專利名稱：雷達(dá)系統(tǒng)和檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種安裝在車輛等上并且檢測障礙物和/或前方車輛的雷達(dá)系統(tǒng)，并且涉及一種檢測方法。
背景技術(shù)：
如下車輛已是可被利用的,在車輛上安裝雷達(dá)系統(tǒng)以檢測障礙物和/或車輛前方的車輛并且確定距障礙物和/或前方車輛的相對距離。雷達(dá)系統(tǒng)安裝在車輛的前部并且雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)射天線在車輛前方輸出發(fā)射波。當(dāng)發(fā)射波撞擊障礙物、前方車輛等并且從其反射時，反射波由雷達(dá)系統(tǒng)的接收天線接收。諸如前方車輛和障礙物的反射源在這里被共同稱為對象。 在接收天線接收到反射波之后，雷達(dá)系統(tǒng)中的算術(shù)處理單元基于發(fā)射波和反射波之間的時間落后(延遲時間)計(jì)算車輛和對象之間的相對距離。此外，算術(shù)處理單元連接到警告裝置，并且當(dāng)基于相對距離的計(jì)算結(jié)果確定對象可能接近車輛并且與車輛碰撞時，算術(shù)處理單元向警告裝置發(fā)送警告命令。已接收到警告命令的警告裝置發(fā)出報警聲音或者顯示警告消息以提示駕駛員使車輛減速和/或避開障礙物和/或前方車輛。當(dāng)對象的高度低并且車輛可以容易地碾過對象時，就是說，當(dāng)對象是例如道路上的鐵板時，車輛將不會與對象碰撞并且因此不需要向警告裝置發(fā)送警告命令。因此，當(dāng)檢測到對象時，確定對象高度并且確定是否有必要發(fā)送警告命令。作為確定對象高度的方法，利用反射波的強(qiáng)度(幅度)的方法已是可用的。已知反射波的強(qiáng)度根據(jù)車輛和對象之間的相對距離而變化并且變化趨勢取決于對象的高度。日本專利申請公開第2008-122391號(JP-A-2008-122391)描述了通過實(shí)驗(yàn)等獲得與雷達(dá)系統(tǒng)和對象之間的相對距離相關(guān)的反射波的強(qiáng)度的曲線，針對每個對象高度獲得該曲線，并且關(guān)于各個高度的曲線被存儲在雷達(dá)系統(tǒng)的存儲器中。彼此比較在駕駛車輛時由雷達(dá)系統(tǒng)檢測到的反射波的強(qiáng)度的曲線與存儲器中存儲的關(guān)于各個高度的多個曲線(經(jīng)歷模式匹配)，從存儲器中存儲的關(guān)于各個高度的曲線中提取與雷達(dá)系統(tǒng)檢測到的反射波的曲線的差異最小的曲線，并且將與所提取的曲線對應(yīng)的對象高度設(shè)為由雷達(dá)系統(tǒng)檢測到的對象的高度。在傳統(tǒng)技術(shù)中，需要執(zhí)行模式匹配的處理時間。具體地，已存在如下問題在將警告命令發(fā)送到警告裝置之前出現(xiàn)與處理時間對應(yīng)的延遲時間并且可用于避開對象的時間相應(yīng)地縮短。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種雷達(dá)系統(tǒng)和一種檢測方法，通過該雷達(dá)系統(tǒng)和檢測方法可以使處理時間減少用于執(zhí)行模式匹配等的時間量并且因此可以快速地確定是否有必要發(fā)送警告命令。本發(fā)明的第一方面是一種雷達(dá)系統(tǒng)，其包括振蕩器，其進(jìn)行振蕩以生成發(fā)射波；發(fā)射天線，其輸出發(fā)射波；接收天線，其接收來自對象的反射波；以及算術(shù)處理單元，其計(jì)算反射波的強(qiáng)度并且確定距對象的相對距離。在算術(shù)處理單元中預(yù)先設(shè)定關(guān)于相對距離的檢測范圍，并且當(dāng)與相對距離相關(guān)聯(lián)的反射波的強(qiáng)度在檢測范圍內(nèi)具有局部最小點(diǎn)時，算術(shù)處理單元執(zhí)行預(yù)定處理。預(yù)定處理的示例包括向警告裝置發(fā)送警告命令以發(fā)出警報聲音和/或控制本車以使本車減速和/或避開前方車輛或障礙物。
在上述方面，作為預(yù)定處理，算術(shù)處理單元可以基于所述強(qiáng)度在所述檢測范圍內(nèi)的局部最小點(diǎn)的數(shù)目來計(jì)算所述對象的高度。在上述方面，作為預(yù)定處理，算術(shù)處理單元可以基于與強(qiáng)度在檢測范圍內(nèi)的局部最小點(diǎn)對應(yīng)的相對距離的值來計(jì)算對象的高度。在上述方面，雷達(dá)系統(tǒng)可以安裝在車輛中，并且檢測范圍可以被設(shè)定為使得對于低于車輛的底盤高度的對象，不會檢測到局部最小點(diǎn)，并且對于等于或高于車輛的底盤高度的對象，檢測到局部最小點(diǎn)。在上述方面，雷達(dá)系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括角度檢測器，其確定入射在接收天線上的反射波的入射角度，并且通過排除入射角度在預(yù)定水平入射角度范圍外的反射波來減少反射波的噪聲。如上文所述，通過根據(jù)本發(fā)明的第一方面的雷達(dá)系統(tǒng)，可以使處理時間減少用于執(zhí)行傳統(tǒng)技術(shù)中使用的模式匹配的時間量并且因此可以相應(yīng)地快速地確定是否有必要發(fā)
出警告。本發(fā)明的第二方面是一種檢測方法，其包括輸出發(fā)射波；從對象接收發(fā)射波的反射波；計(jì)算反射波的強(qiáng)度；確定距對象的相對距離；以及當(dāng)與相對距離相關(guān)聯(lián)的反射波的強(qiáng)度在預(yù)定檢測范圍內(nèi)具有局部最小點(diǎn)時，執(zhí)行預(yù)定處理。在上述方面，作為預(yù)定處理，檢測方法可以進(jìn)一步包括基于強(qiáng)度在檢測范圍內(nèi)的局部最小點(diǎn)的數(shù)目來計(jì)算對象的高度。在上述方面，作為預(yù)定處理，檢測方法可以進(jìn)一步包括基于與強(qiáng)度在檢測范圍內(nèi)的局部最小點(diǎn)對應(yīng)的相對距離的值來計(jì)算對象的高度。在上述方面，檢測范圍可以被設(shè)定為使得對于低于預(yù)定底盤高度的對象，不會檢測到局部最小點(diǎn)，并且對于等于或高于預(yù)定底盤高度的對象，檢測到局部最小點(diǎn)。在上述方面，檢測方法可以進(jìn)一步包括確定反射波的入射角度；以及通過排除入射角度在預(yù)定水平入射角度范圍外的反射波來減少反射波的噪聲。同樣地，通過根據(jù)本發(fā)明的第二方面的檢測方法，實(shí)現(xiàn)了與根據(jù)本發(fā)明的第一方面的雷達(dá)系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的效果相似的效果。


下文將參照附圖描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例的特征、優(yōu)點(diǎn)以及技術(shù)和工業(yè)意義，在附圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件，其中圖I是示出根據(jù)一個實(shí)施例的雷達(dá)系統(tǒng)的示圖；圖2是示出發(fā)射波的波形的示圖；圖3是示出直接反射波和間接反射波的示圖；圖4是示出用于縮窄反射波的入射角度的手段的示圖5示出了用于解釋確定車輛和對象之間的相對距離的方法的示圖；圖6是用于解釋確定車輛和對象之間的相對距離的方法的示圖；圖7是示出當(dāng)對象高度改變時的反射波的強(qiáng)度曲線的示圖；圖8是示出了確定是否有必要發(fā)送警告命令的流程圖的示圖；圖9示出了圖示車輛和對象之間的相對距離與對象高度之間的關(guān)系的示圖；以及圖10是示出了確定是否有必要發(fā)送警告命令的流程圖的示圖。
具體實(shí)施例方式將參照圖I描述根據(jù)一個實(shí)施例的雷達(dá)系統(tǒng)的配置。雷達(dá)系統(tǒng)10安裝在車輛(未示出)的前部。雷達(dá)系統(tǒng)10是頻率調(diào)制連續(xù)波(FW-CW)雷達(dá)并且包括用于輸出頻率調(diào)制波·的可變頻率振蕩器12。振蕩器12經(jīng)由分配器14連接到發(fā)射天線16。雷達(dá)系統(tǒng)10包括連接到混合器20的接收天線18。混合器20還連接到上述分配器14并且進(jìn)一步連接到具有低通濾波器的濾波器電路22。濾波器電路22連接到模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器24，A/D轉(zhuǎn)換器24連接到算術(shù)處理單元26。接下來，將描述雷達(dá)系統(tǒng)10的各個部件的操作。振蕩器12調(diào)制振蕩頻率以生成發(fā)射波，該發(fā)射波是FM波。具體地，振蕩器12調(diào)制發(fā)射波使得發(fā)射波的波形變?yōu)槿鐖D2中所示的三角波。在該實(shí)施例中，振蕩器12的振蕩頻率的頻帶被設(shè)定為30GHz和300GHz之間的頻率，使得發(fā)射波變?yōu)楹撩撞?波長范圍為Imm至10mm)。在圖2中，振蕩頻率在中心頻率為76GHz的O. 3GHz的寬度(半寬度是O. 15GHz)內(nèi)調(diào)制。發(fā)射天線16輸出由振蕩器12生成的發(fā)射波。在該實(shí)施例中，為了避免顯著偏離車輛的行駛方向的來自對象的反射，來自發(fā)射天線16的發(fā)射波的輸出的角度范圍被縮窄到預(yù)定角度范圍。在該實(shí)施例中，發(fā)射波的輸出角度范圍在水平方向和豎直方向中的任一方向上被設(shè)定為7.0°至7. 5°。這樣，即使在例如距雷達(dá)系統(tǒng)10 (就是說，距車輛的前部)50m的點(diǎn)處，發(fā)射波的水平范圍在約3. O至3. 2m的范圍內(nèi)。如圖3中所示，當(dāng)在車輛30前面存在諸如前方車輛或障礙物的對象32時，從對象32反射發(fā)射波。接收天線18接收反射波。反射波被分類成直接反射波34和間接反射波38，直接反射波34直接從對象32行進(jìn)到接收天線18，而間接反射波38從對象32出來在從路面36反射一次之后行進(jìn)到接收天線18。接收天線18接收作為反射波的、直接反射波34和間接反射波38的復(fù)合波。由于直接反射波34和間接反射波38在從對象32到接收天線18的路徑長度方面彼此不同，因此直接反射波34和間接反射波38彼此干擾并且通過這兩個波的組合得到的反射波的強(qiáng)度(幅度)1根據(jù)干擾水平而變化。干擾水平根據(jù)從對象32到接收天線18的路徑長度而變化。具體地，反射波的強(qiáng)度I根據(jù)對象32的高度H以及接收天線18和對象32之間的相對距離而變化。除了直接反射波34和間接反射波38之外，接收天線18還可以接收來自例如設(shè)置在道路上的用于測量交通量的路邊單元的信號、來自例如相對于行駛方向的橫向方向上存在的護(hù)欄的反射波等。因此，為了排除直接反射波34和間接反射波38以外的信號，接收天線18可以包括用于限制入射在接收天線18上的信號的入射角度的入射角度限制手段。具體地，如圖4中所示，多個接收天線IS1至18n被布置在水平方向上并且設(shè)置連接到接收天線IS1至18n并且從其接收信號的角度檢測器39。角度檢測器39通過利用多信號分類(MUSIC)算法或者通過經(jīng)由旋轉(zhuǎn)不變性技術(shù)(ESPRIT)算法的信號參數(shù)估計(jì)來執(zhí)行計(jì)算，計(jì)算入射在接收天線181至18n上的接收信號的入射角度。在該實(shí)施例中，確定入射在接收天線W1至18n上的反射波的水平入射角度范圍的關(guān)于入射角度的條件(例如，當(dāng)與車輛的行駛方向平行的角度是O時，借助其將水平入射角度限制到±5°內(nèi))被存儲在角度檢測器39的存儲器(未示出)內(nèi)。當(dāng)角度檢測器39從接收天線IS1至18n接收信號時，角度檢測器39將入射角度條件與入射在接收天線IS1至18n上的接收信號的入射角度比較。當(dāng)入射角度大于在入射角度條件中設(shè)定的角度時，角度檢測器39放棄接收信號。另一方面，當(dāng)輸入角度滿足入射角度條件時，角度檢測器39將接收信號傳送到混合器20?；貋韰⒄請D1，由接收天線18接收的反射波被傳送到混合器20?；旌掀?0連接到分配器14，并且從振蕩器12輸出的發(fā)射波經(jīng)由分配器14被發(fā)送到混合器20。在混合器20中，生成通過混和發(fā)射波40和反射波42獲得的差拍信號。差拍信號是由發(fā)射波40和反射波42之間的頻率差引起的差拍的信號，該頻率差由反射波42相對于發(fā)射波40的延遲時間(時間落后)引起。差拍信號通過濾波器電路22并且經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換器 24被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并且隨后被傳送到算術(shù)處理單元26。算術(shù)處理單元26基于差拍信號計(jì)算對象32和車輛30之間的相對距離R。下文將描述基于差拍信號確定車輛30和對象32之間的相對距離R的方法。因?yàn)檐囕v30正在行駛，由于多普勒效應(yīng)的影響，因此如圖5的上圖中所示，反射波42在豎直軸(頻率)方向上相對于發(fā)射波40偏移。當(dāng)差拍頻率是f；并且多普勒頻率是fb時，偏移量每半個周期在f；+fb和f；_fb之間改變。因此，如圖5的中圖和下圖中所示，通過混和發(fā)射波40和反射波42獲得的差拍信號44的頻率也每半個周期在f；+fb和f；_fb之間改變。通過使用該現(xiàn)象，差拍信號44通過例如快速傅里葉變換(FFT)被轉(zhuǎn)換到頻域，以獲得f；+fb的值和的值，從而使得可以獲得差拍頻率4。在圖6的上圖中示出了當(dāng)多普勒效應(yīng)的影響被消除時的發(fā)射波40和反射波42的波形。在圖6的下圖中示出了該情況下的差拍信號44的頻率變化。如圖6的上圖中所示，存在發(fā)射波40和反射波42之間的延遲時間At。當(dāng)發(fā)射波40和反射波42的傳播速度是c時，其中c是光速3XlOVs，例如，車輛30和對象32之間的相對距離(徑向距離)R由下式(I)表示
_ α ,,、K =...... …⑴·此外，當(dāng)發(fā)射波40的(假設(shè))調(diào)制重復(fù)周期是1/fm并且(假設(shè))調(diào)制頻率范圍是Λ f時，從圖6的上圖中的幾何關(guān)系得到下式(2)。M =(2)
-fm. * 喊從式(I)和(2)得到下式(3)。可以根據(jù)式(3)確定相對距離R。
C · fΛ - , ,； —. L …(3)
4/,,, * 4/算術(shù)處理單元26通過執(zhí)行上述計(jì)算確定車輛30和對象32之間的相對距離R。算術(shù)處理單元26確定車輛30和對象32之間的相對距離R并且同時獲取反射波42的信號強(qiáng)度(幅度)1。所獲取的強(qiáng)度I與相對距離R相關(guān)聯(lián)地存儲在存儲器(未示出)中。
如上文所述，反射波的信號強(qiáng)度I根據(jù)距對象32的相對距離R和對象32的高度H而變化。在該實(shí)施例中，使用仿真來估計(jì)當(dāng)相對距離R和對象32的高度H以各種方式改變時的反射波的信號強(qiáng)度I，并且基于該估計(jì)結(jié)果、相對距離R以及反射波的信號強(qiáng)度I，估計(jì)對象32的高度H。反射波的信號強(qiáng)度I可以由直接反射波34的強(qiáng)度Irt和間接反射波38的強(qiáng)度Ii2的和表示。直接反射波34的強(qiáng)度Irt可以由下式(4)表示
權(quán)利要求
1.一種雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于包括 振蕩器，其進(jìn)行振蕩以生成發(fā)射波； 發(fā)射天線，其輸出所述發(fā)射波； 接收天線，其接收來自對象的反射波；以及 算術(shù)處理單元，其計(jì)算所述反射波的強(qiáng)度并且確定距所述對象的相對距離， 其中在所述算術(shù)處理單元中預(yù)先設(shè)定關(guān)于所述相對距離的檢測范圍，以及當(dāng)與所述相對距離相關(guān)聯(lián)的所述反射波的強(qiáng)度在所述檢測范圍內(nèi)具有局部最小點(diǎn)時，所述算術(shù)處理單元執(zhí)行預(yù)定處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雷達(dá)系統(tǒng)，其中所述算術(shù)處理單元基于所述強(qiáng)度在所述檢測范圍內(nèi)的局部最小點(diǎn)的數(shù)目來計(jì)算所述對象的高度。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的雷達(dá)系統(tǒng)，其中所述算術(shù)處理單元基于與所述強(qiáng)度在所述檢測范圍內(nèi)的所述局部最小點(diǎn)對應(yīng)的相對距離的值來計(jì)算所述對象的高度。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的雷達(dá)系統(tǒng)，其中 所述雷達(dá)系統(tǒng)安裝在車輛中，以及 所述檢測范圍被設(shè)定為使得對于低于所述車輛的底盤高度的對象，不會檢測到所述局部最小點(diǎn)，并且對于等于或高于所述車輛的所述底盤高度的對象，檢測到所述局部最小點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任一項(xiàng)所述的雷達(dá)系統(tǒng)，進(jìn)一步包括角度檢測器，其確定入射在所述接收天線上的所述反射波的入射角度，并且通過排除入射角度在預(yù)定水平入射角度范圍外的反射波來減少所述反射波的噪聲。
6.—種檢測方法,其特征在于包括 輸出發(fā)射波； 從對象接收所述發(fā)射波的反射波； 計(jì)算所述反射波的強(qiáng)度； 確定距所述對象的相對距離；以及 當(dāng)與所述相對距離相關(guān)聯(lián)的所述反射波的強(qiáng)度在預(yù)定檢測范圍內(nèi)具有局部最小點(diǎn)時，執(zhí)行預(yù)定處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的檢測方法，進(jìn)一步包括基于所述強(qiáng)度在所述檢測范圍內(nèi)的局部最小點(diǎn)的數(shù)目來計(jì)算所述對象的高度。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的檢測方法，進(jìn)一步包括基于與所述強(qiáng)度在所述檢測范圍內(nèi)的所述局部最小點(diǎn)對應(yīng)的相對距離的值來計(jì)算所述對象的高度。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8中任一項(xiàng)所述的檢測方法，其中所述檢測范圍被設(shè)定為使得對于低于預(yù)定底盤高度的對象，不會檢測到所述局部最小點(diǎn)，并且對于等于或高于所述預(yù)定底盤高度的對象，檢測到所述局部最小點(diǎn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6至9中任一項(xiàng)所述的檢測方法，進(jìn)一步包括 確定所述反射波的入射角度；以及 通過排除入射角度在預(yù)定水平入射角度范圍外的反射波來減少所述反射波的噪聲。
全文摘要
一種雷達(dá)系統(tǒng)包括算術(shù)處理單元，當(dāng)檢測到來自預(yù)定檢測范圍內(nèi)的對象的反射波的局部最小強(qiáng)度點(diǎn)時，算術(shù)處理單元向警告裝置發(fā)送警告命令。通過基于是否存在檢測范圍內(nèi)的局部最小強(qiáng)度點(diǎn)來確定是否有必要發(fā)送警告命令，使得較之傳統(tǒng)系統(tǒng)，可以更快速地確定是否有必要發(fā)送警告命令。
文檔編號G01S13/34GK102971641SQ201180029617
公開日2013年3月13日 申請日期2011年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月16日
發(fā)明者大門真, 小川勝, 田中勇彥, 鈴木浩二, 川久保淳史 申請人:豐田自動車株式會社