JP6970307B2 - レーダ信号を補正する方法および装置ならびにレーダ装置 - Google Patents

Description

レーダ信号を補正する方法、レーダ信号を補正するための装置、およびレーダ装置に関する。

運転者を支援し、自律運転を実施するためにますますレーダセンサが使用されている。この場合、通常、７６ギガヘルツ帯域で動作する連続波レーダシステムが使用される。ＦＭＣＷ変調（周波数変調連続波）ならびにそのさらなる開発および改変が、特に公知である。送信されるレーダ波の周波数は周期的に変調される。最低周波数から最高周波数への通過は、「信号シーケンス」もしくは「バースト」と呼ばれる。周波数スイング、すなわち、それぞれのＦＭＣＷランプの最低周波数と最高周波数との間の差に加えて、レーダシステムは周波数の増加によって特徴づけられるが、しかしながら、周波数の増加は受信機の帯域幅によって制限されている。

レーダセンサを利用できる車両が道路上に多ければ多いほど、不都合な相互作用および干渉効果のリスクが高くなる。干渉の場合、自身のＦＭＣＷランプの勾配は、一般に、干渉ＦＭＣＷランプの勾配と同一ではない。したがって、ベースバンド内にチャープ信号が生じ、チャープ信号の周波数は負の最高ベースバンド周波数から正の最高ベースバンド周波数へ連続的に上昇するか、またはその逆である。対応する期間は、それぞれのランプの勾配の差およびサンプリングレートによって定義されている。

干渉効果を低減するために、制御可能なオン・オフスイッチを有し、レーダセンサの送信アンテナへの信号の伝送を減衰または中断するレーダセンサが独国特許出願公開第１０２０１４１１２８０６号明細書から知られている。

レーダ信号から時間範囲を除去する場合に時間範囲が長ければ長いほどより強いアーチファクトが生じるので、干渉の持続時間は特に重要である。

独国特許出願公開第１０２０１４１１２８０６号明細書

本発明は、請求項１の特徴を有するレーダ信号を補正する方法と、請求項９の特徴を有するレーダ信号を補正する装置と、請求項１０の特徴を有するレーダ装置とを提供する。

したがって、第１の態様によれば、本発明は、妨害されたレーダ信号を補正するための方法に関し、レーダ信号のスペクトルにおける主ピークが決定される。補助信号が、レーダ信号内の主ピークの部分を除去することによって決定される。レーダ信号の外乱領域は、補助信号を使用して検出される。補正されたレーダ信号は、決定された主ピークを使用してレーダ信号の検出された外乱領域内のレーダ信号を補間することによって生成される。

したがって、第２の態様によれば、本発明は、レーダ信号を受信するインタフェースを有する、妨害されたレーダ信号を補正するための装置に関する。装置はさらに計算装置を含み、この計算装置はインタフェースに結合されており、レーダ信号のスペクトルの主ピークを決定し、レーダ信号の主ピークの部分を除去することによって補助信号を決定し、補助信号を使用してレーダ信号の外乱領域を検出し、決定された主ピークを使用してレーダ信号の検出された外乱領域のレーダ信号を補間することによって補正されたレーダ信号を生成する計算装置をさらに備える。

第２の態様によれば、本発明は、レーダ波を送信し、レーダ波の反射を受信し、受信した反射に基づいてレーダ信号を出力する送受信装置を有するレーダ装置に関する。レーダ装置は、出力されたレーダ信号を補正するための装置をさらに備える。

好ましい実施形態は、それぞれの引用形式請求項の主題である。

本発明によれば、外乱領域が識別され、これらの領域においてレーダ信号が補正される。しかしながら、レーダ信号は、外乱領域においてゼロに設定されないか、または線形に補間され、このことは、外乱領域の大きさの増加と共に増大する強いアーチファクトをもたらす。むしろ、決定された主ピークに基づいて補間が行われる。このことは、干渉によって引き起こされる外乱領域においてレーダ信号を実質的に平滑な波形によって継続することを可能にする。外乱領域内の補間されたレーダ信号は、一般にレーダの周囲の物体に割り当てられるべき主ピークに対応するので、さらなるアーチファクトを防止することができる。この場合、補間が外乱領域自体の大きさにわずかしか依存しないことが特に有利である。多数のサンプルに及ぶ長期間の干渉があっても、レーダ信号を補正することによりレーダが支障なしに動作することを確保することができる。スペクトルノイズが低減され、ターゲットの検出が改善される。

本発明の目的においては、レーダ信号とは経時的な振幅波形として理解され、レーダ信号のフーリエ変換によってレーダ信号のスペクトルが得られる。

方法の好ましい構成によれば、主ピークは、ピーク検出アルゴリズムを用いて決定される。例えば、ＣＦＡＲアルゴリズムを使用することができる。

方法のさらなる構成によれば、レーダ信号のスペクトルにおける主ピークの部分の逆フーリエ変換によって主信号が計算され、補助信号は、レーダ信号の主信号を減算することによって計算される。この実施形態によれば、主ピークは時間範囲で除去される。

方法の好ましいさらなる構成によれば、差信号は、レーダ信号のスペクトルにおける主ピークの部分を除去することによって決定され、補助信号は、差信号の逆フーリエ変換によって決定される。この実施形態によれば、周波数範囲における主ピークが除去される。

方法の好ましいさらなる構成によれば、補助信号の振幅の経時変化が所定の閾値を超えるか、または所定の閾値未満となる場合には、少なくとも１つの外乱領域の開始時点または終了時点が検出される。

方法の好ましいさらなる構成によれば、干渉範囲は、補助信号の振幅が所定の閾値を超える全ての時点を含む最小の時間範囲として決定される。

方法の好ましいさらなる構成によれば、補正されたレーダ信号の生成は、主ピークの逆フーリエ変換による主信号の生成と、主信号による検出された外乱領域におけるレーダ信号の補間とを含む。

方法の好ましいさらなる構成によれば、補正されたレーダ信号の生成は、レーダ信号を回復するためにレーダ信号のスペクトルを逆フーリエ変換すること、および決定された主ピークを使用してレーダ信号の検出された外乱領域内の回復されたレーダ信号を補間することを含む。この実施形態によれば、元のレーダ信号を記憶することを省略することができる。中間処理を行う場合、すなわち、主ピークを検出し、補助信号を計算する場合には、レーダ信号のスペクトル、すなわち、フーリエ変換されたレーダ信号もしくは周波数範囲のレーダ信号のみが必要とされる。元のレーダ信号を回復するために、フーリエ変換されたレーダ信号が逆変換される。これにより、レーダ信号またはフーリエ変換されたレーダ信号のいずれかをそれぞれの時点で記憶する必要があるが、両方の信号を記憶する必要はなく、これによりメモリスペースを節約することができる。

本発明の一実施形態によるレーダ信号を補正するための装置を示す概略ブロック図である。 第１のレーダ信号の例示的な波形を示す図である。 周波数範囲における干渉のある、および干渉のない第１のレーダ信号の例示的な振幅波形を示す図である。 ゼロ設定による第１のレーダ信号の補正を示す図である。 ゼロ設定による補正有り、および補正なしの、周波数範囲における第１のレーダ信号の例示的な振幅波形を示す図である。 第２のレーダ信号の例示的な波形を示す図である。 周波数範囲における干渉のある、および干渉のない第２のレーダ信号の例示的な振幅波形を示す図である。 ゼロ設定による第２のレーダ信号の補正を示す図である。 ゼロ設定による補正有り、および補正なしの、周波数範囲における第２のレーダ信号の例示的な振幅波形を示す図である。 補助信号の例示的な波形を示す図である。 補間による第２のレーダ信号の補正を示す図である。 補間による補正有り、および補正なしの、周波数範囲における第２のレーダ信号の例示的な振幅波形を示す図である。 本発明の一実施形態によるレーダ装置を示す概略ブロック図である。 本発明の第１の実施形態によるレーダ信号を補正する方法のフロー図である。 本発明の第２の実施形態によるレーダ信号を補正するための方法のフロー図である。 本発明の第３の実施形態によるレーダ信号を補正するための方法のフロー図である。

全ての図において、同じか、または機能的に同じ要素および装置には同じ参照符号が付されている。方法ステップの番号付けは明確化のために用いられており、一般に、いかなる特定の時系列順序を示すものではない。特に、いくつかの方法ステップを同時に行うこともできる。

図１は、本発明の一実施形態による装置１の概略ブロック図を示す。装置１は、ケーブル接続または無線接続を介してレーダ信号を受信するように構成されたインタフェース１１を有する。装置１は、例えば車両に配置されたレーダ装置に組み込むことができる。しかしながら、装置１は、レーダ装置から空間的に分離することもでき、例えば車両の外部のサーバに設けられていてもよく、多数のレーダ装置のレーダデータを評価するように構成することもできる。装置１は、補正されたレーダ信号を、インタフェース１１を介してレーダ装置に送り返すことができる。

装置１は、レーダ信号を処理するように構成された１つ以上のマイクロプロセッサを備えるコンピューティング装置１２をさらに備えている。計算装置１２は、時間範囲に示される受信レーダ信号をフーリエ変換によって周波数範囲に変換し、これによりレーダ信号のスペクトルを計算するように構成されている。計算装置１２は、レーダ信号のスペクトルにおける主ピークを決定する。主ピークとは、ビークの大きさに基づいて、一般に雑音または外乱に由来するのではなく、レーダ装置の周囲の物体に分類されるべきピークもしくは信号ピークとして理解されるべきである。主ピークの検出は、既知のピーク検出アルゴリズムを用いて行うことができる。特に、振幅もしくは信号出力が所定の閾値を超えているピークを主ピークとして検出することができる。主ピークを検出するためにはそれぞれのピークの勾配を考慮することもできる。

計算装置１２は、レーダ信号から主ピークの部分を除去するように構成されている。さらに計算装置１２は、差信号を生成するために、例えば、フーリエ変換されたレーダ信号から周波数範囲内の主ピークの部分を減算するか、もしくはゼロに設定することができる。逆フーリエ変換によって逆変換された差信号は、主ピークのない時間範囲のレーダ信号に対応する。

しかしながら、計算装置１２は、最初に逆フーリエ変換によって主ピークの部分を時間領域に変換し、これにより、主ピークにのみ起因するレーダ信号の部分を表す主信号を生成するように構成することもできる。次に、主信号は、補助信号を決定するためにレーダ信号から減算され、雑音の寄与と、不都合な干渉の寄与のみが補助信号に残る。

計算装置１２は、外乱領域を識別することによって補助信号５を評価する。外乱領域とは、補助信号もしくはレーダ信号における、他のレーダ信号との不都合な干渉に起因する時間部分として理解されるべきである。外乱領域を決定するために、計算装置１２は、例えば、補助信号の絶対値または振幅の変化を分析し、絶対値または振幅の変化が所定の閾値を超える場合に干渉領域の開始を識別することができる。

計算装置１２は、外乱領域内のレーダ信号を補正することによって、補正されたレーダ信号を生成する。このために、外乱領域が切り取られ、補間信号によって置き換えられる。補間信号は、主信号に基づいて、すなわち、レーダ信号の主ピークの部分に基づいて決定される。例えば、それぞれの外乱領域について、主信号の対応する領域によってレーダ信号を置き換えることができる。これにより、外乱領域は、干渉の寄与の分だけ、さらに必要に応じて、追加の雑音の寄与の分だけ調整される。主ピークは、干渉がない場合にレーダ信号の最大部分を有するので、補間信号は、外乱領域のエッジに実質的に連続的に存在する。さらなる実施形態によれば、外乱領域のエッジにおける連続的な遷移が保証されるように補間信号を変換することができる。

補正されたレーダ信号３は、インタフェース１１を介して出力し、さらなる装置によって評価することができる。

以下の図面を参照して本発明の個々の態様をより詳細に説明する。図２は、例示的なレーダ信号３を示す。振幅Ａは時間の関数としてプロットされており、個々のビンの振幅値が表示されている。レーダ信号３は、レーダ信号３にそれぞれ正弦波をもたらす比較的弱いターゲットに由来する。外乱領域６には強い干渉信号が重畳されており、図示の例では、振幅値は、干渉効果に基づいて干渉なしのレーダ信号３の振幅値を明白に超えている。

図３は、フーリエ変換されたレーダ信号３、すなわちレーダ信号３のスペクトルを示す。干渉を有するスペクトル９１が、干渉がない場合のスペクトル９２と比較される。図からわかるように、干渉効果は雑音レベルを約２０デシベルだけ上昇させる。

計算装置１２は、主ピーク４１，４２の位置を決定し、上記方法に基づいて外乱領域６の位置を決定する。

図４は、外乱領域６内のレーダ信号３がいわゆる「ゼロ」によって補正された場合、すなわち外乱領域６内の信号値を値ゼロに置き換えることによって得られる例示的な補正レーダ信号１０が示している。この場合、図５に示す補正レーダ信号１０のスペクトル９３がもたらされ、このスペクトルは干渉がない場合のレーダ信号３のスペクトル９２と比較される。図からわかるように、ゼロにすることにより雑音レベルを低減することができるが、しかしながら、主ピーク４１，４２の領域には強いアーチファクトが生じる。したがって、本発明によれば、外乱領域６は、ゼロにすることよってではなく、主信号に基づいて補間される。

図６〜図１２を参照して、さらなる例示的なレーダ信号３についてこのことを詳細に説明する。図６はレーダ信号３を示しており、外乱領域６には再び干渉が生じている。図２に示すレーダ信号３とは対照的に、干渉の振幅が明白に小さいので、レーダ信号３に基づいて干渉を容易に検出することはできない。

図７は、外乱領域６における干渉を有するレーダ信号３のスペクトル９４と、干渉がない場合のレーダ信号３の対応するスペクトル９５とを示す。スペクトルには、強い発生源からの主ピーク４３と、幾分弱い発生源からの３つのさらなる主ピーク４４〜４６とが見られる。

ゼロに設定した場合、図８に示した補正レーダ信号１０、ならびに図９に示した補正レーダ信号１０のスペクトルの９４の波形が生じ、このスペクトル９４は、レーダ信号３のスペクトル９５と比較して干渉なしにプロットされている。この場合にも主ピーク４３〜４６の周辺の領域に明白なアーチファクトが見られる。

したがって、本発明によれば、レーダ信号３はゼロに設定することよって補正されるのではなく、補間によって補正される。このために、計算装置１２は、主ピーク４３〜４６の正確な周波数を決定し、フーリエ変換によって対応する主信号を計算する。レーダ信号３から主信号を差し引いた場合、雑音部分および干渉部分のみを含む図１０に示す補助信号５が時間範囲に生じる。干渉部分は、通常、雑音部分よりもはるかに顕著である。

計算装置１２は、振幅の値の閾値に基づいて、または振幅の増加に基づいて、外乱領域６を決定することができる。例えば、計算装置１２は、振幅Ａが所定の閾値を超えたことを検出することができる。これにより、外乱領域６のエッジ点を検出することができる。外乱領域６は、例えば、補助信号５の振幅Ａが閾値を超える全ての時点を含む領域として認識することができる。

計算装置１２は、主信号に基づいて、決定された外乱領域６内のレーダ信号３を補間する。図１１は、このようにして得た補正されたレーダ信号１０を示す。図からわかるように、補正されたレーダ信号１０は、外乱領域６内でも実質的に平滑な波形を有する。

図１２は、補正されたレーダ信号１０のスペクトル９６と、干渉のないレーダ信号３のスペクトル９７とを示す。差は極めて小さく、特に、主ピーク４３〜４６の周辺の領域におけるアーチファクトは消失している。

外乱領域６の検出および対応する補正は、それぞれのＦＭＣＷランプ（チャープ）について個別に行うことができる。しかしながら、複数のチャープにわたるスペクトルの主ピークを検出することも可能である。平均値形成、分散および中央値の決定などの適切な統計的評価を使用して、特に個々のチャープ間の主ピークが互いにわずかにしか異ならない場合には、主ピークを検出するためのよりロバストな閾値形成を達成することができる。

図１３は、本発明の一実施形態によるレーダ装置２のブロック図を示す。レーダ装置２は、レーダ波を送信し、送信されたレーダ波の反射を受信する送受信装置２１を有する。送受信装置２１は、レーダ波に基づいてレーダ信号３を生成し、レーダ信号３は、出力されたレーダ信号３を補正するための装置１に伝送される。装置１は、上述の実施形態の１つにしたがって設計されている。

図１４は、レーダ信号３を補正するための例示的な方法のフロー図を示す。

方法ステップＳ１において、レーダ装置２によってレーダ波を送信し、反射を検出することによってレーダ信号３が生成される。レーダ信号３は、レーダ装置２の周囲の物体から生じる主ピークに加えて、付加的な雑音寄与および干渉寄与を有する。干渉寄与は、以下のステップで補正される。

さらにレーダ信号３は、レーダ信号３のスペクトルを得るために方法ステップＳ２においてフーリエ変換される。

ステップＳ３において、例えばＣＦＡＲアルゴリズム（一定の誤警報率）によってスペクトル内の主ピークが特定される。

方法ステップＳ４ａでは、スペクトル内の主ピークの部分の逆フーリエ変換が、時間範囲における主信号を生成するために行われる。

レーダ信号３から主信号を減算することによって、方法ステップＳ５ａで補助信号５が生成される。方法ステップＳ６において、例えば閾値に基づいて補助信号５における外乱領域６が検出される。

方法ステップＳ７では、検出された外乱領域６内の元のレーダ信号３を、主信号の対応する部分によって補正することによって、補正されたレーダ信号が生成される。

補正されたレーダ信号は、方法ステップＳ８で出力される。

図１５は、さらなる実施形態によるレーダ信号３を補正するための方法のフロー図を示す。図１４に示す方法とは異なり、主ピークの部分は周波数範囲において既に減算されている。したがって、ステップＳ５ｂでは、フーリエ変換により得られたスペクトルから、検出されたピークを除去し、差分信号を生成する。補助信号は、次のステップＳ４ｂにおいて、差信号からの逆フーリエ変換によって計算される。この実施形態の利点は、外乱領域の検出およびレーダ信号３の補正のために種々異なるスペクトル部分を考慮できることである。例えば、外乱領域を決定するための深いスペクトル部分をフェードアウトさせることができる。

別の方法を図１６のフロー図に示す。レーダ信号３は方法ステップＳ２においてフーリエ変換される。この場合、レーダ信号３はもはや必要ではなく、例えば消去することができる。ステップＳ７における最終的な補正は、方法ステップＳ１０において逆フーリエ変換によってスペクトルから回復されたレーダ信号３に基づいて行われる。残りのステップは、最初に挙げた２つの方法に類似している。

Claims (6)

1. レーダ信号（３）を補正する方法において、
   レーダ信号（３）のスペクトルにおける主ピーク（４１〜４６）を決定するステップと、
   レーダ信号（３）のスペクトルにおける主ピーク（４１〜４６）の部分の逆フーリエ変換によって主信号を計算するステップと、
   レーダ信号（３）から主信号を減算することによって補助信号（５）を決定するステップと、
   補助信号（５）を使用してレーダ信号（３）の外乱領域（６）を検出するステップと、
   検出された外乱領域（６）におけるレーダ信号（３）を主信号によって補間することによって、補正されたレーダ信号（３）を生成するステップと、
   を含むレーダ信号（３）を補正する方法。
2. 請求項１に記載の方法において、
   ピーク検出アルゴリズムによって前記主ピーク（４１〜４６）を決定する方法。
3. 請求項１または２に記載の方法において、
   前記補助信号（５）の振幅（Ａ）の経時変化が所定の閾値を超えた場合に、少なくとも１つの外乱領域（６）の開始時点（ｔ１）または終了時点（ｔ２）を検出する方法。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法において、
   補助信号（５）の振幅（Ａ）が所定の閾値を超える全ての時点を含む最小の時間範囲として前記外乱領域（６）を決定する方法。
5. レーダ信号（３）を補正するための装置（１）であって、
   レーダ信号（３）を受信するように設計されたインタフェース（１１）と、
   インタフェース（１１）に結合された計算装置（１２）であって、
   レーダ信号（３）のスペクトルにおける主ピーク（４１〜４６）を決定し、
   レーダ信号（３）のスペクトルにおける主ピーク（４１〜４６）の部分の逆フーリエ変換によって主信号を計算し、
   レーダ信号（３）から主信号を減算することによって補助信号（５）を決定し、
   補助信号（５）を使用してレーダ信号（５）の外乱領域（６）を検出し、
   検出された外乱領域（６）におけるレーダ信号（３）を主信号によって補間することによって補正されたレーダ信号（３）を生成する、
   ように構成された計算装置（１２）と、
   を備えるレーダ信号（３）を補正するための装置（１）。
6. レーダ装置（２）において、
   レーダ波を送信し、レーダ波の反射を受信し、受信した反射に基づいてレーダ信号（３）を出力するように構成された送受信装置（２１）と、
   出力されたレーダ信号（３）を補正するための請求項５に記載の装置（１）と、
   を備えるレーダ装置（２）。

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