專利名稱：具有適應(yīng)性數(shù)字接收波束形成及可轉(zhuǎn)換的用于覆蓋近及遠(yuǎn)距離范圍的發(fā)射方向圖的雷達(dá)系統(tǒng)的制作方法
現(xiàn)有技術(shù)自一些年以來在具有預(yù)測(cè)檢測(cè)系統(tǒng)的駕駛員輔助功能領(lǐng)域中使用主要在76至77GHz頻率范圍內(nèi)的雷達(dá)傳感器。這種雷達(dá)傳感器至今仍使用在高級(jí)層次中，用于實(shí)現(xiàn)在30至180公里/小時(shí)的速度范圍中的“自適應(yīng)速度自動(dòng)控制(ACC＝自適應(yīng)巡航控制)”的輔助功能。
迄今在市場(chǎng)上可供給的雷達(dá)傳感器的特點(diǎn)在于以下的特性-作用距離至約120…150米，-水平檢測(cè)的范圍為±4°±10°，-角精度約為0.5°。
當(dāng)前的傳感器的限制在于，結(jié)構(gòu)深度相對(duì)地大或僅能不充分地滿足機(jī)動(dòng)車制造商對(duì)扁平得多的傳感器的要求。
由選擇的天線設(shè)計(jì)方案產(chǎn)生的水平檢測(cè)寬度的限制也是有缺點(diǎn)的，因?yàn)槔绾芡聿抛R(shí)別出駛?cè)胛锘蛟谡瓘澋乐械闹匾矬w常常由“視場(chǎng)”中消失。這里，尤其對(duì)于自動(dòng)的堵車跟車行駛迫切地需要在近至中等距離范圍中擴(kuò)寬視野。對(duì)此目前例如考慮使用附加傳感器如攝象機(jī)，或?qū)τ谥良s3米的超近距離使用超聲波傳感器。
另一主要的限制在于，迄今使用的雷達(dá)傳感器雖然可很精確地確定上述水平檢測(cè)區(qū)域中的目標(biāo)的角度偏差(Winkelablage)(角精度)，但這通常僅當(dāng)檢測(cè)一定距離上的及具有一定相對(duì)速度的目標(biāo)時(shí)才可能是可靠的。如果兩個(gè)或多個(gè)目標(biāo)在同一距離上及在一定情況下它們也具有相同速度，則僅當(dāng)雷達(dá)波瓣或雷達(dá)波瓣的半值寬度窄于待分辨目標(biāo)的角度間隔時(shí)，現(xiàn)在的雷達(dá)傳感器才可使各個(gè)目標(biāo)分開。但對(duì)于天線輻射的一定半值寬度在給定頻率或波長(zhǎng)情況下需要一定尺寸的天線孔徑。在具有直徑D及常數(shù)電流分布的圓形天線孔徑的情況下近似地有下列以度為單位的半值寬度υ與波長(zhǎng)λ(在77GHz時(shí)λ為3.9mm)的關(guān)系υ≈59°λ/D例如可達(dá)到至少2°的角度分辨，根據(jù)以上公式則應(yīng)選擇其孔徑直徑D≥115mm。這對(duì)于一個(gè)ACC傳感器是不可接受的，因?yàn)樽畲笤试S的結(jié)構(gòu)尺寸被限制在小得多的尺度上。另一方面需要這種約2°及可能更小角度的分辨能力，以便在更大的目標(biāo)距離上可進(jìn)行唯一的車道對(duì)應(yīng)。一個(gè)示范傳感器的孔徑直徑D例如為75(60)mm。由此在單個(gè)雷達(dá)波瓣的情況下將得到3.1°(3.8°)的最小可能的半值寬度。該實(shí)際半值寬度明顯更大，因?yàn)椴荒軐?shí)現(xiàn)常數(shù)的孔徑電流分布，而是其電流分布(Belegung)向著邊緣減小。在孔徑電流分布向著邊緣減小的情況下，上述公式中的系數(shù)(59°)上升到80°-100°之間的值上，這就是說，半值寬度在4.2°-5.2°的范圍中(對(duì)于D＝75mm)或在5.2°-6.5°的范圍中(對(duì)于D＝60mm)移動(dòng)。
由DE 197 14 570 A1公開了多射束的雷達(dá)系統(tǒng)，在該雷達(dá)系統(tǒng)中設(shè)有比接收單元多的發(fā)射單元，其中所設(shè)有的發(fā)射單元既可個(gè)別地也可同時(shí)以任意的組合被接通。并且接收單元可以轉(zhuǎn)換。因此可觀察的角度范圍可被擴(kuò)寬。
WO 2004/051308 A1涉及使用雷達(dá)脈沖及至少兩個(gè)天線單元的相對(duì)重疊的天線輻射方向圖來測(cè)量角位置的裝置。在接收側(cè)進(jìn)行至少兩個(gè)天線單元的接收信號(hào)的共同分析處理。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)借助權(quán)利要求1的措施，即在一個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)中，該雷達(dá)系統(tǒng)包括具有兩個(gè)不同方向圖的、尤其用于不同距離范圍的至少兩個(gè)發(fā)射天線、一個(gè)用于在至少兩個(gè)不同方向圖之間轉(zhuǎn)換的一個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)、至少兩個(gè)接收天線、一個(gè)用于在接收天線信號(hào)的相關(guān)上對(duì)至少兩個(gè)接收天線的數(shù)字化信號(hào)共同分析處理的分析處理裝置，可以實(shí)現(xiàn)在中等作用距離(1-50米)上一個(gè)非常寬的水平檢測(cè)范圍，例如至±40°，例如用于及早地識(shí)別出在該距離范圍中的駛?cè)胛?，及在大的作用距離(80-150米)上窄的水平檢測(cè)范圍，例如±6°。
不同的距離范圍可被靈活地及必要時(shí)動(dòng)態(tài)地轉(zhuǎn)換。通過使用數(shù)字分析處理方法的可能性，尤其通過參數(shù)估算方法可達(dá)到高的角度分辨。因此能夠可靠地檢測(cè)窄道狀況或分離緊相鄰的并且可能很不同的機(jī)動(dòng)車。通過使用平面輻射器、尤其是片單元-它們可個(gè)別地或尤其以列的方式被控制-可實(shí)現(xiàn)小的結(jié)構(gòu)深度。雷達(dá)系統(tǒng)的前端設(shè)計(jì)是可縮放的，即通過專門的實(shí)施形式，該前端可適配特殊的要求，例如對(duì)定位區(qū)域、作用距離的要求及由此可例如使用在車尾區(qū)域，用于死角監(jiān)視、車道更換輔助等，必要時(shí)也可設(shè)有數(shù)字信號(hào)分析處理的其它構(gòu)型。本發(fā)明允許使用現(xiàn)代的分析處理方法，所述方法的角度分辨能力(Winkeltrennvermoegen)不是直接與輻射孔徑的尺寸相關(guān)，而是在理論上甚至幾乎與其無關(guān)。這種方法以“基于子空間的參數(shù)估算方法”這一概念從80年代中期已被公知。最重要的代表是“音樂及才智”(Music und Esprit)方法。這些方案基于在接收側(cè)使用多個(gè)并聯(lián)的天線單元，每個(gè)天線單元具有相同的、彼此重疊的方向圖，及基于借助數(shù)字信號(hào)處理對(duì)這些準(zhǔn)時(shí)間同步存在的并列接收信號(hào)的相關(guān)特性的分析處理。這些方案允許在接收機(jī)上足夠信噪比(S/N)的情況下，即使在待分離的目標(biāo)的反射率極不同時(shí)也可得到高精度的角度分離。
為了實(shí)現(xiàn)這種天線裝置，使用平面天線結(jié)構(gòu)如所謂的片狀天線或其它平面天線結(jié)構(gòu)如偶極子或短的端部空載的導(dǎo)線段(“Stubs”)是特別有利的，它們此外提供了獲得減小結(jié)構(gòu)深度的最大扁平前端的可能性。為了實(shí)現(xiàn)最大水平檢測(cè)范圍而在角度估算中無相應(yīng)多值性的所謂“柵瓣”，并列的單輻射器優(yōu)選具有數(shù)量級(jí)為半自由空間波長(zhǎng)、即77GHz時(shí)約為2mm的距離。
在使用這種并列布置的情況下可使用所謂的數(shù)字波束形成方法，在這些方法中聚束的輻射波瓣僅通過數(shù)字信號(hào)處理來構(gòu)成，但不是如在透鏡天線中或拋物面天線中那樣在模擬量的高頻層面上。該數(shù)字波束形成對(duì)于檢測(cè)遠(yuǎn)距離目標(biāo)特別有利，因?yàn)橛纱丝尚纬勺銐虻腟/N及可以可靠地定位。
在迄今具有數(shù)字波束形成的前端的情況下視野被限制在約±10°上及由此僅可有限地用于這樣的功能這些功能要求對(duì)機(jī)動(dòng)車前面區(qū)域有明顯寬的方位角檢測(cè)。
在本發(fā)明中，在接收側(cè)不需要在高頻層面上構(gòu)成輻射波瓣，而各個(gè)天線列的接收信號(hào)可直接數(shù)字地或在相應(yīng)數(shù)字化后在天線信號(hào)的相關(guān)上被繼續(xù)處理(數(shù)字波束形成)。在多目標(biāo)的情況下通過數(shù)字層面中的該波束形成產(chǎn)生的限制可通過使用用于確定角度的高分辨估算方法被避開。


以下借助附圖來詳細(xì)地描述本發(fā)明的實(shí)施例。附圖表示圖1用于雷達(dá)前端的電路框圖，圖2單個(gè)天線單元，圖3串聯(lián)饋電的天線單元，圖4并聯(lián)饋電的天線單元，圖5及6具有多個(gè)單輻射器的發(fā)射天線的構(gòu)型，圖7構(gòu)造為單個(gè)單元的發(fā)射天線，圖8由多個(gè)單個(gè)單元及專門的連接構(gòu)成的發(fā)射天線，
圖9具有用于發(fā)射及接收支路的兩個(gè)不同的本地振蕩頻率的雷達(dá)前端，圖10兩個(gè)發(fā)射天線之間的轉(zhuǎn)換，圖11一個(gè)天線內(nèi)部多個(gè)單元的接通/關(guān)斷，圖12至14具有由放大器及多工器的擴(kuò)展的接收方案，圖15具有中間放大器的本地振蕩信號(hào)的分配。
具體實(shí)施例方式
圖1示出用于一個(gè)雷達(dá)前端1的電路框圖。該前端1詳細(xì)地由以下組成-一個(gè)必要時(shí)通過一個(gè)PLL(鎖相環(huán))及必要時(shí)通過一個(gè)DRO穩(wěn)定的、可調(diào)制的、優(yōu)選以所謂MMIC高集成的77GHz的源2(所謂的調(diào)制式本地振蕩器)，一個(gè)發(fā)射單元4，它由以下組成-至少兩個(gè)使用平面技術(shù)(片狀天線)的不同發(fā)射天線41及42，其中一個(gè)天線41被這樣設(shè)計(jì)，即它通過屬于天線41的單輻射器的波的相應(yīng)疊加產(chǎn)生出相對(duì)強(qiáng)會(huì)聚的天線波瓣，另一天線42被這樣設(shè)計(jì)，即它通過屬于天線42的單輻射器的波的相應(yīng)疊加產(chǎn)生出相對(duì)寬方位的天線方向圖或由僅僅一個(gè)輻射單元組成，必要時(shí)還有其它的發(fā)射天線，它們被這樣地設(shè)計(jì)，以致它們可產(chǎn)生其它的、專門的發(fā)射方向圖，-一個(gè)77GHz的轉(zhuǎn)換開關(guān)40，用于在不同的發(fā)射天線之間轉(zhuǎn)換，即在天線41與42及必要時(shí)其它的天線之間轉(zhuǎn)換，-一個(gè)接收單元5，它由至少兩個(gè)并聯(lián)的接收單輻射器51及52及必要時(shí)平面技術(shù)(片狀天線)的其它輻射器組成，它們的接收信號(hào)通過天線緊附近的一個(gè)混頻單元50降頻地混頻成一個(gè)中頻頻帶(基帶)，及
-一個(gè)功率分配器3，即所謂的Tx-Rx功率分配器，用于將77GHz源2的本地振蕩器功率分配成分別在發(fā)射單元4中及接收單元5中所需的分量。
發(fā)射天線41，42及接收天線51，52的相應(yīng)單輻射器43可如圖2至4所示地由一個(gè)單個(gè)的片60或由多個(gè)垂直地上下設(shè)置的片組成(天線列)。后者在取消其它聚焦單元如圓柱形透鏡的情況下是有利的，以便可在仰角方向(Elevationsebene)中既在發(fā)射側(cè)也在接收側(cè)會(huì)聚與車行駛道平面平行的能量。在一個(gè)天線列中片的饋電可作為串聯(lián)饋電61、并聯(lián)饋電62(corporate feed)或它們的組合實(shí)現(xiàn)。也可以是輻射耦合的饋電，例如通過多層的縫隙-片或片片耦合的饋電。天線列也可與行駛道表面垂直地布置。在仰角方向中的會(huì)聚既可在發(fā)射側(cè)也可在接收側(cè)也通過使用圓柱形透鏡來實(shí)現(xiàn)，則一個(gè)單個(gè)輻射器可通過一個(gè)單個(gè)的片來體現(xiàn)。它的焦線則會(huì)大約與單個(gè)片的中線相重合。
重要的是，相對(duì)于發(fā)射單元4的方位平面應(yīng)使用所謂的模擬波束形成方法，而接收單元5則這樣地構(gòu)型，即與一個(gè)后聯(lián)的分析處理單元一起使用所謂的數(shù)字波束形成方法。這基本上通過并聯(lián)布置的接收單輻射器與一個(gè)準(zhǔn)并聯(lián)的、必要時(shí)通過多工器單元引導(dǎo)的進(jìn)一步處理來達(dá)到。只有在接收側(cè)上通過并聯(lián)工作的各個(gè)接收天線或接收單輻射器51，52及必要時(shí)其它的接收天線的該數(shù)字方案才允許使用這樣的方法，所述方法可提供高的角度分辨率，即大大小于一個(gè)會(huì)聚的雷達(dá)波瓣的半值寬度。
對(duì)于77GHz源2的實(shí)施，可使用市場(chǎng)上可得到的用MMIC技術(shù)制造的芯片或芯片組或使用其它的產(chǎn)生77GHz的單元，例如耿氏(Gunn)器件。
根據(jù)圖5，第一發(fā)射天線41通過使用多個(gè)單輻射器43及它們?cè)贖F模擬信號(hào)層面上的連接44來實(shí)現(xiàn)。該模擬式連接44在功率分配的意義上允許例如這些單輻射器有一定的電流幅度分布。這例如可被這樣選擇，以致天線41的所謂副瓣取得主瓣以下很小的電平，例如-30dB。由此與迄今通用的傳感器相反地可作到在主瓣以外由目標(biāo)的“照明”產(chǎn)生的干擾保持很小。例如在天線41中使用七個(gè)單輻射器允許在副瓣下降到-28dB的情況下主瓣的寬度為±6.5°。圖6示出單輻射器43的四個(gè)列的一個(gè)變型方案。
第二發(fā)射天線42被用來實(shí)現(xiàn)盡可能寬的方位角照射。例如根據(jù)圖7在天線42中使用一個(gè)單個(gè)的輻射器單元可以得到約±40°的主瓣寬度。但也完全可以是，通過設(shè)有專門功率分配器45的多單元天線42的有針對(duì)性的設(shè)計(jì)(圖8)來達(dá)到大于±40°的更大的主瓣寬度。
使用強(qiáng)會(huì)聚的天線41能夠檢測(cè)到長(zhǎng)距離上，例如80米…150米處的目標(biāo)，但僅在窄的角度范圍中。這具有的優(yōu)點(diǎn)是，來自道路邊緣構(gòu)建物、尤其是護(hù)欄的干擾可被很強(qiáng)地降低。
使用方位角寬的發(fā)射天線42則允許例如在自身機(jī)動(dòng)車的前區(qū)域中一個(gè)很寬的方位角檢測(cè)范圍中定位目標(biāo)。因?yàn)樵?7GHz的能量未被聚焦，而是“寬地”被輻射，因此更遠(yuǎn)處的目標(biāo)僅很少被照射到，以致其反射很小及由此不會(huì)有干擾。因此天線41會(huì)是用于LRR(遠(yuǎn)程雷達(dá))工作模式的天線，而天線42則會(huì)被用于MRR(中程雷達(dá))或SRR(近程雷達(dá))模式及例如會(huì)用于實(shí)時(shí)地檢測(cè)外部(近的至中等距離的)區(qū)域中的駛?cè)胛锘蚱渌嚓P(guān)物體。對(duì)于MRR/SRR模式重要的是，接收用的單輻射器51，52及必要時(shí)其它天線具有寬的方位輻射特性。具有所述轉(zhuǎn)換可能性的整體可被稱為一個(gè)URR(全程雷達(dá))。
也可使用其它的發(fā)射天線，以便例如產(chǎn)生其它確定的發(fā)射方向圖，例如方位角或必要時(shí)垂直偏轉(zhuǎn)的波束、即雷達(dá)波瓣，它的最大部不指向與前端垂直的方向而是指向與其偏離的方向。并且天線41及42也可被這樣地設(shè)計(jì)，即它們的主輻射方向具有與前端的垂直線偏離的方向，以便例如實(shí)現(xiàn)在機(jī)動(dòng)車上的確定的安裝狀態(tài)，其中該傳感器例如可不垂直于機(jī)動(dòng)車軸線延伸。
通常所使用的各個(gè)發(fā)射天線41或42或必要時(shí)其它天線發(fā)射一個(gè)調(diào)制的77GHz的信號(hào)。在此情況下該調(diào)制可涉及FMCW，脈沖調(diào)制，F(xiàn)SK，偽噪聲(PN)或其它通用的雷達(dá)調(diào)制方法，或涉及所述這些方法的組合。
77GHz轉(zhuǎn)換開關(guān)40用于在不同的發(fā)射天線之間轉(zhuǎn)換，這就是說，在開關(guān)模式a)僅天線41發(fā)射與在開關(guān)模式b)僅天線42發(fā)射之間轉(zhuǎn)換。通過其它的開關(guān)模式必要時(shí)具有其它專門發(fā)射方向圖的其它天線可發(fā)射所提供的發(fā)射功率。這種77GHz轉(zhuǎn)換開關(guān)已可用(MMIC)集成技術(shù)來提供，但也可通過在分立結(jié)構(gòu)中使用所謂的PIN二極管來實(shí)現(xiàn)。
具有接收單輻射器51及52及必要時(shí)其它接收輻射器的接收單元5用于接收在各個(gè)目標(biāo)上反射的波。視調(diào)制類型而定，由相對(duì)發(fā)射信號(hào)的頻率偏移、傳播時(shí)間差或相位差可推斷出距離及通過所謂的多普勒效應(yīng)也可推斷出該目標(biāo)的相對(duì)速度。此外反射波傾斜地及由此以不同的相位關(guān)系入射到平行的接收單輻射器上，只要該目標(biāo)相對(duì)天線前端的法線具有側(cè)向的偏置。通過這些相位關(guān)系的分析可計(jì)算出這些目標(biāo)的角度偏差。傳統(tǒng)的方法如單脈沖方法通過相互在方位角上相互重疊的輻射波瓣的多個(gè)接收信號(hào)的量值比較(Betragsvergleich)來進(jìn)行該分析。既可用所謂的模擬形成的輻射波瓣來實(shí)施該單脈沖方法，例如可通過介電透鏡來產(chǎn)生這些輻射波瓣，或僅通過在分析處理單元中的數(shù)字信號(hào)處理(數(shù)字波束形成)產(chǎn)生這些重疊的輻射波瓣。另一方法是僅用一個(gè)輻射波瓣對(duì)檢測(cè)區(qū)域水平掃描。在此情況下則由角度的幅度分布來確定角度偏差。但在所有這些傳統(tǒng)的角度估算方法中分辨能力被限制在輻射波瓣的半值寬度上。
這里所述的發(fā)明在接收單元方面尤其涉及數(shù)字波束形成。在此情況下首先在接收單元中并行出現(xiàn)的多個(gè)接收單輻射器的接收信號(hào)通過一個(gè)混頻單元50降頻地混頻成模擬的基帶，放大及濾波、數(shù)字化及在處理器單元中與復(fù)數(shù)加權(quán)系數(shù)相乘及最后相加，即進(jìn)行在數(shù)字范圍中各個(gè)單輻射器的相關(guān)、尤其是加權(quán)求和。該方案也得到波束形成的信號(hào)，但僅以數(shù)字的方式。對(duì)于角度評(píng)估也可使用單脈沖方法或連續(xù)掃描。此外也可使用這樣的方法，這些方法不受角度分辨能力被限制在輻射波瓣的半值寬度上的限制。該所謂的“基于子空間的參數(shù)估算方法”分析接收單輻射器的相關(guān)特性。接收信號(hào)分解成所謂的信號(hào)及噪聲子空間可得到非常高的角分辨能力的可能性。
功率分配器3可以所謂的Wilkinson分配器、所謂T分配器，混合波導(dǎo)環(huán)行器或線路耦合器的形式來實(shí)現(xiàn)。其它的實(shí)施形式為平面透鏡，例如Rotman透鏡，或具有一個(gè)/多個(gè)集成放大器(有源功率分配)的分配器，它總地可作為MMIC來構(gòu)成。
所有77GHz的導(dǎo)線單元優(yōu)選用微帶線技術(shù)來構(gòu)成。但本發(fā)明與此無關(guān)。
以下將給出替換方案的實(shí)施形式及實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)-多于兩個(gè)發(fā)射天線，-多于兩個(gè)接收單輻射器，-通過MMICs或耿氏單元來實(shí)現(xiàn)77GHz源，-通過PLL單元及必要時(shí)一個(gè)DRO來穩(wěn)定/調(diào)制77GHz源，-根據(jù)圖9的具有用于發(fā)射及接收支路的不同頻率f1及f2的兩個(gè)源21因此該系統(tǒng)在接收側(cè)用中頻工作(這些源可例如通過分配器/PLL或倍頻器(Vervielfachung)連接到一個(gè)參考源20上)。
圖10表示在天線41與天線42之間轉(zhuǎn)換的形式的發(fā)射單元4內(nèi)的轉(zhuǎn)換開關(guān)40的第一實(shí)施形式，及圖11表示天線內(nèi)部的單元的接通/關(guān)斷形式的實(shí)施形式在天線41(整個(gè)天線的一部分)與42(整個(gè)天線)之間轉(zhuǎn)換。
圖12至14示出接收單元5增擴(kuò)了LNA(低噪聲放大器)70，多工器單元71及ZF前置放大器72。在根據(jù)圖12的第一變型方案中混頻器單元50增擴(kuò)了LNA 70和/或ZF前置放大器72。在根據(jù)圖13的第二變型方案中一個(gè)多工器單元71分步地使多個(gè)接收天線51，52連接到混頻器單元50上，后者可增擴(kuò)LNA 70和/或ZF前置放大器72。該多工器單元用于減少待被進(jìn)一步處理的接收通道的數(shù)目。在根據(jù)圖14的第三變型方案中多工器單元71使多個(gè)接收天線51，52與所屬的LNAs70分步地連接到混頻器單元50上，該混頻器單元可增擴(kuò)LNA和/或ZF前置放大器。當(dāng)多工器單元的噪聲過高時(shí)，最后的方案是有利的。
圖15示出增擴(kuò)具有一些放大器的Tx-LO分配器，這些放大器可使用在這些位置80，81，82，83的一個(gè)或多個(gè)上。在Tx-Rx功率分配器3與接收單元5的混頻器單元50之間的前置放大器80或在接收單元中到各個(gè)混頻器上的LO分配器內(nèi)的前置放大器81用于提供(相對(duì)于混頻器轉(zhuǎn)換損耗及混頻器附加噪聲)足夠好的混頻過程所需的本地振蕩器—功率電平。它們的使用與功率分配器3、接收單輻射器的數(shù)目及所選擇的混頻器方案的設(shè)計(jì)相關(guān)。替換地/附加地，也可在Tx-Rx功率分配器3與發(fā)射單元4之間使用放大器82或在天線轉(zhuǎn)換開關(guān)40與一個(gè)或多個(gè)發(fā)射天線41，42之間使用一個(gè)或多個(gè)放大器83。
功率分配器3，轉(zhuǎn)換開關(guān)40，混頻器單元50，增擴(kuò)了LNAs70的混頻器單元，多工器單元71，前置放大器80及ZF前置放大器72可部分分立地構(gòu)成，部分地集成到MMIC中或也可整個(gè)共同地高集成到一個(gè)MMIC中。在發(fā)射天線41，42及必要時(shí)其它天線的仰角中的會(huì)聚特性可能不同。在接收單輻射器51，52及必要時(shí)其它輻射器的仰角中的會(huì)聚特性也可能不同。
在汽車?yán)走_(dá)系統(tǒng)中通常使用FMCW(頻率調(diào)制的連續(xù)波)調(diào)制。為了使距離及速度信息彼此可分開，必需使用具有不同參數(shù)(例如斜坡斜率)的兩個(gè)或多個(gè)調(diào)制斜坡。通過在各個(gè)斜坡中的目標(biāo)產(chǎn)生的頻率線的所需相互對(duì)應(yīng)在(平面)單個(gè)單元(它們例如用于基于子空間的參數(shù)估算方法)的信號(hào)的分開處理/數(shù)字化時(shí)是特別困難的，因?yàn)樵诮邮諅?cè)不存在天線方向圖在方位角上的限制或至多在近距離范圍模式/MRR模式的范圍上存在限制。原則上接收在接收天線檢測(cè)區(qū)域中所有目標(biāo)的反射，由此僅通過目標(biāo)的數(shù)目使頻率線彼此對(duì)應(yīng)是很困難的。尤其在遠(yuǎn)距離范圍中在接收天線的檢測(cè)區(qū)域中檢測(cè)的目標(biāo)的數(shù)目可能極其大。因此必需通過附加措施盡可能地保證僅接收或處理這樣的目標(biāo)的信號(hào)，這些目標(biāo)對(duì)于當(dāng)前的工作狀態(tài)是至關(guān)重要的。對(duì)此優(yōu)選使用以下的措施-對(duì)于遠(yuǎn)距離范圍發(fā)射天線的方向圖被限制在±4°至±8°數(shù)量級(jí)的一個(gè)相對(duì)窄的角度范圍上，以致在高速公路上的彎道仍可被足夠地照射，否則僅是行駛車道(Fahrschlauch)內(nèi)的目標(biāo)被照射。此外發(fā)射天線的副瓣必需盡可能強(qiáng)地被抑制，因?yàn)榉駝t近距離范圍中的目標(biāo)、例如護(hù)欄，它們通過副瓣照射將會(huì)導(dǎo)致相對(duì)強(qiáng)的接收信號(hào)。
-由此必需導(dǎo)入用于近距離范圍的第二工作狀態(tài)。在該工作狀態(tài)中使用具有寬的方位角輻射特性的發(fā)射天線，因?yàn)閷?duì)于在市區(qū)交通中例如堵車跟車行駛、預(yù)防碰撞功能等的應(yīng)用必需覆蓋方位角中大的例如±60°的角度范圍。
-因?yàn)樵诮嚯x范圍的工作狀態(tài)中無需很大的作用距離，除了由于寬的主瓣造成的反正低的天線增益，發(fā)射功率還與轉(zhuǎn)換到近距離范圍相關(guān)地被減小。這以預(yù)期的方式減小了作用距離。
不位于由相應(yīng)的工作狀態(tài)覆蓋的距離范圍中的目標(biāo)，可對(duì)于FMCW調(diào)制通過一個(gè)與該工作狀態(tài)一起轉(zhuǎn)換的適配的用于基帶信號(hào)的濾波器來抑制。通過距離引起的基帶頻率明顯地大于通過多普勒頻移引起的基帶頻率。因此例如可對(duì)于遠(yuǎn)距離范圍用一個(gè)高通濾波器來抑制近目標(biāo)及對(duì)于近距離范圍用一個(gè)低通濾波器來抑制遠(yuǎn)目標(biāo)。對(duì)于濾波器的角頻率，由于由多普勒分量引起的距離不可靠性，必需設(shè)有這些通帶的一定的重疊。所述的濾波器特性通常仍由一個(gè)附加的高通特性覆蓋。后者用于部分地補(bǔ)償距離的動(dòng)態(tài)特性(接收功率正比于R-4)。調(diào)制參數(shù)(例如在FMCW情況下的斜坡斜率)應(yīng)作相應(yīng)的選擇。
此外，這里所述的在相應(yīng)距離范圍中關(guān)系重大的角度范圍上被檢測(cè)的目標(biāo)數(shù)目的減小對(duì)跟蹤目標(biāo)起到有利的作用。通常一個(gè)FMCW斜坡掃描的目標(biāo)檢測(cè)的質(zhì)量并不太好，以致不能可靠地識(shí)別所有的目標(biāo)及確定其位置。此外出現(xiàn)虛假回波及頻率線不能單義分辨的對(duì)應(yīng)。當(dāng)通過多個(gè)斜坡掃描的目標(biāo)被存儲(chǔ)在一個(gè)目標(biāo)表中并被跟蹤，必要時(shí)通過對(duì)預(yù)期位置的預(yù)計(jì)及僅當(dāng)多次被一致地檢測(cè)后才確認(rèn)一個(gè)目標(biāo)時(shí)，這些不可靠性可被排除。需處理的目標(biāo)愈多該所謂的跟蹤就愈難且計(jì)算上費(fèi)事。減少待處理的目標(biāo)數(shù)目在這里也是非常有益的。
輸入電平為-120…+5dBm的范圍應(yīng)被輸入級(jí)(混頻器)及必要時(shí)被LNA容許。在此情況下，在遠(yuǎn)距離范圍模式中輸入級(jí)的過調(diào)制是可接受的，只要僅出現(xiàn)來自近距離范圍的強(qiáng)信號(hào)的互調(diào)制成分。該互調(diào)制成分如同所屬的低頻上的輸入信號(hào)那樣位于基帶中并且通過上述的可轉(zhuǎn)換的濾波器被排除。與此相反地，在近距離范圍模式中發(fā)射功率被下降到這樣的程度，以致不再出現(xiàn)過調(diào)制及互調(diào)。
對(duì)于使用足夠快及廉價(jià)的A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)字化必需使基帶中的動(dòng)態(tài)變化限制在約60dB(10Bit)的范圍中。這在遠(yuǎn)距離范圍模式中通過NF信號(hào)支路的高通特性來實(shí)現(xiàn)，由此抑制低頻上的分量。通過在近距離范圍模式中發(fā)射功率的降低可降低對(duì)可轉(zhuǎn)換的濾波器的要求及降低NF放大器的與此相關(guān)的轉(zhuǎn)換要求。
當(dāng)天線列的距離大于自由空間波長(zhǎng)的一半時(shí)，在角度確定中將出現(xiàn)多值性(類似于柵瓣＝波束形成中的更高的衍射級(jí))。因此列的距離不能比半自由空間波長(zhǎng)大很多或必需是柵瓣范圍中的發(fā)射天線副瓣是這樣地小，以致在那里不再檢測(cè)到目標(biāo)。
在仰角中目標(biāo)的高度最大為4米(載重卡車)，典型約為2米。因?yàn)橐婚_始不知道，一個(gè)機(jī)動(dòng)車的哪個(gè)區(qū)域?yàn)樽顝?qiáng)的雷達(dá)目標(biāo)，在遠(yuǎn)距離范圍中載重卡車及摩托車應(yīng)大約在其整個(gè)高度上被照射(通常載重卡車體現(xiàn)為強(qiáng)的多的雷達(dá)目標(biāo))。在近距離范圍中目標(biāo)無需在整個(gè)高度上被檢測(cè)，因?yàn)橥ㄟ^小距離目標(biāo)上的較弱反射中心也可產(chǎn)生足夠的接收信號(hào)。此外在輻射波瓣的寬度中，對(duì)機(jī)動(dòng)車的擺動(dòng)和/或裝載應(yīng)包括一定的容差。對(duì)此典型為3°至4°的張角對(duì)于遠(yuǎn)距離范圍(在30米的距離上2米的高度)是足夠的。同時(shí)該窄的主瓣減小了地面的反射，該地面反射將導(dǎo)致不期望的信號(hào)或不存在的目標(biāo)(雜波)。
但在3米的距離上4°的張角僅可照射約20厘米范圍的高度，反射中心一定位于該范圍中。因此對(duì)于近距離范圍張角需要被加大到約5至20°(在3…10米的距離上1米的高度)。在此情況下，其中通常出現(xiàn)最強(qiáng)反射的區(qū)域(車號(hào)牌及周圍區(qū)域，車輪罩，…)被照射就足以。
以下再次總結(jié)重要的特征-發(fā)射天線用于兩個(gè)距離范圍的天線轉(zhuǎn)換，-近距離范圍盡可能寬及扁平的方向圖用于直至第一距離界限(或FMCW調(diào)制中的頻率界限)的雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)，-遠(yuǎn)距離范圍這樣構(gòu)成主瓣，即覆蓋高速公路或公路上包括典型的彎道半徑在內(nèi)的行駛車道(典型為±8°，有意義的范圍約±4°至±12°)，及副瓣盡可能地小(典型為-30dB及更小)；從第二距離界限(或FMCW調(diào)制中的頻率界限)起才進(jìn)行所檢測(cè)雷達(dá)目標(biāo)的處理，-距離界限的重疊，-接收側(cè)數(shù)字處理，尤其多個(gè)天線列被導(dǎo)入基帶及被數(shù)字化，其中也可出現(xiàn)這些列的轉(zhuǎn)換，-具有在方位角上寬的輻射特性的接收天線的列，例如多個(gè)單片在高度中設(shè)置成一個(gè)列。
這些特征也可選擇地與以下特征中的一個(gè)相組合1.用于遠(yuǎn)距離范圍的發(fā)射天線在仰角方向上具有一個(gè)相對(duì)窄的波瓣，約3至5°，用于近距離范圍的發(fā)射天線在仰角中具有寬的主瓣，例如20°，2.必要時(shí)具有放大倍數(shù)轉(zhuǎn)換的基帶濾波器的特性的轉(zhuǎn)換，3.對(duì)于近距離范圍模式發(fā)射功率的降低，4.調(diào)制轉(zhuǎn)換(FMCW參數(shù)或其它的調(diào)制原理(多普勒，脈沖多普勒，F(xiàn)SK))，5.在混頻器前面的可開關(guān)的LNAs，6.與數(shù)字波束形成及傳統(tǒng)的分析處理方法一起使用高分辨率的角估算方法。
權(quán)利要求
1.雷達(dá)系統(tǒng)，包括-具有不同方向圖的、尤其用于不同距離范圍的至少兩個(gè)發(fā)射天線，-用于在至少兩個(gè)不同發(fā)射方向圖之間轉(zhuǎn)換的一個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)(40)，-至少兩個(gè)接收天線(51，52)，-一個(gè)分析處理裝置，用于在接收天線信號(hào)的相關(guān)上對(duì)所述至少兩個(gè)接收天線的數(shù)字化信號(hào)共同分析處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于接收側(cè)的數(shù)字波束形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于分析處理裝置被這樣地構(gòu)成，使得雷達(dá)目標(biāo)的檢測(cè)可根據(jù)距離范圍來選擇。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中一項(xiàng)的雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于對(duì)于近距離范圍設(shè)有很寬的水平的方向圖及對(duì)于遠(yuǎn)距離范圍設(shè)有窄的方向圖。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中一項(xiàng)的雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于通過多個(gè)單天線單元的方向圖的疊加來實(shí)現(xiàn)不同的方向圖。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中一項(xiàng)的雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于設(shè)有一個(gè)具有將本地振蕩器功率分配給發(fā)射單元及接收單元的功率分配器的可調(diào)制的本地振蕩器(2，20)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中一項(xiàng)的雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于所述至少兩個(gè)接收天線的信號(hào)可通過一個(gè)混頻器單元被降頻地混頻成模擬量基帶及在數(shù)字化后可與一些復(fù)數(shù)加權(quán)系數(shù)相乘及可被相加。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6中一項(xiàng)的雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于所述至少兩個(gè)接收天線的信號(hào)可經(jīng)受一個(gè)基于子空間的參數(shù)估算方法，以分析它們的相關(guān)特性。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中一項(xiàng)的雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于設(shè)有一個(gè)接收側(cè)多工器單元(71)，借助它可使多個(gè)接收天線的信號(hào)分步地轉(zhuǎn)換到一個(gè)混頻器單元上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中一項(xiàng)的雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于不同的距離范圍或它們對(duì)應(yīng)的方向圖被重疊地構(gòu)成，并且從一個(gè)預(yù)定的最小距離界限起才進(jìn)行被檢測(cè)的雷達(dá)目標(biāo)的處理。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中一項(xiàng)的雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于作為天線單元設(shè)有片-單輻射器和/或一些單輻射器的多個(gè)列，它們可串聯(lián)或并聯(lián)饋電地工作。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中一項(xiàng)的雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于設(shè)有一個(gè)可轉(zhuǎn)換的基帶濾波器，它抑制一個(gè)被選擇出的距離范圍以外的目標(biāo)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中一項(xiàng)的雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于設(shè)有對(duì)于在近距離范圍中的工作降低發(fā)射功率的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及雷達(dá)系統(tǒng)，其中設(shè)有用于在至少兩個(gè)不同方向圖之間轉(zhuǎn)換的一個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)(40)，尤其是對(duì)于至少兩個(gè)發(fā)射天線(41，42)的不同距離范圍。在接收側(cè)，在接收天線信號(hào)的相關(guān)上對(duì)至少兩個(gè)接收天線(51，52)的數(shù)字化信號(hào)進(jìn)行共同的分析處理。
文檔編號(hào)H04B7/04GK101076741SQ200580042809
公開日2007年11月21日 申請(qǐng)日期2005年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月13日
發(fā)明者T·舍貝爾, T·?？? T·漢森, M·施奈德, J·舍貝爾, V·格羅斯, O·布呂格曼 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司