角度分辨的fmcw雷達傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種尤其用于機動車的角度分辨的FMCW雷達傳感器，所述FMCW雷達 傳感器具有：多個天線元件，所述多個天線元件以雷達傳感器角度分辨的方向布置在不同 的位置處并且構(gòu)成至少三個發(fā)射陣列以及至少一個接收陣列；并且具有控制與分析處理裝 置，所述控制與分析處理裝置設(shè)計用于以下運行方式：在所述運行方式中所述至少三個發(fā) 射陣列周期地發(fā)射信號，所述信號的頻率根據(jù)調(diào)制斜坡的序列來調(diào)制，在所述運行方式中 所發(fā)射的信號的雷達回波分別由至少一個接收陣列的多個天線元件接收并且根據(jù)雷達回 波之間的、相應(yīng)于發(fā)射陣列和接收陣列的不同組合的振幅關(guān)系和/或相位關(guān)系來確定所定 位的對象的角度。
【背景技術(shù)】
[0002] 在機動車中，雷達傳感器例如用于測量定位在自身車輛的前部區(qū)域中的車輛或者 其他對象的間距、相對速度和方位角。各個天線元件例如以彼此的間距地布置在水平上，從 而所定位的對象的不同方位角引起行進時長（LaufUinge>方面的差，雷達信號從對象至相 應(yīng)的天線元件經(jīng)過了所述行進時長。所述行進時長引起在信號的相位方面的相應(yīng)的差，所 述信號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。通過將在不同通道中接 收的（復(fù)數(shù)的）振幅與天線圖中的相應(yīng)的振幅的均衡，則可以確定雷達信號的入射角并且 因此確定所定位的對象的方位角。
[0003] 為了達到高的角度分辨率，天線的孔徑應(yīng)當(dāng)盡可能大。然而，當(dāng)相鄰的天線元件之 間的間距過大時，可能出現(xiàn)在角度測量方面的多義性，因為對于以波長λ的整數(shù)倍不同的 行進時長差得到所接收的信號之間的相同的相位關(guān)系，所述行進時長差。單義的角度測量 例如借助ULA(均勻線性陣列）結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，其中天線元件以間距λ/2地布置。然而在所述 情形中，天線元件的數(shù)量并且因此所需要的分析處理通道的數(shù)量隨著孔徑的增大也增大， 從而產(chǎn)生相應(yīng)高的硬件成本。
[0004] 在ΜΜ0雷達（多輸入/多輸出）中，通過以下實現(xiàn)更大的角度分辨能力：不僅借 助多個接收天線元件運行而且借助多個發(fā)射天線元件運行，其中分析處理發(fā)射天線元件和 接收天線元件的不同組合，例如以時分復(fù)用或者可選擇地也以頻分復(fù)用或者碼分復(fù)用。發(fā) 射天線元件的變化的位置則引起附加的相位差并且因此引起等同于以下信號的信號：所述 信號以一配置借助單個的發(fā)射天線元件和附加的（虛擬的）接收天線元件得到。通過這種 方式，虛擬地增大孔徑并且因此改善角度分辨。
[0005] 在此，在盡可能高的角度分辨方面有利的是，虛擬天線陣列如此稀疏，使得各個天 線元件具有彼此相對大的間距。然而，在所述情況下不再滿足單義性條件，從而尤其在雷達 回波有噪聲時發(fā)生多義性并且因此發(fā)生"跳躍式的"角度測量，即當(dāng)在更長的時間段上跟蹤 雷達目標(biāo)時，偶然發(fā)生所測量的方位角的跳躍性的變化。
[0006] 在FMCW(頻率調(diào)制連續(xù)波）雷達傳感器中，斜坡狀地調(diào)制連續(xù)的雷達信號的發(fā)射 頻率。由接收信號通過與發(fā)射信號的混頻產(chǎn)生隨后被分析處理的基頻帶信號。
[0007] 在基頻帶信號的頻譜中，每一個雷達對象以峰的形式示出，所述峰的位置取決于 雷達信號的多普勒移位和行進時間，從而由各個頻率調(diào)制斜坡獲得的基頻帶信號仍不能夠 實現(xiàn)相對速度和間距的單義確定。更確切地說，所得到的峰的頻率以線性的相互關(guān)系的形 式僅僅確定速度（相對速度）和間距之間的關(guān)系。（術(shù)語"線性"在此理解為，由此表示的 相互關(guān)系可以包括線性因數(shù)和相加項。）
[0008] 在FMCW方法中，為了辨識多個雷達對象以及估計其相對速度和間距，需要具有不 同斜坡斜率的多個頻率調(diào)制斜坡。通過均衡不同的在各個頻率斜坡中得到的關(guān)系，可以計 算雷達對象的相對速度V和間距D。所述均衡也稱作匹配并且相應(yīng)于直線在DV空間中的交 點的搜索。當(dāng)僅僅檢測出少的雷達對象時，F(xiàn)MCW方法是特別有效的。
[0009] 也已知以下雷達傳感器：所述雷達傳感器根據(jù)啁嗽序列調(diào)制的方法運行，其 中發(fā)射信號由同樣的頻率調(diào)制信號脈沖（啁嗽）的序列組成。因此，所述調(diào)制模式 (Modulationsmuster)不由單個調(diào)制斜坡組成，而是由相繼的啁嗽的完整的組組成。涉及具 有脈沖壓縮的脈沖多普勒方法，其中首先根據(jù)雷達對象的距離實現(xiàn)雷達對象的分離并且隨 后根據(jù)各個信號脈沖的反射之間的相位位置的差來求取雷達對象的地點變化并且因此速 度。在典型的調(diào)制模式時，各個啁嗽的中間頻率從啁嗽到啁嗽均勻地增大或者減小，以便啁 嗽自身構(gòu)成斜坡，其稱作"緩慢斜坡"，而所述啁嗽也稱作"快速斜坡"。因此，所述方法也稱 作"多速度FMCW"（MSFMCW)。
[0010]MSFMCW方法能夠?qū)崿F(xiàn)間距和相對速度的更精確測量并且尤其在同時定位多個對 象的情形中更穩(wěn)健。然而，緩慢斜坡自然具有相對大的長度。因此，各個測量之間的時間間 距如此大，使得由于對象的自身運動失去信號之間的、對于ΜΜ0原理的應(yīng)用需要的相位關(guān) 聯(lián)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明的任務(wù)是，創(chuàng)造一種具有改善的測量精確度的Μ頂0雷達。
[0012] 所述任務(wù)在開始所述類型的雷達傳感器中通過以下來解決：雷達傳感器的測量循 環(huán)包括至少兩個周期，其中分別在發(fā)射陣列和接收陣列的至少兩個組合之間進行切換，并 且發(fā)射陣列和接收陣列的所參與的組合對于所述至少兩個周期彼此不同。
[0013] 發(fā)射陣列和接收陣列的三個或更多個不同組合的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)更大的（虛擬的） 孔徑和/或陣列的補充，從而改善角度估計的精確度和/或單義性。然而，因為在單個周期 內(nèi)不充分利用所有可能的組合，所以縮短以下時間間距：在所述時間間距中可以分析處理 借助不同發(fā)射陣列所發(fā)射的信號的雷達回波。由此，改善所述信號的相干性并且因此改善 測量精確度。
[0014] 本發(fā)明的有利構(gòu)型和擴展方案在從屬權(quán)利要求中說明。
[0015] 在一種有利的實施方式中，在每一個周期內(nèi)、例如在每一個緩慢的調(diào)制斜坡內(nèi)，在 每一個啁嗽之后切換所使用的發(fā)射陣列。例如，交替地借助兩個不同的發(fā)射陣列發(fā)射，其中 借助陣列發(fā)射了的每一個啁嗽緊接著以相同的頻率位置和相同的頻偏再次發(fā)射，但是現(xiàn)在 在借助第一發(fā)射陣列再次發(fā)射具有略高的頻率的下一啁嗽之前借助另一發(fā)射陣列發(fā)射。
[0016] "發(fā)射陣列"可以由單個天線元件或者由多個天線元件的組合組成。如果所述陣 列具有兩個相鄰的饋以頻率相同的信號的天線元件，則由所述兩個天線元件發(fā)射的雷達波 疊加成具有變化的相位的信號。所述信號等同于由位于兩個天線元件之間的點所發(fā)射的信 號。所述點構(gòu)成兩個信號的所謂的相位中心。因為所述相位中心位于真實的天線元件沒有 位于的地點，所以通過兩個或更多個天線元件的共同激勵得到附加的（虛擬的）發(fā)射天線 元件，它們可以與真實的接收天線元件組合并且因此引起虛擬的天線陣列的補充。通過這 種方式，所述配置更接近ULA結(jié)構(gòu)，并且降低多義性的可能性。
[0017] 此外，兩個或更多個天線元件的共同連接具有以下優(yōu)點：達到更高的發(fā)射功率并 且因此改善雷達傳感器的作用距離。
[0018] 在一種有利的實施方式中，真實的天線元件以不均勻的間距布置，從而天線配置 具有盡可能小的對稱性，這有助于進一步抑制多義性。此外能夠避免，通過不同的發(fā)射元件 和接收元件的組合得到的虛擬天線位置局部地重疊。
[0019] 雷達傳感器優(yōu)選構(gòu)造為單站（monostatisch)的雷達傳感器，S卩每一個天線元件 可以用作不僅發(fā)射元件而且接收元件。
[0020] 如果給兩個或更多個天線元件饋以頻率相同的信號，則相位和振幅不必要必須一 致，借助所述相位和振幅給兩個或更多個元件輸送信號。由此，根據(jù)本發(fā)明的一種擴展方案 得到射束成形的可能性。
[0021] 在當(dāng)今通常的FMCW方法中，循環(huán)時間、即各個測量循環(huán)的持續(xù)時間與頻率調(diào)制的 周期持續(xù)時間一致。在一個測量循環(huán)內(nèi)，發(fā)射確定數(shù)量的調(diào)制模式（緩慢斜坡），并且對于 所接收的所有調(diào)制模式記錄并且分析處理所接收的信號。因此，循環(huán)時間由對于調(diào)制模式 的發(fā)射所需要的時間和附加的計算時間組成，處理器需要所述計算時間來處理所接收的信 號以及來計算間距數(shù)據(jù)和速度數(shù)據(jù)。
[0022] 然而，在安全重要的輔助功能方面重要的是，能夠以盡可能高的時間分辨率跟蹤 交通事件。也就是說，循環(huán)時間應(yīng)當(dāng)盡可能小。因為調(diào)制模式的持續(xù)時間由于測量精確度 的原因不能被縮短，所以循環(huán)時間的縮短可以僅僅通過計算時間的縮短實現(xiàn)。這要求更有 效率的并且因此更昂貴的處理器的使用。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明的一種擴展方案，為了均衡對于當(dāng)前的測量循環(huán)中的調(diào)制模式得到的 信號與一個或多個對于其他調(diào)制模式得到的信號，可以動用來自至少一個更早的測量循環(huán) 的信號。
[0024] 在此，本發(fā)明利用以下情況：由于所參與的機動車的慣性，速度從測量循環(huán)到測量 循環(huán)僅僅小地變化，從而基本上僅僅是從一個測量循環(huán)到下一測量循環(huán)經(jīng)歷顯著變化的間 距。如果替代來自當(dāng)前的測量循環(huán)的數(shù)據(jù)地使用來自一個或多個直接之前的測量循環(huán)的數(shù) 據(jù)，則速度信息因此沒有顯著變差。如果借助N個不同的調(diào)制模式運行，Μ是為了發(fā)射單個 調(diào)制模式所需要的時間而Τ是為了分析處理單個調(diào)制模式所需要的計算時間，則在傳統(tǒng)的 方法中循環(huán)時間Ζ通過以下給出：
[0025] Z=Ν* (Μ+Τ)
[0026] 與此相比，在根據(jù)本發(fā)明的方法中能夠縮短所述循環(huán)時間：
[0027] Z=Μ+Τ
[0028] 其方式是，在均衡時動用在最后的（Ν-1)個測量循環(huán)上的結(jié)果。
[0029] 因此，得出循環(huán)時間縮短了（Ν-1)*(Μ+Τ)。
[0030] 循環(huán)時間的所述縮短又引起：不同調(diào)制模式之間的時間間距是相應(yīng)小的，由此進 一步減小速度數(shù)據(jù)中的誤差。
[0031] 此外，在本發(fā)明的范疇內(nèi)可能的是，不僅