JP4112987B2 - レーダーセンサ装置の作動のための方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、独立請求項の上位概念による、レーダーセンサ装置の作動のための方法及び装置であって、例えばパルスエコーレーダーまたはいわゆるバイナリーフェーズシフトキー（ＰＢＳＫ）によるレーダーシステムまたは疑似ノイズ（ｐ/ｎ）コーディングによるレーダーシステム、特に複数の個別センサからなる装置の較正のための方法及び装置に関している。

ヨーロッパ特許出願 EP-A 1058126 明細書からは、ターゲット対象の位置の検出のための複数の隣接する個別センサを有するレーダー装置の作動のための方法が開示されており、ヨーロッパ特許出願 EP-A 0928428 明細書からは、基準モデルの適用なしで間隔距離測定の品質と所属の測定センサの品質を重み付するための方法が公知であり、また例えばドイツ連邦共和国特許出願 DE 44 42 189 A1 明細書からは、自動車の周辺領域における間隔距離測定のためのシステムのもとで、送受信ユニットを備えた複数のセンサが情報の送信と受信のために同じように用いられている。間隔距離測定の支援手段のもとでは、例えば前方、側方、後方衝突の際に車両のためのパッシブな保護手段が活動化される。検出された情報の交換によって、例えば相応のトリガシステムを活動化させるための交通状況の判断が実施され得る。

前述した自動車における乗員保護システムの確実な起動制御のためには、通常は、自動車の周辺領域における個々の衝突状況に対して多数のレーダーセンサが必要とされる。車両の近辺領域、特に約１０ｍの範囲においては、交通状況の把握ないし監視に対してはさらにそれ以上の多くの適用が有用であり得る。これについては、駐車支援、いわゆる“死角”の監視のための支援、や、いわゆる“ストップ・アンド・ゴー”走行の支援、（この場合は先行車との間隔距離が求められ自動的な停止と発進を可能にする）があげられる。この場合通常は多数のレーダーセンサがそれぞれの測定目的をもって異なった要求に用いられている。

個々のレーダーセンサの各々は、広角的な指向特性とそれに伴って失われる角度分解能に基づいて対象物からセンサまでの一次元的な半径方向の間隔しか検出できず、車両の可動平面における対象物の二次元的な位置はわからない。それ故にこれらのレーダーセンサを、走行平面における対象物の位置をいわゆるレーダートライアングル手法を用いて確定するために、グループで用いる必要がある。いわゆるアクティブなトライアングルのもとでは、このことは、レーダーセンサ周りの同心円（この半径は測定された間隔に相応する）の多数の交点となる。実際の対象位置は、余分な交点の消去によって、例えば複雑なトラッキングアルゴリズムによって抽出できる。

いわゆるパッシブトライアングル手法では、送信側センサ信号が対象から反射された信号が、隣接するセンサによって再び受信され、評価される。それにより対象物の確定は、同時的な手段によって対象輪郭も図ることができ、クロスエコーの評価によって可能である。送信側センサから受信側センサまでの信号の伝播時間は、ここでは対象が存在している走行平面内で楕円曲線の算出を許容する。ダイレクトエコーからの間隔と一緒に位置とだいたいの形状が算出できる。

まだ未公開のドイツ連邦特許出願 DE 100 49 906.6 明細書（DE-A-10049906)には、例えばクロスエコー評価がパルスレーダーセンサのもとで確率的符号かを用いて実施する方法が開示されている。このパルスレーダーシステムは、マイクロ波送信機の搬送波信号が所定のパルス繰り返しレートで送信される。このマイクロ波信号は、ターゲット対象において反射され、ミクサ回路内でパルスの送信の時間と反射ビームの入射時間からターゲット対象の位置を導出できる。有利には、この場合ランダム制御されたスイッチを用いてパルスが所定の確立で送信される。この場合受信された信号の評価のために、送信機の確率的なパルス列が受信側で既知である。この符号化によってここでは多数の送信された信号の区別が可能である。

従来の全てのパッシブトライアングル手法では、グループ内の個々のセンサの正確な時間的同期が必要であった。なぜならば、クロスエコーの伝播時間が正確に検出できないからである。特にコーディングを用いた手法の場合には、個々のセンサにおいてパルス列を生成するクロック発生器が非常に正確に同期化されて作動されなければならない。この場合の所要の精度は、距離測定の許容偏差が典型的には３ｃｍである。クロスエコー距離がこの精度で検出されるべき場合には、空気中の電磁波の伝播時間は、約１００ｐｓの時間的精度で定められる。

この精度を有する空間的に分離されたクロック発生器の同期動作は、比較的長い期間に亘るセンサグループ内の基準クロックの伝送によってのみ可能である。しかしながら１つのセンサグループ内の基準クロックの精度に対しては、高い要求が課せられる。とりわけ臨界的なのは、クロック信号の位相位置である。例えば周波数ｆ_Ｔ＝５ＭＨｚのクロック信号を用いる場合（これは２４ＧＨｚレーダーセンサのパルス繰り返し周波数に相当する）、６ｃｍのクロスエコー距離測定においてエラーを引き起こすのに、０.３６゜の角度偏差で既に十分となる。

前述した位相角度エラーは、いずれにせよ一連の影響によって生じ得る。例えば接続路上の伝送の際に、パルスのクロックエッジが、とりわけ電磁的適合性ＥＭＣの理由から不明瞭となる。トリガエッジの再構成に対しては、コンパレータが用いられており、この場合コンパレータ閾値とクロックの位相位置が、温度や作動電圧変動並びに系年劣化作用などの影響下におかれる。コンパレータ内部の信号伝播時間と、基準クロックの信号パス内の既存のさらなるゲートのスイッチング速度も温度依存性であって、いわゆるドリフト作用の影響下にある。その他にもパルスのクロックエッジの急峻度は、トリガ信号の位相位置に係わり、線路インピーダンス、キャパシタンス、関与するＲＣネットワークやその他の構成要素の抵に依存する。これらの全ての物理的特性は、温度依存性であり、系年劣化の影響下にある。

さらにクロック線路上の電磁波ビームはノイズレベルを生じさせ得る。これはトリガエッジの再構築の際にエラーを引き起こす。伝送は位相エラーに対しては、クロック周波数の選択が高くなればなるほどより堅固になるが、しかしながらＧＨｚ領域の所要のクロック周波数は、比較的高い電流消費率の比較的値段の高い構成要素を必要とし、その他にも高いクロック周波数は、ＥＭＣの理由から遮蔽された線路を必要とする。

コストに関して高価な光導波路を用いる光学的なクロック伝送によれば、EMCの問題は回避されるが、しかしながら変動するゲート伝播時間とスイッチング閾値による電気的/光学的な影響はそのまま残る。これらの障害的な影響の消去のためには、より高いコストをかけなければならず、これは著しい材料コストの上昇に結び付く。

発明の利点
独立請求項の特徴部分に記載された本発明によれば、冒頭に述べたような形式のレーダーセンサ装置、すなわちターゲット対象の位置を確定するための、複数の隣接する相互に十分に同期化された個別センサを有するレーダーセンサ装置の作動のための方法において、確実でかつ迅速な較正が有利に実現される。

まず本発明によれば、可能なターゲット対象位置の確定が、いわゆるアクティブトライアングル方式によって、すなわち全てのダイレクトエコーの円交点の形成によって実施される。この場合簡単な手法では、個別センサから送信されターゲット対象からこの個別センサに反射されたレーダー信号の伝播時間がそのつどダイレクトエコーとして評価される。いくつの個別センサがターゲット対象を同時に検出できるかに応じて、多かれ少なかれ正確に検出される確率的対象位置が検出平面で得られる。

同じ測定サイクルにおいて、ある個別センサから送出されターゲット対象によってそれぞれ別の個別センサに反射されたレーダー信号がそれぞれクロスエコーとして評価される。これによって測定の冗長性がさらに高まる。より高い冗長性のもとでは、有利には、ターゲット対象の形状と位置が推定可能である。例えば自動車における適用ケースでは、くいまたは壁などである。

それぞれの１つの測定サイクルでは、ダイレクトエコーとクロスエコーの評価から、少なくともターゲット対象の位置と場合によってはその形状が確定できる。さらに本発明によれば、検出品質信号が求められ、所定のターゲット対象のもとでの所定の検出品質信号の絶対値に到達した後で較正が実施可能である。ターゲット対象のダイレクトエコーから求められた位置とクロスエコーから求められた位置の偏差から、さらにクロスエコーに対する補正量が求められる。

有利には、特にターゲット対象の反射位置の追従が複数の測定サイクルを超えて行われ、いわゆる非妥当性の反射の消去がいわゆる動きモデルの支援による手法を用いて、あるいは３つまたはそれ以上の個別センサを用いた同時検出のもとでの冗長性の有効利用によって、実施される。

検出された各対象位置毎の検出信号品質の、品質ナンバーＱ（これは対象位置が平面内で確定された確実性を表す）による重み付は、通常は、信号品質と関与した個別線の数に依存し、さらに複数の測定サイクルを超えた位置検出の安定性にも依存する。センサ装置の作動期間中に、非常に強い安定したレーダー反射を生じさせるターゲット対象が繰り返し存在するならば、これは位置検出の際の高い品質ナンバーＱにつながる。そのようなターゲット対象が常に検出されるならば、本発明による較正ステップがクロスエコー評価に対して実施できる。

有利には、本発明による装置を用いて前述した較正方法が実施できる。これについてはマイクロ波レーダーシステムが、複数の個別センサからなるアレイを有するセンサ装置として構成される。この場合前記複数の個別センサの検出範囲は、少なくとも部分的に重畳している。このセンサ装置は、バスシステムを介して、またはポイントツーポイント接続を介して、プログラミング可能なマイクロプロセッサ制御式の評価ユニットに接続され、さらに測定され算出されたデータと、計算および推定手順のための相応のデータ処理プログラムの記憶のためのメモリに接続されている。

そのようなマイクロプロセッサ制御式データ処理装置用のデータ処理プログラムは、有利には個別のプログラムステップを有しており、それらのステップを用いてダイレクトエコーおよびクロスエコーに対して測定され算出された値が評価され、それに基づいて補正量が算出される。これらの較正ステップは、バックグラウンドで実行され、実行中の測定の経過には影響を及ぼさない。この場合本発明による方法に対しては、測定されたダイレクトエコーおよびクロスエコーのターゲット対象との間隔距離が複数の測定サイクルを超えて中間記憶されるだけでよく、フィードバックによる追従が可能である。

この較正方法は、以下に記述するように実行される。ターゲット対象がより高い信号品質Ｑで検出され、クロスエコーが位置検出に関与している第１の前提条件が存在する場合には、対象位置が、クロスエコーの利用なしで、先行する測定サイクルのダイレクトエコーから単独で正確に確定可能かどうかが検査される。この条件が満たされていない場合には、当該構成方法の中断が行われ、通常の測定動作の継続が行われる。条件がいずれにせよ満たされている場合には、ダイレクトエコー単独から検出可能な位置と、ダイレクトエコーおよびクロスエコーから検出された位置との比較が行われる。差分が生じた場合には、従来の推定手法を用いて、例えばカルマンフィルタもしくはいわゆる最小二乗法を用いてクロスエコーに潜んでいる測定エラーが確定される。この測定エラーからは、後続する全てのクロスエコー測定を補正できる補正量が導出される。

本発明による方法は、それによって作動中のターゲット対象の検出の際の測定精度の最適化に順次結び付き、温度ドリフトなどの緩慢に変化する特性量や構成部材の経年劣化などによる明細書冒頭に述べた個別センサの基準クロック伝送の精度への影響が補償される。

本発明による方法の有利な実施形態によれば、その上さらに個別センサを有するセンサ装置全体の基準クロックの位相の基本調整も例えば自動車への新たなレーダーシステムの設置の後で実施できる。それに対しては、反射の少ない空間または、偶発的に検出され得る対象物のないフラットな平面で、確認しやすい点状に見える基準対象、例えばレーダートリプルミラーを必要とするだけである。

この基準較正は、以下のように経過し得る。すなわちまず、基準のターゲット対象が、複数の個別センサによって同時に伝出貴安濃である位置に固定される。それにより基準較正モードがスタートされる。対象位置検出に対してはまず、ダイレクトエコーだけが評価され、それらのダイレクトエコーから当該基準ターゲット対象の正確な位置が確定される。続いて、対象位置からはクロスエコーの論理上の伝播時間が算出され、そしてクロスエコーの実際の伝播時間が全ての不精度ないしオフセットと共に測定される。

論理上の伝播時間と実際の伝播時間の間の差分からは、後続する全てのクロスエコー測定の基礎となる補正量が形成される。この経過は、全ての生じ得るクロスエコー経路が処理されるまで、種々異なる対象位置で繰り返される。

総合的にみて、本発明によれば、複数の個別センサを有するレーダーセンサ装置におけるハードウエア許容誤差の補償のためのモデルベースの手法が簡単な形式で得られることが明らかである。これはいわゆるトライアングル手法による評価のもとで、基準クロック伝送における位相エラーが補正され、これにより基準クロックにおける不精度が場合によって存在していたとしてもクロスエコー経路決定の高精度が可能となる。

それにより当該のレーダーセンサグループのクロスエコー評価の自動較正がソフトウエア毎にセンサ制御機器ないし評価機器内で可能となる。さらに簡単に実施できる基本較正がセンサ装置の例えば自動車における製造工程の最終段階で基準ターゲット対象の走査によって可能である。同じように稼働中に強めのレーダー反射を用いることによって簡単に実施できる定常的な自動微調整較正により、誤った温度の影響やドリフトを補償調整することができる。それによりセンサ装置の寿命期間中に、クロスエコー経路測定の精度を維持するためのマニュアル調整やメンテナンスが必要となることはない。ここでは既に前述したように、個別センサの同期化のためのより高精度な基準クロックが必要とはされないので、少ないハードウエアコストしか伴わない低コストの解決手段で十分である。

本発明の有利な構成例によるさらなる特徴は、従属請求項に記載されているが、その他にも以下の明細書で図面に基づいて詳細に説明する。この場合個々の特徴は本発明の実施形態のもとではそれぞれ単独でもあるいはサブコンビネーションの形態でも実現することができ、その他の分野においても有利に実現することが可能である。

図面
本発明によるセンサ装置は、図面中の有利な実施例に基づいて説明する、この場合、図１には、それらの検出範囲が重畳している４つの個別センサからなるセンサ装置のグループが概略的に示されている。

実施例の説明
図１には、マイクロ波レーダーシステムの送受信モジュール２を有するセンサ装置がブロック図で示されている。ここでは詳細には説明しない送受信モジュール２は、４つの個別センサ３，４，５，６，を備えており、これらは、部分的に重畳している検出範囲７，８，９，１０を有している。

センサ装置１は、ここではバスシステム１１，例えばＣＡＮバスシステムを介して詳細には言及しない従来のマイクロプロセッサ制御式の制御および評価ユニット１７に接続されており、さらにエネルギ供給のための接続端子１２を有している。

これらの個別センサ３，４，５，６は、それ自体公知の形式で、例えばパルス制御されたレーダー信号若しくは他の方法（例えばＢＰＳＫまたはｐ/ｎ）で変調されたレーダー信号送信のための例えば２４ＧＨｚの周波数の搬送波信号を送信する送信側発振器を有しており、その受信入力側では、検出範囲７〜１０のうちの少なくとも１つに存在するターゲット対象から反射された受信信号を検出する。この受信信号は、ミクサに供給される。その他にこのミクサには送信側発振器の搬送波信号が印加される。

ターゲット対象にて反射され、送信側個別センサ３〜６のそれぞれの入力側で受信される信号（ダイレクトエコー）は、ターゲット対象との距離によって定まる送受信間の伝播時間を有するので、ミキシングによって離間距離に依存する信号が得られ、ターゲット対象との間隔距離が確定できる。図１には個別センサ３のもとでそのようなダイレクトエコー１３が、そして個別センサ４の場合ではターゲット対象１５のダイレクトエコー１４が例示的に示されている。同じ測定サイクルでは個別センサ３〜６の１つから送信されターゲット対象（例えば１５）からそれぞれ別の個別センサ３〜６に反射されたレーダー信号がそれぞれクロスエコーとして評価される。これによって検出平面７〜１０におけるターゲット対象の形状と位置の推定が可能である。例えば自動車における適用ケースでは、杭や壁などが推定できる。ここではよりわかりやすくするために、個別センサ３から送信され個別センサ４によって受信されるターゲット対象１５の反射信号のクロスエコー１６は点線で表されている。

検出範囲７〜１０からは、斜線で示された領域に１つのターゲット対象が個別センサ３〜６によって間隔距離測定のために把握され、それと共にこの領域は、正確な評価のために使えないことが識別できる。その他の重畳領域では、場合によって存在するターゲット対象が検出の可能性を有する個別センサ３〜４の数（詳細には２×、３×、４×…）によって表される。この多重の検出、いわゆるトライアングル方式によって横方向の検出も、あるいは二次元の位置検出も、あるいはターゲット対象の形状の検出も可能である。

本発明の実施例によるセンサ装置１を用いれば、同期化される個別センサ３〜６の自動較正と、基本較正が可能となる。可能なターゲット対象位置の確定は、まずアクティブダイレクトエコーによって行われる。すなわち全てのダイレクトエコーの円交点の形成である。同時にターゲット対象を検出できる個別センサ３〜６の数に依存して、図中の検出範囲７〜１０の中で多かれ少なかれ正確に特定できる偶発的な対象位置が得られる。

引き続き先の本発明の説明に基づいて記載した実施例のように、クロスエコーの評価が行われる。それにより測定の高い冗長性のもとで、ターゲット対象の形状と位置が検出範囲の平面において推定され得る。十分な検出品質信号Ｑ（これは平面におけるターゲット対象の位置が検出される確実性を表している）を有するターゲット対象が検出されたならば、本発明による較正方法がスタートされる。このターゲット対象は、例えば四倍の品質（４×）で検出され、十分に強くて安定したレーダー反射を生成する。これは高い検出品質信号Ｑとなり得る。

先行する測定サイクルのダイレクトエコーからクロスエコーの利用なしで例えばターゲット対象１５の位置が正確に確定され得るならば、ダイレクトエコー１３，１４のみから検出可能な位置１５がダイレクト及びクロスエコー１３，１４，１６から確定される位置と比較される。差分が生じている場合には、従来の推定方法でもってクロスエコー１６等に伴う測定エラーが確定される。この測定エラーからは、後続する全てのクロスエコー測定で補正される補正量が導出される。

本発明の実施例を示した図である

Claims (8)

1. ターゲット対象（１５）の位置検出のための、相互間で十分に同期化される隣接する複数の個別センサ（３，４，５，６）を有するレーダーセンサ装置の作動のための方法であって、
   １つの測定サイクルにおいて、１つの個別センサから送信され、ターゲット対象から当該個別センサ（３，４，５，６）に反射されるレーダー信号の伝播時間がそれぞれダイレクトエコー（１３，１４）として評価され、
   同じ測定サイクルにおいて、１つの個別センサ（３，４，５，６）から送信され、ターゲット対象からそれぞれ別の個別センサ（３，４，５，６）に反射されたレーダー信号の伝播時間がクロスエコー（１６）として評価される形式の方法において、
   前記ダイレクトエコーとクロスエコー（１３，１４，１６）の評価から、少なくともターゲット対象（１５）の位置が定められ、検出品質信号（Ｑ）が求められ、
   検出品質信号（Ｑ）の所定の絶対値に到達した後で、ダイレクトエコー（１３，１４）から求められたターゲット対象の位置と、クロスエコー（１６）から求められたターゲット対象位置の偏差から、クロスエコー（１６）に対する補正量が求められ、それによる較正がターゲット対象（１５）において実施されるようにしたことを特徴とする方法。
2. ダイレクトエコーとクロスエコー（１３，１４，１６）の評価が複数の測定サイクルに亘って行われ、そのつどの値が中間記憶され、ターゲット対象（１５）の妥当性のない位置が、動きモデルとの比較によって、または多数の測定の冗長性の有効利用によって推定される、請求項１記載の方法。
3. 検出品質信号（Ｑ）が、受信されたダイレクトエコーとクロスエコー（１３，１４，１６）の信号品質と、クロスエコー（１６）による位置検出に関与した個別センサ（３，４，５，６）の数、および/または複数の測定サイクルに亘る位置検出の安定性から求められる、請求項１または２記載の方法。
4. 所定の検出品質信号（Ｑ）に到達した場合に、ターゲット対象（１５）の位置が、先に実施された測定サイクルのダイレクトエコー（１３，１４）のみから検出されたか否かが検査され、当該条件の存在する場合にのみ、較正が実施される、請求項１から３いずれか１項記載の方法。
5. ダイレクトエコー（１３，１４）から求められたターゲット対象（１５）の位置と、クロスエコー（１６）から求められたターゲット対象（１５）の位置の偏差から、推定方法を用いてそのつどの測定エラーを確定し、前記測定エラーから、後続する全てのクロスエコー（１６）の測定値を補正する補正量が導出される、請求項１から４いずれか１項記載の方法。
6. レーダーセンサ装置（１）の基本較正が以下のステップで実施される、すなわち、
   基準ターゲット対象を、複数の個別センサ（３，４，５，６）から同時に検出できるように配置するステップと、
   全ての個別センサのダイレクトエコー（１３，１４）の測定を用いて基準ターゲット対象の位置を確定するステップと、
   そのように測定した基準ターゲット対象の位置からすいていされるクロスエコー（１６）の理論上の伝播時間を算出するステップと、
   検出可能なクロスエコー（１６）の実際の伝播時間を測定するステップと、
   前記理論上の伝播時間と実際の伝播時間の偏差から、後続する全てのクロスエコー測定の基礎となる補正量が形成されるステップで実施される、請求項１から５いずれか１項記載の方法。
7. 前記方法ステップが、基準ターゲット対象の種々異なる位置で、関与し得る全てのクロスエコー（１６）が補正されるまで頻繁に繰り返される、請求項６記載の方法。
8. 請求項１から７いずれか１項記載の方法を実施するための装置において、
   ａ）クロスエコーとダイレクトエコーの評価が送受信モジュール（２）を介して行われ、 その際に、
   ｂ）ターゲット対象と検出品質信号の位置の確定が行われ、
   ｃ）ダイレクトエコーから求められたターゲット対象の位置とクロスエコーから求められたターゲット対象の位置の偏差から較正が実施され、
   ｄ）クロスエコーに対する補正量が求められるように構成されていることを特徴とする装置。

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