用于在雷達(dá)系統(tǒng)中確定仰角的設(shè)備和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于在雷達(dá)系統(tǒng)中確定仰角的設(shè)備和方法。本發(fā)明尤其涉及一種 用于在雷達(dá)區(qū)內(nèi)出現(xiàn)多個(gè)目標(biāo)的情況下確定仰角的設(shè)備和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)代的車輛越來越多地配備有所謂的駕駛輔助系統(tǒng)，它們對(duì)機(jī)動(dòng)車的駕駛員例如 在流動(dòng)交通中駕車時(shí)以及例如在路邊泊車時(shí)進(jìn)行協(xié)助。
[0003] 在此，對(duì)于駕駛輔助系統(tǒng)的處理過程來說值得期望的是，對(duì)那些可被機(jī)動(dòng)車無危 險(xiǎn)地駛過的物體（例如位于地上的空飲料罐）與那些無論如何都不能被機(jī)動(dòng)車駛過的物體 (例如停放的汽車或樹木）進(jìn)行區(qū)分。為此有幫助的是，除了檢測(cè)到的物體的方位上的角位 置之外也附加地求得仰角，也就是物體的垂直位置。
[0004] 德國(guó)專利申請(qǐng)DE 10 2010 064 348 A說明了用于機(jī)動(dòng)車的雷達(dá)傳感器。在此，天 線裝置能被這樣控制，即，該天線裝置具有時(shí)間上變化的方向特性。通過分析評(píng)價(jià)雷達(dá)回波 可以確定檢測(cè)到的物體的仰角。
[0005] -種用于確定仰角的可能性在于，對(duì)雷達(dá)傳感器裝置補(bǔ)充一個(gè)附加的仰角天線。 該仰角天線具有在仰角方向上與主系統(tǒng)天線的特性不同的方向特性。若將由仰角天線的發(fā) 射脈沖引起的、接收到的信號(hào)的振幅與由主天線的發(fā)射脈沖引起的信號(hào)的振幅相比較，則 可由振幅的這種比較推斷出物體的仰角。在此，對(duì)振幅的觀測(cè)針對(duì)振幅幅值的分析，或者替 換地也根據(jù)幅值和相位來分析評(píng)價(jià)復(fù)振幅。
[0006] 然而如果在雷達(dá)區(qū)的扇形區(qū)域中同時(shí)存在多于一個(gè)的物體，那么在這種情況下， 不再能夠由接收信號(hào)的振幅比明確地確定仰角。
[0007] 因此，需要一種雷達(dá)系統(tǒng)，該雷達(dá)系統(tǒng)能夠在雷達(dá)區(qū)內(nèi)多于一個(gè)物體時(shí)也可靠地 確定仰角。此外，也需要一種雷達(dá)系統(tǒng)，該雷達(dá)系統(tǒng)在雷達(dá)區(qū)段內(nèi)多于一個(gè)物體時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn) 對(duì)物體的可靠分類。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 根據(jù)一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種用于確定仰角的設(shè)備，其具有用于發(fā)出和接收 雷達(dá)信號(hào)的發(fā)射和接收單元；用于確定方位上的目標(biāo)參數(shù)的設(shè)備，該設(shè)備被設(shè)計(jì)用于求得 多個(gè)檢測(cè)到的目標(biāo)和用于對(duì)每個(gè)檢測(cè)到的目標(biāo)確定方位角；和用于確定仰角的設(shè)備，該設(shè) 備被設(shè)計(jì)用于基于方位上的目標(biāo)參數(shù)形成控制矩陣并且用于在考慮控制矩陣的情況下對(duì) 每個(gè)檢測(cè)到的目標(biāo)確定仰角。
[0009] 根據(jù)另一方面，本發(fā)明提供了一種用于在雷達(dá)系統(tǒng)中確定仰角的方法，其具有以 下步驟：確定方位上的目標(biāo)參數(shù)，其中，方位上的目標(biāo)參數(shù)包括檢測(cè)到的目標(biāo)的數(shù)量和針對(duì) 每個(gè)檢測(cè)到的目標(biāo)的方位上的角估算；基于方位上的目標(biāo)參數(shù)形成控制矩陣；并且在考慮 控制矩陣的情況下確定目標(biāo)的仰角。
[0010] 本發(fā)明的構(gòu)思在于，基于檢測(cè)到的目標(biāo)的求得的數(shù)量和配屬于每個(gè)目標(biāo)的方位角 為每個(gè)檢測(cè)到的目標(biāo)求得各自的仰角。在此，仰角的確定借助最小二乘法進(jìn)行。為此，構(gòu) 成一個(gè)適當(dāng)?shù)目刂凭仃?，該控制矩陣相?yīng)于雷達(dá)系統(tǒng)沿檢測(cè)到的目標(biāo)的方位方向的系統(tǒng)響 應(yīng)。基于該控制矩陣能夠確定接收信號(hào)的振幅比并且由此還能夠以簡(jiǎn)單的方式確定目標(biāo)的 仰角。
[0011] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的確定仰角的方案無需附加的另外的天線元 件或信號(hào)發(fā)生器形式的發(fā)射和接收硬件。根據(jù)本發(fā)明的用于確定仰角的方案可以在使用已 有的發(fā)射和接收硬件的情況下實(shí)現(xiàn)。
[0012] 本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)在于，在一個(gè)單個(gè)的雷達(dá)區(qū)內(nèi)在出現(xiàn)多個(gè)物體時(shí)也能夠正確地 估算仰角。因此，由這些信息能進(jìn)一步推斷出可靠的分類。
[0013] 在一個(gè)實(shí)施方式中，發(fā)射和接收單元包括信號(hào)產(chǎn)生設(shè)備、主天線和仰角天線。在 此，仰角天線優(yōu)選具有與主天線不同的方向特性。因此，通過比較一方面由主天線的發(fā)射 脈沖及另一方面由仰角天線的發(fā)射脈沖引起的接收信號(hào)，也可以進(jìn)行簡(jiǎn)單且可靠的仰角確 定。在替換的實(shí)施方式中，主天線和仰角天線具有相同的方向特性、但具有不同的相位中 心。
[0014] 在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，發(fā)射和接收單元經(jīng)由主天線發(fā)出多個(gè)信號(hào)，并且此外 經(jīng)由仰角天線發(fā)出至少一個(gè)信號(hào)，其中，經(jīng)由仰角天線發(fā)出的信號(hào)相應(yīng)于經(jīng)由主天線發(fā)出 的信號(hào)中的一個(gè)信號(hào)。因此，不僅經(jīng)由主天線而且經(jīng)由仰角天線發(fā)出至少一個(gè)相同的信號(hào)。 這可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的接收信號(hào)中的振幅的簡(jiǎn)單比較。因此，能夠特別簡(jiǎn)單地推斷出相應(yīng)的仰 角。
[0015] 在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，控制矩陣由天線方向圖的參數(shù)構(gòu)成。尤其是控制矩陣 優(yōu)選由通過所使用的天線的天線方向圖事先確定的目標(biāo)方位角的截面中的參數(shù)形成。因 此，這樣的控制矩陣反映了雷達(dá)系統(tǒng)在檢測(cè)到的目標(biāo)方向上的方向特性。
[0016] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，用于確定仰角的設(shè)備還包括用于存儲(chǔ)信號(hào)比與仰角之間預(yù)先 確定的關(guān)系的存儲(chǔ)器設(shè)備。以這種方式可以實(shí)現(xiàn)，對(duì)于所考慮的振幅比已經(jīng)分別提前計(jì)算 出仰角并且將該關(guān)系保存在表格中。因此，在操作運(yùn)行中消除了所需的高運(yùn)算耗費(fèi)，并且仰 角的確定能夠被特別快速地實(shí)施。
[0017] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，雷達(dá)信號(hào)是FMCW雷達(dá)信號(hào)（調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)Frequency Modulated Continuous Wave Radar)。這樣的雷達(dá)系統(tǒng)特別適合于求得距離和速度。
[0018] -個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式包括具有雷達(dá)系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)車，該雷達(dá)系統(tǒng)包括根據(jù)本發(fā)明的 用于確定仰角的設(shè)備。
[0019] 根據(jù)一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式，用于確定仰角的方法還包括用于逆轉(zhuǎn)控制矩陣的步 驟。通過這樣的逆轉(zhuǎn)，能夠以簡(jiǎn)單的方式建立并解開一個(gè)方程系統(tǒng)，該方程系統(tǒng)反映了用于 確定仰角的系統(tǒng)條件。
[0020] 根據(jù)另一實(shí)施方式，用于確定仰角的方法還包括用于分類檢測(cè)出的目標(biāo)的步驟。 優(yōu)選地，該用于分類的步驟包括在機(jī)動(dòng)車能駛過的目標(biāo)與機(jī)動(dòng)車不能駛過的目標(biāo)之間的區(qū) 分。這樣的分類可以通過根據(jù)本發(fā)明優(yōu)化的仰角確定方案可靠地實(shí)施，并且可實(shí)現(xiàn)具有改 善的輸入?yún)?shù)的駕駛輔助系統(tǒng)。
[0021] 盡管本發(fā)明被參照車輛中的雷達(dá)系統(tǒng)來說明，但是本發(fā)明并不局限于此。
【附圖說明】
[0022] 示出了 ：
[0023] 圖1兩個(gè)目標(biāo)場(chǎng)景的俯視示意圖；
[0024] 圖2兩個(gè)目標(biāo)場(chǎng)景的側(cè)視示意圖；
[0025] 圖3根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的用于確定仰角的設(shè)備的示意圖；及
[0026] 圖4根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的方法的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面使用的方向性術(shù)語(yǔ)，也就是如"左"、"右"、"上"、"下"、"前"、"后"及類似的概 念僅僅用于更好地理解附圖。這在任何情況下表示一般性的限制。在附圖中示出的圖是部 分立體的，并且出于清楚的原因不必按正確比例地示出。示出的部件和元件以及示出的原 則可在技術(shù)人員的考慮范圍內(nèi)變化并且匹配于相應(yīng)的應(yīng)用。相同的附圖標(biāo)記通常表示相同 類型或起相同作用的部件。
[0028] 本發(fā)明意義上的雷達(dá)系統(tǒng)首先是所有如下類型的系統(tǒng)，這些系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)并且接 收被周圍環(huán)境反射的、所述發(fā)出信號(hào)的分量，并且隨后基于發(fā)射的信號(hào)與接收的信號(hào)之間 的關(guān)系推斷出周圍環(huán)境。這樣的系統(tǒng)優(yōu)選發(fā)出電磁射束。在此發(fā)射出的信號(hào)不僅涉及短脈 沖信號(hào)，而且涉及在較長(zhǎng)時(shí)間間隔上發(fā)出的信號(hào)。這些信號(hào)能夠在時(shí)間、強(qiáng)度和/或頻率上 變化。本發(fā)明意義上的雷達(dá)系統(tǒng)尤其包括所謂的FMCW雷達(dá)系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)在預(yù)給定的 時(shí)間間隔上發(fā)出連續(xù)的信號(hào)，其中，所述信號(hào)的頻率隨時(shí)間變化。在此，通過信號(hào)頻率的適 當(dāng)變化能夠進(jìn)一步推斷出待檢測(cè)的目標(biāo)的數(shù)量、位置和相對(duì)速度。
[0029] 圖1示意性地示出一個(gè)場(chǎng)景的示例性俯視圖，在該場(chǎng)景中，多個(gè)物體31、32位于雷 達(dá)區(qū)20內(nèi)。例如在此涉及機(jī)動(dòng)車10,根據(jù)本發(fā)明的雷達(dá)系統(tǒng)被裝入到該機(jī)動(dòng)車中。從示 出的車輛10向右指向地示例性示出了雷達(dá)區(qū)20。兩個(gè)目標(biāo)31和32示例性地位于該雷達(dá) 區(qū)20內(nèi)。例如，目標(biāo)31可以是位于地面上的空飲料罐或類似物。這樣一個(gè)物體能夠被機(jī) 動(dòng)車無危險(xiǎn)地駛過。另外的目標(biāo)物體32例如可以是一個(gè)停放的機(jī)動(dòng)車或樹木。對(duì)于這樣 的物體應(yīng)避免與機(jī)動(dòng)車碰撞。
[0030] 雖然在這里、也如在下述始終觀測(cè)具有兩個(gè)目標(biāo)物體的雷達(dá)區(qū)，但是本發(fā)明原則 上也可以在雷達(dá)區(qū)內(nèi)有三個(gè)或更多的目標(biāo)物體時(shí)進(jìn)行。對(duì)雷達(dá)區(qū)內(nèi)僅兩個(gè)目標(biāo)物體的觀測(cè) 僅僅用于更好地理解，而不是本發(fā)明的限制。
[0031] 圖2示出了出自圖1中場(chǎng)景的側(cè)視示意圖。如由該視圖中可見，兩個(gè)物體31和32 位于不同的高度上，然而兩者都位于被該雷達(dá)系統(tǒng)照射的共同的雷達(dá)區(qū)20之內(nèi)。
[0032] 圖3示出了用于檢測(cè)目標(biāo)物體的雷達(dá)系統(tǒng)的示意性結(jié)構(gòu)。在此，該雷達(dá)系統(tǒng)首先 包括一個(gè)發(fā)射和接收單元11。在該發(fā)射和接收單元11內(nèi)部，首先由信號(hào)處理單元1產(chǎn)生一 個(gè)或多個(gè)雷達(dá)信號(hào)并且經(jīng)由主天線3發(fā)出。在此發(fā)出的電磁波碰到目標(biāo)物體31、32并且被 這些目標(biāo)物體31、32反射。接著，反射的電磁射束的一部分被接收天線2接收并且由信號(hào) 處理單元1處理。
[0033] 在此，為了沿方位方向分辨多個(gè)目標(biāo)，通過信號(hào)處理單元1可以產(chǎn)生多個(gè)不同類 型的信號(hào)。例如在FMCW雷達(dá)的情況下，能夠產(chǎn)生一些信號(hào)，在所述信號(hào)中頻率隨時(shí)間線性 上升或下降。因此，通過多個(gè)這樣的具有頻率上不同的上升或下降的信號(hào)能夠明確地區(qū)分 多個(gè)目標(biāo)。
[0034] 由此，通過應(yīng)用適當(dāng)?shù)姆椒ㄓ绕涫窃贔MCW雷達(dá)系統(tǒng)中即使在一個(gè)雷達(dá)區(qū)20內(nèi)有 多個(gè)目標(biāo)物體31、32時(shí)也能夠明確地確定距離、相對(duì)速度和方位角。
[0035] 此外，對(duì)雷達(dá)區(qū)20內(nèi)多個(gè)目標(biāo)的分辨也可通過一個(gè)具有多于一個(gè)接收通道的接 收天線2改善。為了明確地分辨多個(gè)目標(biāo)在此需要雷達(dá)系統(tǒng)中的接收通道的數(shù)量超過待檢 測(cè)的目標(biāo)的數(shù)量。否則，無法求得目標(biāo)物體的角位置。
[0036] 為了確定雷達(dá)區(qū)內(nèi)一個(gè)目標(biāo)的仰角，此外通過一個(gè)另外的仰角天線4附加地發(fā)出 信號(hào)，該信號(hào)同樣由目標(biāo)物體反射。該信號(hào)的反射也被接收天線