專利名稱：用于多個目標的間距和相對速度測量的方法和裝置的制作方法
用于多個目標的間距和相對速度測量的方法和裝置
本發(fā)明涉及用于借助一種FMCW雷達來進行多個目標的間距和相 對速度測量的一種方法和一種裝置，其中發(fā)送信號以時間線性的頻率斜 坡被發(fā)射，并且在目標上反射的接收信號被接收，并與發(fā)送信號相混 頻。 一個間距和相對速度值的組合被分配給每個目標的每個頻率斜坡的 混頻器輸出頻率，并根據(jù)多個間距和相對速度組合的交點來確定一個可 能的目標的距離和相對速度，其中所述的可能的目標由于多重性而可能 是虛假目標或真實目標。通過在之后相隨的測量周期中按照隨機原則來 改變至少一個頻率斜坡的頻率斜率，由多重性所引起的虛假目標被消 除。
現(xiàn)有技術
在DE 4242700A1中公開了用于借助電磁波來測量目標的間距和 速度的一種方法，其中被發(fā)送的信號的頻率被調制。在被發(fā)送的信號的 頻率上升和下降期間所接收的信號與被發(fā)送的信號相混頻，并且通過混 頻所產生的中頻信號被進行頻譜分析。根據(jù)在被發(fā)送信號頻率的至少一 次上升和至少一次下降期間中頻信號的頻譜線的頻率，來計算至少一個 目標的距離和速度。
在該方法中在每個頻率斜坡上并為每個被探測到的目標產生了一 個中頻，其頻率位置可以被分配一個間距和相對速度值的組合。通過該
點，其中這些交點比如可以在一個間距-相對速度圖中被描繪出來。這 些交點代表所測量的目標的間距和相對速度。然而在探測多個目標時， 比如在探測兩個目標時，共產生四個交點，其中這些交點中的兩個代表 真正的目標，另外兩個交點是由于多重性而產生的虛假目標。為了能夠 排除這種多重性，該FMCW雷達方法已被如此改進，即多個頻率上升和 頻率下降被依次相互排列，其中頻率斜坡具有不同的斜率。然而在實際 中在這種改進的方法中也可能出現(xiàn)以下的情況，即由于多個被探測目標 所產生的這種虛假目標在很多測量周期上被識別，并作為真正的目標被 處理，因為這些虛假反射長時間持續(xù)存在。尤其在交通情況中，其中所 述的多個被探測目標以相同的動態(tài)移動，也即，如果所述的多個目標的
間距和相對速度在時間上僅僅緩慢地變化，那么保持不變的虛假目標在 很多測量周期上持續(xù)存在，因為它盡管是虛假目標，但通過跟蹤方法而 被識別為真正的目標并被處理。 本發(fā)明的核心和優(yōu)點
本發(fā)明的核心在于，提供用于借助一種FMCW雷達進行多個目標的 間距和相對速度測量的一種方法和一種裝置，其中在短的時間內目標被 識別為真正目標或虛假目標，并且以非常高的可靠性來進行這種識別。 根據(jù)本發(fā)明，這通過獨立權利要求的特征而得到解決。
有利的改進和擴展方案參見從屬權利要求。
有利地對至少一個頻率斜坡的頻率斜率如此進行改變，即從多個給 定的頻率斜率中隨機地選擇一個頻率斜率。此外有利的是，按照隨機原 則來選擇出發(fā)送信號的所有頻率斜坡的頻率斜率。
有利地對多個測量周期的多個頻率斜率樣式進行存儲，從這些頻率 斜率樣式中按照隨機原則來選擇出頻率斜率樣式之一 。
該方法有利地應用于汽車中，以進行自適應間距控制和/或觸發(fā)自 動緊急剎車。
此外有利的是，如此來進行至少一個頻率斜坡的頻率斜率的改變， 即從被存儲在一個存儲器中的多個頻率斜率中借助隨機發(fā)生器來選擇 出一個頻率斜率。
有利地借助該隨機發(fā)生器來選擇出發(fā)送信號的所有頻率斜坡的頻
率斜率。
有利地在一個存儲器中存儲多個測量周期的多個頻率斜率樣式，從 所述多個頻率斜率樣式中借助該隨機發(fā)生器來選擇出頻率斜率樣式之
尤其有利的是所述裝置設置于汽車上用于自適應間距控制和/或 用于觸發(fā)自動緊急剎車。
尤其有意義的是，本發(fā)明的方法以一個控制單元的形式來實現(xiàn)，其 中該控制單元被設置用于汽車的自適應間距或速度控制的一個控制設 備。在此，在該控制單元上存儲了一個程序，該程序可以在一個計算設 備、尤其在一個微處理器或信號處理器上運行，并且適于實施本發(fā)明的 方法。在這種情況下本發(fā)明從而通過存儲在該控制單元上的一個程序來 實現(xiàn)，如此使得安裝了該程序的所述控制單元如同所述方法一樣來體現(xiàn)本發(fā)明，其中該程序適于實施所述方法。尤其可以采用一種電子存儲器 介質來作為控制單元，比如一個只讀存儲器。本發(fā)明的其它特征、應用可能性和優(yōu)點參見下文對本發(fā)明實施例的 描述，其中這些實施例在附圖中通過圖示來示出。不管在權利要求中如 何進行綜合或分解，以及不管在說明或附圖中如何進行闡述或圖示，在 此所敘述或示出的特征單獨地或以任意的組合而構成了本發(fā)明的主 題。附圖在下文中借助附圖對本發(fā)明的實施例進行解釋。其中圖la示出了一個具有兩個頻率斜坡的FMCW發(fā)送信號的一個頻率-時間圖，圖lb示出了一個具有兩個頻率斜坡的FMCW雷達的一個所屬的相對速度-間距圖，其中借助該雷達探測到了兩個目標，圖2示出了本發(fā)明的裝置的一個實施形式的方框線路示意圖，圖3a示出了本發(fā)明方法的一個實施形式在一個第一時間點t=t0 時的一個頻率-時間圖，圖3b示出了在測量時間點t=to時的一個相對速度-間距圖， 圖4a示出了本發(fā)明方法的所述實施形式在一個以后的時間點 t=t。+At時的一個頻率-時間圖，以及圖4b示出了在所述的以后的時間點t=t0+At時的一個相對速度-間距圖。實施例的描述在

圖1中示出了如在當前技術中所述的一個FMCW發(fā)送信號的頻率 -時間圖。在此該發(fā)送信號具有一個第一時間片段，在該時間片段中該 雷達信號的發(fā)送頻率保持恒定。在一個第二時間片段2中該雷達信號的 發(fā)送頻率上升到一個較高的頻率，在一個第三時間片段3中停留在上升 后的頻率范圍中，并在一個第四時間片段4中再次下降到該雷達信號的 最初的發(fā)送頻率，之后該發(fā)送頻率再次保持恒定。由此得到在時間上的 一個頻率輪廓，該頻率輪廓呈梯形構造，并且除了發(fā)送頻率恒定的時間 片段l、 3、 5之外還具有上升的和下降的頻率斜坡2、 4。被發(fā)送的雷 達信號在目標探測范圍中在目標上被反射并再次被接收。通過移動目標 對發(fā)送信號的反射，發(fā)送頻率經(jīng)歷了一個多普勒平移，如此使得接收信號相對于發(fā)送信號在頻率上被多普勒平移。在發(fā)送頻率時間線性地上升的時間范圍中，也即在時間片段2中，該發(fā)送信號在頻率上繼續(xù)上升， 頻率上^而出現(xiàn)一^)j加的頻率偏移:口由于信號延遲而引起的接收信號移相疊加，并且在接收信號中不能相互分開。接收信號在接收機中與發(fā)送信號相混頻，之后產生具有頻率偏移fn的中頻。該頻率偏移fn可以 被指配間距值和相對速度值的 一個組合，并且如果把所有可能的間距和 相對速度組合繪制在一個相對速度-間距圖中，就得到上升頻率斜坡2 的一條下降的直線6。如果在下降的頻率斜坡4中對同一目標進行探 測，那么就得到一個不同的頻率偏移fn，該頻率偏移fn同樣可以被指配間距值和相對速度值的組合。在圖lb的相對速度-間距圖中，在下降 的頻率斜坡4中這些組合得到一條上升的直線7。從下降直線6和上升 直線7的交點10可以提取被識別目標的間距d以及相對速度vrel。 在同時探測兩個目標的情況下，針對上升的頻率斜坡2分別得到不同頻 率偏移的中頻，其中在圖lb的相對速度-間距圖中針對第一目標用直線 6來表示，并針對第二目標用虛直線8來表示。對于下降的頻率斜坡4， 得到第一目標的上升直線7以及第二目標的虛直線9。然而，這四條直 線6、 7、 8、 9在圖lb的相對速度-間距圖中總共具有四個交點10、 11、 12、 13，其中兩個交點10和11代表真正的目標，而另外兩個交 點12和13表示虛假目標。必須在隨后的目標數(shù)據(jù)分析中進行判斷， 哪些交點是真正的目標以及哪些交點是虛假目標，因為不能根據(jù)單純的 交點來進行劃分。對此，在當前技術中比如公開了實施一種目標跟蹤， 其中在較長的時間中來對這種目標進行識別并進行存儲，并根據(jù)其目標 移動而能夠識別為真正的目標，或者根據(jù)所計算的相對速度或間距的跳 躍而能夠識別為虛假目標。然而該方法的問題是，在具有這種雷達系統(tǒng) 的車輛順序行駛的情況下，其中在前行駛的被探測目標相互具有在較長 的時間上大致不變的間距和大致不變的相對速度，也即在其中被探測的 量vrel和d僅僅非常緩慢地變化的行駛狀況下，從而交點12和13 的虛假目標也在長的時間中持續(xù)存在，并且借助跟蹤方法不能被識別為 虛假目標。在圖2中示出了本發(fā)明裝置的一個實施形式?？梢钥闯鲇幸粋€發(fā)
送振蕩器14，該發(fā)送振蕩器接收一個控制裝置20的控制信號，并根據(jù) 輸入給它的控制信號產生一個發(fā)送信號。該發(fā)送信號被傳導至一個發(fā)送 天線15 (Tx)，該發(fā)送天線將發(fā)送信號發(fā)射。借助該發(fā)送天線15發(fā)射 的發(fā)送信號在目標探測范圍內被目標反射，被反射的接收信號借助接收 天線16 (Rx)來接收。當然該裝置也可以作為單靜態(tài)的雷達傳感器來 實施，其中采用一個唯一的天線用于發(fā)送和接收，那么一個發(fā)送與接收 分向濾波器是必要的，該分向濾波器將發(fā)送信號和接收信號相互分離。 雷達傳感器的單靜態(tài)實施比如可以借助一個附加的環(huán)形混頻器來實 現(xiàn)。該發(fā)送振蕩器14的發(fā)送信號以及該接收天線16的接收信號被輸 入給一個混頻器17，該混頻器將兩個輸入信號混頻為一個中頻信號， 該中頻信號才艮據(jù)被探測目標的間距d和相對速度vrel以及才艮據(jù)被識別 目標的數(shù)量而具有頻率偏移fn。該中頻信號被輸入一個模擬-數(shù)字轉換 器18，該模擬-數(shù)字轉換器把數(shù)字化的中頻信號fn輸入一個數(shù)據(jù)分析 裝置19。在該數(shù)據(jù)分析裝置19中比如可以實施一個傅立葉變換，傅立 葉變換輸出一個頻鐠，從中可以提取該中頻信號，并且可以為了獲得n 個被識別目標的相對速度vreln和間距dn作進一步處理。才艮據(jù)上升頻 率斜坡2的以及下降頻率斜坡4的斜率的信息可以計算相對速度-間距 圖的直線6至9，由此還可以獲得交點以及目標的實際間距dn和相對 速度vreln。為了在真正目標的交點10、 11以及虛假目標的交點12、 13之間進行可靠的區(qū)分，根據(jù)本發(fā)明至少一個頻率斜坡在其頻率斜率 上被隨機地改變。為此在圖3a中示出了一個第一測量周期在時間點 t=t。時的一個發(fā)送信號，其中該發(fā)送信號具有三個單獨的頻率斜坡 23、 24、 25。在圖3b中示出了所屬的相對速度-間距圖，該圖由總共 三個所述探測目標的中頻信號形成。由于有三個頻率斜坡23、 24和 25，目標27、 28、 29都各得到一個三條直線a、 b和c的交點。從而 針對在每個目標上都被反射的第一頻率斜坡23總共產生了三個中頻 fn，該中頻在圖3b的圖中被繪制為直線a。為了能夠區(qū)分單個目標的 直線，這些直線被表示為直線、單點劃直線以及雙點劃直線。該第二頻 率斜坡24同樣通過在三個目標上的反射而產生總共三條直線，這些直 線在圖3b中被繪制為直線b。第三頻率斜坡25同樣在圖3b的圖中產 生三條直線，其作為直線c來繪制。分別三條直線a、 b和c的交點就 確定了三個被探測目標27、 28和29的間距和相對速度值。然而由于
當前目標的分布產生了一個附加的直線交點30，在該交點中同樣三條 直線相交，并且該交點是一個虛假目標。根據(jù)本發(fā)明，在時間點t=t。+At 實施的下一測量周期2中，所述頻率斜坡中的至少一個在其頻率斜率上 被改變。在眼前這種情況下，如圖4a所示頻率斜坡23和24相對于之 前的測量周期1保持不變，而圖3a的第三頻率斜坡25在其斜率上則 被改變，如此使得現(xiàn)在產生一個新的第三頻率斜坡26。這三個頻率斜 坡再次被發(fā)射，并在目標27、 28和29上被反射。在圖4b的相對速度 -間距圖中也再次得到三條直線a、 b、 c的交點，其中這些交點代表了 真正目標27、 28和29的間3￡值和相對速度值。然而，由于頻率斜坡 26的頻率斜率的隨機變化，圖4b中的直線c與圖3b的直線c相比以 不同的斜率延伸，如此使得隨機產生的虛假目標30在圖4b中不再存 在。通過隨機改變至少一個頻率斜坡的頻率斜率，真正目標2"7、 28和 29的交點從而在多個測量周期上持續(xù)存在，而虛假目標的交點在相對 速度-間距圖中跳躍式地消失或跳躍式地重新產生，然而其僅僅在一個 測量周期中、直到至少一個頻率斜坡再次被改變?yōu)橹箍杀惶綔y到。通過 在圖3b和4b中對兩個相鄰測量周期的交點的比較，從而能夠在真正 的目標和虛假目標之間進行區(qū)分，其根據(jù)是，所述直線的交點是否在多 個測量周期上可被探測到，或者是否僅在一個測量周期中可被測量到并 隨后消失。如圖2所示，改變至少一個頻率斜坡的頻率斜率在此可以借助一 個隨機發(fā)生器21和必要時的一個存儲器22來進行。通過該可作為控 制裝置20組成部分的隨機發(fā)生器21，比如從存儲在一個存儲器22中 的多個頻率斜率中選擇出一個，其中根據(jù)所選擇的頻率斜率來控制該發(fā) 送振蕩器14的頻率。也可以考慮在控制裝置20的存儲器22中存儲多 個頻率斜率輪廓，其中每個輪廓都包含有多個下降的以及上升的頻率斜 坡的一個序列。此外還可以考慮由該隨機發(fā)生器21選擇出任意的頻率 斜率，并以任意的順序相互隨機排列成一個測量周期的一個頻率輪廓， 如此使得產生假性隨機的頻率曲線，以便能夠在至少兩個測量周期上就 可靠地識別并消除虛假目標。
權利要求
1. 用于借助FMCW雷達進行多個目標(27、 28、 29)的間距和 相對速度測量的方法，其方式為發(fā)送信號以時間線性的頻率斜坡(23、 24、 25、 26)被發(fā)射，被 目標(27、 28、 29)反射的接收信號被接收，并與所述發(fā)送信號相混 頻，所述每個目標(27、 28、 29)的每個頻率斜坡(24、 25、 26) 的混頻器輸出頻率被分配了一個間距和相對速度值(6、 7、 8、 9)的 組合，由多個間距和相對速度組合的交點(27、 28、 29)來確定一個可 能的目標的間距(d)和相對速度(vrel)，其中所述的可能的目標由 于多重性而可能是虛假目標(30)或真正的目標(27、 28、 29)，其特征在于，所述虛假目標(30)可以被消除，其方式是，在一個之后相隨的 測量周期中按照隨機原則來改變至少一個頻率斜坡(29)的頻率斜率。
2. 根據(jù)權利要求l所述的方法， 其特征在于，所述至少一個頻率斜坡(26)的頻率斜率的變化如此來進行，即 從多個給定的頻率斜率中隨機地選擇出 一個頻率斜率。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的方法， 其特征在于，所述發(fā)送信號的所有頻率斜坡(23、 24、 25、 26)的頻率斜率按 照隨機原則來選擇。
4. 根據(jù)前述權利要求之一所述的方法， 其特征在于，多個測量周期的多個頻率斜率樣式被存儲，并按照隨機原則來選擇 頻率斜率樣式之一。
5. 根據(jù)前述權利要求之一所述的方法， 其特征在于，所述方法在汽車中被用于自適應間距控制和/或觸發(fā)自動緊急剎車。
6. 用于多個目標的間距和相對速度測量的裝置， 其中設置有一個FMCW雷達傳感器(14、 15、 16、 17、 18 )，該 雷達傳感器以時間線性的頻率斜坡來發(fā)射發(fā)送信號，并接收在目標上反 射的接收信號，并與發(fā)送信號相混頻(17)，以及其中設置了一個數(shù)據(jù)分析裝置(19)，混頻器輸出信號被輸入該 數(shù)據(jù)分析裝置，該數(shù)據(jù)分析裝置給每個目標的每個頻率斜坡的混頻器輸 出頻率分配一個間距和相對速度值的組合，并獲得多個間距和相對速度 組合的交點，其中所述可能的交點代表了目標，這些目標由于多重性而 可能是虛假目標(30)或真正的目標(27、 28、 29)，其特征在于，在所述數(shù)據(jù)分析裝置(19)中設置了一個隨機發(fā)生器(21)，該 隨機發(fā)生器為了消除所述虛假目標(30 )而在之后相隨的測量周期中按 照隨機原則來改變至少一個頻率斜坡(25、 26)的頻率斜率。
7. 根據(jù)權利要求6所述的裝置， 其特征在于，所述至少一個頻率斜坡的頻率斜率的變化如此來進行，即從存儲在 一個存儲器(22)中的多個頻率斜率中借助所述隨機發(fā)生器(21)來 選擇出一個頻率斜率。
8. 根據(jù)權利要求6或7所述的裝置，其特征在于，所述發(fā)送信號的所有頻率斜坡的頻率斜率借助所述隨機發(fā)生器 (21)來選擇。
9. 根據(jù)權利要求6至8之一所迷的裝置，其特征在于，在一個存儲器(22)中存儲了多個測量周期的多個頻率斜率樣式， 并借助所述隨機發(fā)生器(21)來選擇出所述頻率斜率樣式之一。
10. 根據(jù)權利要求6至9之一所述的裝置， 其特征在于，所述裝置被固定在汽車上用于自適應間距控制和/或觸發(fā)自動緊急剎車。
全文摘要
用于借助FMCW雷達進行多個目標的間距和相對速度測量的方法和裝置，其方式是發(fā)送信號以時間線性的斜坡斜率被發(fā)射，在目標上反射的接收信號被接收，并與所述發(fā)送信號相混頻。每個目標的每個頻率斜坡的混頻器輸出頻率被分配了一個間距和相對速度值的組合，由多個間距和相對速度組合的交點來確定一個可能的目標的距離和相對速度，其中所述的可能的目標由于多重性而可能是虛假目標或真正的目標。由于多重性而產生的虛假目標被消除，其方式是，在一個之后相隨的測量周期中按照隨機原則來改變至少一個頻率斜坡的頻率斜率。
文檔編號G01S13/00GK101147082SQ200680008978
公開日2008年3月19日 申請日期2006年3月2日 優(yōu)先權日2005年3月21日
發(fā)明者J·希爾澤貝赫爾, J·豪克, K·勒雷, M·蘭德勒, M·賴歇, O·瓦克爾, R·約爾丹 申請人:羅伯特·博世有限公司