TWI667488B - 一種分階調頻信號之目標物偵測方法 - Google Patents

Abstract

一種分階調頻信號之目標物偵測方法，透過電磁波以逐階調升固定頻率的方式發射連續波信號，在發射的過程中對目標物反射電磁波所有相對應每一階固定時間差取得兩組信號以及對其中一組信號延遲一階時間所取得第三組信號以取得兩相位差值，藉由兩相位差值可以解析出相對距離與相對速度。

Description

一種分階調頻信號之目標物偵測方法

一種分階調頻信號之目標物偵測方法，透過發射特定調頻信號與取樣解析信號來偵測目標物相對距離與相對速度，而其解析方法可以避免虛假目標的可能性、減少調頻過程中的誤差以及減少整體信號取樣所花費的時間。

按，目前的汽車都有安裝倒車雷達或者車距雷達，前述的雷達是屬於主動感知裝置，接收的是雷達主動發出的反射信號，透過解析發出與接收信號的差異計算出目標物的相對距離與相對速度，不同的發射信號方式會需要配合相對應的接收方式。

在現有的技術中，線性調頻連續波(Linear Frequency Modulated Continuous Wave)是一種基礎量測相對距離與相對速度的發射方式。但其所量測到的信號是一個模糊的信號，可以用一個關係式來表示。

其中， f _beat 為測量到的頻差、 R 為目標物的距離、 C 為光速、 G 為單位時間頻率變化率、 V 為目標物速度、 λ 為載波波長。

為了解析出相對距離與相對速度，需要再以不同的參數發射線性調頻連續波以獲得第二個關係式，並以這兩個關係式解析出相對距離與相對速度。然而，這樣的作法會要花費額外的取樣時間，另外，在多目標物的情況下 前後兩次測量的關係式無法有效的配對將會造成虛假目標。

對於兩組取樣數相同而且取樣時間間隔相同的兩組信號在經過快速傅立葉轉換(Fast Fourier Transform)後，因為起始取樣點時間差距微小、間隔中的頻率變化又相同，目標物在頻譜上會呈現幾乎相同強度的頻率分布。而從頻譜上所得出該頻率的相位也會因此確認互相對應關係。兩組頻率的相位差可以用以下關係式表示。

△Φ為兩個頻率的相位差； t _a0 為第一組信號相對於每個鋸齒波起始的時間， t _b0 為第二組信號相對於每個鋸齒波起始的時間， F _r 與 F _t 是接收與發射頻率對時間參數的函數；可理解到習用的作法同樣花費額外的取樣時間，另外，在多目標物的情況下前後兩次測量的關係式無法有效的配對將會造成虛假目標。

是以，要如何解決上述習知技術問題與缺失，即為相關業者所亟欲研發之課題所在。

本發明之主要目的乃在於提供一種分階調頻信號之目標物偵測方法，配合一種信號取樣與解析方法所組成一種目標物相對距離與相對速度的偵測方法。

本發明主要的技術為使用電磁波以逐階調升固定頻率的方式發射連續波信號，在發射的過程中對目標物反射電磁波所有相對應每一階固定時間差取得兩組信號以及對其中一組信號延遲一階時間所取得第三組信號以取得兩相位差值。透過兩相位差值可以解析出相對距離與相對速度。

據此，透過本發明的技術相較於習用技術而言能減少虛假目標的可能性、減少調頻過程中的誤差與減少整體信號取樣所花費的時間。

第一圖係為本發明之流程方塊圖；第二圖係為本發明之信號產生的示意圖；第三圖係為本發明之信號解析的示意圖。

請參閱第一至三圖，本發明之一種分階調頻信號之目標物偵測方法，分成五個步驟，第一個步驟為信號產生、第二個步驟為接收反射信號、第三個步驟為信號處理、第四個步驟為目標物檢測、第五個步驟為距離及速度解析。

請參閱第一、二圖，本發明至少包含有一信號偵測單元使用電磁波以逐階調升固定頻率的方式發射連續波信號，如第二圖所示，信號產生方法產生的頻率是以頻寬為F _a ，時間為T _step 的分階連續調頻波共N個，N為每組信號的取樣數，而每一階起始會相對前一階增加固定頻率 F _s ；可以理解到該信號偵測單元在一定時間內會發送出電磁波，並且如第二圖所示電磁波會逐漸調升固定的頻率。

透過第二圖的技術能推導出下列公式：控制調頻發射起始於載波頻率F _c ，每間隔固定時間 T _step 內發射連續波之後增加固定頻率 F _s 共N次。使用頻寬共為F=F _s * N，使用時間為T=T _step * N。

請參閱第一、三圖，第二步驟在收集反射電磁波；當第一圖的電磁波發送後碰觸到一物體或一障礙物即產生一反射電磁波，前述的反射電磁波所有相對應第一步驟的固定時間差，即可取得兩組信號及一組信號延遲一階時間所取得第三組信號，而具體的技術如下：該信號偵測單元接收到反射波即刻進行信號取樣，信號取樣方法是取三組信號，每一組有N個取樣點，每個取樣點間隔 T _step 的時間，由兩個通道I(in-phase)與Q(quadrature)組成的複數值。第一組取樣起始時間相對調頻起始時間為a0，第二組取樣起始時間相對調頻起始時間為b0。第三組取樣起始時間相對調頻起始時間為a1，其中前N-1個取樣點會與第一組後N-1個取樣點重疊。

因此，如前段所述的技術並結合第二圖能推導出下列公式：第一組信號接收時間點為 a ₀ ，之後每個取樣點與前一點之間取樣時間間隔為 T _step ，時間相關式為 a _i =a ₀ +(i-1)T _step ，i=0~N-1。第二組信號接收時間點為 b ₀ ，之後每個取樣點與前一點之間取樣時間間隔為 T _step ，時間相關式為 b _i =b ₀ +(i-1)T _step ，i=0~N-1。第三組信號接收時間點為 a ₁ ，因為前N-1個信號重疊，所以是第一組信號的後N-1個外加最後一階取樣 a _n+1 ，時間相關式為 a _i =a ₁ +(i-1)T _step ，i=1~N。

如第一圖所示，第三步驟接續於第二步驟後，對反射電磁波取樣後進行信號的解析，取得兩相位差值可以解析出相對距離與相對速度，信號解析的方法：將三組信號取樣點各自做快速傅立葉轉換並取得三個頻譜分布，三個頻譜會有相似的分布。

如第一圖所示，第四步驟則接續於第三步驟後，依據單元固定錯誤警報率(Constant False Alarm Rate)進行目標物檢測，各頻譜相同頻率下被檢測出的目標物會被認為是相同目標物。

如第一圖所示，第五步驟則接續於第四步驟後，第一組信號被檢測目標物與對應第二組信號被檢測目標物的相位差會是相對速度的關係式： F _c 是載波頻率。

第二組信號被檢測目標物與對應第三組信號被檢測目標物的相位差會是相對速度與相對距離的關係式：

解析出的相對速度解析出的相對距離

因此，經過換算即可計算出與目標物或障礙物之間的距離及相對速度，如此一來即可提供使用者正確的調整車速與預訂到達的距離，同時本發明的技術能夠排除多目標物的情況下前後兩次測量的關係式無法有效的配對將會造成虛假目標，同時減少取樣的時間。

本發明的實際舉例如下：該信號是發射端以連續調頻發射，載波頻率 F _C =24Ghz，每秒發射個弦波，每經過 T _step =24e-6秒調升 F _s =390Khz。對接收端接收到的頻差進行取樣，第一組取樣的起始時間6e-6秒，第二組的起始時間18e-6秒，第三組的起始時間30e-6秒會與第一組信號重疊，重疊的部分為兩組信號共用。三組取樣信號經過傅立葉轉換對於相對應目標測量到相同頻率 f _beat ，卻有不同相位第一組為，第二組為，第三組為。=-0.241274為第一二組相位差，=-0.21523264501為第二三組相位差，經所提供的算式解析可得目標物相對距離10公尺，相對速度-10公尺每秒，使用者能取得 正確的車距。

綜上所述，本發明構成結構均未曾見於諸書刊或公開使用，誠符合發明專利申請要件，懇請 鈞局明鑑，早日准予專利，至為感禱。

Claims (5)

1. 一種分階調頻信號之目標物偵測方法，其特徵在於：使用電磁波以逐階調升固定頻率的方式發射連續波信號，在發射的過程中對目標物反射電磁波所有相對應每一階固定時間差取得兩組信號以及對其中一組信號延遲一階時間所取得第三組信號，該三組信號通過傅立葉轉換產生頻率分布，以相對應頻率所代表的相位獲得兩相位差值；透過兩相位差值可以解析出相對距離與相對速度；前述之相對距離與相對速度為依據下列關係式解析出；目標物反射電磁波所有相對應每一階固定時間差取得兩組信號的相位差會是相對速度的關係式：,△t=b ₀ -a ₀ ,，其中F _c 是載波頻率。兩組信號其中一組信號與延遲一階時間所取得第三組信號的相位差會是相對速度與相對距離的關係式： 以解析出的相對速度解析出的相對距離：
2. 如請求項1所述之一種分階調頻信號之目標物偵測方法，其中該每一階電磁波發射一固定頻率連續波後調升至下一固定頻率再發射固定頻率連續波。
3. 如請求項1或2所述之一種分階調頻信號之目標物偵測方法，其中 該每一階電磁波發射調升頻率相同。
4. 如請求項1所述之一種分階調頻信號之目標物偵測方法，其中該三組信號之間相對應的取樣時間間隔固定。
5. 如請求項1或4所述之一種分階調頻信號之目標物偵測方法，其中該每一組信號相鄰兩信號取樣時間點間隔相同。