具有对应于不同角度范围的、间隔开的、具有不同斜率的线性频率斜坡的机动车FMCW雷达

摘要

本发明提供一种FMCW雷达定位装置和一种相应的FMCW雷达定位方法。所述FMCW雷达定位装置包括：用于发射发射信号(VO)的发射装置(100，14，160)，所述发射装置具有可控的发射信号产生装置(100)，所述发射信号产生装置用于产生具有对应于输入的控制信号(VM)的频率(f)的发射信号(VO)；与所述发射信号产生装置(100)连接的控制装置(120；120′)，用于产生所述控制信号(VM)；其中，控制装置(120)被如此构型造，使得所述控制装置产生一个这样的控制信号(VM)，使得所述发射信号(VO)周期性地在第一频率段(FS1-FS3)中不连续地线性上升地和/或在第二频率段(FS3-FS6)中不连续地线性下降地变化；以及接收装置(160，14，180，222，240)，用于接收由一个物体反射的回波信号(VR)并且实施所述物体的、基于所述回波信号的定位。

说明书

技术领域

本发明涉及一种FMCW雷达定位装置以及一种相应的FMCW雷达定位方法。

现有技术

虽然可以使用任意的雷达定位装置，但在汽车中的应用方面对本发明和本发明所基于的问题进行说明。

分析已经表明，通过对危险的及时识别以及通过相应的、适当的驾驶技巧可以避免显著数量的交通事故。可以通过向驾驶员发出适合的报警指示或者通过车辆的自动的纵向和/或横向控制来实现所述避免。感知危险情况的前提条件是适合的传感器装置。

长久以来，在毫米波范围中雷达系统被用作用于感知危险的驾驶员辅助系统。在此区分脉冲雷达系统和连续波雷达系统(CW)。77-GHZ-FMCW雷达系统例如可以在几厘米直至超过250米的范围内检测物体。在此，同时确定物体相对本车的距离和物体相对本车的相对速度以及在相应的天线数量的情况下确定物体相对本车纵轴线的角度。

在通常的FMCW(调频连续波)雷达系统中，发射一个在频率上不断变化的信号。为了限定频率范围以及简化分析处理，以典型的方式应用多个线性的上升斜坡和/或下降斜坡。

图4示出了已知的FMCW雷达定位装置的发射频率f的时间关系(时间t)的示意图。

在图4中，参考符号FS表示发射信号而FE表示相应的回波信号。发射信号FS的变化率的量值(斜坡斜度)在这种已知的雷达系统中是恒定的。如果接收到回波信号FE，则回波信号具有传播时间延迟并且由此具有与发射信号不同的频率。根据频率差df例如可以确定到测量物体的距离。

DE 10 2004 034 429 A1描述了一种雷达定位系统，该系统具有多个发射元件、至少两个接收元件和一个用于数字地控制对接收元件的接收信号的处理的装置，该装置根据FMCW原理工作。

发明内容

在权利要求1中定义的根据本发明的FMCW雷达定位装置和根据权利要求8的相应的FMCW雷达定位方法与传统的解决方案相比具有以下优点，即它们在预先确定的较不重要的范围内提供粗的分辨率而在预先确定的重要的范围内提供细的分辨率。

因为可以在FMCW雷达定位系统中规定一个频率-角度关系，所以可以通过斜坡的不同斜率来调节相关角度范围内的分辨率。因此，实现了优选在边缘区域内粗而在运动方向上细的分辨率，也就是说，对例如护栏的粗识别以及对例如在前方行驶的车辆的细识别。

本发明所基于的构思在于，在一个FMCW雷达定位装置中不实施具有在数值上单一的斜率的斜坡，而是实施具有逐段不同的斜率的、不连续的斜坡。换句话说，根据可视区域改变一个斜坡期间的斜坡陡度(单位时间的频率变化)。由此，与感兴趣的区域相比，可以更快地扫描不感兴趣的区域。

在从属权利要求中说明的特征涉及本发明技术方案的有利的进一步构型和改进。

根据一个优选的进一步构型，第一频率段和/或第二频率段对应于总感检测区域的各个不同的角度范围。

根据另一个优选的进一步构型，第一频率段在第一方向上扫过总检测区域，而第二频率段在第二方向上扫过总检测区域，其中，第二方向与第一方向相反。

根据另一个优选的进一步构型，第一频率段和/或第二频率段具有对应于不同的回波信号分辨率的不同斜率。

根据另一个优选的进一步构型，较小的回波信号分辨率的频率段对应于较大的斜率以及同时较大的角度范围，而较大的回波信号分辨率的频率段对应于较小的斜率以及同时较小的角度范围。

根据另一个优选的进一步构型，可以通过控制装置固定地预先确定第一频率段和/或第二频率段。

根据另一个优选的进一步构型，可以通过控制装置灵活地根据至少一个行驶参数来构造第一频率段和/或第二频率段。

附图说明

在附图中示出并且在下面的描述中详细地说明本发明的实施例。

附图示出

图1：根据本发明的第一实施形式的FMCW雷达定位装置的框图；

图2a：根据本发明的第一实施形式的FMCW雷达定位装置的发射频率的时间关系的示图；

图2b：根据本发明的第一实施形式的FMCW雷达定位装置的发射频率的频率-角度关系的示图；

图3：根据本发明的第二实施形式的FMCW雷达定位装置的框图；

图4：根据本发明的第二实施形式的FMCW雷达定位装置的发射频率的时间关系的示图。

具体实施方式

在附图中，相同的参考标记表示相同的或功能相同的元件。

图1是根据本发明的第一实施形式的FMCW雷达定位装置的框图。

电压控制的振荡器100通过控制装置120的输出信号VM控制或者调制，并且电压控制的振荡器100的输出信号VO输出到循环器14上。循环器14的第一输出信号将电压控制的振荡器100的输出信号VO基本上无衰减地提供给天线160，所述天线160辐射作为发射信号的经调频的信号。所辐射的发射信号可以由一个或多个待检测的物体反射回天线160，并且这样反射的回波信号VR从天线160返回到循环器14，所述循环器14将反射的回波信号VR由它的第二输出端提供给混频器180的输入端。通过耦合器20向混频器180的第二输入端供给电压控制的振荡器100的输出信号VO。混频器180的输出信号被提供给低通滤波器222，以便向信号处理装置240提供中频信号IF。信号处理装置240实施中频信号IF的傅立叶变换，因为在雷达可视区域内的任何物体的区域作为中频信号IF中的频率信息存在。

图2a示出根据本发明的第一实施形式的FMCW雷达定位装置的发射频率的时间关系的示图，而图2b示出根据本发明的第一实施形式的FMCW雷达定位装置的发射频率的频率-角度关系(角度α)的相应示图；

图2a不仅示出传统发射信号FS(虚线，参见图4)的时间关系，而且示出根据实施形式的发射信号的时间关系，所述根据实施形式的发射信号是逐段恒定的并且由具有不同斜率的频率段FS1(t1至t2)、FS2(t2至t3)、FS3(t3至t4)、FS4(t4至t5)、FS5(t5至t6)、FS6(t6至t7)组成。

如由图2a可以看出，频率在时间t1与t4之间以三个不同的频率段或者斜坡上升并且在时间t4与t7之间以三个不同的斜坡下降。此后，上升和下降周期性地继续重复。

在此，频率段FS1、FS3、FS4、FS6的斜坡陡度在数值上是相同的并且频率段FS2、FS5的斜坡陡度在数值上同样是相同的。如同样由图2可以看出的，频率段FS1、FS3、FS4、FS6的斜坡陡度在数值上大于频率段FS2、FS5的斜坡陡度。这与此有关，即较高的斜坡陡度伴随着较差的分辨率(较短的扫描)而较小的斜坡陡度伴随着较好的分辨率(较长的扫描)。

在约-12°至+12°的扫描角度范围中，这种根据频率段FS2、FS5的较小的斜坡陡度或者较好的分辨率是所期望的，相反在-12°与-30°之间或者在+12°与+30°之间的角度范围中较小的或者较粗的分辨率已足够。同样由图2可以看出在每两个频率段的过渡位置上的跳跃式的偏移OF。所述偏移有利于简化信号处理以及更好地识别所接收的回波，但这不是绝对必需的。

图3是根据本发明的第二实施形式的FMCW雷达定位装置的框图。

在第一实施形式中频率段FS1至FS6的斜坡陡度由控制装置120固定地预先给定，而在第二实施形式的控制装置120′中用于所需分辨率的并且因此用于频率段的陡度的信息由传感器S1、S2的信号获得并且以此为基础通过确定装置115根据预先给定的标准确定。这些信息可由不同的传感器源获得，例如，导航、经验、车辆-车辆-通信、行驶状态(速度、加速度.....)、其它环境传感机构、环境。在预先给定的例子中，S1表示速度传感器而S2表示加速度传感器。

换句话说，频率段FS1至FS6在第一实施形式中是固定地预先给定的而在第二实施形式中是根据至少一个行驶参数灵活地构造的。

尽管以上已根据优选的实施例描述本发明，但本发明并不限于这些实施例，而是可被以多种方式改变。

可以根据行驶情况或行驶环境或具体的信号检测及分析处理完全不同地设计频率段的陡度。这样例如可以更好地照亮弯道，即更细地分辨较大的角度，这在转弯行驶时是有意义的。

原则上，分辨率的变化也可通过采样频率范围的动态或不连续的变化实现，例如从t1至t2以及从t3至t4的低的采样频率以及从t2至t3的高的采样频率。采样频率的变化也可以通过抽取滤波器实现。起始频率和终止频率的斜坡可以相交。