は、レーダセンサ10の第1のランプから放射される信号と共に受信される。2つのコードの直交性rCm,Cq(0)=0に基づいて、妨害は抑制される。相関総和はゼロである。
例えば、妨害信号は、レーダセンサ10′から放射されて対象物44で反射された信号である。また、レーダセンサ10′から直接放射された妨害信号も抑制され得る。このような妨害信号は、例えば見せかけの対象物に相当し得る。
図4に示された状況を、以下に例えばチャープシーケンス変調を用いて説明する。チャープシーケンス変調は、ランプセットのパラメータ:F=180MHz、T=Tr2r=0.02msおよびL=512を有しており、それによってTslow=10.24msのランプセットの経過時間が得られる。各ランプは、Nfast=512箇所で走査される。
ランプの短さおよび急勾配に基づいて、ランプのベースバンド信号内において、周波数の、走査に依存する成分が優勢となるので、部分信号の第1のFFTの周波数スペクトルは、距離dによる分解能に相当する。部分信号の周波数スペクトルの振幅は、図5に、距離dおよびランプ指数Iに関して概略的にグラフで示されている。実際のターゲットの見積もられた距離はd=42mで強調されていて、干渉信号の距離は間隔3.32mで強調されている。
複素振幅の値は、距離d=42mに相当する周波数状態において、ランプIの連続に亘ってコードC(I)で位相変調されている。これに対して、複素振幅は、干渉信号の周波数状態においてコードC(I)で位相変調されている。
コードCによる位相復調および第2のFFT後に、2次元スペクトルは、図6に概略的に示されているように、d=42mおよびv=−6.7m/sに相当する実際の対象物の周波数状態における唯一のピークを有している。これに対して、距離3.32mおよび相対速度0m/sを有するターゲットに対する差分信号の周波数状態における値は、ゼロである。何故ならば、第2のFFTと使用されたコードの直交性とを合計すると、ゼロの振幅が得られるからである。
短いランプ時間において同期化条件が満たされないと、干渉信号の予備係数として、第2のFFT後にゼロに等しくない時間オフセットを有するコードの交差相関関数が得られる。これは通常はゼロではない。しかしながら、この交差相関関数は、例えばコード長さL=512を有する2つのハダマードコードを使用した場合、log10(1/512)=27dBだけ、有効信号の振幅の予備係数L=512よりも小さい。従って、ランプ長さを越える僅かな時間オフセットにおいても、干渉信号が効果的に抑制される。
図7〜図12を用いて、以下に車両42,46の一団のためのレーダシステムの一例を説明する。このレーダシステムでは、一方の自動車42のレーダセンサ10においてそれぞれ2つのコード連続を有するコードセットを使用することによって、他方の自動車46の他方のレーダセンサ10′から放射される妨害信号としての外部干渉が抑制される。
図9は、一方の車両42内に組み込まれたレーダセンサ10が、d=42mの距離およびv=−7.6m/sの相対速度を有する実際のターゲット44から反射された信号を受信する交通状況における一例を概略的に示す。先行車両46の車体後部に取り付けられたレーダセンサ10″の干渉信号は、0m/sの相対速度において1.66mの距離から受信される。
図7は、送信信号の一例を示し、この送信信号において、1回の測定サイクルは、周波数ランプ30,30′の交互の連続の形の2つの部分送信信号47,47′を有している。これら2つの連続は、以下ではランプセット47,47′と呼ばれる。各ランプセットまたは部分送信信号47,47′内で、周波数ランプ30若しくは30′は、同じランプ偏移、ランプ傾斜およびランプの平均周波数を有している。ランプセットは、例えば様々なランプ偏移、様々な平均周波数および/または様々なランプ勾配によって、互いに区別されていてよい。図示の実施例では、ランプセットは、ランプ勾配の様々な符号によって区別されているだけである。周波数ランプのパラメータは、上記例に対応する。しかしながらこの実施例では、入り組んだランプセット47,47′に基づいて、Tr2r=0.04msである。
各ランプセットは、1つのコードセットの割り当てられたコード連続で位相変調され、この際に、各周波数ランプのコード連続は、位相オフセットをこの連続に割り当てる。ランプセット47(ランプ30)はコード連続Cm1で変調され、ランプセット47′(ランプ30′)はコード連続Cm2で変調される。
コードCm1およびCm2を有するコードセットCは、Mコードセットを含有するコードグループから選択され、各コードセットQは長さLのコードを有しており、この場合、Qはランプセットの数に相当し、2よりも大きいか2と同じであり、例えばQ=2である。コードセットCmおよびCqのすべての対のための、コードセット直交性条件と呼ばれる特性を満たすコードグループが選択される。
Figure 2016524143
この特性を有するコードセットのグループは、相互直交性(“mutually orthogonal”)とも呼ばれる。
分かりやすくするために、L=16および複数のM=2コードセットC1,C2を有する一例が挙げられており、これらのコードセットC1,C2は、それぞれQ=2コードC11,C12若しくはC21,C22を有している。
Figure 2016524143
これらのコードセットは、相互直交性の特性を満たす。
Figure 2016524143
次に、L=512を有する一例を説明する。レーダセンサ10の信号は、コードセットCmでコード化されている。外部のレーダセンサ10″はコードセットCqでコード化されている。
図8に概略的に示されているように、2つのランプセット47,47′に受信される信号は、まず各チャンネルで別個に処理される。分離は、例えば時間オフセット、様々なランプパラメータおよび/または個別のランプセットのために使用されたアンテナの極性によって実現される。この例では、時間オフセットおよび、ランプ勾配の様々な符号の形の様々な勾配が使用される。
各チャンネル内において、処理はまず図3で説明した処理に対応する。第1のフーリエ変換32が実行される。位相変調のために使用されたコードセットCm1,Cm2と相関する、ここでは例えば同一であるコードセットが、位相復調のために使用される。位相復調34は、それぞれのコードの共役複素数C m,1若しくはC m,2を乗算することによって実行され、第2のフーリエ変換38は、当該のランプセットのランプに亘って実行される。
積算48で、第1のランプセット47および第2のランプセット47′の、得られた2次元スペクトルが加算され、さらなる評価のために検出ユニット40に提供される。ターゲットの距離は、ランプセット47,47′の時間オフセット中に、非常に僅かな値だけ変化するので、2次元周波数スペクトルの積算時に、複数の複素振幅がコヒーレント加算される。
実際のターゲットの場合のために、それぞれのランプセットのための第2のFFT38においてターゲットの周波数状態がベースバンド信号の周波数スペクトル内にあるときに、時間オフセットゼロを有するそれぞれのコードの自動相関関数に比例する振幅が発生する。従って、コードの相関総和は、それぞれのランプセットのためにコード長さLと同じである。
ランプセット47,47′の2次元スペクトルの積算後に、値2ANfastLの振幅を有するピークが得られる。従って、この振幅は、コードセットのコードの相関総和の合計に比例する。
しかしながら、コードセットCq1,Cq2でコード化された外部のレーダセンサの干渉信号の周波数において、2次元スペクトルを合計すると、ゼロと同じまたはゼロとは異なっていてよい時間オフセットを有するコードセットのそれぞれのコードの交差相関関数の合計に比例する振幅がそれぞれ得られる。前記式(2)による相互の直交性の特性に基づいて、この振幅は常にゼロである。
図10は、個別のランプセット47若しくは47′のランプ指数Iに関する、第1のFFTにより得られた距離dの情報を概略的に示す。外部のレーダセンサの信号は、ターゲットのレーダエコーよりも5.12msだけ遅れてレーダセンサ10により受信される。
次いで、それぞれのランプセット47,47′の周波数スペクトルのために、それぞれの位相復調および第2のフーリエ変換38が実行される。2つのランプセットのために、図11に示したdおよびvに関するそれぞれ1つの2次元スペクトルが得られる。
複数のスペクトルの積算後に、図12に示したスペクトルが得られる。見せかけのターゲットの振幅の合計はゼロになる。これに対し、実際のターゲットについては、自動相関関数の積算に基づいて次式の振幅が得られる。
Figure 2016524143
この式中、φ01は、ターゲットの距離に依存する位相オフセットである。
これによって、干渉信号は効果的に抑制され、実際のターゲットは、2次元スペクトルを用いて検出され得る。
相互の直交性のコードによる前記方法の変化例において、連続する測定サイクルのために異なるコードセットが使用される。例えばコードセットは、相互の直交性のコードのグループからランダムに選択されてよい。これによって、同じコードグループを使用する2つの車両のレーダセンサの信号の干渉時に、車両が同時に同じコード化を使用する確率は低くなる。
外部の干渉の影響をさらに低下させるために、連続する測定サイクルで、ランプセット47,47′の周波数ランプの少なくとも1つのパラメータの様々な値が使用される。例えば様々なランプ勾配が使用されると、干渉信号が固有のレーダセンサの信号とは異なるランプ勾配を有する確率が高くなる。干渉信号のエネルギは、ベースバンド信号内で周波数に亘って分散し、有効信号のノイズの原因に影響する。例えばランプセットのランプの様々な継続時間または数、および/または様々な平均周波数も使用することができる。
上記例において、位相変調および位相復調が、“Matched Filter”(整合フィルタ)方式に従って、それぞれ同じコードで行われるのに対して、その代わりに、位相復調のために、コードCと相関するが同じではないコードf若しくはコードセットfm1,fm2を使用することも考えられる。この場合、少なくとも1つの別のコードセットCを有するコードセットfm1,fm2が、コードセット直交性条件を満たす。これは、図1、図3および図8にそれぞれ破線で示されている。“Mismatched Filter”(不整合フィルタ)方式に従って、線形フィルタに対応するコードfm1,…,fmQは、コードセットの長さLのQコードの数のために、前記条件を満たすように選定される。
Figure 2016524143
Figure 2016524143
これによって、多数のコードセットが提供される。
言い換えれば、ベースバンド信号の位相復調は、第1のFFT前でも実行することができ、この場合、例えば1つのコードセットの複数のコード連続を有する位相復調が別個のチャンネル内で行われる。
ベースバンド信号を生成するために、混合器が受信した信号に位相変調された送信信号を混合することによって、送信信号において使用されたコードにより位相復調が行われてもよい。
多価コードを使用してもよい。しかしながら、2進コードは回路技術的に簡単な構造を可能にする。何故ならば、180°の位相オフセットのために、信号の振幅を反転させるだけでよいからである。
図示の実施例では、位相変調が1回だけ行われ、振幅変調は行われないので、全信号強度が利用される。しかしながら送信信号は、コード連続に従った、周波数ランプの少なくとも1つの位相振幅変調の連続により変調されてもよい。
前記ハダマードコードの代わりに、別の直交コード、例えばフーリエコードを使用してもよい。
図2または図7に記載した、同じ平均周波数fの周波数ランプによる前記変調法は、例えば1つのランプセットまたは1つのランプ連続内でそれぞれのランプの平均周波数fが、偏移Fslowおよびランプ継続時間Tslowを有する線形の優先的な周波数ランプに従って変えられることによって、変調されてもよい。次いで、第2のFFTの評価時に、ランプの連続によって走査された振動が距離および相対速度を決定するために評価され、この際に、振動は、fの他にさらに、緩やかなランプの勾配に依存する周波数成分fd,slow=2dFslow/(cTslow)を含有する。この場合、周波数f+fd,slowは、優先的なランプのためのFMCW方程式に相当する。
前記コードは、任意のコード長さのために存在し、各コード長さのための好適な相関特性が提供される、という利点を有している。従って、レーダ信号およびレーダシステムの設計時に高い自由度が提供される。例えば少数のランプを有する送信信号を使用することができる。また、短い送信時間が得られると共に、メモリーおよび評価ユニットのデータ伝送速度に関する要求は軽減される。
前記変調法において、短い高速の周波数ランプが使用されるので、ランプに相当する部分信号の周波数スペクトルは、距離に依存する周波数成分によって支配される。しかしながら、対象物のvおよびdのための値を決定できるようにするために、変更された方法も考えられる。例えば緩やかな勾配および/または例えばT=0.1msの長いランプ継続時間を有するランプを使用してもよい。この場合、走査速度および/または周波数変調に関する要求は軽減される。例えばランプに割り当てられた部分信号の第1のフーリエ分析から、vとdとの間の関数関係を、例えばFMCW方程式に従って算出することができる。次いで、vとdを決定するために、例えば第2のFFTから得られた情報を使用することができ、かつ/または様々なランプパラメータのランプの複数の連続に関する値の整合を行うことができる。
例えば、送信信号の周波数ランプのそれぞれのレーダエコーのそれぞれの第1のフーリエ変換を行うことができ;少なくとも1つの得られた1次元スペクトルから、位置測定された対象物の距離dと相対速度vとの間の関数関係としての第1の情報が決定され、前記様々な相対速度vに様々な距離dが割り当てられ、この場合、例えば前記関数関係はそれぞれの周波数ランプのためのFMCW方程式に対応し;2次元の少なくとも1つの第2のフーリエ変換が、連続する周波数ランプのレーダエコーの、位相復調された1次元スペクトルの連続の経時変化に亘って実行され;第2のフーリエ変換の得られた少なくとも1つのスペクトルから、若しくは部分送信信号の場合、第2のフーリエ変換の得られたスペクトルの合計から、相対速度および位置測定された対象物の追加的な距離に関する情報が得られ、この場合、別の情報は、例えば周波数ランプの平均周波数の優先的で緩やかなランプのためのFMCW方程式による関数関係としての情報であってよい;位置測定された対象物の距離dおよび相対速度vは、第1の情報と別の情報との調整(整合とも呼ばれる)に基づいて決定される。例えば、第1の情報と第2の情報との調整は、相対速度vおよび追加的に距離dのための明瞭範囲によって決定された、第2の情報の曖昧さを考慮して行われる。このような方法は、マルチスピードFMCW(MS−FMCW)とも呼ばれる。この場合、直交性条件を満たす直交コードまたはコードセットを使用することによって、相対的に少なくかつ比較的長いランプを有するMS−FMCW変調パターンにおいても、固有の干渉および/または外部の干渉を非常に良好に抑制することができるという特別な利点が得られる。これによって、A/D変換器の低い走査速度においても、相対速度vの良好な分離可能性を得ることができる。
1次元の第1および第2のフーリエ変換を相前後して実行することによって、第2のフーリエ変換のスペクトルが、2次元フーリエ分析のスペクトルを表すか、若しくは部分送信信号のこのような2つのスペクトルの合計を表す。従って、距離および相対速度は、特に2次元フーリエ分析の周波数スペクトルの値を用いて、若しくはこのような2次元周波数スペクトルの合計を用いて決定される。
第1の情報は、第1のフーリエ変換の1次元スペクトルから予め決定されてよい。2次元の周波数スペクトルにおけるピークを用いても、周波数スペクトルの1次元におけるピークの状態から第1の情報を決定することができ、その他の情報を、フーリエスペクトルの2次元におけるピークの状態から決定することができる。
図13は、短いランプの平均周波数の優先的で緩やかな周波数ランプを備えたMS−FMCW測定のランプ連続の第1および第2の情報のv−d線図を示す。周波数スペクトルの評価から、dの値の代わりに、相対速度vと距離dの間の一次関数的な関係に対応する、垂直に対してやや傾斜された直線としての周波数ランプが得られる(第1の情報)。位相復調後に、第2のFFTのスペクトルのピークから(若しくは第2のFFTのスペクトルの合計のピークから)、ここでは平らな破線で示した、曖昧さを有する別の直線が得られる。前記曖昧さを考慮して、第1の情報を第2の情報で調整することによって、直線の交点で円によって示された仮想の値対(v,d)が得られる。この値対のうちの1つだけが、位置測定されたレーダ対象物(図13にマーキングされている)に相当する。同じ測定サイクル内で、短いランプの別の勾配および/または優先的なランプの別の勾配を有する少なくとも1つの第2のランプ連続が使用されることによって、レーダ対象物に対して明確な値対(v,d)を、得られた交点の整合によって決定することができる。
10,10′,10” FMCWレーダセンサ
12 発振器
14 周波数変調装置
16 制御および評価ユニット
17 車両バスシステム
18 位相変調器
20 送信アンテナ素子
20′ 送信アンテナ
26 アナログデジタル変換器
28 信号処理ユニット
30,30′ 周波数変調ランプ
32 フーリエ変換
32i 第1のフーリエ変換
33 1次元スペクトル
34 位相復調
34i 復調
38 第2のフーリエ変換
40 検出ユニット
42 車両
44 対象物
46 対象物、車両
47,47′ 部分送信信号
48 積算
,C,f コード連続、コードセット
d 距離
f 周波数
ランプの平均周波数
周波数状態
周波数状態
F 周波数偏移
slow 偏移
I ランプ指数
j 虚数単位
KL 係数
L 長さ
Q ランプセットの数
Cm,Cq(0) 交差相関関数、直交性
s ベースバンド信号
t 時間
T ランプ継続時間
r2r 時間間隔
slow ランプ継続時間
v 相対速度
φ(I) 位相オフセット

Claims (15)

  1. 第1のFMCWレーダセンサ(10)と少なくとも1つの第2のFMCWレーダセンサ(10′)とを有するレーダシステムであって、前記それぞれのFMCWレーダセンサ(10;10′)が制御および評価装置(16)を有しており、該制御および評価装置(16)は、周波数変調ランプ(30)の連続を有する送信信号が送信される運転形式のために設計されており、
    前記周波数変調ランプ(30)が、該周波数変調ランプ(30)に割り当てられたコード連続(C)の要素に従ってそれぞれ1つの位相状態を有していることによって、前記第1のFMCWレーダセンサ(10)の送信信号が、少なくとも1つの第1のコード連続(C)に従って位相変調されるようになっており、
    前記コード連続(C)が、それぞれ別のコード連続(C)に対して直交していて、この別のコード連続(C)に従って、周波数変調ランプの連続を含む、それぞれ別の前記レーダセンサ(10′)の送信信号が位相変調され、
    前記第1のFMCWレーダセンサ(10)および少なくとも1つの前記第2のFMCWレーダセンサ(10′)の送信信号が時間的に同期化されて送信され、
    前記第1のFMCWレーダセンサ(10)の送信信号の前記周波数変調ランプのレーダエコーの連続が、前記第1のコード連続(C)と相関するコード連続(C;f)で位相復調され、
    位置測定された対象物(44)の距離(d)および/または相対速度(v)が、フーリエ分析(32,38)の周波数スペクトルの値に基づいて、1次元でそれぞれ前記周波数変調ランプ(30)のレーダエコーの走査値に亘って決定され、2次元で前記第1のFMCWレーダセンサ(10)の送信信号の前記周波数変調ランプ(30)のレーダエコーの位相復調された連続に亘って決定される、
    レーダシステム。
  2. 前記運転形式において:
    前記送信信号の前記周波数変調ランプ(30)のそれぞれの前記レーダエコーのそれぞれ第1のフーリエ変換(32i)が行われ、
    前記位相復調(34)が、前記周波数変調ランプ(30)の前記レーダエコーの、得られた1次元スペクトル(33)において実施され、
    2次元の第2のフーリエ変換(38i)が、連続する前記周波数変調ランプ(30)の前記レーダエコーの位相復調された、1次元スペクトル(33)の連続の経時変化に亘って実行され、
    この際に、位置測定された前記対象物(44)の距離(d)および/または相対速度(v)が、得られた2次元周波数スペクトル内のピークを用いて決定される、
    請求項1に記載のレーダシステム。
  3. 前記周波数スペクトルの少なくとも1つの値の大きさが、前記第1のコード連続(C)およびこの第1のコード連続(C)と相関する、位相復調のために使用される前記コード連続(C)の複素交差相関関数の値に対して、前記コード連続間のオフセットがゼロであるときに、比例している、先行請求項のいずれか1項に記載のレーダシステム。
  4. それぞれ別の前記レーダセンサ(10′)の送信信号から放射される、仮想のレーダ対象物(46)に相当する成分が、場合によってはレーダエコー内に含まれている場合、このレーダエコーの成分が周波数スペクトル内で、それぞれ前記別のコード連続(C)と、位相復調のために使用された、前記第1のコード連続(C)に相関する前記コード連続(C)との間の、直交性に基づいて誤った相関関係によって抑制される、先行請求項のいずれか1項に記載のレーダシステム。
  5. 前記運転形式において、前記コード連続(C)の、それぞれ前記別のコード連続(C)に対する直交性は、前記コード連続間のオフセットがゼロである場合に前記コード連続(C;C)の複素交差相関関数がゼロに等しいということにある、先行請求項のいずれか1項に記載のレーダシステム。
  6. 車両一団のためのレーダシステムにおいて、
    前記車両一団のそれぞれの車両(42;46)のための複数のFMCWレーダセンサ(10,10″)が設けられており、前記FMCWレーダセンサ(10,10″)は、1回の測定サイクルでそれぞれ前記周波数変調ランプ(30;30′)の1つの連続を有する少なくとも2つの部分送信信号(47,47′)が送信される運転形式のために設計されたそれぞれ1つの制御および評価装置(16)を有しており、
    前記周波数変調ランプ(30;30′)がこの周波数変調ランプに割り当てられた、コード連続(Cm1,Cm2)の要素に従ってそれぞれ1つの位相状態を得ることによって、1つのコードセットのコード連続(Cm1,Cm2)に従ってそれぞれ前記部分送信信号(47,47′)が位相変調され、
    少なくとも2つの前記部分送信信号(47,47′)について、前記コードセットの、割り当てられた少なくとも2つの前記コード連続(Cm1,Cm2)が位相変調のために使用され、
    前記部分送信信号(47,47′)のレーダエコーが別個に位相復調され(34)、前記それぞれの部分送信信号のために、フーリエ分析(32,38)の周波数スペクトルが、1次元でそれぞれ前記周波数変調ランプ(30;30′)のレーダエコーの走査値に亘って決定され、また2次元で前記部分送信信号(47,47′)の連続する周波数変調ランプ(30;30′)のレーダエコーの位相復調された連続に亘って決定され、
    位置測定された対象物(44)の間隔(d)および/または相対速度(v)が、前記部分送信信号のために別個に決定された前記周波数スペクトルの積算(48)を用いて決定され、
    第1の車両(42)のためのレーダセンサ(10)の前記制御および評価装置(16)が、前記運転形式において少なくとも1つの第1のコードセット(Cm1,Cm2)を使用するために設計されており、
    前記車両一団の少なくとも1つの別の車両(46)のためのレーダセンサ(10″)の前記制御および評価装置(16)が、前記運転形式において少なくとも1つの別のコードセット(Cq1,Cq2)を使用するために設計されており、
    少なくとも1つの前記第1のコードセット(Cm1,Cm2)および少なくとも1つの前記別のコードセット(Cq1,Cq2)が、前記コードセット直交性関係を満たし、前記第1のコードセットのq番目のコード連続、および前記別のコードセットのq番目のコード連続の複素相関の、コードセット毎にコード連続の数に亘って実行された積算が、前記第1のコードセットのコード連続と前記別のコードセットのコード連続との間のそれぞれ任意の離散オフセットのために、ゼロオフセットを含むゼロに等しく、この場合、前記qは積算指数である、
    車両一団のためのレーダシステム。
  7. 場合によっては、前記第1の車両(42)のための前記レーダセンサ(10)のレーダエコーに含まれる、前記少なくとも1つの別のコードセット(Cq1,Cq2)で位相変調された、別の車両(46)のためのレーダセンサ(10″)の送信信号から放射される、仮想のレーダ対象物に相当する成分が存在する場合、積算時に、前記コードセット直交性関係に基づいて、前記仮想のレーダ対象物のレーダエコーが抑制される、請求項6に記載のレーダシステム。
  8. 前記それぞれのレーダセンサ(10)の前記制御および評価装置(16)は、位相復調のための前記運転形式がそれぞれのコードセット(fm1,fm2)を使用するように設計されており、該コードセット(fm1,fm2)が、前記部分送信信号(47,47′)の位相変調のために使用された前記コードセット(Cm1,Cm2)と相関するが、このコードセット(Cm1,Cm2)とは異なっていて、少なくとも1つの前記別のコードセット(Cq1,Cq2)によって前記コードセット直交性条件が満たされている、請求項6または7に記載のレーダシステム。
  9. それぞれの前記レーダセンサ(10;10″)の前記制御および評価装置(16)は、前記運転形式において、少なくとも2つの前記部分送信信号(47,47″)の前記周波数変調ランプ(30;30′)の連続を時間的に互いに交互に送信し、前記部分送信信号(47,47′)の前記周波数変調ランプ(30;30′)の連続に対する時間的な割り当てに基づいて、少なくとも2つの前記部分送信信号(47,47′)の前記レーダエコーを分離するように設計されている、請求項6から8のいずれか1項に記載のレーダシステム。
  10. それぞれのレーダセンサ(10;10″)の前記運転形式において、前記部分送信信号(47,47′)のために別個に:
    前記部分送信信号(47,47′)の前記周波数変調ランプ(30;30′)のそれぞれ前記レーダエコーのそれぞれ第1のフーリエ変換(32i)が行われ、
    前記位相復調(34)が、前記周波数変調ランプ(30;30′)の前記レーダエコーの得られた1次元スペクトル(33)において行われ、
    第2のフーリエ変換(38)が2次元で、連続する周波数変調ランプ(30;30′)のレーダエコーの、位相復調された前記1次元スペクトル(33)の連続の経時変化に亘って実行され、
    この際に、別個に得られた2次元スペクトルの、位相を考慮した積算(48)が行われ、
    この際に、位置測定された対象物(44)の距離(d)および/または相対速度(v)が、積算され得られた前記2次元スペクトル内のピークを用いて決定される、
    請求項6から9のいずれか1項に記載のレーダシステム。
  11. 前記部分送信信号のための別個に決定された周波数スペクトルの値の大きさが、それぞれの前記部分送信信号の位相変調のために使用された前記コード連続(Cm1,Cm2)、およびこのコード連続(Cm1,Cm2)と相関する、位相復調のために使用されたコード連続(Cm1,Cm2)の複素交差相関関数の大きさに、これらのコード連続間のオフセットがゼロとであるときに、それぞれ比例している、請求項6から10のいずれか1項に記載のレーダシステム。
  12. それぞれの前記レーダセンサ(10)の前記制御および評価装置(16)は、前記運転形式において少なくとも1回の第1の測定サイクルで、少なくとも1つの第1のコードセット(Cm1,Cm2)を使用し、少なくとも1回の別の測定サイクルで少なくとも1つの別のコードセット(Cq1,Cq2)を使用するように、設計されており、
    前記第1のコードセット(Cm1,Cm2)および前記少なくとも1つの前記別のコードセット(Cq1,Cq2)が、前記コードセット直交性関係を満たす、請求項6から11のいずれか1項に記載のレーダシステム。
  13. 前記運転形式において、周波数変調ランプ(30;30′)のそれぞれの連続が、周波数ランプの連続であって、この周波数ランプの、優先的な周波数ランプによるそれぞれの平均周波数(f)が前記周波数ランプの連続に亘って変化する、請求項1から12のいずれか1項に記載のレーダシステム。
  14. 前記運転形式において:
    前記送信信号の周波数変調ランプ(30;30′)のレーダエコーの走査値に亘っての1次元のフーリエ分析(32)の少なくとも1つの周波数スペクトル(33)に基づいて、第1の情報が、位置測定された対象物(44)の距離(d)と相対速度(v)との間の関数的な関係として決定され、様々な前記相対速度(v)に様々な前記距離(d)が割り当てられ、
    連続する前記周波数変調ランプ(30;30′)のレーダエコーの連続の経時変化に亘っての1次元のフーリエ分析(38)の少なくとも1つの周波数スペクトルに基づいて、前記位置測定された対象物(44)の相対速度(v)および追加的な距離(d)に関する別の情報が得られ、
    位置測定された前記対象物(44)の距離(d)および相対速度(v)が、前記第1の情報と前記別の情報との調整に基づいて決定される、
    請求項1から13のいずれか1項に記載のレーダシステム。
  15. 請求項1から14のいずれか1項に記載のレーダシステムのためのレーダセンサ(10)。
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