JP2023081335A - レーダ測定方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】より良いレーダ測定方法を提供すること。【解決手段】ＦＭＣＷレーダ測定ではランプ状に周波数変調された送信信号が送信され、この送信信号の変調パターンは、ある時間間隔をあけて時間的にずれて相次いでいるランプの第１のシーケンスと、同じ時間間隔をあけて時間的にずれて相次いでいるランプの少なくとも１つのさらなるシーケンスとを含んでおり、これらのシーケンスは時間的に互いに入り組んでおり、受信された信号がベースバンド信号にダウンコンバートされ、かつベースバンド信号から、シーケンスの各々に対して別々に、二次元フーリエ変換によって二次元スペクトルが計算され、その際、第１の次元ではランプごとに変換され、かつ第２の次元ではランプインデックスについて変換され、ベースバンド信号の二次元スペクトルの少なくとも２つのスペクトル内のピークの位置に基づいて、レーダ目標の相対速度の値が決定される、方法および装置。【選択図】図１

Description

本発明は、レーダ目標の相対速度を決定するための方法であって：
（ａ）ＦＭＣＷレーダ測定が実行され、ＦＭＣＷレーダ測定では、ランプ状に周波数変調された送信信号が送信され、この送信信号の変調パターンは、ある時間間隔をあけて時間的にずれて相次いでいるランプの第１のシーケンスと、同じ時間間隔をあけて時間的にずれて相次いでいるランプの少なくとも１つのさらなるシーケンスとを含んでおり、これらのシーケンスは時間的に互いに入り組んでおり、
（ｂ）受信された信号がベースバンド信号にダウンコンバートされ、かつベースバンド信号から、シーケンスの各々に対して別々に、二次元フーリエ変換によって二次元スペクトルが計算され、その際、第１の次元ではランプごとに変換され、第２の次元ではランプインデックスについて変換され、かつ
（ｃ）ベースバンド信号の二次元スペクトルの少なくとも２つのスペクトル内のピークの位置に基づいて、レーダ目標の相対速度の値が決定される、方法に関する。
本発明はさらに、本方法を実施するために形成されている、とりわけ自動車用のレーダセンサに関する。
自動車の場合、ＦＭＣＷレーダセンサは、交通環境を捕捉するために、とりわけ他車を測位するために用いられる。測位結果は、様々な支援機能に、例えば自動間隔調節、自動衝突警報に、または衝突の危険が差し迫っている際の緊急ブレーキ工程の自動的な作動にも利用され得る。
ＦＭＣＷ（周波数変調連続波）レーダセンサでは、送信周波数がランプ状に変調されている送信信号が使用され、この信号は、ランプの進行中に連続的に送信される。受信信号から、送信信号との混合によりベースバンド信号が生成され、このベースバンド信号がサンプリングおよび評価される。
ベースバンド信号の周波数は、ある時点で送信された信号と、同じ時点で受信された信号との周波数差に相当する。送信信号の周波数変調に基づき、この周波数差は、レーダセンサからオブジェクトに行って戻ってくる信号の飛行時間に、したがってオブジェクトの間隔に依存している。しかしながら周波数差は、ドップラー効果に基づき、オブジェクトの相対速度によって引き起こされる部分も含んでいる。したがって単一ランプ上での周波数差の測定は、まだ間隔および相対速度の決定を可能にするのではなく、これらの量の線形の関係性をもたらすだけである。この関係性は、間隔－速度グラフ（ｄ－ｖグラフ）内で直線として示され得る。
同一の比較的短いランプ、いわゆる「Ｒａｐｉｄ Ｃｈｉｒｐ」のシーケンスを用いるＦＭＣＷレーダセンサが知られており、このランプは、その持続時間に比べて大きな周波数偏移を有し、したがって、ベースバンド信号では周波数シフトの間隔依存部分が優勢であるほどに急勾配である。この場合、ドップラーシフトは、ランプシーケンスのサンプリングによって決定される。
相対速度の所望の測定範囲内で、相対速度の一義的な決定を可能にするには、ランプの十分に高い繰返し率が必要である。とりわけ、相次ぐ短いランプ間の時間的ずれは、ドップラー周波数の周期時間の半分より小さくなければならない。
レーダオブジェクトの正確な速度推定および間隔推定をできるだけ低いハードウェアコストおよび計算コストで可能にするために、ランプシーケンスによりドップラーシフトのアンダーサンプリングが行われるようなランプの時間間隔をもつ、周波数変調ランプの複数のシーケンスを使用することが提案され、その結果、相対速度について得られた情報が多義性をもっている。
ＤＥ１０２０１４２１２２８０Ａ１から、冒頭に挙げた種類の方法が知られており、この方法では、
ベースバンド信号の少なくとも１つの二次元スペクトル内のピークの位置に基づいて、レーダ目標の可能な相対速度の値が決定され、これらの値は所定の速度周期で周期的であり、
別々に計算された二次元スペクトル内でそれぞれ同じ位置で得られるスペクトル値の位相関係が、決定された相対速度の周期的な値の複数に対して予測された位相関係との一致についてチェックされ、かつ
決定された相対速度の周期的な値から、チェックの結果に基づいて、レーダ目標の相対速度の推定値が選択されることにより、多義性が解消される。
ＤＥ１０２０１４２１２２８０Ａ１ ＤＥ１０２０１４１２２２８４Ａ１ ＤＥ１０２０１７２００３１７Ａ１ ＤＥ１０２０１４２２３９９０Ａ１
Ｈ．Ｌ．Ｖａｎ Ｔｒｅｅｓ、「Ｏｐｔｉｍｕｍ ａｒｒａｙ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ－Ｐａｒｔ ＩＶ ｏｆ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｔｈｅｏｒｙ（最適なアレイ処理－検出、推定、および変調理論のパートＩＶ）」、Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ、２００２ Ｊ．Ｃａｐｏｎ、「Ｈｉｇｈ－Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ－Ｗａｖｅｎｕｍｂｅｒ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ａｎａｌｙｓｉｓ（高分解能周波数－波数スペクトル解析）」Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＩＥＥＥ、１９６９、Ｖｏｌ．５７、１４０８～１４１８頁 Ｈ．Ｃｏｘ、Ｒ．Ｚｅｓｋｉｎｄ、およびＭ．Ｏｗｅｎ、「Ｒｏｂｕｓｔ ａｄａｐｔｉｖｅ ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ（ロバスト適応ビームフォーミング）」ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ａｃｏｕｓｔｉｃｓ，Ｓｐｅｅｃｈ ａｎｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ、ｖｏｌ．３５、ｎｏ．１０、１３６５～１３７６頁、１９８７
本発明の課題は、より良い検出結果に達し得る冒頭に挙げた種類の方法を提示することである。
この課題は本発明によれば、異なるシーケンスに対して形成された二次元スペクトルの各々が、速度変数と、これらのシーケンスのうちの第１のシーケンスに対する帰属のシーケンスの時間的ずれとに依存したビームフォーミング関数での乗算によって変形され、かつレーダ目標の相対速度が、変形されたスペクトルのコヒーレント和に基づいて決定されることによって解決される。
ビームフォーミング関数により、特定の相対速度をもつオブジェクトに対するレーダセンサの感度を、狙いを定めて変化させ得る。つまり、例えば前方を走る車両に対するレーダセンサの感度を高めることができ、したがってこの特殊なオブジェクトクラスに対するレーダセンサの射程および信号対雑音比を大きくすることができる。前方を走る車両は、一般的にゼロ付近の相対速度を有するであろうから、ビームフォーミング関数は、レーダセンサが、相対速度ゼロのオブジェクトに対して最大感度を有するように選択される。
機能原理は、複数の相互にずれて配置されたアンテナ素子を備えたアンテナアレイによるレーダ信号の送信および受信の際のビームフォーミングの原理に類似している。レーダ信号を送信する場合、アンテナ素子に送信信号が供給され、これらの送信信号の位相は、アンテナ素子のずれに比例した位相差だけシフトしている。その結果、最大送信出力が、アンテナ素子の列に垂直な法線の方向ではなく、位相ずれに依存する角度をこの法線と共に成す方向に放射されることになる。レーダ信号を受信する際も、レーダセンサの最大感度の方向は、個々のアンテナ素子によって受信された信号が、アンテナ素子のずれに比例する位相係数で乗算されることによって決定され得る。この場合、ビームフォーミング関数は、最大感度の方向を決定する角度変数と、アンテナ素子の空間的なずれとの関数である。
ここで提案している方法では、類似のビームフォーミング関数を用いた原理に基づいて、特定の相対速度に対するレーダセンサの感度が高められる。それに応じてビームフォーミング関数は、速度変数と、周波数ランプのシーケンスの時間的なずれとに依存している。
ビームフォーミング関数は、選択的に、ある特定の相対速度をもつオブジェクトに対するレーダセンサの感度が低下するようにも形成され得る。これは例えば、停止しており、間隔調節にとって重要でないオブジェクトに対する、つまりその相対速度が自車の絶対速度の逆と同じであるオブジェクトに対するレーダセンサの感度を下げることにより、多目標シナリオにおいてオブジェクト分離を簡略化および改善するために、ならびに／または相対速度を決定する際の多義性の解消を容易にするために利用され得る。
相対速度を測定する際の多義性の解消は、従来の方法ではなかでも、ドップラー次元におけるアンダーサンプリングに基づき、異なる相対速度をもつレーダ目標の重なりが生じる場合に困難になる。この場合、多義性を解消するために、二次元スペクトル内で、考慮の対象になっている多数の多義性仮説の組合せがチェックされなければならず、これは非常に高い計算コストを必要とする。本発明による方法では、停止しているオブジェクトに対する感度を下げることにより、チェックすべき仮説の数が明らかに減少し得る。これは、より大きな程度のアンダーサンプリングを許容すること、それに相応してランプの時間間隔を大きくすること、これにより計算コストおよびハードウェアの必要な計算能力を小さくすることを可能にする。
本発明による方法はそれだけでなく、停止している目標に対する比較的低い感度により、スペクトル内でのこれらの目標に帰属するピークの大きさを減少させ、これにより同時にピークの重なりの頻度および程度が減少するという利点を有する。それによりとりわけ、ｄ－Ｖ空間内のある特定のセル内のピークが、隣接セル内の非常に顕著なピークによって覆い隠されるという状況の頻度も減少し得る。
本発明の有利な形態は従属請求項に提示されている。
好ましいのは、それぞれのシーケンス内で、相次ぐランプが同じランプスロープおよび同じランプ中心周波数差を、特に好ましくは同じ周波数偏移を有しており、上記のランプ中心周波数差は任意選択でゼロに等しくなく、かつそれぞれのシーケンス内の同じランプインデックスを有するランプが、同じランプスロープおよび同じランプ中心周波数を、特に好ましくは同じ周波数偏移を有していることである。すべてのシーケンスのすべてのランプの周波数推移が、任意選択でゼロに等しくなく選択されたランプからランプへの周波数差に至るまで同一である場合、レーダ目標の相対速度から結果として生じる位相関係が特に正確に測定され得る。
シーケンス間の時間的ずれおよび１つのシーケンス内のランプの時間間隔が同じ大きさである場合、提供されている測定時間が特に良好に利用され得る。そのうえ、個々のシーケンスのベースバンド信号間の位相関係へのオブジェクト加速度の影響が、できるだけ小さく保たれ得る。さらに、シーケンス間の時間的ずれと１つのシーケンス内のランプの時間間隔に関し、できるだけ「通約不可」の、つまり互いの倍数などではない好適な値が選択され得る。この場合、多義性の解消から、相対速度のための特に大きな測定範囲が生じる。それに応じて変調パターンは、ランプ間の休止を含んでいる。とりわけ、変調パターンが少なくとも１つの休止を有することが好ましく、この休止は、１つのシーケンスのそれぞれ２つの相次ぐランプの間で規則的に繰り返され、休止から休止への時間間隔は、１つのシーケンスのランプ間の時間間隔と同じである。
変調パターンの主な期間にわたって、それぞれのシーケンスのランプが交互に配置されており、つまりこれらのシーケンスが時間的に広範囲でオーバーラップしていることが好ましい。それぞれのさらなる１つのシーケンスに割り当てられた、このさらなるシーケンスのランプと第１のシーケンスの当該ランプとの時間的ずれが、それぞれ１つのシーケンス内のランプ間の時間間隔の２倍より小さいことが好ましく、この時間間隔より小さいことが特に好ましい。後者は、第１のシーケンスの２つの相次ぐランプの間で常に、それぞれのさらなるランプシーケンスのそれぞれ１つのランプが送信されることと同意である。
ここで提案している方法と組み合わせ得る変調方法および変調パターンに関するさらなる例は、ＤＥ１０２０１４１２２２８４Ａ１およびＤＥ１０２０１７２００３１７Ａ１で説明されている。
選択的に、オブジェクトの間隔および相対速度の決定に角度推定が加わり得る。適切な方法の一例は、ＤＥ１０２０１４２２３９９０Ａ１で説明されている。
ここで提案している方法は、とりわけ、送信アンテナと受信アンテナの異なる組合せによる時分割多重またはドップラー分割多重でのレーダ測定が行われるレーダセンサにも適している。この場合、速度ビームフォーミングおよびスペクトルのコヒーレント加算が、送信アンテナの各々に対して行われる。続いてスペクトルが、送信アンテナおよび受信アンテナについて非コヒーレントまたはコヒーレントに（空間的なビームフォーミングにより）加算され得る。ドップラー分割多重の場合には、例えばＤＥ１０２０１７２００３１７Ａ１で説明された方法に基づいて、速度多義性の解消に続いて送信器割当ても行われ得る。
以下に、図面に基づいて例示的実施形態をより詳しく解説する。
ＦＭＣＷレーダシステムのブロック図である。 ２つの同種ランプのシーケンスが時間的ずれＴ１２で送信される変調パターンを示す図である。 レーダ目標の相対速度が所定のインターバルで周期的な値をとっている速度／間隔グラフである。 相対速度のパラメータに関する尤度関数のグラフである。 ＦＭＣＷレーダセンサの評価機構のより詳細なブロック図である。 本発明による方法のフロー図である。 異なる速度の場合のレーダセンサの感度の依存性を示すグラフである。 図７の細部拡大図である。 図７の細部拡大図である。
図１では、簡略化されたブロック図としてＦＭＣＷレーダセンサ１０が示されており、ＦＭＣＷレーダセンサ１０は、例えば自動車内で前方に取り付けられており、かつオブジェクト１２、１４、例えば前方を走る車両の間隔ｄおよび相対速度ｖを測定するために働く。レーダセンサ１０は電圧制御発振器１６を有し、この電圧制御発振器１６は、周波数変調された送信信号を、ミキサ１８を介して送信および受信機構２０に提供し、この送信および受信機構２０により、信号がオブジェクト１２、１４に向かって送信される。オブジェクトで反射された信号は、送信および受信機構２０によって受信され、かつミキサ１８内で送信信号の一部と混合される。このようにしてベースバンド信号ｂが得られ、ベースバンド信号ｂは、電子的な評価および制御機構２２内でさらに評価される。制御および評価機構２２は、発振器１６の機能を制御する制御部２４を含む。発振器によって提供される送信信号の周波数は、レーダ測定においては、上昇または下降するランプのシーケンスによって変調される。
図２は、送信信号２８の送信周波数ｆを、時間ｔに対応させて示す。測定の際、送信アンテナにより、同一のランプパラメータをもつランプの２つのシーケンスが送信され、これらのシーケンスは互いに時間的に入り組んでいる。ランプ３２の第１のシーケンス３０は図２では実線で示されており、その一方でランプ３６の第２のシーケンス３４は破線で示されている。ランプが属しているシーケンスの番号ｉおよび１つのシーケンス内のランプのそれぞれのランプインデックスｊが提示されている。
第２のシーケンス３４のランプ３６はそれぞれ、同じランプインデックスｊをもつ第１のシーケンス３０のランプ３２に対して時間的ずれＴ１２だけずれている。各シーケンス３０、３４内では、相次ぐランプ３２または３６が互いに対して時間間隔Ｔｒ２ｒだけずれている。つまり、時間間隔Ｔｒ２ｒは、両方のシーケンスに対して同じである。さらに、１つのシーケンスの２つの相次ぐランプの間にそれぞれ１つの休止Ｐが存在している。
図２に示された例では、１つのシーケンス３０、３４内で相次いでいるランプ３２または３６のランプ中心周波数差はゼロに等しい。したがってすべてのランプが同じ周波数推移を有している。ランプ中心周波数は、ここでは平均送信周波数ｆ０に相当する。
図５は概略的に、制御および評価ユニット２２によって実施される相対速度の決定のより詳細なブロック図を示す。
受信され、サンプリングされた、それぞれランプの相応のシーケンス３０、３４に対して得られたベースバンド信号ｂ１およびｂ２は、それぞれ二次元フーリエ変換（２Ｄ－ＦＦＴ）を受ける。第１の次元は、個々のランプに対して得られたベースバンド信号の変換に相当する。第２の次元は、ランプのシーケンスについての、つまりランプインデックスｊについての変換に相当する。それぞれの変換の量、つまりビン（サンプリングポイントまたはノード）のそれぞれの数が、第１の次元に関してすべてのスペクトルに対して一貫しており、および第２の次元に関してすべてのスペクトルに対して一貫していることが好ましい。
レーダ目標１２の相対速度と、ランプの個々のシーケンス間の時間的ずれＴ１２に相応する部分測定とに基づき、２つの部分測定の間の位相差が発生する。この位相差は、両方の二次元スペクトル５０、５２内で同じ位置に発生するピークの複素振幅（スペクトル値）の位相差として得られる。しかしながら、両方のシーケンス３０、３４の互いに対応しているランプ３２、３６の間の相対的に大きな時間的ずれＴ１２に基づき、両方の部分測定の位相差の決定は、相対速度への直接的な帰納的推論を許容しない。というのも、位相の周期性に基づき、単一の位相差に対し、それに属する相対速度の値の多義性が生じるからである。
得られた二次元スペクトル５０または５２は、第１の関数ブロック５４内で、「速度ビームフォーマ」によってコヒーレントに加算される。
速度ビームフォーマは、重要な速度（例えばＡＣＣオブジェクトに関する０ｍ／ｓの付近の速度または静止目標に関する車両の負の自己速度の付近の速度）を強化または抑制することを可能にする。重要な速度に関する例は、例えばＡＣＣオブジェクトに関する０ｍ／ｓの付近の速度または静止目標に関する車両の負の自己速度の付近の速度またはさらにオブジェクトトラッキングの際に特に重要と認識された目標の速度であろう。ビームフォーミングのために、速度ビームフォーマは、文献から知られている数多くのビームフォーミング法の１つ、例えば遅延和もしくはコンベンショナルビームフォーミング、最小分散無歪応答（ＭＶＤＲ）もしくはカポンビームフォーミング、またはヌルステアリングを利用し得る（例えば：Ｈ．Ｌ．Ｖａｎ Ｔｒｅｅｓ、「Ｏｐｔｉｍｕｍ ａｒｒａｙ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ－Ｐａｒｔ ＩＶ ｏｆ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｔｈｅｏｒｙ（最適なアレイ処理－検出、推定、および変調理論のパートＩＶ）」、Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ、２００２；Ｊ．Ｃａｐｏｎ、「Ｈｉｇｈ－Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ－Ｗａｖｅｎｕｍｂｅｒ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ａｎａｌｙｓｉｓ（高分解能周波数－波数スペクトル解析）」Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＩＥＥＥ、１９６９、Ｖｏｌ．５７、１４０８～１４１８頁；またはＨ．Ｃｏｘ、Ｒ．Ｚｅｓｋｉｎｄ、およびＭ．Ｏｗｅｎ、「Ｒｏｂｕｓｔ ａｄａｐｔｉｖｅ ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ（ロバスト適応ビームフォーミング）」ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ａｃｏｕｓｔｉｃｓ，Ｓｐｅｅｃｈ ａｎｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ、ｖｏｌ．３５、ｎｏ．１０、１３６５～１３７６頁、１９８７を参照）。
二次元スペクトル５０、５２の各々の定義域は、１つのオブジェクトの間隔変数ｄおよび速度変数ｖの特定の値がそれぞれ割り当てられている間隔－速度ビン（ｄ－ｖビン）の二次元ラスタである。スペクトルの値域は複素数の集合であり、この複素数は、各ｄ－ｖビンに対し、フーリエ変換された信号の複素振幅を提示する。上記のビームフォーミング法では、一般的に、スペクトル値、つまり各ビン内の複素振幅がビームフォーミング関数で乗算され、このビームフォーミング関数は、速度変数ｖおよびシーケンスの時間的ずれに依存している。このビームフォーミング関数の形態は、適用されるビームフォーミング法に応じて変化する。
例えば遅延和法の場合、速度変数ｖおよびＮ個のシーケンス（図２および図５に基づく例ではＮ＝２）に対し、下式：
ａｉ（ｖ）＝（１／√Ｎ）ｅｘｐ（２πｊ（２／ｃ）ｆ０ ｔｉ ｖ） （１）
（式中、ｊは虚数単位であり、ｉはシーケンスをカウントする添字（ｉ＝１．．．Ｎ）であり、ｆ０はランプの中心周波数であり、πは円周率であり、かつｔｉ（＝（ｉ－１（Ｔ１２））は最初のランプとｉ番目のランプの時間的ずれである（図２および図５に基づく例では、ｉは値１および２だけを有し、ｔ１＝０およびｔ２＝Ｔ１２が当てはまる））を有するベクトルビームフォーミング関数ａｉ（ｖ）が用いられる。
ビームフォーミング関数で乗算することによって変形されたスペクトルは、その後、シーケンスインデックスｉについてコヒーレントに加算される。これにより、信号対雑音比がＮ倍大きくなる。
さらなる例として、ある特定の速度ｖ０に対する感度を狙いを定めて抑制し得るＭＶＤＲビームフォーミング法が簡単に概説される。この方法では、下式：
ｄ（ｖ，ｖ０）＝（Ｒ－１（ｖ０）ａ（ｖ））／（ａＨ（ｖ）Ｒ－１（ｖ０）ａ（ｖ））
Ｒ（ｖ０）＝ａ（ｖ０）ａＨ（ｖ０）＋σＩ （２）
（式中、Ｒ（ｖ０）は相関行列であり、ａ（ｖ０）はベクトルであり、このベクトルの成分は方程式（１）のように定義されており、かつａＨ（ｖ）はａ（ｖ）のエルミート随伴ベクトルである。Ｉは次元Ｎ×Ｎの単位行列である。項σＩは、相関行列Ｒ（ｖ０）の正則化に役立ち、かつ行列Ｒ（ｖ０）がインバートされ得ることを保証する。これに関しσは、雑音の強化が回避されるように選択され得る）を有するビームフォーミング関数ｗ（ｖ，ｖ０）が用いられる。
複数の送信アンテナを備えた角度分解型レーダセンサの場合、ビームフォーミングが各送信アンテナの受信信号に適用され得る。続いて、送信アンテナについて非コヒーレント平均化が実施される（位相はオブジェクトの測位角度にも依存しているので、ここではコヒーレント加算は不可能である）。
非コヒーレント加算が二次元パワースペクトル５６を生じさせる。その後、関数ブロック５８内で、目標の検出が、既知の方法、例えばＣＦＡＲ（一定誤警報確率）によって行われる。
以下に、ビンｋ，ｌとして提示されるパワースペクトル５６内のレーダ目標１２に対応するピークの位置は、個々のスペクトル５０、５２内のピークの位置に相応する。第１の次元、これに相応してピークの位置のビンｋから、ＦＭＣＷ方程式ｋ＝２／ｃ（ｄ Ｆ＋ｆ０ ｖ Ｔ）に基づき、レーダ目標の相対速度ｖと間隔ｄの線形の関係性が得られる。式中、ｃは光速であり、Ｆはランプストロークであり、Ｔは単一ランプ３２または３６のランプ持続時間であり、かつｆ０は平均送信周波数である。
図３は概略的に、相対速度ｖを間隔ｄに対応させているグラフを示す。ｖとｄの線形の関係性が直線として描かれている。速度ｖでの相対移動から結果として生じるドップラー周波数は、相対的に大きな時間間隔Ｔｒ２ｒにより、一義的にはサンプリングされないので、図示された例では、相対的に大きな時間間隔Ｔｒ２ｒに基づき、ドップラー周波数のサンプリングから得られるレーダ目標の相対速度についての情報が、所定のインターバルに基づく多義性をもっている。周波数ビンｋに基づいて生じるｖ－ｄ直線に加えて、周波数ビンｌから決定された相対速度ｖの周期的な値が破線によって示されている。ｖ－ｄ直線との交点に印がつけられている。これらの交点は、検出されたレーダ目標１２の相対速度および間隔の可能な値のペア（ｖ，ｄ）に相応する。速度ｖが決定されるべき実際の目標は、図３ではバツ×で印されている。
ここから、確定された速度ｖの多義性が以下に解説するように解消される。考慮の対象になっている相対速度ｖの周期的な値についての情報ｖ＊が、第２の関数ブロック６０（図５）に渡され、第２の関数ブロック６０はさらに、部分測定の複素二次元スペクトル５０、５２も取得する。
測定された位相差を評価するため、相対速度ｖに依存した理想的な測定の制御ベクトルが計算される。この制御ベクトルの成分は、方程式（１）と同じである。
その後、測定ベクトルが形成され、この測定ベクトルは、その成分が、予測された速度依存の複素数値によってではなく、実際に測定された値によって複素振幅（スペクトル値）によって形成されることにより、制御ベクトルとは異なる。その後、一致の程度を突き止めるため、制御ベクトルと測定ベクトルがスカラーで乗算される。その後、この積の正規化が尤度関数をもたらす。
図４は概略的に、実線の正弦波状の線により、相対速度スペクトルＳ（ｖ）を相対速度ｖに対応させて示す。尤度関数の極大は、パラメータｖの最も確率の高い値に相当する。相対速度スペクトルＳ（ｖ）はそのままでは多義的であり、すなわち最大値１での極大はそれぞれ、当該の相対速度ｖに対して生じる理想的な位相シフトと、測定ベクトルに基づく測定された位相シフトとの最適な一致に相当する。
ただし関数Ｓ（ｖ）の評価は、ビン（ｋ，ｌ）内のピークの位置に基づく評価から得られた相対速度ｖの周期的な値に相応する箇所４０でしか必要ない。図３で印をつけた交点の速度値に相応するこれらの箇所４０が、図４では関数Ｓ（ｖ）の曲線軌道上に印されている。図示された例では、最大の一致は相対速度ｖ＝０ｍ／ｓで生じており、そこでは関数Ｓ（ｖ）が、予測された最大値１になっている。これが相対速度ｖの実際の値に相当する。
これにより、ピークの位置から生じる多義性が、位相関係からの追加的な情報によって解消され得る。線形の関係性に基づき、相対速度ｖの選択された推定値に帰属する間隔ｄの推定値が決定される。
第２の関数ブロック６０は、相対速度ｖおよび間隔ｄの確定された推定値を出力する。
－図６では、本方法の本質的なステップがフロー図として示されている。図６でブロックとして示したステップＳ１～Ｓ７では、以下のアクションが実行される。
Ｓ１ 各ランプシーケンス（および各受信チャネル）に対する２Ｄ－ＦＦＴ
Ｓ２ 速度ビームフォーミングによる各送信および受信アンテナのランプシーケンスの個々のスペクトルのコヒーレント加算
Ｓ３ 送信および／または受信アンテナについてのスペクトルの非コヒーレントまたはコヒーレント加算
Ｓ４ ピーク補間を含むＣＦＡＲによる目標検出
Ｓ５ 検出リストのおよびすべての検出に対するスペクトルのパワー比較および場合によっては統合
Ｓ６ 速度の多義性および重なりの解消ならびに場合によっては送信器割当て（ドップラー分割多重の場合）
Ｓ７ 位相補正による角度推定
速度ビームフォーミングの前後でのまたは様々な速度ビームフォーマ間のスペクトルパワーの比較は、このスペクトルセル内に１つだけの静止目標が存在しているかどうか（ビームフォーミングによる大きなパワー差）またはことによるともっとさらなる目標が存在しているかどうか（より小さなパワー差）の判定を可能にする。この情報は、３つの異なるやり方で使用され得る。
－ １つの静止目標である確率；
－ 速度多義性の解消の際に複数目標モデルを適用するための、およびその後の角度推定のために静止目標と移動目標の信号寄与を分離するための（追加的な）基準；
－ ピーク補間の改善された精度により、複数目標モデルにおいて、より正確な速度に基づき得る。
図７～図９では、速度ビームフォーミングによって達成された効果がグラフで示されている。これらのグラフではそれぞれ、測位されたオブジェクトの相対速度に対する相対的な受信出力Ｑを示している。太線で描かれた曲線６２はそれぞれ遅延和法の結果を示し、その一方でより細く描かれた曲線はＭＶＤＲ法の結果を示す。
図８では、値ゼロの周囲の相対速度の範囲がより高い解像度で示されている。ここでは相対的な受信出力、したがってセンサの感度が、相対速度ゼロで明らかに上昇していることが認識される。
ＭＶＤＲ法では、－３０ｍ／ｓの付近の相対速度（車両の自己速度が３０ｍ／ｓの場合の不動目標）で感度が低下するようにパラメータが選択された。図９では、この速度範囲をより高い解像度で示している。ｖ＝－３０ｍ／ｓでの曲線６４の顕著な極小がはっきり認識され得る。不動目標のこの抑制により、目標検出が明らかに改善され、ステップＳ４～Ｓ６での多義性の解消が、スペクトルのパワー比較によって補助される。
１０ ＦＭＣＷレーダセンサ
１２ レーダ目標
１４ オブジェクト
１６ 電圧制御発振器
１８ ミキサ
２０ 送信および受信機構
２２ 制御および評価機構
２４ 制御部
２８ 送信信号
３０ 第１のシーケンス
３２ ランプ
３４ さらなるシーケンス
３６ ランプ
４０ 相対速度ｖの周期的な値に相応する箇所
５０；５２ 二次元スペクトル
５４ 第１の関数ブロック
５６ パワースペクトル
５８ 関数ブロック
６０ 第２の関数ブロック
６２ 遅延和法の結果を示す曲線
６４ ＭＶＤＲ法の結果を示す曲線
ｂ１；ｂ２ ベースバンド信号
ｄ 車両の間隔
ｆ 送信周波数
ｆ０ 平均送信周波数
ｊ ランプインデックス
ｉ ランプが属しているシーケンスの番号
ｋ，ｌ ピークの位置
Ｔｒ２ｒ 時間間隔
Ｔ１２ 時間的ずれ
ｖ 相対速度

Claims (9)

  1. レーダ目標（１２）の相対速度（ｖ）を決定するための方法であって、
    （ａ）ＦＭＣＷレーダ測定が実行され、前記ＦＭＣＷレーダ測定では、ランプ状に周波数変調された送信信号（２８）が送信され、前記送信信号（２８）の変調パターンが、ある時間間隔（Ｔｒ２ｒ）をあけて時間的にずれて相次いでいるランプ（３２）の第１のシーケンス（３０）と、同じ時間間隔（Ｔｒ２ｒ）をあけて時間的にずれて相次いでいるランプ（３６）の少なくとも１つのさらなるシーケンス（３４）とを含んでおり、前記シーケンス（３０；３４）が時間的に互いに入り組んでおり、
    （ｂ）受信された信号がベースバンド信号（ｂ１；ｂ２）にダウンコンバートされ、かつ前記ベースバンド信号（ｂ１；ｂ２）から、前記シーケンス（３０；３４）の各々に対して別々に、二次元フーリエ変換によって二次元スペクトル（５０；５２）が計算され、その際、第１の次元ではランプごとに変換され、かつ第２の次元ではランプインデックス（ｊ）について変換され、
    （ｃ）前記ベースバンド信号（ｂ１；ｂ２）の二次元スペクトル（５０；５２）の少なくとも２つのスペクトル内のピークの位置（ｋ，ｌ）に基づいて、レーダ目標（１２）の相対速度の値が決定される方法において、
    異なるシーケンス（３０；３４）に対して形成された二次元スペクトル（５０；５２）の各々が、速度変数（ｖ）と、前記シーケンスのうちの前記第１のシーケンス（３０）に対する帰属の前記シーケンスの時間的ずれ（Ｔ１２）とに依存したビームフォーミング関数での乗算によって変形され、かつ前記レーダ目標（１２）の前記相対速度が、前記変形されたスペクトルのコヒーレント和に基づいて決定されることを特徴とする方法。
  2. 前記ビームフォーミング関数が遅延和法に相応して形成される、請求項１に記載の方法。
  3. 前記ビームフォーミング関数がＭＶＤＲ法に相応して形成される、請求項１に記載の方法。
  4. 複数の送信アンテナおよび／または複数の受信アンテナを備えたレーダセンサに対し、前記変形されたスペクトルの前記コヒーレント加算の後、前記送信および／または受信アンテナについて非コヒーレントまたはコヒーレント加算が行われ、個々のレーダ目標の検出が、前記加算の結果を基礎として行われる、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
  5. 単一シーケンス（３０、３４）の相次ぐ前記ランプ（３２、３６）を伴う前記時間間隔（Ｔｒ２ｒ）が、前記第２の次元においてアンダーサンプリングが起こるように、かつその結果として生じる多義性の解消が、前記変形されたスペクトルに基づいて行われるように選択される、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記変形されたスペクトルおよび変形されていないスペクトルにおけるスペクトルパワーの比較により、単一目標シナリオと複数目標シナリオが区別される、請求項５に記載の方法。
  7. 周囲に対して自己速度で移動するレーダセンサに対し、その相対速度が前記自己速度の逆と同じである目標に対する前記レーダセンサの感度が低下するように、前記ビームフォーミング関数が選択される、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
  8. 相対速度ゼロの目標に対する前記レーダセンサの感度が上昇するように、前記ビームフォーミング関数が選択される、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
  9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の方法が実装されている制御および評価機構（２２）を備えたＦＭＣＷレーダセンサ。
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