JP2020510206A - 少なくとも１つの標的の半径方向の相対的な加速度を算出するための方法およびレーダ装置 - Google Patents

Abstract

レーダ波を用いて標的若しくは対象物の加速度を算出するための方法が開示されている。第１のステップで、少なくとも１つの送信装置によって少なくとも１つのレーダ送信信号が送信される。標的により反射された少なくとも１つのレーダ受信信号が受信され、次いで評価ユニットに伝送される。評価ユニットは、レーダ受信信号をデジタル測定値に変換し、このデジタル測定値をさらに処理するために用いられる。次のステップで、デジタル測定値が二次元フーリエ変換される。その結果得られた振幅スペクトル若しくは距離速度スペクトルから、最高値を用いて少なくとも１つの標的反射が検出される。距離速度スペクトルに基づいて、前記送信装置からの標的の少なくとも１つの距離、送信装置に対して相対的な少なくとも１つの標的の少なくとも１つの半径方向速度および少なくとも１つの横方向速度が算出される。次いで、送信装置の配向に対して相対的な少なくとも１つの標的の少なくとも１つの角度が決定される。距離、横方向速度および角度の決定若しくは算出に基づいて、推定のためにそのつど重要な信号成分が分離される。対象物の実際の標的の少なくとも１つの標的反射のために、逆フーリエ変換の実施後に、残りの新たに変換された測定値から少なくとも１つの半径方向の加速度が概ね算出される。【選択図】 図１

Description

本発明は、レーダ波を用いて標的の加速度を算出するための方法、並びにこの方法を実行するためのレーダ装置に関する。

レーダセンサ若しくはレーダ装置は、障害物または他の車両を測位するために様々な車両に使用され得る。これによって例えば、衝突の危険性があるときにブレーキ操作を自動的に起動することが可能である。さらに、例えばアダプティブクルーズコントロールによって車線を維持する際にまたは先行する車両に対する間隔を維持する際に、レーダの援助を受けて運転者を支援することができる。特に、自動車の分野では、レーダ装置は、死角にある対象物を検知し、かつ例えば運転者に衝突を警告するためにも利用される。

レーダ装置では、変調された送信信号が少なくとも１つの送信装置によって送信される。送信信号は、送信範囲内に存在する対象物によって反射される。反射された信号若しくは受信信号は受信装置によって記録され、次いで評価される。例えばＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）レーダ装置におけるように、送信信号の変調によって、距離の他に対象物の相対速度も決定される。この場合、評価される受信信号と送信信号との間の周波数差若しくは減速度が発生する。相対的な速度を決定するための相応の方法は、例えば特許文献１に記載されている。

ドイツ連邦共和国特許公開第１０２０１２２２０８７９号明細書

本発明の課題は、レーダ装置と標的との間の距離の決定、標的の相対速度の決定、およびさらにレーダ波を用いて標的の加速度の算出を可能にする方法およびレーダ装置を提供することである。

この課題は、独立請求項のそれぞれの対象によって解決される。本発明の好適な実施態様はそれぞれ従属請求項の対象である。

本発明の１態様によれば、レーダ波を用いて標的若しくは対象物の加速度を算出するための方法が提供される。第１のステップで、少なくとも１つの送信装置によって少なくとも１つのレーダ送信信号が送信される。標的により反射された少なくとも１つのレーダ受信信号が受信され、次いで評価ユニット伝送される。評価ユニットは、レーダ受信信号をデジタル測定値に変換し、このデジタル測定値をさらに処理するために用いられる。次のステップで、デジタル測定値が二次元フーリエ変換される。その結果得られた振幅スペクトル若しくは距離速度スペクトルから、最高値を用いて少なくとも１つの標的反射が検出若しくは選択される。距離速度スペクトルに基づいて、送信装置からの標的の少なくとも１つの距離、および送信装置に対して相対的な標的の少なくとも１つの半径方向速度が算出される。次いで、送信装置の配向に対して相対的な少なくとも１つの標的の少なくとも１つの角度、および少なくとも１つの横方向速度が決定される。距離、半径方向速度および角度の決定若しくは算出に基づいて、ちょうど加速度を推定しようとする標的反射を除いて、すべての残りの標的反射が排除される。対象物の実際の標的の少なくとも１つの標的反射のために、逆フーリエ変換の実施後に、残りの新たに変換された測定値から少なくとも１つの半径方向の加速度が概ね算出される。

これによって、レーダ装置に対して相対的な少なくとも１つの標的の速度の横方向成分若しくは横方向速度を追加的に考慮して、少なくとも１つの標的のための半径方向の加速度の決定が行われる。これにより、標的の算出された半径方向の加速度は、後続のトラッキング、クラスタリング、標的分類等のために、追加的な情報として提供され得る。トラッキング中に測定から測定への反射位置の誤った割当てが、加速度推定に与える影響は避けられる。相対的な半径方向の加速度の追加的な情報は、例えば自動的な非常ブレーキ機能を最適化する。この場合、標的が例えばレーダ装置を備えた車両から遠ざかる方向に加速するかまたは減速するかが重要である。先行する車両の制動によって、同じ方向に同時に加速される場合よりも、状況はより危険になると評価され得る。送信装置に対して相対的な標的の角度の推定または追加的な測定によって、ゴースト標的は少なくとも部分的にデジタル測定データの利用時に排除される。このために必要な測定は、別個の測定シーケンスの形でもまたは追加的な測定装置によっても実施され得る。好適な形式で、距離速度スペクトル内の標的反射の少なくとも１つの最高値の検出若しくは選択が、この方法の使用に依存して行われる。この方法が、例えばブレーキアシストシステムのために使用されると、特に先行する標的が重要となる。これに対して、この方法がアダプティブクルーズコントロールにおいて使用される場合、横方向に位置決めされた対象物または車両も重要となる。この場合、最高値の選択は、明瞭にするために挙げられた前記例に限定されない。

１実施例によれば、少なくとも１つの反射されたレーダ受信信号は、少なくとも１つの送信装置および／または追加的な受信装置によって受信され得る。これによって、送信装置は、レーダ波をレーダ送信信号の形で送信することも、また反射されたレーダ波をレーダ受信信号の形で受信することもできる。これによって、送信装置はよりコンパクトに構成することができる。

別の実施例によれば、少なくとも１つの標的反射がマスキングによって若しくは窓掛けによって別の標的反射から分離される。

この場合、距離速度スペクトル内で、実際に加速度が推定されるそのつどの標的反射に所属しない最大値若しくはピークおよび値が０に設定されてよい。このような形式で、さらに、明確でない若しくは誤った妨害反射若しくはゴースト標的は除外され得る。従って、デジタル測定値のさらなる処理は、実際の標的のデジタル測定値に限定されている。

別の実施例によれば、少なくとも１つの標的反射が、少なくとも１つの最高値の複素的な振幅および位置の推定によって再構成される。これによって、最高値は、例えば補間法を用いて近似値が求められ、最高値に所属する信号が例えば関数によってシミュレートされ得る。これにより、デジタル測定値のさらなる処理が簡略化され、シミュレートされた関数に基づいて実行され得る。

別の実施例によれば、送信装置からの少なくとも１つの実際の標的の少なくとも１つの距離が、少なくとも１つのレーダ送信信号の到達時間測定によって決定される。この場合、この方法は、例えば間に挿入された、単に距離測定だけに用いられる測定シーケンスを有していてよい。これによって、標的に対する距離は簡単に算出される。これは、レーダ装置によっても、また追加的な距離測定によっても行うことができる。

別の実施例によれば、送信装置に対して相対的な、少なくとも１つの標的の少なくとも１つの速度が、少なくとも２つの反射されたレーダ受信信号からの演算によって決定される。この場合、追加的な測定シーケンスは、複数の時系列の距離測定を用いて半径方向および横方向の相対的な速度を算出するために用いられてよい。選択的に、追加的なレーダ装置、ビデオ測定装置またはレーザ測定装置がこのために補助的に使用されてよい。

本発明の別の態様によれば、レーダ装置が、少なくとも１つのレーダ送信信号を送信するための少なくとも１つの送信装置と、少なくとも１つの反射されたレーダ受信信号を受信するための少なくとも１つの受信装置と、レーダ受信信号をデジタル測定値に変換し、かつデジタル測定値を処理するための評価ユニットとを有している。この場合、評価ユニットによる、標的からの送信装置の距離、送信装置に対して相対的な標的の半径方向速度および、送信装置の配向と標的との間の角度の決定若しくは算出に基づいて、実際に加速度が推定される標的反射を除くすべての標的反射が除外される。さらに、評価ユニットは、実際の標的の標的反射のための処理されたデータに基づいて、逆フーリエ変換の実施後に変換された測定値から半径方向の加速度を概ね算出することができる。これによって、レーダ装置は、特に自動車の分野において改善された支援機能のために使用され得る。このような形式のレーダ装置は、ＬＩＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ Ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）装置としても、または超音波をベースとして実現され得る。

１実施例によれば、デジタル測定値は、評価ユニットによってハードウエアに基づいておよび／またはソフトウエアに基づいてさらに処理可能である。この場合、評価ユニットは、使用に応じて、ソフトウエアの形で、例えばデジタル式の信号プロセッサまたはマイクロコントローラ内で、および／またはハードウエアの形で構成され得る。ハードウエアに基づいて、評価ユニットは、例えば集積回路としてまたはフィールドプログラマブルゲートアレイとして構成され得る。

第１実施例によるレーダ装置の概略図である。 第１実施例による方法のフローチャートである。 標的の最高値を選択するためのフローチャートである。 図３の部分Ａに相当する、第１実施例による方法の概略的な距離速度スペクトルである。 いくつかの重要なベクトルおよび変数の概略図である。 いくつかの重要なベクトルおよび変数の概略図である。 第１実施例による方法の１ステップとしての半径方向の加速度を推定するための概略的なグラフである。

以下に、著しく簡略化された概略的な図面を用いて本発明の好適な実施例について詳しく説明する。

図面中、同じ構造的要素にはそれぞれ同じ符号が付けられている。

図１は、第１実施例によるレーダ装置１を示す。送信装置２を介していくつかのレーダ波がランプ状の周波数変調されたレーダ送信信号として放射される。送信装置２は、送信器３と送信アンテナ７とから成っている。送信器３は送信アンテナ７を制御する。この実施例によれば、高速チャープ変調が使用される。図示していない測定間隔Ｔ_ｍｅｓｓ中に、Ｍ個の短い周波数変調されたランプ状のレーダ送信信号が送信される。この場合、レーダ送信信号は、互いに時間的な間隔Ｔ_ｒｒを有していて、それぞれＴ_ｍｏｄの時間長さを有している。ランプの相互の時間的な間隔Ｔ_ｒｒは、ランプの時間長さ若しくはランプ状の周波数変調されたレーダ送信信号の時間長さと同じ大きさである。この時間的な間隔Ｔ_ｒｒは、ランプ時間長さよりもやや大きいかまたは小さくてもよい。ランプは、時間的に等距離に配置されていなくもよい。レーダ波若しくはレーダ送信信号は標的４で反射される。例えば、レーダ装置１の検波フィールド内に存在する標的４は、自動車、人間、柱、ガードレール、様々な物質間の移行部等であってよい。反射過程後に、レーダ送信信号がレーダ受信信号になる。次いでレーダ受信信号は受信装置６によって受信され得る。レーダ受信装置６は、受信モジュール５と受信アンテナ９とから成っている。受信モジュール５は、受信アンテナ９によって受信された反射されたレーダ波若しくは信号を処理する。レーダ受信信号は、遅延時間_Ｔ後に初めて受信装置６に達する。受信装置６によって測定され、次いで処理された（例えば復調され、増幅され、フィルタ処理された）信号は、評価ユニット８に伝送され、ここで、レーダ受信信号がさらに処理され得る。矢印は、送信装置２から標的４で反射されて受信装置６に達するレーダ波の方向を示す。

図２には、第１実施例による方法１０の簡単なフローチャートが示されている。レーダ受信信号の受信後に、レーダ受信信号は評価ユニット８に伝送される。送信装置２および受信装置６の他に、この方法１０は、大部分が評価ユニット８によって実行される。評価ユニット８内で、受信され反射されたレーダ受信信号はデジタル測定値に変換される１１。測定値は、次のステップ１２で、二次元離散フーリエ変換によって距離速度スペクトルに変換される。このために、特にフーリエ変換は個別ランプの対応する値に沿ってドップラー方向若しくは速度方向で実行される。図４には、例として距離速度スペクトルが示されている。別のステップ１３で、距離速度スペクトル内の最高値が検出される。この場合、最高値は、実際の若しくは実在の標的４に対応するか、または実在の標的若しくは対象物に割り当てられないゴースト標的若しくは妨害を示す。物理的な標的４は、複数の個別標的反射若しくは最高値も有している。次いで、別のステップ１４で、受信（６）および送信装置２の少なくとも１つの距離ｒ、および少なくとも１つの標的４に対する少なくとも１つの相対的な半径方向速度が算出される。この場合、受信（６）および送信装置２に対して相対的な標的４の横方向速度ｖ_ｑが算出される。次いで、受信（６）および送信装置２の配向に対して相対的な標的４の少なくとも１つの角度αが決定される１５。レーダ装置１が、複数の送信２および／または受信チャンネル６を備えたアンテナを有していれば、標的反射４の方位角方向若しくは仰角方向の角度推定、およびひいては空間内の３Ｄ標的位置の決定を実施することができる。このために、第１の信号処理ステップ１１，１２が、検出１３の前に送信および受信チャンネルから成る各組み合わせのために別個に実行される。次いで、個別のチャンネルの集合されたスペクトルを用いて、検出１３、パラメータ推定１４および角度推定１５が実行される。距離の推定１４、半径方向速度の推定１４および角度の推定１５に基づいて、標的が推定され、実際の標的４の標的反射が加速度推定のために選択され若しくは分離される１６。次のステップ１７で、それぞれ選択された標的反射若しくは最高値のための分離された測定信号が逆フーリエ変換され、次いで変換された測定値から、半径方向の加速度ａ_ｒが概ね算出される１８。加速度の前記分離および算出は同じやり方で、別の標的反射のために繰り返されてよい。最後のステップ１９で、選択された標的反射の半径方向の加速度ａ_ｒのための概ね算出された値は、例えば後続のトラッキング、クラスタリング、標的分類等のために使用されてよい。選択的に、算出されたデータはコンピュータユニットに伝送され、それによってこれらのデータは、相応の支援機能に算入され得る。

図３には、ステップ１６による実際の若しくは当該の標的の最高値を選択するためのフローチャートが示されている。この場合、図２に示されたステップ１２，１６および１７が強調されている。複数の受信チャンネル内の二次元離散フーリエ変換１２後に、デジタル測定値から、図４に拡大して示されたそれぞれの受信チャンネルのための距離速度スペクトルが発生する。次のステップで、距離ｒおよび／または半径方向速度ｖ_ｒおよび／または角度αのための推定された若しくは所定の値を利用して、少なくとも１つの標的反射が選択され、分離される１６。信号ベクトルＸが得られるか、若しくはドップラー方向での逆ＤＦＴ（ランプからランプの値）後に、信号ベクトルｘ＝ＩＤＦＴ（Ｘ）が得られる。この選択された標的反射に基づいて、次のステップ１７〜１９が行われる。

以下に、半径方向の加速度ａ_ｒの可能な概ねの計算を詳しく説明する。半径方向の加速度ａ_ｒに依存して、それぞれのｍ番目のランプの時点における時間ｔに亘って変化するレーダ送信信号とレーダ受信信号との間の位相差φ_ａ，ｍが、次の簡略化されたモデルによって示される：
平均的なランプ周波数ｆ_ｃ、ランプ番号ｍ、測定間隔Ｔ_ｍｅｓｓ内の全ランプ数Ｍおよび光速度ｃを有している。測定間隔Ｔ_ｍｅｓｓ中に、短い周波数変調されたＭ個のランプ状のレーダ送信信号が送信される。この場合、レーダ送信信号は、互いに時間的な間隔Ｔ_ｒｒを有している。

受信チャンネルを用いてａ_ｒおよびｖ_ｑを同時に推定することによって、あいまいさが生じる。従って、横方向速度成分ｖ_ｑは予め知っている必要があるか、若しくは別の形式例えばトラッキング法によって推定されなければならない。このために、図５ａおよび図５ｂには、ベクトルによって計算された関係が示されている。この場合、標的４は、送信装置２によるｍ番目のランプ状のレーダ送信信号の間に、時点ｔ若しくはｒ_ｍで間隔ｒ（ｔ）を有している。標的４と送信装置２との間の最短の間隔ｒ_０は、角度α＝０°のときである。この場合、角度αは、方位角若しくは仰角として、またはこれら２つの角度の一次結合としてみなされてよい。

距離変化Δｒバーのための時間的な平均値は、次の数学的な式を用いて決定され得る。
しかしながらこれは、ｖ_ｑ≠０ｍ／ｓの横方向速度においてのみ当てはまる。ｖｑ＝０ｍ／ｓの横方向速度においては、Δｒバー＝０ｍが得られる。

半径方向の加速度の推定のために、それぞれのランプｍの時点における半径方向の加速度ａ_ｒに依存したレーダ受信信号の論理的な位相位置φ_ａ，ｍ、および実際の反射のための分離されたドップラー方向（ランプからランプの値）の逆フーリエ変換された測定ベクトルｘ＝ＩＦＦＴ（Ｘ）が、絶対値二乗｜Ｙ（ａ_ｒ）｜^２を算出するために利用され、次いでこれが最大化される。
等距離のランプ間隔Ｔ_ｒｒにおける規格化されたフーリエ変換の解としてのＹ（ａ_ｒ）を有する。

図６には、明らかにするために絶対値二乗｜Ｙ（ａ_ｒ）｜^２が示されている。この場合、絶対値二乗｜Ｙ（ａ_ｒ）｜^２の最大値の位置は、半径方向の加速度キャレットａ_ｒおよび標的４の半径方向速度キャレットｖ_ｒの推定値に相当する。

非等距離のランプ間隔においては、ＦＦＴが、“Ｂａｒｔｌｅｔｔ（バートレット）”−推定法に置き換えられるか、若しくはランプの非等間隔の時点が使用される。

精度を高めるために、追加的に横方向速度ｖ_ｑも考慮される。この場合、Ｙ（ａ_ｒ）は次の通りであり、
これは、位相位置φ_ａ，ｍから形成されたベクトル
およびベクトル
並びに
を有している。

この場合、ｒ_ｍはタイムステップｍ＝０，１，２…Ｍ−１における標的距離、ｋは波数、ｒバーは平均的な標的間隔、ｖ_ｑ，ａは方位角方向の横方向速度、ｖ_ｑ，ｅは仰角方向の横方向速度である。

示された数学的な関係を用いて、半径方向の加速度ａ_ｒが概ね算出されるか若しくは推定され得る。

１ レーダ装置
２ 送信装置
３ 送信器
４ 標的
５ 受信モジュール
６ レーダ受信装置
７ 送信アンテナ
８ 評価ユニット
９ 受信アンテナ
１０ 方法
１１〜１９ ステップ
ａ_ｒ 半径方向の加速度
ｖ_ｑ 横方向速度
ｖ_ｒ 半径方向速度
ｘ デジタル測定値
α 角度

Claims (8)

1. レーダ波を用いて標的（４）の加速度を算出するための方法（１０）であって、
   少なくとも１つの送信装置（２）によって少なくとも１つのランプ状の周波数変調されたレーダ送信信号を送信し、かつ少なくとも１つの標的により反射された少なくとも１つのレーダ受信信号を受信するステップと、
   前記レーダ受信信号を評価ユニット（８）に伝送し、かつ少なくとも１つの受信された前記レーダ受信信号をデジタル測定値に変換するステップ（１１）と、
   前記デジタル測定値の振幅スペクトルから二次元フーリエ変換（１２）を実施するステップと、
   振幅スペクトル内の最高値を用いて標的（４）の少なくとも１つの標的反射を検出するステップ（１３）と、
   前記送信装置（２）からの標的（４）の少なくとも１つの距離（ｒ）、前記送信装置（２）に対して相対的な標的（４）の少なくとも１つの半径方向速度ｖ_ｒおよび少なくとも１つの横方向速度（ｖ_ｑ）を決定するステップ（１４）と、
   前記送信装置（２）の配向に対して相対的な少なくとも１つの前記標的（４）の少なくとも１つの角度（α，１５）を決定するステップと、
   を有している方法において、
   前記距離（ｒ，１４）、前記相対的な半径方向速度（ｖ_ｒ）および前記角度（α，１５）の決定に基づいて、標的（４）のそのつどの標的反射を除いて、別のすべての標的反射および妨害を抑制し、物理的な標的（４）のこれらの標的反射のために、逆フーリエ変換（１７）の実施後に、前記変換された測定値から半径方向の加速度（ａ_ｒ）を概ね算出する（１８）ことを特徴とする、レーダ波を用いて標的（４）の加速度を算出するための方法（１０）。
2. 前記反射されたレーダ受信信号を少なくとも１つの前記送信装置（２）によって送信し、かつ／または追加的な受信装置（６）によって受信する、請求項１記載の方法。
3. そのつどの加速度が推定される少なくとも１つの前記標的反射を、マスキングによってすべての別の標的反射および妨害信号の最高値から分離する、請求項１または２記載の方法。
4. そのつどの加速度が推定される少なくとも１つの前記標的反射を、少なくとも１つの最高値の再構成若しくは決定によって推定する（１３）、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 少なくとも１つの実際の標的（４）の、前記送信装置（２）からの少なくとも１つの距離（ｒ）を、到達時間測定によって、および少なくとも１つのレーダ送信信号の少なくとも１つの相対的な半径方向速度（ｖ_ｒ）によって算出する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 前記送信装置（２）に対して相対的な、少なくとも１つの実際の標的（４）の少なくとも１つの相対的な横方向速度（ｖ_ｑ）を、少なくとも２つの反射されたレーダ受信信号から演算によって決定する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 請求項１から６までのいずれか１項記載の方法（１０）を実行するためのレーダ装置（１）において、レーダ送信信号を送信するための少なくとも１つの送信装置（２）と、反射されたレーダ受信信号を受信するための少なくとも１つの受信装置（６）と、前記レーダ受信信号をデジタル測定値（ｘ）に変換し（１１）、かつ前記デジタル測定値を処理する（１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８）ための評価ユニット（８）とを有している、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法（１０）を実行するためのレーダ装置（１）。
8. 前記デジタル測定値（ｘ）が、前記評価ユニット（８）によってハードウエアに基づいておよび／またはソフトウエアに基づいてさらに処理可能である、請求項７記載のレーダ装置。