本發(fā)明屬于雷達傳感領(lǐng)域并且特別涉及多輸入多輸出(mimo：multiple-input-multiple-output)和合成孔徑(sar)雷達領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、用于測量對象的距離、相對速度和角度的雷達系統(tǒng)在機動車輛中越來越多用于安全性功能和舒適功能。如今，為此尤其使用具有多輸入多輸出(mimo)的雷達，即具有許多用于發(fā)射和接收雷達信號的傳遞通道的雷達。最近，合成孔徑(sar)雷達變得已知。合成孔徑的原理允許在雷達傳感器自身運動時尤其更精確的角度測量。合成孔徑使用這種情況：發(fā)射天線和接收天線在每個測量時間點由于雷達傳感器的自身運動而在不同的地理位置出現(xiàn)。然后將測量處理成合成的天線孔徑。在分析評價時這可以等同大天線孔徑沿著行駛軌跡。因此實現(xiàn)大的合成孔徑，由于大量的必要的天線元件，具有實際的天線孔徑的孔徑可能是不實際或完全不可能的。在角度測量中通過合成孔徑(sar)與實際的天線孔徑相比更高的分辨率是可能的。

2、為了使測量的雷達信號評估為合成孔徑，通常假定雷達周圍環(huán)境是靜態(tài)的。附加的，雷達傳感器的自身運動和因此以下位置應(yīng)是已知的，在這些位置處進行單個的測量。雷達的軌跡輸入sar分析評價算法中并且該軌跡描述為sar圖像計算的基礎(chǔ)。根據(jù)分析評價算法對于sar圖像計算自身速度估計值代替更精確的軌跡可以是足夠的。因此典型地假定軌跡是線性的，復(fù)雜的軌跡反之是不可成像的。

3、如今在機動車輛領(lǐng)域的雷達系統(tǒng)常規(guī)下使用調(diào)頻連續(xù)波雷達(fmcw：frequenzmoduliertes?dauerstrichradar)，該雷達具有快速增加的斜坡——所謂的快速啁啾調(diào)制(fast-chirp-modulation)——，在該調(diào)制中可以以相同的陡峭斜率依次運行多個線性頻率斜坡。目前的發(fā)射信號和接收信號的混合產(chǎn)生低頻的信號(所謂的節(jié)拍頻率)，該信號的頻率與距離成比例。常規(guī)下如此設(shè)計系統(tǒng)，使通過多普勒頻率造成的節(jié)拍頻率的份額被忽略不計。獲得的距離信息很大程度上是清晰的。此外，通過觀察在斜坡上的復(fù)距離信號的相位的時間發(fā)展可以確定多普勒偏移并且由此求取相對速度。距離的求取和相對速度的求取互相獨立地進行。為此常規(guī)下使用二維的傅里葉變換。

4、傳統(tǒng)的sar分析評價基于靜態(tài)目標。不滿足假定的運動的目標，導(dǎo)致錯誤的、偏移的角度和在sar圖像中的模糊的成像。然而在機動車輛的情況下運動的目標同樣是有興趣的(例如，避免與這樣的機動車輛碰撞)。為了估計雷達傳感器的自身軌跡或者自身速度，兩種方法是已知的：一種是使用外部傳感器，例如慣性測量單元(imu)或里程計傳感器。另一種是使用非常耗費計算的自動對焦算法，該算法對于實時處理是不可用的。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主題是使用下列詳細說明的具有波導(dǎo)天線陣列的雷達傳感器來確定環(huán)境中的多個目標的自身速度估計值和角度估計值的方法，下面詳細說明其方法步驟。

2、雷達傳感器的波導(dǎo)天線陣列具有至少兩組天線單元，其中，在每個天線單元中天線元件在第一方向上互相并排布置。在第一組中，天線單元在與第一方向垂直的第二方向上相互偏移地布置。在第二組中，天線單元在第一方向上相互偏移地布置。因此創(chuàng)造具有多輸入多輸出(mimo)的雷達傳感器。

3、雷達傳感器使用數(shù)字波束形成(dbf：digitale?strahlformung)，使得天線單元的天線元件可以接收和分析評價雷達信號。具有天線單元的第一組在第二方向上優(yōu)選用于測量方位角并且具有天線單元的第二組在第一方向上優(yōu)選用于測量仰角。

4、在第二組中可以設(shè)置，天線單元僅在第一方向上相互偏移地布置。這導(dǎo)致在數(shù)字波束形成時減少計算開銷?？蛇x的，在第二組中，天線單元可以附加地在第二方向上是相互偏移地布置。因此對于第二組能夠?qū)崿F(xiàn)在第二方向上的測量并且雷達傳感器被設(shè)計為多輸入多輸出(mimo)。

5、優(yōu)選的，陣列組交替地要么分配給發(fā)射側(cè)要么分配給接收側(cè)。根據(jù)mimo原理發(fā)射和接收天線原則上是可交換的。

6、接下來在靜態(tài)目標(也稱為靜止目標)和運動的目標(也稱為運動目標)之間進行區(qū)分。靜態(tài)目標是在周圍環(huán)境中自身不運動的對象，即例如建筑物、樹木、在街上或街邊的基礎(chǔ)設(shè)施等。運動的目標是周圍環(huán)境中的運動對象，即例如其他機動車輛、行人、其他交通參與者等。

7、雷達傳感器自身移動并且因此發(fā)射多個測量信號并且接收被目標反射的信號。因此雷達傳感器是具有合成孔徑的雷達傳感器。對于每個目標由發(fā)射和接收的信號求取相對速度。為了求取相對速度在測量信號中分析評價多普勒效應(yīng)并且尤其求取多普勒偏移。此外，同樣由發(fā)射的和接收的信號求取雷達傳感器和目標之間的距離。這可以例如經(jīng)由傅里葉處理進行。為了在測量中辨別目標，執(zhí)行具有恒虛警率(cfar：konstantenfalschalarmrate)的探測。

8、隨后執(zhí)行粗糙的角度估計。因此對于每個目標分別估計角度估計值，該估計值表征在雷達傳感器的自身速度的方向——即雷達傳感器自身運動的方向(“向前方向”)——和相應(yīng)目標之間的目標角度。角度估計可以例如借助數(shù)字波束形成進行。為此雷達傳感器具有至少一個附加的接收通道和/或至少一個附加的發(fā)射通道。優(yōu)選的，角度估計值直接給出目標角度。雖然目標角度也可以由變換或者由角度估計值的數(shù)學關(guān)系間接得知。因為稍后仍繼續(xù)處理角度估計值，所以角度估計與傳統(tǒng)的角度測量相比可能是明顯更不精確的。

9、通過逆投影借助相對速度和角度估計值，為每個目標單獨計算雷達傳感器的個體自身速度估計值。這意味著對于每個目標使用測量的或者估計的值，以分別從中獲得雷達傳感器的個體自身速度估計值。因此典型地求取大量因此取決于目標速度的個體自身速度估計值。對于靜態(tài)目標，個體自身速度估計值靠的較近，因為在目標和雷達傳感器之間的相對速度與雷達傳感器的自身速度和與目標角度是成比例的。對于移動目標，雖然個體自身速度估計值相隔較遠，因為相對速度不僅取決于雷達傳感器自身速度和目標角度的相對速度也取決于目標的速度。此外在典型情況下，與具有與雷達傳感器相同的相對速度的運動目標相比在周圍環(huán)境中存在明顯更多的靜態(tài)目標，并且運動目標在正常情況下具有互相不同的速度。

10、因此個體自身速度估計值的分類和劃分，尤其通過分群(clustering)，是可能的。為此，為個體自身速度估計值定義一個區(qū)域，通過該區(qū)域可以在靜態(tài)目標和運動目標之間進行區(qū)分。將相互之間處于預(yù)給定的區(qū)域之內(nèi)的個體自身速度估計值分配給靜態(tài)目標。將處于區(qū)域之外的個體自身速度估計值分配給運動目標。因此可以識別運動目標(運動目標顯示mti-moving?target?indication)。分別計算的個體自身速度估計值可以例如記錄在直方圖中用于分類。

11、緊接著根據(jù)分配而定分開地分析評價個體自身速度估計值。對于靜態(tài)目標由分配給靜態(tài)目標的個體自身速度估計值求取組合的自身速度估計值。組合的自身速度估計值被看作雷達傳感器的真實速度，因為該估計值基本上只由靜態(tài)目標計算得到(自動對焦)。此外，對于靜態(tài)目標借助組合的自身速度估計值和相應(yīng)測量的相對速度計算經(jīng)校正的角度估計值。經(jīng)校正的角度估計值可以被看作相對于雷達傳感器的目標的真實角度。

12、此外，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)直接由測量確定自身速度估計值和角度估計值，而不需要附加的傳感器，例如imu或者里程計傳感器。典型的在機動車輛中使用的里程計傳感器大多數(shù)是遠離雷達傳感器布置的并且此外在每個時間間隔實施太少的測量。

13、對于所說明的方法，通過使用具有波導(dǎo)天線陣列的雷達傳感器組合具有波導(dǎo)天線和mimo和sar方案。因此，同樣的天線單元或者天線元件不僅用于mimo而且用于sar。結(jié)果是，可以減少雷達傳感器通道的數(shù)量并且因此最小化天線面積。尤其在波導(dǎo)天線中減少通道有巨大優(yōu)勢，因為其由于三維結(jié)構(gòu)典型地需要大空間并且需要高開銷的生產(chǎn)。

14、通過波導(dǎo)天線的應(yīng)用在天線陣列元件的布置中實現(xiàn)大的自由度。因此可以以更簡單的方式實現(xiàn)天線單元有利的λ/2布置，該布置不僅關(guān)于動力學而且關(guān)于唯一明確的角度估計是有利的。

15、因此，接收的，經(jīng)下混頻的和在基帶被采樣的天線陣列的雷達信號與mimo和sar的組合兼容，必須能夠?qū)崿F(xiàn)對多普勒頻率唯一明確的采樣。對于相對速度vrel,r,u的徑向部分的清晰可檢測的區(qū)域適用：

16、

17、在此，vrel,r,max和vrel,r,min是這個區(qū)域的上界限和下界限。表示最大唯一明確可檢測的多普勒頻率的帶寬，c表示波傳播速度，jc表示雷達信號的傳輸頻率，表示同一發(fā)射天線的兩個頻率斜度(chirp-to-chirp)之間的持續(xù)時間。

18、在時分復(fù)用方法中，兩個頻率斜度之間的持續(xù)時間在固定的帶寬和固定的斜坡陡峭度或者斜坡持續(xù)時間中隨著發(fā)射器的數(shù)量變大，使得發(fā)射器的基于時間復(fù)用數(shù)量在傳統(tǒng)的fmcw-mimo雷達傳感器中受限。優(yōu)選的，在本發(fā)明中在頻率維度(頻分復(fù)用fdm,frequency?division?multiplexing)或者在碼維度(碼分復(fù)用cdm,code?divisionmultiplexing)執(zhí)行多路復(fù)用。對于sar不存在關(guān)于發(fā)射器數(shù)量的這樣的限制。

19、有利的，在分類和劃分個體自身速度估計值時使用的預(yù)給定的區(qū)域是測量的誤差容許區(qū)域。該區(qū)域是由相對速度測量的誤差和角度估計的誤差求取的。因此實現(xiàn)，在誤差界限內(nèi)為了測量特別進行劃分并且因此提供最大可能的選擇性。

20、為了確定組合的自身速度估計值，可以計算個體自身速度估計值的平均速度值。為此可以執(zhí)行經(jīng)典的平均，例如算數(shù)平均值，加權(quán)平均(具有例如取決于信號噪聲比的加權(quán))，在直方圖中確定最大值，求中位數(shù)等。

21、優(yōu)選設(shè)置，也對于運動目標求取相應(yīng)的角度估計值和相應(yīng)的速度估計值。因為運動目標的速度不是已知的，前述描述的分析評價可能導(dǎo)致錯誤的角度估計值。在上述角度估計中對于同樣一個運動目標得出的角度估計值可以用作相應(yīng)運動目標的角度估計值。因此盡管沒有實現(xiàn)改進了的角度估計，但是避免了錯誤的角度估計。此外，可以由借助多普勒偏差測量的相對速度求取相應(yīng)運動目標的徑向速度估計值。為此，假定前述求取的組合的自身速度估計值作為雷達的自身速度并且以目標角度的余弦加權(quán)，并且將其從相對速度中減去。

22、不僅將雷達的運動而且將運動目標的運動假定為平面中的二維。然而被傳感器測量的目標可以存在于相對平面的不同高度處。當例如僅對象的部分被檢測時這尤其可以發(fā)生。在這種情況下對于目標可以求取平面和目標之間的仰角。優(yōu)選的，對于每個目標借助相對速度和已估計的角度在求取雷達傳感器的個體自身速度估計值時考慮仰角。

23、雷達傳感器優(yōu)選是啁啾序列雷達(chirp-sequenz-radar)，該雷達作為調(diào)頻連續(xù)波雷達起作用并且發(fā)射具有快速上升的斜坡的啁啾信號(chirp-signale)。因此距離以自身已知的方式可輕松測量。此外，可以由復(fù)距離信號的相位的在斜坡上的時間發(fā)展確定多普勒效應(yīng)，尤其是多普勒偏移并且因此測量相對速度。

24、對于借助多普勒效應(yīng)求取相對速度可以使用本身已知的方法。這種情況下，優(yōu)選基于chirp-z變換(czt)的keystone處理，因為其尤其是計算高效的并且可以補償出現(xiàn)的遷移效應(yīng)。