DE10317954B4

DE10317954B4 - Radarvorrichtung

Info

Publication number: DE10317954B4
Application number: DE10317954A
Authority: DE
Inventors: Koichi Kai
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-04-18
Filing date: 2003-04-17
Publication date: 2005-12-08
Anticipated expiration: 2023-04-18
Also published as: DE10317954A1; JP3610052B2; US20040051660A1; US6956521B2; JP2003315446A

Abstract

Radarvorrichtung, umfassend:
eine Sendeeinrichtung (1, 2, 3, 4; 21, 22, 23, 24) zum Senden einer elektromagnetischen Welle zu einem Zielobjekt;
eine Empfangseinrichtung (6; 26) zum Empfangen der elektromagnetischen Welle, die von der Sendeeinrichtung gesendet und von dem Zielobjekt reflektiert ist;
eine Mischeinrichtung (7; 27) zum Mischen eines Ausgangs der Sendeeinrichtung und eines Eingangs der Empfangseinrichtung, um ein Schwebungssignal zu erzeugen;
ein Tiefpassfilter (8; 28), das es zulässt, dass ein Signal mit einer Frequenzkomponente, die gleich oder niedriger als eine vorgegebene Frequenzkomponente ist, unter den von der Mischeinrichtung ausgegebenen Schwebungssignalen, dort hindurch läuft;
eine A/D-Umsetzungseinrichtung (9; 29) zum Abtasten eines Ausgangssignals des Tiefpassfilters, um das Abtastsignal in ein digitales Signal umzusetzen;
eine Hochgeschwindigkeits-Fouriertransformationseinrichtung (10; 30), um das Abtastsignal, das von der A/D-Umsetzungseinrichtung abgetastet und in das digitale Signal umgesetzt ist, einer Hochgeschwindigkeits-Fouriertransformation zu unterwerfen;
eine Aliasing-Diskriminierungs/Korrektureinrichtung (11; 31) zum Diskriminieren eines Signals mit einer...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Radarvorrichtung, und insbesondere eine fahrzeuggebundene Radarvorrichtung, die an einem Fahrzeug wie etwa einem Automobil angebracht ist und eine gesendete elektromagnetische Welle empfängt, die von einem Objekt reflektiert worden ist, um einen Abstand zu dem Objekt und eine relative Geschwindigkeit des Objekts zu erfassen.

2. Beschreibung des verwandten Sachstandes

In einem Fahrzeug wie etwa einem Automobil wird eine fahrzeuggebundene Radarvorrichtung eingesetzt, um eine relative Geschwindigkeit und einen relativen Abstand bezüglich eines vorausfahrenden Fahrzeugs oder dergleichen zu messen. Als eine herkömmliche fahrzeuggebundene Radarvorrichtung ist beispielsweise ein Aufbau bekannt, der in 11 gezeigt ist. In 11 bezeichnet ein Bezugszeichen 41 einen Modulator, 42 ist ein spannungsgesteuerter Sender, 43 ist ein Leistungsteiler, 44 ist eine Sendeantenne, 45 ist ein Zielobjekt, 46 ist eine Empfangsantenne, 47 ist ein Mischer, 48 ist ein Tiefpassfilter (nachstehend als "LPF" bezeichnet), 49 ist ein A/D-Umsetzer, 50 ist eine FFT-Verarbeitungsvorrichtung und 51 ist eine Signalverarbeitungsvorrichtung.

Anschließend wird der Betrieb einer somit aufgebauten herkömmlichen Vorrichtung beschrieben werden. Der Modulator 41 gibt ein lineares Spannungssignal für eine FM-Modulation aus. Der spannungsgesteuerte Sender 42 erzeugt eine elektromagnetische Welle, die einer FM-Modulation in Übereinstimmung mit dem FM-Modulationsspannungssignal unterworfen worden ist. Die elektromagnetische Welle wird von dem Leistungsteiler 43 in zwei Wellen geteilt, und eine dieser Wellen wird in den Mischer 47 eingegeben. Eine weitere Welle wird von der Sendeantenne 44 in einen Raum ausgegeben. Die elektromagnetische Welle, die in den Raum von der Sendeantenne 44 ausgegeben worden ist, wird von dem Zielobjekt 45 reflektiert und dann in die Empfangsantenne 46 mit einer Verzögerungszeit Td [S] bezüglich der gesendeten elektromagnetischen Welle eingegeben. Zusätzlich wird, in dem Fall, wo das Zielobjekt 45 eine relative Geschwindigkeit aufweist, die empfangene elektromagnetische Welle in die Empfangsantenne 46 mit einer Dopplerverschiebung Fd [Hz] bezüglich der gesendeten elektromagnetischen Welle eingegeben. Die elektromagnetische Welle, die von der Empfangsantenne 46 empfangen worden ist, wird mit der übertragenen elektromagnetischen Welle gemischt, die von dem Leistungsteiler 43 durch den Mischer 47 eingegeben worden ist, um ein Schwebungssignal, das der Verzögerungszeit Td und der Dopplerverschiebung Fd entspricht, auszugeben. Der LPF 48 ist so aufgebaut, ein Signal, das eine Frequenzkomponente der Hälfte oder weniger der Abtastfrequenz Fs des A/D-Umsetzers 49 aufweist, dort hindurch laufen zu lassen. Der A/D-Umsetzer 49 tastet das Schwebungssignal, das durch den LPF 48 durchgelaufen ist, bei einer Abtastfrequenz Fs [Hz] ab. Die FFT-Verarbeitungsvorrichtung 50 unterwirft das Schwebungssignal, das von dem A/D-Umsetzer 49 abgetastet worden ist, einer Hochgeschwindigkeits-Fouriertransformation (FFT), um die Frequenzkomponente des Schwebungssignals auszugeben. Die Signalverarbeitungsvorrichtung 51 berechnet den relativen Abstand zu dem Zielobjekt 45 und die relative Geschwindigkeit des Zielobjekts 45 in Übereinstimmung mit der Frequenzkomponente, die von der FFT-Verarbeitungsvorrichtung 50 ausgegeben worden ist.

Anschließend wird ein Verfahren zum Berechnen des relativen Abstands und der relativen Geschwindigkeit durch die Signalverarbeitungsvorrichtung 11 beschrieben werden. 12 ist ein Beispiel, in welchem der relative Abstand und die relative Geschwindigkeit unter Verwendung der Radarvorrichtung berechnet werden. In 12 wird eine elektromagnetische Sendewelle bei der Frequenz Wobbel-Bandbreite B der gesendeten Elektromagnetischen Welle und der Modulationsperiode Tm FM-moduliert. Die empfangene elektromagnetische Welle weist eine Verzögerungszeit Td auf, die erforderlich ist, bis die gesendete elektromagnetische Welle von dem Zielobjekt 45 reflektiert wird, welches entfernt von der Sendeantenne 44 um einen Abstand R ist, und wird dann in die Empfangsantenne 46 eingegeben. Auch wird, wenn das Zielobjekt 45 die relative Geschwindigkeit aufweist, die empfangene elektromagnetische welle um Fd bezüglich der gesendeten elektromagnetischen Welle dopplerverschoben. Deswegen ist eine Frequenzdifferenz Fbu zwischen dem Sendesignal und dem Empfangssignal in den Frequenzkomponenten enthalten, die in dem Schwebungssignal enthalten sind, das von dem Mischer 47 gemischt worden ist, wenn die Frequenz hochgeht, und eine Frequenzdifferenz Fbd zwischen dem Sendesignal und dem Empfangssignal ist in der Frequenzkomponente enthalten, wenn die Frequenz heruntergeht. Der relative Abstand R und die relative Geschwindigkeit V bezüglich des Zielobjekts 45 wird durch die obigen Fbu, Fbd, Tm, B, eine Lichtgeschwindigkeit C (3,0 × 10⁸ m/s) und die Wellenlänge λ einer Trägerwelle (λ = 5,0 × 10^-3 m, wenn eine Grundfrequenz des Trägers Fo = 60 GHz beträgt) aus dem folgenden Ausdruck (1) gefunden. R = (TmC/8B) × (Fbu + Fbd) v = (λ/4) × (Fbu – Fbd) (1)

Anschließend wird die Hochgeschwindigkeits-Fouriertransformation der FFT-Verarbeitungsvorrichtung 49 beschrieben werden. Normalerweise gibt die Hochgeschwindigkeits-Fouriertransformation die Abtastdaten von 2ⁿ FFT-Punkten ein und gibt 2ⁿ Frequenzkomponentendaten aus. Wenn eine Beobachtungszeit Tm/2 beträgt, wird eine Frequenzauflösung mit dem folgenden Ausdruck (2) dargestellt. ΔF = 2/Tm (2)

Eine maximale Frequenz Fmax, die mit einer Präzision erfasst werden kann, wird durch den folgenden Ausdruck (3) dargestellt. Fmax = 2n-1 × ΔF = 2n-1 × 2/Tm (3)

Wenn eine Frequenzkomponente, die gleich oder höher als die obige maximale Frequenz Fmax ist, in die Hochgeschwindigkeits-Fouriertransformation eingegeben ist, tritt ein Aliasing auf, und eine virtuelle Frequenzkomponente, die durch ein Zurückgeben bei der Frequenz Fmax herbeigeführt wird, erscheint, wie in 2 gezeigt. Um die virtuelle Frequenzkomponente, die durch das Aliasing herbeigeführt wird, zu hindern, ist der LPF 48 stromaufwärts von dem Eingang der FFT-Verarbeitungsvorrichtung 49 angeordnet, um so die Frequenzkomponenten abzuschneiden, die gleich oder höher als Fmax sind.

Anschließend sei angenommen, dass die Auflösungen des relativen Abstands R und der relativen Geschwindigkeit v (die minimalen Schritte von Datenwerten, die diskret ausgegeben werden) ΔR bzw. Δv sind. Die Auflösungen ΔF der Frequenzunterschiede Fbu und Fbd werden die obigen Frequenzauflösungen 2/Tm, und ΔR und Δv werden durch die folgenden Ausdrücke dargestellt. ΔR = (TmC/8B) × (ΔF + ΔF) = (TmC/8B) × (4/Tm) = C/2B (4) Δv = (λ/4) × (ΔF + ΔF) = (λ/4) × (4/Tm) = λ/TM (5)

In dem Fall, wo ein Radar beispielsweise der Abstandsauflösung ΔR = 1 [m] und des maximalen Erfassungsabstands Rmax = 150 [m] ausgelegt ist, erfordert eine notwendige Modulationsbreite B die folgende Modulationsbreite aus dem oben erwähnten Ausdruck (4) B = C/2/ΔR = 150 [MHz]

Und die FFT-Punkte erfordern 2ⁿ = 512 Punkte, die die folgende Bedingung erfüllen. 2n ≥ = ΔR × Rmax × 2 = 300

Auch unter der Annahme, dass die Geschwindigkeitsauflösung Δv = 1 [km/h] erfordert die Modulationsperiode Tm die folgende Bedingung. Tm = λ/Δv = 5,0 × 10-3 × 3,6 = 18 × 10-3 [S]

Wenn das Objekt mit dem Abstand 150 m und der relativen Geschwindigkeit 0 km/h erfasst wird, werden beide Frequenzunterschiede Fbu und Fbd durch den folgenden Ausdruck dargestellt. Fbu = Fbd = ΔF × 150/ΔR = ΔF × 150

Jedoch werden, wenn das Objekt mit dem Abstand 150 m und der relativen Geschwindigkeit 200 km/h erfasst wird, die Frequenzunterschiede Fbu und Fbd jeweils durch die folgenden Ausdrücke dargestellt. Fbu = |ΔF × 150/ΔR + ΔF × 200/ΔR| = ΔF × 350 Fbd = |ΔF × 150/ΔR – ΔF × 200/Δv| = ΔF × 50

Wenn der FFT-Punkt 512 ist, wird die maximale Frequenz Fmax durch den folgenden Ausdruck dargestellt. Fmax = ΔF × 256

Und die Frequenzkomponente, die gleich oder höher als die maximale Frequenz ist, kann normalerweise nicht erfasst werden. Aus diesem Grund werden Frequenzen, die gleich oder höher als Fmax sind, von dem LPF 48 abgeschnitten. Deswegen wird Fbu = ΔF × 350 von dem LPF abgeschnitten und kann nicht erfasst werden.

Um das obige Problem zu lösen wird vorgeschlagen, dass die Auflösung der Abstandsauflösung ΔR oder der relativen Geschwindigkeitsauflösung Δv grob ausgeführt wird. Beispielsweise ist, wenn ΔR = 1,5 m, Δv = 1,5 km/h dann Fbu = ΔF × 175, und das LPF 48 lässt es zu, dass die Frequenzkomponenten von Fmax' = Fmax × 1,5 oder niedriger dort hindurch laufen, um dadurch die Erfassung zu ermöglichen.

Alternativ werden ΔR und Δv, so wie sie sind, nicht geändert und der FFT-Punkt nimmt auf einen 1024-Punkt zu, und der LPF 48 lässt es zu, dass die Frequenzkomponente von Fmax'' = Fmax × 2 dort hindurch läuft, um dadurch die Erfassung zu ermöglichen.

Jedoch führt die grobe Auflösung zu der Verschlechterung des Radar-Betriebsverhaltens, eine Erhöhung in dem FFT-Punkt führt zu einer großen Erhöhung in dem Berechnungsvolumen und einer Speichervorrichtung, was zu einem ernsten Problem von dem Standpunkt der Kosten her führt.

US 5,361,072 , beschreibt ein kompaktes FM/CW DF-Radar mit einer niedrigen Frequenz und eine Signalverarbeitung für eine Bereichs-/Doppler-/Winkel-Bestimmung. Probleme eines Bereichs-/Doppler-Aliasing werden durch das spezielle Entwerfen einer Wellenform und Verarbeiten der Signale bewältigt. Eine Übertragungsantenne strahlt ein Signal aus, das von mehreren Empfangsantennen nach Reflektion an einem Objekt empfangen wird. Das empfangene Signal wird mit einem Oszillatorsignal gemischt, das von dem das zu übertragende Signal erzeugenden Synthesizer erhalten wird. Ein Tiefpassfilter schneidet die Frequenzen ab, die über der Grenze für die entferntesten Zielechos liegen, um Rauschen und Interferenz zu vermeiden. Auch werden mehrere Verfahren zum Vermeiden von Aliasing beschrieben, wie zum Beispiel das doppelte-FFT-Verfahren und das einfache-FFT-Verfahren.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung die oben erwähnten Probleme bezüglich des Stands der Technik zu lösen und eine Radarvorrichtung bereitzustellen, die zu einem genauen Erfassen eines Zielobjekts befähigt ist, wo ein Aliasing auftritt.

Diese Aufgabe wird durch eine Radarvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie mit einer Radarvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 2 gelöst.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen zeigen:
1 ein Blockdiagramm, das den Aufbau einer fahrzeuggebundenen Radarvorrichtung in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ein erläuterndes Diagramm, das das Auftreten eines Aliasings in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
3A bzw. 3B erläuternde. Diagramme, die ein FFT-Verarbeitungsergebnis zeigen, wenn ein Objekt eines Abstands 150 m und einer relativen Geschwindigkeit 0 km/h erfasst wird, in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der Erfindung;
4A bzw. 4B erläuternde Diagramme, die ein FFT-Verarbeitungsergebnis zeigen, das ein Aliasing nicht berücksichtigt, wenn ein Objekt in einem Abstand von 150 m und mit einer relativen Geschwindigkeit von 200 km/h erfasst wird, in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5A bzw. 5B erläuternde Diagramme, die ein FFT-Verarbeitungsergebnis zeigen, das ein Aliasing berücksichtigt, wenn ein Objekt in einem Abstand von 150 m und mit einer relativen Geschwindigkeit von 200 km/h erfasst wird, in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 ein Flussdiagramm, das den Verarbeitungsinhalt einer Aliasing-Diskriminierungs/Korrektureinrichtung in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
7 ein Blockdiagramm, das den Aufbau einer fahrzeuggebundenen Radarvorrichtung in Übereinstimmung mit einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
8A bzw. 8B jeweils erläuternde Diagramme, die ein FFT-Ergebnis zeigen, wenn zwei Objekte erfasst werden, in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
9A bis 9F jeweils erläuternde Diagramme, die ein FFT-Ergebnis zeigen, wenn zwei Objekte erfasst werden, in Übereinstimmung mit der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
10 ein erläuterndes Diagramm, das den Betrieb eines Sende/Empfangs-Wechselschalters in Übereinstimmung mit der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
11 ein Blockdiagramm, das den Aufbau einer herkömmlichen fahrzeuggebundenen Radarvorrichtung zeigt; und
12 ein erläuterndes Diagramm, das ein Verfahren eines Berechnens eines relativen Abstands und einer relativen Geschwindigkeit in der herkömmlichen fahrzeuggebundenen Radarvorrichtung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nun wird eine Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen detaillierter gegeben werden.
(Erste Ausführungsform)
1 zeigt eine fahrzeuggebundene Radarvorrichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und in 1 bezeichnet ein Bezugszeichen 1 einen Modulator; 2 ist ein spannungsgesteuerter Sender; 3 ist ein Leistungsteiler; 4 ist eine Sendeantenne; 5 ist ein Zielobjekt; 6 ist eine Empfangsantenne; 7 ist ein Mischer; 8 ist ein LPF; 9 ist ein A/D-Umsetzer; 10 ist eine FFT-Verarbeitungsvorrichtung; 11 ist eine Aliasing-Diskriminierungs/Korrektureinrichtung; und 12 ist eine Zielobjektauswahleinrichtung.
Anschließend wird der Betrieb der somit aufgebauten fahrzeuggebundenen Radarvorrichtung in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform beschrieben werden. Der Modulator 1 gibt ein lineares Spannungssignal für eine FM-Modulation aus. Der spannungsgesteuerte Sender 2 erzeugt eine elektromagnetische Welle, die einer FM-Modulation in Übereinstimmung mit dem FM-Modulationsspannungssignal unterworfen worden ist. Die elektromagnetische Welle wird in zwei Wellen von dem Leistungsteiler 3 geteilt, wobei eine von diesen zu dem Mischer 7 ausgegeben wird. Die andere elektromagnetische Welle wird in einen Raum von der Sendeantenne 4 ausgegeben. Die elektromagnetische Welle, die von der Sendeantenne 4 ausgegeben worden ist, wird von dem Zielobjekt 5 reflektiert und dann in die Empfangsantenne 6 mit einer Verzögerungszeit Td [S] bezüglich der gesendeten elektromagnetischen Welle eingegeben. Zusätzlich wird, in dem Fall, wo das Zielobjekt 5 eine relative Geschwindigkeit aufweist, die empfangene elektromagnetische Welle in die Empfangsantenne 6 mit einer Dopplerverschiebung Fd [Hz] bezüglich der gesendeten elektromagnetischen Welle eingegeben. Die elektromagnetische Welle, die von der Empfangsantenne 6 empfangen worden ist, wird mit der gesendeten elektromagnetischen Welle, die von dem Leistungsteiler 3 in den Mischer 7 eingegeben worden ist, gemischt und dann wird ein Schwebungssignal, das der Verzögerungszeit Td und der Dopplerverschiebung Fd entspricht, ausgegeben. Dann lässt es der LPF 8 zu, dass nur ein Signal, das die Frequenzkomponente aufweist, die gleich oder niedriger als die Abtastfrequenz Fs des A/D-Umsetzers 9 ist, dort hindurch läuft. Der A/D-Umsetzer 9 tastet das Schwebungssignal, das durch den LPF 8 hindurch gelaufen ist, bei der Abtastfrequenz Fs [Hz] ab. Die FFT-Verarbeitungsvorrichtung 10 führt die Hochgeschwindigkeits-Fouriertransformation (FFT) bezüglich des Schwebungssignals, das von dem A/D-Umsetzer 9 abgetastet worden ist, aus, um die Frequenzkomponente des Schwebungssignals auszugeben. Die Aliasing-Diskriminierungs/Korrektureinrichtung 11 erfasst Daten, wo ein Aliasing auftritt, unter der Frequenzkomponente des Schwebungssignals, und gibt einen Abstand und eine relative Geschwindigkeit aus, die von einem Korrigieren der erfassten Daten herrührt, um Daten zu korrigieren, die kein Aliasing aufweisen. 2 ist ein Diagramm zum Erläutern des Auftretens eines Aliasings, und in 2 bezeichnet ein Bezugszeichen 100 eine Frequenzkomponente in dem Fall, wo kein Aliasing vorhanden ist; 101 ist eine virtuelle Frequenzkomponente; und 102 ist eine vorgegebene maximale Frequenz Fmax. Die Frequenzkomponente, die gleich oder höher als Fmax ist, gelangt zu einer virtuellen Frequenzkomponente 101 aufgrund eines Aliasings. Aus diesem Grund setzt in der vorliegenden Erfindung die Aliasing-Diskriminierungs/Korrektureinrichtung 11 diese Frequenzkomponente in eine korrekte Frequenzkomponente 100 in dem Fall um, wo kein Aliasing vorhanden ist. Die korrekte Frequenzkomponente 100 ist ein Wert, bei welcher die virtuelle Frequenzkomponente 101 bei Fmax zurückgegeben wird. Die Zielobjekt-Auswahleinrichtung 12 wählt das Zielobjekt, das für ein eigenes Fahrzeug notwendig ist, auf der Grundlage einer Vielzahl von Abstands- und relativen Geschwindigkeitsdaten, die von der Aliasing-Diskriminierungs/Korrektureinrichtung 11, einer Geschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs, einer Straßenkrümmung usw. korrigiert worden sind (d.h., die die vorgegebenen Bedingungen, die jene Daten betreffen, erfüllen), aus.
Anschließend wird das Prinzip der Aliasing-Diskriminierungs/Korrektureinrichtung 11 in somit aufgebauten fahrzeuggebundenen Radarvorrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. In dem Fall, wo ein Radar mit beispielsweise der Abstandsauflösung ΔR = 1 [m] und dem maximalen Erfassungsabstand Rmax = 150 [m] ausgelegt ist, erfordert die notwendige Modulationsbreite B die folgende Modulationsbreite aus dem oben erwähnten Ausdruck (2). B = C/2/ΔR = 150 [Mhz]
Und der FFT-Punkt erfordert 512 Punkte, die die folgende Bedingung erfüllen. 2n > ΔR × Rmax × 2 = 300
Auch wenn die Geschwindigkeitsauflösung Δv = 1 [km/h], erfordert die Modulationsperiode Tm den folgenden Wert. Tm = λ/Δv = 5,0 × 10-3 × 3,6 = 18 × 10-3 [S]
Wenn ein Objekt A, das in einem Abstand von 150 m und mit einer relativen Geschwindigkeit von 0 km/h vorhanden ist, erfasst wird, werden beide Frequenzunterschiede Fbu (wenn die Sendefrequenz hochgeht) und Fbd (wenn die Sendefrequenz heruntergeht) durch den folgenden Ausdruck dargestellt, wie in den 3A und 3B gezeigt. Fbu = Fdb = ΔF × 150/ΔR = ΔF × 150
Jedoch werden, in dem Fall, wo ein Objekt B, das im Abstand von 150 m und mit einer relativen Geschwindigkeit von 200 km/h vorhanden ist, erfasst wird, die Frequenzunterschiede Fbu und Fbd wie folgt dargestellt, wie in den 4A und 4B gezeigt. Fbu = |ΔF × 150/ΔR + ΔF × 200/Δv| = ΔF × 350 Fbd = |ΔF × 150/ΔR – ΔF × 200/Δv| = ΔF × 50
Weil es der LPF 8 zulässt, dass ein Band der Abtastfrequenz Fs oder niedriger dort hindurch läuft, werden sowohl Fbu als auch Fbd von dem LPF 8 nicht abgeschnitten.
In diesem Fall wird, wenn der FFT-Punkt 512 ist, die maximale Frequenz Fmax wie folgt dargestellt: Fmax = 256 × ΔF
Deswegen wird Fmax bei Fmax zurückgegeben, wie in den 5A und 5B gezeigt, und Fbu und Fbd werden wie folgt dargestellt: Fbu = ΔF × 162 Fbd = ΔF × 50
Gelegentlich werden, wenn ein Objekt C, das im Abstand von 106 m und mit einer relativen Geschwindigkeit von 56 km/h vorhanden ist, erfasst wird, die Frequenzunterschiede Fbu und Fbd wie folgt dargestellt: Fbu = |ΔF × 106/ΔR + ΔF × 56/Δv| = ΔF × 162 Fbd = |ΔF × 106/ΔR – ΔF × 56/Δv| = ΔF × 50
Und das Objekt C wird auf die gleiche Weise wie jene bei dem Objekt B erfasst, das im Abstand von 150 m und mit einer relativen Geschwindigkeit von 200 km/h vorhanden ist.
Das Objekt B, das im Abstand von 150 m und mit einer relativen Geschwindigkeit von 200 km/h vorhanden ist, und das Objekt C, das im Abstand von 106 m und mit einer relativen Geschwindigkeit von 56 km/h vorhanden ist, sind zueinander vollständig identisch in den Frequenzkomponenten Fbu und Fbd des Schwebungssignals, wie es oben beschrieben ist, aber weil die Objekte B und C in der relativen Geschwindigkeit voneinander unterschiedlich sind, ist eine Änderung in Fbu und Fbd mit der Zeit unterschiedlich voneinander.
Wenn die relative Geschwindigkeit konstant gehalten wird, wird ein Abstand des Objekts B, das im Abstand von 150 m und mit einer relativen Geschwindigkeit von 200 km/h vorhanden ist, nach 0,1 Sekunden 144 m, und Fbu und Fbd werden durch die folgenden Ausdrücke dargestellt. Fbu = |ΔF × 144/ΔR + ΔF × 200/Δv| = ΔF × 344 Fbd = |ΔF × 144/ΔR – ΔF × 200/Δv| = ΔF × 56
Wenn eine Korrektur ausgeführt wird, in dem ein Aliasing berücksichtigt wird, werden Fbu und Fbd wie folgt dargestellt: Fbu = ΔF × 168 Fbd = ΔF × 56
Eine Variation in Fbu und Fbd für 0,1 Sekunden wird ΔF × 6.
Auf der anderen Seite wird ein Abstand des Objekts C, das im Abstand von 106 m und mit einer relativen Geschwindigkeit von 56 km/h vorhanden ist, nach 0,1 Sekunden 108 m, und Fbu und Fbd werden durch die folgenden Ausdrücke dargestellt: Fbu = |ΔF × 108/ΔR + ΔF × 56/Δv| = ΔF × 164 Fbd = |ΔF × 108/ΔR – ΔF × 56/Δv| = ΔF × 52
Eine Variation in Fbu und Fbd für 0,1 Sekunden wird ΔF × 2.
Die Aliasing-Diskriminierungs/Korrektureinrichtung 11 beobachtet somit die Variation in Fbu und Fbd mit der Zeit, und kann folglich unterscheiden, ob die erhaltene Fbu und Fbd das Objekt B oder das Objekt C ist.
6 ist ein Flussdiagramm, das den Verarbeitungsinhalt der Aliasing-Diskriminierungs/Korrektureinrichtung 11 in der somit aufgebauten fahrzeuggebundenen Radarvorrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigt. Zuerst wird in einem Schritt S60 eine Spitzenwertsuche auf der Grundlage des FFT-Ergebnisses des Schwebungssignals durchgeführt, wenn die Frequenz hochgeht, um Fbu zu erhalten. Eine Vielzahl von Fbu kann bereitgestellt werden. In gleicher Weise wird in einem Schritt S61 eine Spitzenwertsuche auf der Grundlage des FFT-Ergebnisses des Schwebungssignals durchgeführt, wenn die Frequenz heruntergeht, um Fbd zu erhalten. Eine Vielzahl von Fbd kann bereitgestellt werden. Dann wird in einem Schritt S62 die Entsprechung einer Vielzahl von Fbu-Daten, die in dem Schritt S60 erhalten werden, bezüglich einer Vielzahl von Fbu-Daten, die in dem Schritt S60 vor einer Verarbeitungsperiode erhalten werden, jeweils identifiziert, um dadurch eine Variation in der Frequenz mit der Zeit auf der Grundlage der Identifikation von Fbu vor einer Verarbeitungsperiode und der gegenwärtigen Fbu zu erhalten. In gleicher Weise wird in einem Schritt S63 die Entsprechung einer Vielzahl von Fbd-Daten, die in dem Schritt S61 erhalten werden, bezüglich einer Vielzahl von Fbd-Daten, die in dem Schritt S61 vor einer Verarbeitungsperiode erhalten werden, jeweils identifiziert, um dadurch eine Variation in der Frequenz mit der Zeit auf der Grundlage der Identifikation von Fbd vor einer Verarbeitungsperiode und der gegenwärtigen Fbd zu erhalten.
Anschließend werden die Kombinationen der Vielzahl von Fbu und Fbd in einem Schritt S64 bestimmt. Dann wird eine der Kombinationen von Fbu und Fbd in einem Schritt S65 ausgewählt. Dann werden vier Arten von Abstands/relative Geschwindigkeits-Kandidaten, in welchen jedes der Fbu und Fbd jeweils ein Aliasing oder kein Aliasing aufweisen, in einem Schritt S66 erhalten. Dann werden in einem Schritt S67 der korrekte Abstand und die relative Geschwindigkeit auf der Grundlage der vier Arten von Abstands- und relative Geschwindigkeits-Kandidaten der Fälle, in welchen ein Aliasing oder kein Aliasing, was in dem Schritt S66 erhalten wird, vorhanden ist, und den Änderungen in der Frequenz von Fbu und Fbd mit der Zeit, die in den Schritten S62 und S63 erhalten werden, erhalten. Dann wird in einem Schritt S68 die Verarbeitung beendet, wenn der Abstand und die relative Geschwindigkeit bezüglich sämtlicher der Kombinationen von Fbu und Fbd erhalten werden, hingegen zu dem Schritt S65 zurückgekehrt, wenn dem nicht so ist.
Wie oben beschrieben verwendet die herkömmliche Vorrichtung den LPF 48, der es zulässt, dass die Frequenzen, die die Hälfte oder niedriger als die Abtastfrequenz Fs sind, dort hindurch laufen, um die virtuelle Frequenzkomponente, die durch das Aliasing herbeigeführt wird, zu entfernen. Auf der anderen Seite ist die Radarvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform aufgebaut wie oben beschrieben, und verwendet den LPF 8, der es zulässt, dass die Frequenzen, die gleich oder niedriger als die Abtastfrequenz Fs sind, dort hindurch laufen und benutzt absichtlich auch die Frequenzkomponente, wo ein Aliasing auftreten kann, mit einer Korrektur, wodurch sie befähigt ist, die Erfassungsbereiche für den Abstand und die relative Geschwindigkeit bezüglich des Zielobjekts durch das gleiche Berechnungsvolumen verglichen mit der herkömmlichen Vorrichtung zu erweitern.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diesen Fall beschränkt, sondern es kann die fahrzeuggebundene Radarvorrichtung mit dem gleichen Erfassungsbereich für den Abstand und die relative Geschwindigkeit unter Verwendung des LPF bereitgestellt werden, der es zulässt, dass die Frequenz, die die Hälfte oder niedriger als Fs ist, dort hindurch läuft, wie in der herkömmlichen Vorrichtung, und in diesem Fall kann das Berechnungsvolumen verringert werden.
Es ist auch offensichtlich, dass ein Aliasing auf die gleiche Weise diskriminiert und korrigiert werden kann, auch wenn der LPF 8, der es zulässt, dass die Frequenz, die gleich oder größer als die Abtastfrequenz Fs ist, dort hindurch läuft, verwendet wird.
In dieser Ausführungsform kann, da die Aliasing-Diskriminierungs/Korrektureinrichtung 31 die Kandidaten des Abstands und der relativen Geschwindigkeit von dem FFT-Berechnungsergebnis erhält, eine Variation des FFT-Berechnungsergebnisses mit der Zeit bei einem Diskriminieren des korrekten Kandidaten von den Kandidaten erhält und den korrekten Kandidaten auf der Grundlage eines Werts der Variation mit der Zeit diskriminiert, verhindert werden, dass ein unkorrekter Kandidat gewählt wird, wodurch sie befähigt ist, den Abstand und die relative Geschwindigkeit korrekt zu erfassen.
(Zweite Ausführungsform)
7 zeigt eine fahrzeuggebundene Radarvorrichtung des FM-Puls-Dopplersystems, in welchem eine Pulsmodulationsfunktion zu der fahrzeuggebundenen Radarvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform hinzugefügt ist. Unter Bezugnahme auf 7 bezeichnet ein Bezugszeichen 21 einen Modulator; 22 ist ein spannungsgesteuerter Sender; 23 ist ein Sende/Empfangs-Wechselschalter zum Umschalten einer elektromagnetischen Wellenenergie des spannungsgesteuerten Senders 22 zu einer Sendeantenne 24 oder einem Empfangsseitenmischer 27; 24 ist die Sendeantenne; 25 ist ein Zielobjekt; 26 ist eine Empfangsantenne; 27 ist der Mischer; 28 ist ein LPF; 29 ist ein A/D-Umsetzer; 30 ist eine FFT-Bearbeitungsvorrichtung; 31 ist eine Aliasing-Diskriminierungs/Korrekturvorrichtung; und 32 ist eine Signalverarbeitungsvorrichtung. Was unterschiedlich zu dem Aufbau ist, der in 1 gezeigt ist, besteht darin, dass der Leistungsteiler 3 in 1 angeordnet ist, wohingegen der Sende/Empfangs-Umwechselschalter 23 in 7 angeordnet ist.
Der Sendebetrieb der elektromagnetischen Welle der somit aufgebauten fahrzeuggebundenen Radarvorrichtung wird beschrieben werden. Der Modulator 21 gibt ein lineares Spannungssignal für eine FM-Modulation aus. Der spannungsgesteuerte Sender 22 gibt eine elektromagnetische Welle aus, die einer FM-Modulation unterworfen worden ist, in Übereinstimmung mit dem FM-Modulationsspannungssignal. Die elektromagnetische Welle wird in einem Raum von der Sendeantenne 24 durch den Sende/Empfangs-Wechselschalter 23 ausgegeben.
Anschließend wird der Empfangsbetrieb der elektromagnetischen Welle beschrieben werden. Zu einem Zeitpunkt, wo eine Pulszeitbreite tg, beispielsweise 200 ns (= 1/(5 MHz), die einem Abstand 30 × 2 m entspricht) nachdem die Übertragung der elektromagnetischen Welle startet, verstreicht, schaltet der Sende/Empfangs-Wechselschalter 23 zu der Empfangsseite um, um den spannungsgesteuerten Sender 22 und den Mischer 27 miteinander zu verbinden. Auch wird die elektromagnetische Welle, die von der Sendeantenne 24 in den Raum ausgegeben worden ist, eine Pulswelle, die über 200 ns ausgegeben wird, wird von dem Zielobjekt 25, das in einem Abstand R vorhanden ist, reflektiert und wird dann in die Empfangsantenne 26 mit der Zeitverzögerung Δt eingegeben, die von dem Abstand R bezüglich der gesendeten elektromagnetischen Welle abhängt. Wenn das Zielobjekt 25 die relative Geschwindigkeit aufweist, ist die Frequenz der empfangenen elektromagnetischen Welle um fb bezüglich der gesendeten elektromagnetischen Frequenz doppler-verschoben und wird dann in die Empfangsantenne 26 eingegeben. Die elektromagnetische Welle, die in die Empfangsantenne 26 eingegeben worden ist, wird mit der gesendeten elektromagnetischen Welle von dem spannungsgesteuerten Sender 22 gemischt und das Schwebungssignal wird ausgegeben. Das erhaltene Schwebungssignal läuft durch den Filter 28, der 5 MHz in der Grenzfrequenz beträgt, wird in den A/D-Umsetzer 29 eingegeben und wird dann in ein digitales Signal zu jedem Bereichsfenster, beispielsweise in einer Periode von 5 MHz umgesetzt, wie in 10 gezeigt. Die ausgegebenen Daten des A/D-Umsetzers 29 erzeugen die Frequenzkomponente, die durch die elektromagnetische Welle verursacht ist, die von dem Zielobjekt 25 reflektiert worden ist, nur in einem Bereichsfenster Nr. k, das dem Zielobjekt 25 entspricht. Ein Abstand Rg des Zielobjekts 25 wird aus dem Bereichsfenster Nr. k über den folgenden Ausdruck (6) berechnet. Rg = (tg × k × C)/2 (6)wobei C eine Lichtgeschwindigkeit ist. Die Abstandsauflösung entspricht der Pulszeitbreite tg, und die Abstandsauflösung beträgt beispielsweise, wenn tg = 200 ns, 30 m. Dies wird als eine "Bereichsfensterbreite" bezeichnet.
Beispielsweise erhält, in dem Fall von ΔR = 1 m und Δv = 1 km/h, wenn zwei Objekte, d.h. ein Objekt D von R = 70 m und v = 0 km/h und ein Objekt E von R = 150 m und v = 0 km/h vorhanden sind, die fahrzeuggebundene Radarvorrichtung gemäß der oben erwähnten ersten Ausführungsform das Berechnungsergebnis, das in den 8A und 8B gezeigt ist. Jedoch erscheint in der fahrzeuggebundenen Radarvorrichtung dieser Ausführungsform, in dem Fall, wo die Bereichsfensterbreite auf beispielsweise 30 m eingestellt ist, weil nur die Frequenzkomponenten, die von den Objekten erscheinen, die innerhalb der jeweiligen Bereichsfensterbereiche vorhanden sind, erfasst werden, wie in 9 gezeigt, die Frequenzkomponente des Objekts D nur in dem Bereichsfenster 3, und die Frequenzkomponente des Objekts E erscheint nur in dem Bereichsfenster 5. In dem Fall, wo die Bereichsfensterbreite auf 30 m eingestellt ist, ist das Bereichsfenster 1 0 bis 30 m oder weniger, das Bereichsfenster 2 ist 30 bis 60 m oder weniger, das Bereichsfenster 3 ist 60 bis 90 m oder weniger, das Bereichsfenster 4 ist 90 bis 120 m oder weniger, und das Bereichsfenster 5 ist 120 bis 150 m oder weniger. Auch zeigen die 9A und 9B das FFT-Ergebnis des Objekts, das innerhalb des Abstandsbereichs, der dem Bereichsfenster 3 entspricht, vorhanden ist, die 9C und 9D zeigen das FFT-Ergebnis des Objekts, das innerhalb des Abstandsbereichs, der dem Bereichsfenster 5 entspricht, vorhanden ist, und die 9E und 9F zeigen das FFT-Ergebnis des Objekts, das innerhalb des Abstandsbereichs, der den Bereichsfenstern 1, 2, 4 und so weiter entspricht, vorhanden ist (d.h. außer den Bereichsfenstern 3 und 5).
Anschließend wird die Aliasing-Diskriminierungs/Korrektureinrichtung 61 in dieser Ausführungsform beschrieben werden. Beispielsweise werden, wie in der ersten Ausführungsform, in dem Fall, wo die folgenden Frequenzkomponenten in die Aliasing-Diskriminierungs/Korrektureinrichtung 31 eingegeben werden, Fbu = ΔF × 162 Fbd = ΔF × 50die folgenden beiden Arten von Kandidaten der Abstände und relativen Geschwindigkeiten, die von Fbu und Fbd erhalten werden, wie oben beschrieben betrachtet.
Abstand = 150 m und relative Geschwindigkeit = 200 km, oder Abstand = 106 m und relative Geschwindigkeit = 56 km/h.
In dem Fall, wo die Bereichsfensterbreite auf 30 m eingestellt ist, wird das Objekt des Abstands = 150 m in dem Bereichsfenster 5 erfasst, und das Objekt des Abstands = 106 m wird in dem Bereichsfenster 4 erfasst. Aus dem Ergebnis der 9 wird gefunden, dass der Kandidat des Abstands = 150 m und der relativen Geschwindigkeit = 200 km korrekt ist, da das Objekt E in dem Bereichsfenster 5 erfasst wird, wohingegen kein Objekt in dem Bereichsfenster 4 erfasst wird. Die Aliasing-Diskriminierungs/Korrektureinrichtung 31 überprüft Daten, deren Bereichsfenster erfasst wird, um zu beurteilen, dass irgend einer der Kandidaten eine normale Frequenzkomponente ist und gibt nur die normale Frequenzkomponente aus.
Wie oben beschrieben können gemäss dieser Ausführungsform die gleichen Vorteile wie jene in der oben erwähnten ersten Ausführungsform erhalten werden. Zusätzlich werden die FFT-Berechnungsergebnisse für jedes der Bereichsfenster, das die vorgegebene Bereichsfensterbreite aufweist, unter Verwendung des FM-Puls-Dopplersystems aufgrund der Wirkung des Sende/Empfangs-Wechselschalters 23 erhalten, und die Aliasing-Diskriminierungs/Korrektureinrichtung 31 prüft, von welchem Bereichsfenster das FFT-Berechnungsergebnis Daten sind, indem der korrekte Kandidat unter den Kandidaten der Abstände und relativen Geschwindigkeiten, die von dem FFT-Berechnungsergebnis erhalten werden, diskriminiert wird, um den korrekten Kandidaten zu diskriminieren, wodurch sie befähigt ist, den Abstand und die relative Geschwindigkeit des Objekts korrekt zu erfassen.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Radarvorrichtung, umfassend: eine Sendeeinrichtung zum Senden einer elektromagnetischen Welle zu einem Zielobjekt; eine Empfangseinrichtung zum Empfangen der elektromagnetischen Welle, die von der Sendeeinrichtung gesendet und von dem Zielobjekt reflektiert worden ist; eine Mischeinrichtung zum Mischen eines Ausgangs der Sendeeinrichtung und eines Eingangs der Empfangseinrichtung, um ein Schwebungssignal zu erzeugen; eine Tiefpassfiltereinrichtung, die es zulässt, dass ein Signal, das eine Frequenzkomponente aufweist, die gleich oder niedriger als eine vorgegebene Frequenz ist, unter den Schwebungssignalen, die von der Mischeinrichtung ausgegeben werden, dort hindurch läuft; eine A/D-Umsetzungseinrichtung zum Abtasten des Ausgangssignals des Tiefpassfilters, um das Abtastsignal in ein digitales Signal umzusetzen; eine Hochgeschwindigkeits-Fouriertransformationseinrichtung, um das Abtastsignal, das von der A/D-Umsetzungseinrichtung abgetastet und in das digitale Signal umgesetzt worden ist, einer Hochgeschwindigkeits-Fouriertransformation zu unterwerfen; eine Alaising-Diskriminierungs/Korrektureinrichtung zum Diskriminieren eines Signals, das eine Frequenzkomponente aufweist, wo ein Aliasing auftritt, von dem Hochgeschwindigkeits-Fourier-Transformationsergebnis durch die Hochgeschwindigkeits-Fouriertransformationsverarbeitungseinrichtung und zum Korrigieren des Signals, wo ein Aliasing auftritt, in ein Signal einer normalen Frequenzkomponente, das kein Aliasing aufweist, um Abstands- und relative Geschwindigkeits-Daten des Objekts auf der Grundlage des korrigierten Signals oder des Signals zu erhalten, wo kein Aliasing auftritt; und eine Zielobjekt-Auswahleinrichtung zum Auswählen erforderlicher Daten aus den Abstands- und relativen Geschwindigkeitsdaten des Objekts, die durch die Aliasing-Diskriminierungs/Korrektureinrichtung erhalten werden. Somit ist die Radarvorrichtung befähigt, auch ein Zielobjekt genau zu erfassen, wo ein Aliasing auftritt.

Claims

Radarvorrichtung, umfassend: eine Sendeeinrichtung (1, 2, 3, 4; 21, 22, 23, 24) zum Senden einer elektromagnetischen Welle zu einem Zielobjekt; eine Empfangseinrichtung (6; 26) zum Empfangen der elektromagnetischen Welle, die von der Sendeeinrichtung gesendet und von dem Zielobjekt reflektiert ist; eine Mischeinrichtung (7; 27) zum Mischen eines Ausgangs der Sendeeinrichtung und eines Eingangs der Empfangseinrichtung, um ein Schwebungssignal zu erzeugen; ein Tiefpassfilter (8; 28), das es zulässt, dass ein Signal mit einer Frequenzkomponente, die gleich oder niedriger als eine vorgegebene Frequenzkomponente ist, unter den von der Mischeinrichtung ausgegebenen Schwebungssignalen, dort hindurch läuft; eine A/D-Umsetzungseinrichtung (9; 29) zum Abtasten eines Ausgangssignals des Tiefpassfilters, um das Abtastsignal in ein digitales Signal umzusetzen; eine Hochgeschwindigkeits-Fouriertransformationseinrichtung (10; 30), um das Abtastsignal, das von der A/D-Umsetzungseinrichtung abgetastet und in das digitale Signal umgesetzt ist, einer Hochgeschwindigkeits-Fouriertransformation zu unterwerfen; eine Aliasing-Diskriminierungs/Korrektureinrichtung (11; 31) zum Diskriminieren eines Signals mit einer Frequenzkomponente, wo ein Aliasing auftritt, von dem Hochgeschwindigkeits-Fouriertransformationsergebnis durch die Hochgeschwindigkeits-Fouriertransformationseinrichtung, und zum Korrigieren des Signals, wo ein Aliasing auftritt, in ein Signal einer normalen Frequenzkomponente ohne Aliasing, um Abstands- und relative Geschwindigkeits-Daten des Zielobjekts auf der Grundlage des korrigierten Signals oder eines Signals ohne Aliasing zu erhalten; und eine Auswahleinrichtung (12) zum Auswählen zur korrekten Erfassung des Zielobjekts erforderlicher Daten aus den Abstands- und relativen Geschwindigkeits-Daten des Zielobjekts, die durch die Aliasing-Diskriminierungs/Korrektureinrichtung erhalten werden, wobei die Aliasing-Diskriminierungs/Korrektureinrichtung (11) normale Abstands- und relative Geschwindigkeits-Daten, wo kein Aliasing auftritt, von Kandidaten der Abstands- und relativen Geschwindigkeits-Daten auf der Basis einer Änderung in einer Frequenzkomponente des Hochgeschwindigkeits-Fouriertransformationsergebnisses mit der Zeit diskriminiert, wenn eine Vielzahl von Kandidaten der Abstands- und relativen Geschwindigkeits-Daten des Zielobjekts enthaltend Abstands- und relative Geschwindigkeits-Daten mit und ohne Aliasing vorhanden sind, die von dem Hochgeschwindigkeits-Fouriertransformationsergebnis erhalten werden.
Radarvorrichtung, umfassend: eine Sendeeinrichtung (1, 2, 3, 4; 21, 22, 23, 24) zum Senden von Pulsen einer elektromagnetischen Welle zu einem Zielobjekt;