用于角度估計的方法以及用于機(jī)動車的雷達(dá)傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于機(jī)動車的雷達(dá)傳感器的用于根據(jù)天線圖進(jìn)行雷達(dá)目標(biāo)的角 度估計的方法，該天線圖對于雷達(dá)目標(biāo)的不同配置給出對于所涉及的配置在雷達(dá)傳感器的 多個分析處理通道中獲得的信號之間的所屬的幅度和/或相位關(guān)系，本發(fā)明還涉及一種用 于執(zhí)行該方法的雷達(dá)傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002] 雷達(dá)傳感器在機(jī)動車中例如用于測量定位在本車輛的前方區(qū)域中的車輛或其他 對象的間距、相對速度以及方位角。多個天線元件例如相互有間距地設(shè)置在水平上，從而 所定位的對象的不同方位角導(dǎo)致在雷達(dá)信號從對象至相應(yīng)的天線元件必須經(jīng)過的行程 (LaufHnge)中的差。這些行程差導(dǎo)致在由天線元件接收并且在所屬的分析處理通道中被 分析處理的信號的幅度和相位中的相應(yīng)差。然后，通過在不同通道中接收的（復(fù)數(shù)的）幅 度與天線圖中的相應(yīng)幅度的比較（Abgleich)可以確定雷達(dá)信號的入射角并且因此確定所 定位的對象的方位角。通過相應(yīng)的方式也可以以垂直相疊設(shè)置的天線元件估計對象的俯仰 角。
[0003] 對于單個目標(biāo)可以實現(xiàn)所接收的幅度與在天線圖中的幅度之間的比較，其方式 是，對于每一個角在天線圖中計算所測量的幅度的向量（在k個分析處理通道的情況下該 向量是具有k個復(fù)數(shù)分量的向量）與天線圖中的相應(yīng)向量之間的相關(guān)性。該相關(guān)性可以通 過所謂的 DML 函數(shù)（Deterministic Maximum Likelihood Funktion)表達(dá)，如果給定所測 量的幅度的確定的向量，則該DML函數(shù)對于每個角給出對象位于該角處的概率。然后角度 估計在于，搜索該DML函數(shù)的最大值。DML函數(shù)在該情況下僅僅取決于唯一的變量，亦即涉 及的方位角或俯仰角。因此，對最大值的搜索在一維搜索空間中進(jìn)行。
[0004] 如果雷達(dá)傳感器同時定位多個目標(biāo)，則這些目標(biāo)在正常情況下的不同之處在于其 間距和/或其相對速度，從而這些目標(biāo)可以相互分開并且那么可以對于每一個目標(biāo)分別進(jìn) 行角度估計。然而如果兩個對象的間距和相對速度相互如此類似，使得由于雷達(dá)傳感器的 有限的分辨能力不能夠?qū)崿F(xiàn)所述分開，則兩個對象視為一個唯一的目標(biāo)，并且在上述角度 估計中獲得僅僅一個唯一的角作為結(jié)果。然而因為在真實中涉及兩個目標(biāo)，所以導(dǎo)致在由 兩個對象散射回并且在雷達(dá)傳感器上疊加的信號之間的干擾。這導(dǎo)致，所接收的幅度的模 式不再相應(yīng)于用于單個對象的天線圖。
[0005] 然而可能的是，將上述方法概括成根據(jù)兩目標(biāo)估計或更多目標(biāo)估計的角度估計。 那么，DML函數(shù)是多個變量的函數(shù)，所述多個變量亦即不同目標(biāo)的角，并且因此在η目標(biāo)估 計的情況下搜索空間具有η維。那么，在該搜索空間中DML函數(shù)的最大值的位置具有η個 分量，它們給出所有η個目標(biāo)的定位角。
[0006] 然而，多目標(biāo)估計具有的缺點在于，在多維搜索空間中的搜索是格外耗費計算的。 此外，該方法基于不可避免的信號噪音是容易出錯的。
[0007] 在機(jī)動車中雷達(dá)傳感器的實際應(yīng)用中，如果存在僅僅一個唯一的雷達(dá)目標(biāo)，則也 經(jīng)常發(fā)生：通過散射回的信號在行車道表面或在護(hù)欄上的反射冒充附加的表象目標(biāo)，所述 附加的表象目標(biāo)在真實中僅僅涉及定位對象的鏡像。在該情況下，這些間距和相對速度幾 乎相同。雖然在行車道表面或護(hù)欄上反射的信號進(jìn)行一定的繞路，然而基于幾乎條狀的反 射幾乎不能夠測量所述繞路。因此不能夠在真實目標(biāo)與表象目標(biāo)之間進(jìn)行區(qū)分，從而，如果 可以預(yù)期在行車道表面上的反射，則嚴(yán)格來講在俯仰角估計中必須實施多目標(biāo)估計；如果 可以預(yù)期在護(hù)欄或類似的有延展的（ausgedehnt)對象上的反射，則在方位角估計中必須 實施多目標(biāo)估計。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的任務(wù)在于，提出一種方法，該方法在以下狀況中能夠?qū)崿F(xiàn)更簡單和更準(zhǔn) 確的角度估計：在所述狀況中可以預(yù)期雷達(dá)信號在有延展的對象上的反射。
[0009] 該任務(wù)根據(jù)本發(fā)明通過以下方式解決：即對于單個真實目標(biāo)在數(shù)學(xué)上對數(shù)量η個 表象目標(biāo)的產(chǎn)生進(jìn)行建模，所述表象目標(biāo)通過來自真實目標(biāo)的信號在有延展的對象上的反 射引起；計算真實目標(biāo)的定位角與表象目標(biāo)的定位角之間的關(guān)系；并且為了估計真實目標(biāo) 的定位角在η維搜索空間中執(zhí)行多目標(biāo)估計并且將搜索限于一個通過所述計算的關(guān)系確 定的子空間。
[0010] 在兩目標(biāo)估計的情況下，搜索空間具有二維。基于反射定律，對于真實目標(biāo)的定位 角和表象目標(biāo)的定位角獲得一個關(guān)系，該關(guān)系在二維搜索空間中限定一維子空間。
[0011] 通常所述關(guān)系是非線性的，從而子空間未必涉及向量空間。如果將二維搜索空間 表示為一個平面的一個區(qū)段，則一維子空間通過在該平面中的（一般彎曲的）線代表。然 而，在小的角的情況下，定位角之間的關(guān)系幾乎是線性的，并且獲得一個向量空間作為子空 間，該向量空間通過平面中的直線代表。在任何情況下，對DML函數(shù)的最大值的搜索可以限 于以下一些位置：所述位置位于一條直線或線上或者一一在考慮在確定所述關(guān)系時不可避 免的誤差的情況下一一位于繞該線的一個狹窄周圍中、亦即平面中的一個條帶中，該條帶 包含所述直線或線并且其寬度通過允許的公差確定。在本申請的意義上，名稱"子空間"涉 及該整個條帶并且不僅僅涉及在該條帶內(nèi)的一維線。
[0012] 通過子空間的限制極大地降低了計算耗費。此外表明，通過該方法也改善角度估 計的精度。
[0013] 有利的設(shè)計方案和擴(kuò)展方案在從屬權(quán)利要求中給出。
【附圖說明】
[0014] 下面根據(jù)附圖進(jìn)一步闡明各實施例。其中：
[0015] 圖1 :用于機(jī)動車的雷達(dá)傳感器的方框圖，借助該雷達(dá)傳感器可執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明 的方法；
[0016] 圖2 :以下狀況的示意圖：在該狀況中在雷達(dá)目標(biāo)上散射的信號在護(hù)欄上被反射；
[0017] 圖3 :-種雷達(dá)傳感器的可能的天線配置的草圖；
[0018] 圖4 :DML函數(shù)的和在二維搜索空間中的用于角度估計的子空間的圖形顯示；以及
[0019] 圖5和6 :用于比較不同的角度估計方法的仿真計算的結(jié)果。
【具體實施方式】
[0020] 在圖1中示出的雷達(dá)傳感器具有四個接收天線元件1〇、12、14、16，它們共同地形 成平面組合天線18。雷達(dá)傳感器如此安裝到機(jī)動車中，使得天線元件10-16并排位于相同 高度上，從而在水平上（在方位中）實現(xiàn)雷達(dá)傳感器的角度分辨能力。在圖1中象征性地 示出雷達(dá)射束，所述雷達(dá)射束在方位角Θ下由天線元件接收。
[0021] 用于控制發(fā)送天線元件22的高頻部分20例如通過MMIC(單片微波集成電路）形 成并且包括本地振蕩器24,該本地振蕩器產(chǎn)生待發(fā)送的雷達(dá)信號。由天線元件10-16接收 的雷達(dá)回波分別提供給混頻器28,在那兒雷達(dá)回波與由振蕩器24提供的發(fā)送信號進(jìn)行混 頻。通過這種方式對于天線元件中的每一個獲得一個中間頻率信號Zl、Z2、Z3、Z4,所述中 間頻率信號提供給電子控制和分析處理單元30。
[0022] 控制和分析處理單元30包含控制部分32,其控制振蕩器24的功能。在示出的例 子中，雷達(dá)傳感器是FMCW雷達(dá)（調(diào)頻連續(xù)波），也就是說，由振蕩器24提供的發(fā)送信號周期 性地以上升頻率斜坡序列和/或下降頻率斜坡序列的形式調(diào)制。
[0023] 此外，控制和分析處理單元30包含具有四通道的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器34的分析處 理部分，所述模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器將從四個天線元件獲得的中間頻率信號Z1-Z4數(shù)字化并且 分別通過單個頻率斜坡的持續(xù)時間記錄。如此獲得的時間信號隨后以通道方式在變換級36 中通過快速傅里葉變換轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的頻譜。在這些頻譜中每個所定位的對象以峰值的形 式呈現(xiàn)，其頻率位置取決于從雷達(dá)傳感器到對象以及返回到雷達(dá)傳感器的信號傳播時間以 及一一基于多普勒效應(yīng)一一與對象的相對速度。由兩個峰值的頻率位置一一其對于同一對 象獲得，然而針對具有不同的斜度例如上升斜坡和下降斜坡的頻率坡一一隨后可以以公知 的方式計算涉及的對象的間距d和相對速度V。
[0024] 如在圖1中根據(jù)雷達(dá)射束示意性示出的那樣，天線元件10-16的不同位置導(dǎo)致：由 同一天線元件發(fā)射的雷達(dá)射束在對象上反射并且然后又由不同的天線元件接收，經(jīng)過不同 的行程并且因此具有相位差，所述相位差取決于對象的方位角Θ。而且所屬的中間頻率信 號Z1-Z4具有相應(yīng)的相位差。而且接收信號的幅度（量值）從天線元件到天線元件是不同 的，同樣取決于方位角Θ。接收信號的復(fù)數(shù)幅度一一也就是絕對值和相位與方位角Θ的關(guān) 系可以對于每個天線元件以圖的形式保存在控制和分析處理單元30中。用于各個天線元 件的圖可以合并為一個天線圖，該天線圖對于每個天線元件給出接收信號的幅度作為方位 角的函數(shù)。角度估計器38對于每個所定位的對象（頻譜中的每個峰值）將在四個接收通 道中獲得的復(fù)數(shù)幅度與天線圖進(jìn)行比較，以便因此估計對象的方位角Θ。在此假定以下值 為方位角的最大可能的值，在該值的情況下所測量的幅度最好地與在天線圖中讀取的值相 關(guān)。
[0025] 圖2示出了一種交通狀況的俯視圖，其中，根據(jù)圖1的安裝到機(jī)動車40中的雷達(dá) 傳感器定位了目標(biāo)42,在該例子中該目標(biāo)為行駛在前面的車輛。目標(biāo)42被理想化地假設(shè)為 點狀。由雷達(dá)傳感器發(fā)射的信號在目標(biāo)42上被散射回并且在相同的路徑上傳播回到雷達(dá) 傳感器。雷達(dá)傳感器基于該信號測量對象間距d。
[0026] 然而射到目標(biāo)42上的雷達(dá)射束也沿其他方向散射或反射，從而該射束的一部分 例如射到底護(hù)欄44上并且由該護(hù)欄反射回到雷達(dá)傳感器中。該反射對于雷達(dá)傳感器看起 來如另一目標(biāo)，即表象目標(biāo)46,其涉及真實目標(biāo)42的鏡像。
[0027] 與在圖2中的未按比例的示圖不同，在實踐中在機(jī)動車40與目標(biāo)42之間的間距 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于兩個車輛與護(hù)欄44的間距。因此對象間距d與表象目標(biāo)46的表象間距之間的差 如此小，使得該差通常位于雷達(dá)傳感器的分辨邊界之下。而且目標(biāo)42的與表象目標(biāo)46之 間的相對速度實際上相同，從而雷達(dá)傳感器不能夠分開這兩個目標(biāo)。但是同樣在在直接路 徑上散射回到雷達(dá)傳感器的信號與在護(hù)欄44上反射的信號之間產(chǎn)生疊加和干擾，這使角 度估計的結(jié)果失真。為了考慮該效應(yīng)，必須實施兩目標(biāo)估計，其提供兩個方位角，亦即用于 目標(biāo)42的方位角0d和用于表象目標(biāo)46的另一方位角Θ Γ。
[0028] 然而，兩個方位角Θ d和Θ r不是相互獨立的。如果yl是機(jī)動車40中的雷達(dá)傳 感器與護(hù)欄44之間的橫向間距，y2是目標(biāo)42與護(hù)欄之間的橫向間距，而在目標(biāo)42與機(jī)動 車40之間的X是沿行駛方向測量的間距，則有：
[0029] tan Θ d = (yl-y2)/x, tan Θ r = (yl+y2) /χ (I)
[0030] 由第一等式得出：
[0031] y2 = yl-χ · tan Θ d (2)
[0032] 并且因此：
[0