JP4173809B2 - 目標対象の位置を検出する方法及び該方法により動作するレーダシステム - Google Patents

Description

本発明は、目標対象の位置を検出する方法及びこの方法により動作するレーダシステムに関する。

対象を非接触に検知するために、異なる物理原理に基づく種々のセンサが公知である。レーダ技術は殊に自動車または工場における基本的な使用に適している。このレーダ技術は対象の存在、距離、速度また状態の非接触の検知を可能にする。自動車技術においてはしばしば、車両周囲全体を検知するために複数の個別レーダセンサが使用される。個々のレーダセンサはそれぞれ情報として、このレーダセンサの監視領域内にある対象の距離、速度及び状態を供給する。個々のセンサ情報から対象の正確な位置を求めるための種々の方法が存在し、これらの方法では少なくとも２つのセンサからの情報が常に必要とされる。

公知の方法は異なる取付位置を有する少なくとも２つのセンサの距離情報から対象の場所を検出する三角測量法である。しかしながらこの方法は殊にセンサと対象との間の距離がセンサ相互間の距離（三角測量ベース）に比べて長い場合には比較的不正確である。

レーダ技術において頻繁に使用される別の方法は、振幅モノパルス方式である（例えば：J. Detlefsen; Radartechnik, Springer,１９８９年、第１０７から１１１頁）。この方式ではレーダセンサと対象との間の角度が２つの異なるセンサの信号振幅の比から検出される。振幅比はここでは２つのセンサのアンテナダイアグラムの軸と、対象とレーダセンサとの間の軸との間の偏位角度（Ablagewinkel）にのみ依存する。つまり殊に距離には依存しない。しかしながらこのことは、２つのレーダセンサが同一の取付場所を有し、アンテナローブのみが角度に関して相互にずらされている（マルチビームレーダセンサ）場合のみしか該当しない。

本発明の課題は、異なる取付場所を有するレーダセンサにおいて振幅モノパルス方式を使用する、冒頭で述べたような方法を提供することである。

この課題は請求項１による方法及び請求項８によるレーダシステムによって解決される。振幅モノパルス方式により動作するレーダシステムを用いて目標対象の位置を検出するための方法では、空間的に分離された少なくとも２つの送受信ユニットの信号が評価され、これらの信号から個々の送受信ユニットから目標対象までの半径方向の距離が検出され、２つの信号の振幅比が検出され、半径方向の距離及び振幅比から目標対象の位置が計算される。

本発明の好適な実施形態は従属請求項に記載されている。

殊に本発明の利点は、本発明が自動車技術において一方では車両周囲全体をカバーするために車両を周囲への比較的多くのレーダセンサの取り付け、他方では高価なマルチビームセンサの使用の回避を可能にすることである。従来はこの高価マルチビームセンサを用いることによってしか公知のモノパルス方式を使用することができなかった。さらには本発明は、三角測量ベースは車両の寸法に最大限に対応する可能性があるため多くの適用に関して過度に不正確である三角測量法よりもはるかに正確な測定結果が得られる。

本発明の実施例を以下では図面に基づき説明する。ここで、
図１は、本発明によるレーダシステムの複数の送受信ユニットが設けられている自動車の概略図である。
図２は、モノパルス方式を説明するためのレーダアンテナ特性の角度に関するグラフである。
図３は、異なる位置における図１または図６によるレーダシステムの２つの送受信ユニットに関する相対的な位置及び２つの目標対象である。
図４は、図１または図６によるレーダシステムの２つの送受信ユニットに関する相対的な位置及び目標対象である。
図５は、空間的に分離された送受信ユニットを用いる本発明によるモノパルス方式において実施される計算のブロック図である。
図６は、本発明によるレーダシステムのブロック図である。
図７は、本発明による方法において実行されるプログラムのフローチャートである。

車両１（図１）は前部バンパ領域２及び後部バンパ領域３内に、円錐状のビームローブ４ないし５を送出するそれぞれ４つの送受信ユニットまたはレーダセンサ（２つの概念はここでは同一の意味である）を装備している。レーダビームが対象に衝突し、対象がレーダを反射すると、この反射されたレーダビームは送受信ユニットにおいて受信され、続けて評価される。

公知の振幅モノパルス方式では、２つまたはそれ以上の角度的に相互にずらされたアンテナローブまたはビームローブ４または５が使用される。通常は対象から戻ってきて受信された信号から、一方では２つのレーダ信号の信号振幅Ａ１及びＡ２の和Σ＝Ａ１＋Ａ２が形成され、他方では２つのレーダ信号の信号振幅Ａ１及びＡ２の差Δ＝Ａ１−Ａ２が形成される（図２）。信号振幅の差と和の比Ｍ＝Δ／Σは２つのアンテナダイアグラムの軸と、目標と送受信装置との間に延在する軸との間の偏位角度のみに依存する。殊にこの値Ｍ＝Δ／Σは送信装置から目標までの距離または目標対象の反射特性には依存しない。

振幅比Ｍが一定の距離にある対象に関して偏位角度の関数として一度測定されてテーブルにファイルされると、それ以降は２つのアンテナローブの共通の監視領域内の他の各対象に関する偏位角度をあらゆる距離において、測定された振幅比Ｍとテーブル化された値とを比較することによって更なる計算を行うことなく検出することができる。したがって距離情報と共に目標の位置が一義的に検出される。

しかしながらこのことは、２つのアンテナダイアグラムが同一の原点を有する場合しか該当しない。それ以外では振幅比は対象の絶対的な位置に依存する。何故ならば対象は空間的に分離された２つの送受信ユニットＳＥＥ１及びＳＥＥ２に関して異なる偏位角度を取るからである（図３）。２つの目標対象またはターゲットは線８上において、送受信ユニット１のアンテナダイアグラムの軸に対して一定の角度βにあり、他方ではこれらの目標対象またはターゲットは送受信ユニット２に対して２つの線上で異なる偏位角度α１及びα２にある。この場合、測定された振幅比から対象位置を検出できるようにするために、振幅比が共通の監視領域の各点についてテーブル化されなければならない。しかしながらこのことは相当に煩雑であり、したがって非常に非実用的なやり方である。

これに対して本発明による方法を用いれば、対象位置は空間的に分離された送受信ユニットの距離情報及び振幅情報から求められる（図３及び４）。本発明の基本的な思想は、個々の送受信ユニットの既知のアンテナダイアグラムから計算される振幅比Ｍが、測定された振幅比と一致するまで対象座標を変化させることにある。

送受信ユニットＳＥＥ１及びＳＥＥ２において受信される信号の振幅は、良好に近似して対象距離Ｒ１またはＲ２及び角度αないしβにのみ依存する。このことはレーダの後方散乱の横断面がそれほど大きく監視角度に依存しないことが前提となる。さらには通常の場合、送受信ユニットと目標対象との間の距離は個々の送受信ユニットとの間の距離に比べて長いので、角度α及びβは極端に異なるものではない。それに加えレーダ理論（レーダ方程式）からは一般的に、アンテナ偏位角度及び対象距離は独立した量として検知された信号振幅に取り入れることが公知である。したがって振幅比Ｍには以下の式が当てはまる。

ここでｇ_ｉ（φ）はｉ番目の送受信ユニットの角度に依存するアンテナ特性であり、ｆ_ｉ（Ｒ_ｉ）はその信号振幅の半径方向の依存性である。原則としてこれら２つの量は考察される目標対象のレーダ後方散乱の横断面に依存する。しかしながら振幅比Ｍにおいてはこの対象固有の依存性は顕著なものではない。したがって各センサに対しては１つの目標対象に関するアンテナ特性ｇ_ｉ（φ）及び信号振幅の半径方向の依存性ｆ_ｉ（Ｒ_ｉ）を測定してテーブルに格納すれば十分である。

テーブル化された値から、下記に表したように、また図５にダイアグラム的に示しているように、他の各対象の位置を２つのセンサの半径方向の情報並びに測定された振幅比から検出することができる。

出発点においては測定量Ｒ_１、Ｒ_２及びＭ＝（Ａ_１−Ａ_２）／（Ａ_１＋Ａ_２）であり、すなわち送受信ユニット１及び２に関する目標対象の半径方向の距離並びに振幅比Ｍである。相応のテーブルから即座に値ｆ_１（Ｒ_１）及びｆ_２（Ｒ_２）を得ることができる。したがって、さらに角度φ_１≡α及びφ_２≡βを検出することができる。幾何学的な関係

ここでｘ_０ｉ及びｙ_０ｉはｉ番目の送受信ユニットの座標である、を用いて振幅比を次式のように表すことができる。

この式にＲ_１、Ｒ_２に関する測定値を代入し、振幅比の計算された値Ｍ＝Ｍ（Ｒ_１、Ｒ_２、ｙ）が測定された値と一致するまでｙを変化させると、目標対象のｙ座標が得られる。ｘ座標は次式により算出することができる。

計算ダイアグラム（図５）のブロックＢ１及びＢ２においては、送受信ユニットＳＥＥ１及びＳＥＥ２の距離情報及び振幅情報が検知される。ブロックＢ３においては、初期値ｙ＝ｙ_{ｓｔａｒｔ}が検出される。ブロックＢ４においてはｘ座標が距離情報Ｒ_１、Ｒ_２、センサ座標及び目下のｙ値から計算される。

ブロックＢ５においては、送受信ユニットに関する偏位角度が計算される。ブロックＢ６及びＢ７においては、２つの送受信ユニットについての信号振幅が、計算された偏位角度及び測定された距離に関してテーブル化された値から検出される。ステップＢ８においてはこれらの値から振幅比が計算される。ステップＢ９においては、計算された振幅比が測定された振幅比と比較される。差の絶対値が限界εよりも小さくない場合には、ステップ１０においては比較結果に依存してｙ値が増大または低減される。差がεよりも小さい場合には、ブロックＢ１１において目標対象の位置が検出される。したがって計算過程が終了する。

図５において挙げられた式においてｘ_０ｉ、ｙ_０ｉはｉ番目の送受信ユニットの座標であり、ｘ_ｉ＝ｘ−ｘ_０ｉである。

レーダシステム１０には、それぞれ１つの距離検出測定装置及び振幅検出測定装置１２を有する４つの個別センサ、送受信ユニットＳＥＥ１からＳＥＥ４が設けられている。（図６）。これらの装置によって前述のようにして求められた距離情報及び振幅情報は計算ユニット１４に供給され、この計算ユニット１４は情報から目標対象の位置を計算し、車両内の警告表示部または制御装置１５に伝送する。

４つの個別センサが例えば後部バンパの領域内に配置されているレーダシステムが駐車補助として使用される場合には、警告表示部または制御装置１５は光学的または音響的な表示部として構成されており、この表示部は障害物までの所定の距離を下回ったときに警告をドライバに発する。レーダシステムが流れの良い交通状態において距離を監視する場合には、制御装置１５は警告信号に加え制動及びエンジンの介入操作を指示することができる。

計算ユニット１４において実行されるプログラムは図７に示された計算ステップＳｎを包含する。
開始後に、
ステップＳ１において：送受信ユニットＳＥＥ１の距離情報及び振幅情報（Ｒ_１、Ａ_１）並びに送受信ユニットＳＥＥ２の距離情報及び振幅情報（Ｒ_２、Ａ_２）が検知される。
ステップＳ２において：初期値がｙ座標に関して設定される。
ステップＳ３において：ｘ座標が送受信ユニットの距離情報Ｒ_１、Ｒ_２、センサ座標及び目下のｙ値から計算される。
ステップＳ４において：送受信ユニットに関する偏位角度が計算される。
ステップＳ５において：振幅比がアンテナ特性のテーブル化された値と計算された偏位角度及び測定された距離に関する信号振幅の半径方向の依存性とから検出される。
ステップＳ６において：計算された振幅比及び測定された振幅比が相互に比較される。
ステップＳ７において：計算された振幅比と測定された振幅比が一致するか否かが判定される。結果が否定である場合には、
ステップＳ８において：比較結果に依存してｙ値が増大または低減される。判定の結果が肯定である場合には、
ステップＳ９において：妥当性検査：ｘ（Ｒ_１、ｙ）＝ｘ（Ｒ_２、ｙ）？が行われる。最後に、
ステップＳ１０において：目標対象の位置（ｘ、ｙ）が出力される。
これによりプログラム経過は終了する。

プログラムは周期的に反復して処理される。

レーダシステムにＲ^４特性を備えたフィルタを設けることができ、このフィルタを用いてセンサ信号の信号振幅の距離依存性が補償される。

本発明によるレーダシステムの複数の送受信ユニットが設けられている自動車の概略図である。 モノパルス方式を説明するためのレーダアンテナ特性の角度に関するグラフである。 異なる位置における図１または図６によるレーダシステムの２つの送受信ユニットに関する相対的な位置及び２つの目標対象である。 図１または図６によるレーダシステムの２つの送受信ユニットに関する相対的な位置及び目標対象である。 空間的に分離された送受信ユニットを用いる本発明によるモノパルス方式において実施される計算のブロック図である。 本発明によるレーダシステムのブロック図である。 本発明による方法において実行されるプログラムのフローチャートである。

Claims (7)

1. 信号を送受信する、空間的に分離された少なくとも２つの送受信ユニット（ＳＥＥ１，ＳＥＥ２）を備えた、振幅モノパルス方式により動作するレーダシステムを用いて目標対象の位置を検出する方法において、
   ａ）前記送受信ユニット（ＳＥＥ１，ＳＥＥ２）からそれぞれ目標対象にレーダビームとしての信号を送出し、該目標対象によって反射された信号を前記送受信ユニット（ＳＥＥ１，ＳＥＥ２）によってそれぞれ受信し、受信した各信号から、前記送受信ユニット（ＳＥＥ１，ＳＥＥ２）それぞれから前記目標対象までの半径方向の距離情報（Ｒ ₁ ，Ｒ ₂ ）および信号振幅（Ａ ₁ ，Ａ ₂ ）をそれぞれ検出し、各信号の信号振幅（Ａ ₁ ，Ａ ₂ ）を用いて前記各信号の振幅比（Ｍ）を測定し、
   ｂ）前記目標対象のｙ座標に関する初期値（ｙ）を設定し、
   ｃ）前記目標対象のｘ座標を前記距離情報（Ｒ ₁ ，Ｒ ₂ ）、前記送受信ユニット（ＳＥＥ１，ＳＥＥ２）のｘｙ座標（ｘ _０ｉ ，ｙ _０ｉ ）および前記初期値（ｙ）を用いてそれぞれ計算し、
   ｄ）前記目標対象に関する前記送受信ユニット（ＳＥＥ１，ＳＥＥ２）の偏位角度（α，β；φ ₁ ，φ ₂ ）を、計算された前記目標対象物のｘ座標、前記初期値（ｙ）および前記送受信ユニット（ＳＥＥ１，ＳＥＥ２）のｘｙ座標（ｘ _０ｉ ，ｙ _０ｉ ）を用いてそれぞれ計算し、
   ｅ）事前に測定されテーブルにファイルされている、前記送受信ユニット（ＳＳ１，ＳＳ２）の角度に依存するアンテナ特性（ｇ _i （φ））および信号振幅の半径方向の依存性（ｆ _i （Ｒ _i ））ならびに計算された前記偏位角度（α，β；φ ₁ ，φ ₂ ）を用いて前記各信号の振幅比を計算し、該計算された振幅比を前記ステップａ）において測定された振幅比と比較し、
   ｆ）前記比較により生じる差の絶対値が閾値（ε）よりも小さくなるまで、前記初期値（ｙ）を増大または低減し、前記ステップｃ）〜ｅ）を繰り返し実施し、
   ｇ）前記比較により生じる差の絶対値が閾値（ε）よりも小さい場合には、前記初期値（ｙ）を前記目標対象のｙ座標として決定し、該初期値（ｙ）、前記送受信ユニット（ＳＥＥ１，ＳＥＥ２）のｘｙ座標（ｘ _０ｉ ，ｙ _０ｉ ）および前記距離情報（Ｒ ₁ ，Ｒ ₂ ）を用いて前記目標対象のｘ座標を算出し、前記目標対象の位置を検出することを特徴とする、レーダシステムを用いて目標対象の位置を検出する方法。
2. 前記ステップａ）において、振幅比（Ｍ）を、前記各信号の信号振幅の差（Ａ ₁ −Ａ ₂ ）と前記各信号の信号振幅の和（Ａ ₁ ＋Ａ ₂ ）との比から計算する、請求項１記載の方法。
3. 前記信号振幅の距離依存性をフィルタ（Ｒ ⁴ ）により補償する、請求項１または２記載の方法。
4. 前記送受信ユニットそれぞれのアンテナローブは走査移動を実施する、請求項１記載の方法。
5. 信号を送受信する、空間的に分離された少なくとも２つの送受信ユニット（ＳＥＥ１，ＳＥＥ２）を備えた、振幅モノパルス方式により動作するレーダシステムにおいて、
   前記送受信ユニット（ＳＥＥ１，ＳＥＥ２）からそれぞれ目標対象にレーダビームとしての信号を送出し、該目標対象によって反射された信号を前記送受信ユニット（ＳＥＥ１，ＳＥＥ２）によってそれぞれ受信し、受信した各信号から、前記送受信ユニット（ＳＥＥ１，ＳＥＥ２）それぞれから前記目標対象までの半径方向の距離情報（Ｒ ₁ ，Ｒ ₂ ）および信号振幅（Ａ ₁ ，Ａ ₂ ）をそれぞれ検出し、各信号の信号振幅（Ａ ₁ ，Ａ ₂ ）を用いて前記各信号の振幅比（Ｍ）を測定し、
   前記目標対象のｙ座標に関する初期値（ｙ）を設定し、
   前記目標対象のｘ座標を前記距離情報（Ｒ ₁ ，Ｒ ₂ ）、前記送受信ユニット（ＳＥＥ１，ＳＥＥ２）のｘｙ座標（ｘ _０ｉ ，ｙ _０ｉ ）および前記初期値（ｙ）を用いてそれぞれ計算し、
   前記目標対象に関する前記送受信ユニット（ＳＥＥ１，ＳＥＥ２）の偏位角度（α，β；φ１，φ２）を、計算された前記目標対象物のｘ座標、前記初期値（ｙ）および前記送受信ユニット（ＳＥＥ１，ＳＥＥ２）のｘｙ座標（ｘ _０ｉ ，ｙ _０ｉ ）を用いてそれぞれ計算し、
   事前に測定されテーブルにファイルされている、前記送受信ユニット（ＳＳ１，ＳＳ２）の角度に依存するアンテナ特性（ｇ _i （φ））および信号振幅の半径方向の依存性（ｆ _i （Ｒ _i ））ならびに計算された前記偏位角度（α，β；φ１，φ２）を用いて前記各信号の振幅比を計算し、該計算された振幅比を前記測定された振幅比と比較し、
   前記比較により生じる差の絶対値が閾値（ε）よりも小さくない場合には、前記初期値（ｙ）を増大または低減し、前記目標対象物のｘ座標、前記偏位角度（α，β；φ ₁ ，φ ₂ ）および前記各信号の振幅比を再度計算し、
   前記比較により生じる差の絶対値が閾値（ε）よりも小さい場合には、前記初期値（ｙ）を前記目標対象のｙ座標として決定し、該初期値（ｙ）、前記送受信ユニット（ＳＥＥ１，ＳＥＥ２）のｘｙ座標（ｘ _０ｉ ，ｙ _０ｉ ）および前記距離情報（Ｒ ₁ ，Ｒ ₂ ）を用いて前記目標対象のｘ座標を算出し、前記目標対象の位置を検出することを特徴とする、レーダシステム。
6. 振幅比（Ｍ）を、前記各信号の信号振幅の差（Ａ ₁ −Ａ ₂ ）と前記各信号の信号振幅の和（Ａ ₁ ＋Ａ ₂ ）との比から計算する、請求項５記載のレーダシステム。
7. 前記信号振幅の距離依存性を補償するフィルタ（Ｒ⁴）が設けられている、請求項５または６記載のレーダシステム。

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