JPH10513570A - レーダシステム、例えば、自動車レーダシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 例えば、自動車で使用されるレーダシステムで、検出されたレーダ目標が位置している角度が、レーダ目標の各エコー信号が少なくとも２つの受信チャネルを介して受信され、前記各エコー信号の各振幅は、正規化されて、レーダシステムの２経路アンテナダイアグラムの記憶された、正規化された各値と比較される。

Description

【発明の詳細な説明】 レーダシステム、例えば、自動車レーダシステム 本発明は、レーダ目標が、基準システムに対して相対的に位置している側方角 度及び／又は高さ角度の特定用の方法、ならびに、この基準システムに基づくレ ーダシステムに関する。その際、基準システムとして、有利には、レーダシステ ム自体が使われる。公知の、角度特定方法は、例えば、“Ｒａｄａｒ Ｈａｎｄ ｂｏｏｋ”Ｍ．Ｓｋｏｌｎｉｋに記載されている。 それによると、広範囲に流布されている手段は、角度領域の観測乃至測定のた めに機械的に回動される、サーチ角度の面内で鋭く収束されたアンテナローブを 持ったアンテナを使うことにある。レーダ目標の反射が受信される瞬時でのアン テナの位置から、レーダ目標の角度を特定することができる。この方法の欠点は 、アンテナの機械的な回転にあり、それにより、一方では、機械的な損耗が生じ 、他方では、可動質量体の慣性に基づいて比較的多くの時間を必要とする。この 欠点を回避するために、フェーズド−アレイ−アンテナが使用され、その際、所 属のアンテナローブが電子的に回転される。しかし、これは、鋭い収束を達成す るために、多数の、位相制御された能動性の送信／受信要素を必要とし、それに より、比較的高い実施コス トが必要となる。更に、両方の方法共、観測角度領域がスキャンされ、つまり、 シーケンシャルに走査される。これにより、スキャン速度に依存して、角度測定 の精度が劣化されることがある。 同様に、Ｓｋｏｌｎｉｋによって説明された他の、角度特定方式は、所謂モノ パルス方式である。その際、サーチ角度の面内に少なくとも２つの、部分的に重 畳されたアンテナローブを有するアンテナが使用される。検出されたレーダ目標 の各反射は、少なくとも２つのアンテナローブの夫々を介して受信される。角度 の特定のために、所謂位相モノパルスでは、受信された反射の位相差が、アンテ ナローブ全体から評価される。所謂振幅モノパルスの場合、差及び和信号が、夫 々のアンテナローブを介して受信された各反射から形成される。両方の信号の商 は、検出されたレーダ目標の角度に、ほぼ直線状に依存する。しかし、モノパル ス方式の両方の変形態様での欠点は、レーダ目標の所定角度が既存の限界内でし か明瞭でないという点にある。明瞭な角度領域外の各レーダ目標の反射は、この 方法の場合、誤って解釈される。更に、殊に、振幅モノパルス方式は、相互に対 称に位置している、ほぼ等しくて、相互に対称的な各アンテナローブを必要とす る。つまり、アンテナの製造及び整備の際に比較的高いコストが掛かる。 本発明の課題、解決手段及び効果 従って、本発明の目的は、一義的且つコスト上有利に実施することができる、 レーダ目標の角度の特定用手段を提供する方法、及び、この方法に基づいたレー ダシステムを提案することにある。本発明によると、この課題は、後続のように 定義された２経路アンテナダイアグラム全体が、正規化された各値（出力データ 、電圧データ、磁界強度データ、レベルデータ等が相応することができる）の形 式で記憶されている、多ビーム、例えば、３ビームレーダシステムにより解決さ れる。その際、多ビームとは、レーダシステムが、反射されたレーダ信号を、複 数の、即ち、少なくとも２つのアンテナローブを介して、従って、このアンテナ ローブと夫々結合された各受信チャンネルを介して受信するということである。 検出されたレーダ目標の角度は、少なくとも２つのチャンネルで受信された各反 射信号の各振幅を、２経路アンテナダイアグラムの記憶されている各値と比較す ることによって特定することができる。２経路アンテナダイアグラムと言った場 合、ここでは、レーダ信号の往復路の通常アンテナダイアグラムと異なって、即 ち、アンテナの送信及び受信特性が同時に入力されることが含まれるものとする 。 本発明の方法では、正確に対称的な各アンテナローブの必要性はない。更に、 検出されたレーダ目標に対して特定される角度は、全測定領域に亙って一義的で ある。別の利点としては、本発明の方法によると、当該角度決定に関して、内容 のある質−判定基準が提供され、殊に、各個別アンテナローブからの各反射を並 行して処理するのに適している。殊に、ハードウェアでの角度特定のためのコス トが、レーダシステムのソフトウェアに転嫁されるが、そのことは、最新のプロ セッサ及びメモリ技術では、益々コストダウンされている。 ２つの実施例の説明 以下、本発明の２つの図示の実施例を用いて説明する。その際、 図１は、本発明の方法を実施するための３ビームレーダシステムのブロック図、 図２は、夫々の測定角度αを示す角度指標ａに亙っての３ビームレーダシステム の２経路アンテナの図、 図３は、同じ角度指標αに亙っての３ビームレーダシステムの通常の２経路アン テナの図、 図４は、２経路アンテナの図のローブの実例であって、角度に依存しない分類指 標ｎに亙って正規化された、大きさに応じて分類された各ダイアグラム値の実例 を示し、 図５は、図４の分類指標ｎに対して角度指標の対応関係をグラフで示す図、 図６ａ〜ｄは、レーダ目標の最大確率の角度の特定用の評価過程の略図、 図７は、第１の実施例の説明に供する流れ図、 図８は、受信信号の正規化された振幅と２経路アンテナダイアグラムのローブの 正規化されたダイアグラム値との間の差関数の値の経過特性を示す図、 図９は、個別アンテナローブからの全ての差関数の和の値の経過特性を示す図、 図１０は、本発明の第２の実施例の説明に供する流れ図である。 図１では、３つの送信／受信要素３，４，５が、３つの所謂デュアル−ラット レース−リング７，８，９と接続されている。デュアル−ラットレース−リング は、送信／受信分路乃至サーキュレータとミキサとの機能を統合し、その機能形 式及び構成は、例えば、ドイツ連邦共和国特許出願第２２９００００号に詳細に 記載されている。更に、デュアル−ラットレース−リング７，８，９の夫々には 、電圧制御される発振器６の出力信号が供給されている。３つのデュアル−ラッ トレース−リング７，８，９の夫々の出力信号は、増幅器１０，１１，１２及び フイルタ１３，１４，１５を介して夫々１つのアナログ／デジタル変換器１６， １７，１８に供給されている。このアナログ／デジタル変換器は、その出力側が 、評価計算機１９と接続されている。１で、検出されたレーダ目標が示されてお り、その際、このレーダ目標によって、波面が、レーダシステムの光学軸２に対 して角度αで各送信／受信 要素３，４，５の方に反射される。 図２には、３ビームレーダシステムの２経路アンテナダイアグラムが示されて いる。 図２には、３ビームレーダシステムの２経路アンテナダイアグラムが示されて いる。その際、値は、例えば、電圧、出力又は電界強度が入射角度を表わす角度 指標ａに亙って記載されている。２１で示されている曲線は、左側の受信要素５ で受信された値を示す。２２で示された曲線は、中央の受信要素４に受信された 値を示す。２３で示された曲線は、右側の受信要素３によって受信された値を示 す。正確に言うと、この各値は、以下、各ダイアグラム値と呼ばれる。 図３には、図２の２経路アンテナダイアグラムが正規化された図で示されてい る。その際、正規化は、種々の形式で行うことができる。曲線３１は、左側のア ンテナローブに対する、即ち、左側の送信／受信要素５に対して正規化された各 ダイアグラム値を示す。曲線３２及び３３は、中央及び右側の、即ち、各送信／ 受信要素４及び３に対するアンテナローブの正規化された各ダイアグラム値を示 す。正規化は、有利には、加算正規化で行われる。その際、曲線２１，２２，２ ３の各ダイアグラム値は、正規化値ｓｕｍ（ａ）によって分割されており、正規 化値ｓｕｍ（ａ）は、以下のようになる： ｓｕｍ（ａ）＝１（ａ）＋ｍ（ａ）＋ｒ（ａ） その際、 １（ａ）は、角度指標ａでの左側曲線のダイアグラム値、 ｍ（ａ）は、角度指標ａでの中央の曲線のダイアグラム値、 ｒ（ａ）は、角度指標ａでの右側の曲線のダイアグラム値を示す。 つまり、３つの正規化された曲線３１，３２，３３の各ダイアグラム値は、以 下のようになる： ｎ１（ａ）＝１（ａ）／ｓｕｍ（ａ） ｎｍ（ａ）＝ｍ（ａ）／ｓｕｍ（ａ） ｎｒ（ａ）＝ｒ（ａ）／ｓｕｍ（ａ） その際、 ｎ１（ａ）は、角度指標ａでの左側の正規化された曲線のダイアグラム値、 ｎｍ（ａ）は、角度指標ａでの中央の正規化された曲線のダイアグラム値、 ｎｒ（ａ）は、角度指標ａでの右側の正規化された曲線のダイアグラム値を示す 。 各曲線３１−３３全ての各ダイアグラム値の和により、この正規化での各角度 指標ａに対して１乃至一般化して一定値が得られる。択一選択的には、正規化は 、例えば、積正規化を用いても行うことができ、その際、正規化された各曲線全 ての各ダイアグラム値の積は、一定値に等しくする必要がある。 後続の図４〜７は、本発明の第１の実施例に関し、以下詳細に説明する。図１ のレーダシステムでは、発振器６によって、送信信号が発生され、この送信信号 は、各送信／受信要素３，４，５を介して放射される。送信信号によって照射さ れるレーダ目標１は、各受信要素３，４，５を介してレーダシステムによって受 信された反射信号を形成する。その際、レーダ目標の各角度位置に応じて、及び 、アンテナローブの特徴に応じて、種々の振幅値が発生される。受信された各振 幅値は、デュアル−ラットレース−リング７，８，９の混合機能を介して、低周 波状態に混合され、続いて、各増幅器１０，１１，１２に供給される。ダイナミ ックフィルタ及びアンチ−エイリアジング−フィルタ１３，１４，１５及びＤ／ Ａ変換部１６，１７，１８の後に、受信された各振幅値は、各デジタル値として 評価計算機１９に供給される。 本発明の第１の実施例によると、第２のアンテナダイアグラムの正規化された 各ダイアグラム値は、各個別アンテナローブに応じて別個に、分類された各リス トの形式で記憶される。表１は、そのようなリストの 抜粋を示し、その際、ローブの、正規化されて分類された各ダイアグラム値の横 に、夫々所属の角度指標ａが記載されている。各ダイアグラム値の大きさに応じ て分類することによって、角度指標は、ランダムな列シーケンスで出現する。図 ４には、アンテナローブの、大きさに応じて分類された各ダイアクラム値の、連 続的な分類指標ｎのグラフ表示が示されている。図５には、図４に所属の角度指 標が、同じ分類指標ｎに亙って記載されており、それによって、ｘ座標に沿って 、角度指標のランダムな列シーケンスが表１によって明らかとなる。 評価計算機１９は、ブロック７３によると、先ず、レーダ目標の受信された各 振幅値の正規化を実行し、その際、正規化は、２経路アンテナダイアグラム用に 選定されるように相応する。その際、評価計算機１９は、７４によると、各受信 路に対して、即ち、各アンテナローブに対して、所属の分類された各リストの中 で、このローブ内で受信された、正規化された振幅値として先ず生じるような正 規化されたダイアグラム値をサーチする。 表２には、例として、０．６の受信された、正規化された振幅値が示されている 。７５によると、多数の各ダイアグラム値（ここでは、例として９個）が選択さ れており、各ダイアグラム値は、サーチされた正規化された振幅値を中心にした 所定の周辺に位置している 。この選択方法は、受信された各振幅値全てに対して、この場合３つのアンテナ ローブに実行され、その結果、続いて、複数の、この場合、３つの群の可能な角 度指標が得られる。 検出されたレーダ目標が実際にどの角度に位置しているのか決定するために、 ７６によると、全てのレーダ目標が、予め、選択された可能な角度指標として評 価関数（有利には、三角形状に選択される）を用いて重み付けされる。図６ａ〜 ６ｃは、そのようにして評価された角度指標が、選択用の全角度指標の軸に亙っ て示されており、つまり、左、中央、及び、右側の受信経路に亙って示されてい る。その際、三角形６１及び６２は、例示された三角形６０よりもかなり高い。 これは、事例６１及び６２の評価関数を重畳した結果 であり、そこでは、相互に非常に狭い角度指標が選択されて重み付けされている 。図６ｄには、結局、その上の３つの図示の加算結果、即ち、夫々の角度指標に 対して全受信経路の評価関数の和が示されている。図から分かるように、６３で 最大値が生じる。と言うのは、ここでは、各評価関数は、狭い境界の角度領域内 で重畳しているからである。つまり、ここで位置している角度指標乃至角度指標 領域は、極めて頻繁に可能な角度指標として選択されているからである。従って 、評価関数の和の最大値は、７７によると、所属の角度がレーダ目標の最も確率 の高い角度として決められるような判定規準である。その際、最大値の高さは、 同時に、当該角度決定のための質の判定規準を形成し、最大値の絶対値が高くな ればなる程、この質の判定規準が確実になる。 択一選択的に、三角形の評価関数に対して、明瞭な最大値を形成する関数全て を使用することができる。その限りで、評価関数は、例えば、ガウス、又はｃｏ ｓ^２形の関数を使用することができる。 ７８によると、このようにして特定された角度が別の信号処理の目標対象の確 率的な角度として使用される。 本発明の第２の実施例は、同じ技術装置に基づいているが、しかし、少なくと も２つの受信チャネルで受信された各エコー振幅の評価用の他のアルゴリズムを 使用する。図１０のブロック１０２及び１０３は、図７のブロック７２及び７３ と同一であり、即ち、この実施例でも、レーダシステムの個別受信チャネル内で 受信された各エコー振幅が、先ず正規化される。第１の実施例とは異なって、２ 経路アンテナダイアグラムの正規化された各ダイアグラム値は、ここでは、しか し、最早、値の大きさに応じて分類されたリスト内に記憶できず、測定されたよ うに、つまり、例えば、角度指標に応じて記憶することができる（１０１）。１ ０４によると、各受信チャネルに対して、このチャネル内で受信されたエコー振 幅とこのローブの２経路アンテナダイアグラムの各ダイアグラム値全てとの間の 差の値を含む差関数が得られる。式としては、この差関数は、以下のように示さ れる： Ｌ（ａ）＝値［ｎｌ（ａ）−Ｅｌ］ Ｍ（ａ）＝値［ｎｍ（ａ）−Ｅｍ］ Ｒ（ａ）＝値［ｎｒ（ａ）−Ｅｒ］ その際、ｎｌ（ａ），ｎｍ（ａ），及びｎｒ（ａ）は、左側、中央、右側の曲線 、乃至、図３の２経路アンテナダイアグラムのローブの正規化された各ダイアグ ラム値であり、 Ｅｌ，Ｅｍ，Ｅｒは、左側、中央、右側の受信チャネルで受信される正規化され た各エコー振幅であり、Ｌ（ａ），Ｍ（ａ），及びＲ（ａ）は、上述の各差関数 を示す。 図８には、例えば、中央の受信チャネル、及び、角度指標ａ＝６０に相応する 角度でのレーダ目標に対する、そのような差関数が示されている。図から分かる ように、この位置での差関数は、サーチされた角度を示す最小値を有している。 ここでは、角度指標ａ＝８０の場合に第２の最小値によって形成される蓋然性は 、１０５による、各受信チャネル全ての差関数を続いて加算することによって除 去される。 図９には、各差関数全ての加算から得られた、この９つの和関数のグラフ表示 が示さている。重畳により、この実施例で仮定されている角度指標ａ＝６０での 、もう一つだけ最小値が残っている。それに応じて、一般的には、１０６により 、全ての差関数の和関数が、その最小値を有しているレーダ目標の最も確率の高 い角度として決められる。この最小値の大きさは、同時に、当該の角度決定に対 する質の判定基準である。最小値が明瞭になればなる程、検出されたレーダ目標 の実際の角度の所定の角度乃至角度指標は確実になる。１０７によると、この角 度は、再度、システムの別の信号処理部に伝送される。 本発明の前述の基本思想に応じて、本発明は、複数ビームのレーダシステムを 用いて実施することができる（同様に多ビームシステムを達成することができる ）。これは、例えば、別個の複数アンテナによって行うことができるが、しかし 、複数の送信及び／又は受 信要素を有しているアンテナによって同様に良好に行うことができる。同様に、 各アンテナは、公知のビーム形成要素全て、例えば、レンズ、反射器、吸収器、 等を有することができる。更に、本発明の方法及びその実施態様は、使用された レーダ方式に依存せずに、即ち、パルス放射レーダ方式の場合でも、連続放射レ ーダ方式の場合でも使用することができる。 ここに記載したレーダ方式は、殊に、自動車での車両速度制御に関連して使用 される。その際、検出されたレーダ目標が自分の走行車線内にあるかどうか判定 することができる。しかし、それに依存しないで、既述の方法は、レーダ目標の 角度特定が所望される、他の用途事例でも使用することができる。つまり、例え ば、飛行目標の高さ角度の特定のためにも使用することができる。 測定可能な角度領域は、複数乃至単数のアンテナのローブ幅の選択によって特 定することができる。更に、場合によっては、複数の、例えば、円形に配設され たアンテナを用いることによって、３６０°に至る迄の任意の大きさの角度領域 を測定することができる。 特に、この方法は、有利には、周波数領域内でフーリエ変換を用いて行われる 、レーダシステムの別の信号処理に依存しない。しかし、角度測定のために使用 される各振幅値は、時間領域でも周波数領域でも得ることができる。 図１に相応して、この方法は、特に、少なくとも２つの受信チャネル内の各信 号の並列処理に適している。しかし、同様に、多重化された信号処理列でのシー ケンス処理も可能である。 記憶されたアンテナダイアグラムに関して、紹介された２経路アンテナダイア グラムは有利である。と言うのは、これは、レーダが、その信号を受信する最も 広い方式に相応するからである。しかし、ビーム特性及び／又は相応の選択され た補正関数の解釈に応じて、「通常の」、即ち、簡単なアンテナダイアグラムを 使用することも可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハインツ プフィツェンマイアー ドイツ連邦共和国 71229 レオンベルク リストシュトラーセ ６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 各レーダ目標の各エコー信号が少なくとも２つのビームを介して受信され る多ビームレーダシステムに基づいて、レーダ目標は、基準システムに関して相 対的に位置している、側方角度及び／又は高さ角度の測定方法において、 −各受信ビーム内で受信されたエコー信号の振幅を正規化し、 −前記各受信ビームに対するレーダ目標の角度を測定するために、夫々正規化 された振幅を、前記受信ビームに対して記憶されて、正規化されたアンテナダイ アグラムの各ダイアグラム値と比較し、 −少なくとも２つの受信ビームの各比較結果を結合し、 −前記レーダ目標の角度として、前記結合された比較結果が最小判定基準又は 最大判定基準を充足するような角度を測定する ことを特徴とする方法。 ２． 記憶されたアンテナダイアグラムは、２経路アンテナダイアグラムである 請求項１記載の方法。 ３． 多ビームレーダシステムの全アンテナダイアグラムは、全ビームの各ダイ アグラム値の和が夫々所定角度で値１を生じるように正規化される請求項１又は ２記載の方法。 ４． 多ビームレーダシステムの全アンテナダイアグラムは、全ビームの各ダイ アグラム値の積が夫々所定角度で値１を生じるように正規化されている請求項１ 又は２記載の方法。 ５． レーダ目標の各エコー信号の各振幅は、少なくとも２つの各受信ビームか ら、アンテナダイアグラムの記憶された各ダイアグラム値と同様に正規化される 請求項１〜４までの何れか１記載の方法。 ６． 請求項１〜５までの何れか１又は複数項記載の方法において、 −レーダシステムのアンテナダイアグラムの少なくとも２つのビームの各ダイ アグラム値を、正規化されて、分類された各ダイアグラム値のリストの形式で記 憶し、 −前記各ダイアグラム値とエコー信号の正規化された振幅との比較の結果とし て、前記エコー信号の正規化された振幅の値を中心にして制限された間隔内に位 置している個数ｎの各ダイアグラム値を選定する方法。 ７． 請求項６記載の方法において、 −レーダビームの選択された各ダイアグラム値の所属の各角度値を評価関数で 重み付けし、 −レーダシステムの少なくとも２つの受信ビームの等角度値を夫々相互に加算 し、 −レーダ目標の確率の高い角度として、全ての受信 ビームを加算して、重み付けした値が最大又は最小であるような角度を特定する 方法。 ８． 請求項１〜５までの何れか１又は複数項記載の方法において、 −少なくとも２つの受信ビームに対して、１つの差関数を形成し、該差関数は 、全ての可能な角度に依存して、夫々の受信ビーム内で受信された、レーダエコ ーの正規化された振幅間の差及び前記ビームのアンテナダイアグラムの全ての正 規化された各ダイアグラム値を生じ、 −このようにして形成された少なくとも２つの差関数の各値を加算し、 −レーダ目標の確率の高い角度として、そのようにして形成された和関数が最 小であるような角度を採用する方法。 ９． 多ビームレーダシステム、例えば、自動車内又は自動車で使用するための ものにおいて、 −少なくとも２つの受信ビームから各エコー信号の各振幅を正規化するための 手段が設けられており、 −レーダシステムの正規化されたアンテナダイアグラムを記憶するための手段 が設けられており、 −各エコー信号の正規化された各振幅を、少なくとも１つの受信ビームの各ア ンテナダイアグラムの各ダイアグラム値と比較するための手段が設けられており 、 −前記比較に基づいて、角度を観測レーダ目標の確率の高い角度として特定す るための手段が設けられている多ビームレーダシステム。