專利名稱：電子掃描雷達(dá)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子掃描雷達(dá)系統(tǒng)，具體地涉及一種利用FM-CW技 術(shù)的車載電子掃描雷達(dá)系統(tǒng)，其能夠抑制接收信號中包含的干擾信號。
背景技術(shù)：
圖1示出指示FM-CW雷達(dá)技術(shù)中的發(fā)射/接收信號的時(shí)序圖以及混 合處理的原理。圖2是示出具有相向車道的公路的環(huán)境的示例的平面圖。 圖3 (a)和(b)示出在從另一車輛接收到干擾信號的情況下車輛配備的 雷達(dá)系統(tǒng)中的信號處理的狀態(tài)。
為了防止車輛之間的碰撞并進(jìn)行車輛間的控制，開發(fā)了車載雷達(dá)，其 測量與前方目標(biāo)例如在前的車輛相關(guān)的距離、速度以及方位(azimuth )。
作為用于測量距前方目標(biāo)的距離和前方目標(biāo)的相對速度的手段，例如 使用FM-CW雷達(dá)技術(shù)，這是因?yàn)镕M-CW雷達(dá)技術(shù)使用具有筒化配置 的信號處理電路。另外，為了測量方位，使用了電子掃描技術(shù)(例如參見 專利文件1 )。
在FM-CW技術(shù)中，如圖2所示，以車輛51的車輛中心CL為中心 M射天線以扇狀形式以預(yù)定角度水平地發(fā)射如圖1 (a)所示的頻率線 性變化的發(fā)射波Tx。以扇狀形狀發(fā)射的發(fā)射波Tx被目標(biāo)(例如迎面到來 的車輛52)反射，以便接收反射信號Rxl以由此進(jìn)行扇狀區(qū)域的掃描。 接著，反射信號或接收信號Rxl與發(fā)射信號Tx混合。這種混合產(chǎn)生差拍 信號S,如圖1 (b)所示，其具有發(fā)射和接收信號之間的頻率差(差拍頻 率fb)的成分。進(jìn)行轉(zhuǎn)換以利用差拍信號S的頻率與目標(biāo)的往il傳播延 遲時(shí)間At成比例這一事實(shí)來獲得距離。
用于測量方位的技術(shù)包括以上提到的能夠在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)全方位掃 描處理的電子掃描技術(shù)。在電子掃描技術(shù)中，來自對象的反射波被按照某 一規(guī)則排列的多個(gè)天線元件(陣列天線)接收。在接收數(shù)據(jù)的信道之間造 成時(shí)間差，該時(shí)間差由目標(biāo)和每個(gè)天線之間的方位a、每個(gè)天線的排列位置以及接收信號的頻率確定?；谠摃r(shí)間差(或相位差)，可以檢測目標(biāo)
的方位。例如，已知數(shù)字波束形成(DBF)是實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的手段。在DBF 中，通過使用AD轉(zhuǎn)換器將接收數(shù)據(jù)數(shù)字化，接著將每個(gè)信道與矢量數(shù)據(jù) (模式矢量)相關(guān)來檢測方位(例如參見非專利文件1 )。
在如圖2所示的道路上，例如道路上具有許多配備雷達(dá)系統(tǒng)的車輛， 從沿著相向車道行進(jìn)的車輛52中配備的雷i^iC射的無線電波Rx2可被其 它車輛中配備的雷達(dá)接收。由此，來自迎面到來的車輛的無線電波Rx2 (來自迎面到來的車輛的發(fā)射波)可能干擾從其它車輛發(fā)射的無線電波 (發(fā)射波)Tx造成的從目標(biāo)反射的反射信號Rxl。具體地，在從其它車 輛上加載的雷達(dá)的每個(gè)發(fā)射天線發(fā)射的直接發(fā)射波中電功率電平趨向于 較高。在其它車輛上加栽的雷達(dá)使用例如FM-CW技術(shù)的涉及窄帶信號的 調(diào)制技術(shù)的情況下，信號的電功率電平將更高。大電功率電平的干擾信號 是測量準(zhǔn)確度變差的主要原因。
在這種情形下，抑制接收信號中包含的干擾成分將是有效的。提出了 一些用于抑制千擾成分的方法，例如通過使用濾波器來抑制來自特定方位 的成分(例如參見非專利文件2)。
日本專利/>開No. 11-133142

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題
然而，利用FM-CW技術(shù)的電子掃描雷達(dá)在直接應(yīng)用上述方法上具 有一些困難。下面將描述其原因。FM-CW技術(shù)或CM技術(shù)。在此情況下，>^射信號Rxl是從本車發(fā)出的 無線電波(發(fā)射波)Tx所產(chǎn)生的從目標(biāo)的反射，反射信號Rxl的頻率調(diào) 制將具有與圖3所示的發(fā)射信號Tx相同的頻率調(diào)制。因此，混合之后的 差拍頻率在時(shí)間上將基本上恒定，并且這種恒定的差拍頻率呈現(xiàn)對應(yīng)于期 望的信號的差拍信號。在另一方面，發(fā)射波Rx2，即來自迎面而來的車輛 的干擾波(下面將稱為干擾波)是來自其它車輛上配備的雷達(dá)的信號。因 此，干擾波Rx2的頻率調(diào)制將與反射信號Rxl的頻率調(diào)制不同，反射信 號Rxl是本車發(fā)射的發(fā)射波Tx從目標(biāo)^Jt而造成的。例如，取決于標(biāo)準(zhǔn)， 調(diào)制頻率的帶寬或調(diào)制速度可能不同。在其它情況下，例如，即^^當(dāng)迎面 而來的車輛配備的雷達(dá)的標(biāo)準(zhǔn)等與本車配備的雷達(dá)的相同，反射信號Rxl 和干擾波Rx2基本上也不能具有完全相同的頻率調(diào)制。這是因?yàn)榭赡艽?在例如取決于制造工藝的雷達(dá)之間的個(gè)體差異所造成的頻率調(diào)制中的不 同。因此，如從圖3(a)可見，來自其它車輛的干擾波Rx2的差拍頻率 隨時(shí)間瞬變。具體地，指示頻率隨著時(shí)間瞬變的狀態(tài)或換句話說頻率隨著 時(shí)間變化的狀態(tài)的信息是頻鐠上的時(shí)間瞬變信息。因此，當(dāng)信號在具有干 擾波的情況下進(jìn)行頻率分析時(shí)，信號將最終呈現(xiàn)為寬帶信號成分。
此外，從圖3 (a)和3 (b)可見，干擾波Rx2的隨著時(shí)間瞬變的差 拍頻率在到達(dá)零點(diǎn)時(shí)被復(fù)制(翻轉(zhuǎn))，其中在零點(diǎn)處干擾波Rx2的頻率與 發(fā)射波Tx的頻率相交。復(fù)制的頻率的成分具有與復(fù)制之前的頻率符號相 反的頻率符號。結(jié)果，如圖2和圖3 (a)所示，不能區(qū)分從i^方位a iiyV的干擾波Rx2或^4t干擾成分和從與方位a相反的方位-a ii^的無 線電波Rx3 (實(shí)際上沒有i^的無線電波)。即使在利用每次快拍的接收 數(shù)據(jù)來進(jìn)行方位檢測處理時(shí)，關(guān)于頻率隨時(shí)間變化的復(fù)制信號，在固定方 位上不出現(xiàn)干擾信號成分。以此方式，在寬帶上延伸的差拍信號造成干擾 波Rx2在零點(diǎn)復(fù)制，從而不能與干擾信號在方向上進(jìn)行區(qū)分。由此，難 以將利用方位的方法應(yīng)用于不能方向區(qū)分的干擾信號來抑制干擾。
考慮到上述情形，本發(fā)明目的在于提供一種電子掃描雷達(dá)系統(tǒng)，即使 在使用FM-CW技術(shù)的雷達(dá)的情況下其也能夠抑制干擾。
解決問題的途徑
權(quán)利要求l的發(fā)明提供一種電子掃描雷達(dá)系統(tǒng)，包括發(fā)射天線，用 于自由地發(fā)射包括連續(xù)波的發(fā)射信號；接收天線，包括對應(yīng)于各個(gè)信道的 天線元件；混合器，用于通過將每個(gè)天線元件接收的接收信號與發(fā)射信號 混合而獲得差拍信號；AD轉(zhuǎn)換器，用于通過對所述混合器獲得的差拍信號以預(yù)定采樣頻率采樣而獲得包括N個(gè)采樣數(shù)據(jù)的接收數(shù)據(jù)；以及目標(biāo) 檢測部分，用于基于由AD轉(zhuǎn)換器采樣的接收數(shù)據(jù)來檢測距目標(biāo)的距離或 /和目標(biāo)的相對iUL，其特征在于，數(shù)據(jù)切除部分，用于從包括N個(gè)采樣 數(shù)據(jù)的接收數(shù)據(jù)中切除(N-M+l)個(gè)數(shù)據(jù)，且(N-M+l)個(gè)數(shù)據(jù)中的每 個(gè)數(shù)據(jù)包括時(shí)間方向上連續(xù)的M (M<N)個(gè)采樣數(shù)據(jù)；頻譜計(jì)算部分， 用于計(jì)算所述(N-M+1 )個(gè)數(shù)據(jù)中的每個(gè)數(shù)據(jù)的頻鐠；干擾頻率檢測部分， 用于從頻i普檢測干擾波的干擾成分頻率；干擾成分移除部分，用于從差拍 信號移除由干擾頻率檢測部分檢測的干擾成分頻率；緩沖部分，用于合并
數(shù)據(jù)；以及基于緩沖部分恢復(fù)的數(shù)據(jù)檢測距目標(biāo)的距離或/和目標(biāo)的相對 速度。
如權(quán)利要求2記載，數(shù)據(jù)切I^P分有利地設(shè)定數(shù)目M使得在以采樣 頻率對M個(gè)采樣數(shù)據(jù)采樣的情況下，在連續(xù)的M個(gè)采樣數(shù)據(jù)中頻率基本 不改變。
如權(quán)利要求3記載，在從差拍信號移除由干擾頻率檢測部分檢測的干 擾成分頻率時(shí)，干擾成分移除部分有利地從對應(yīng)于接收波的差拍信號與對 應(yīng)于干擾波的差拍信號相交的部分中移除差拍信號。
如權(quán)利要求4記載，另外有利地，干擾成分移除部分是工作于數(shù)據(jù)切 除部分切除的數(shù)據(jù)的投影矩陣。
如權(quán)利要求5記載，另外有利地，信道被提供成多個(gè)并且提供多個(gè)接 收天線，每個(gè)接收天線包括對應(yīng)于多個(gè)信道的天線元件；混合器被提供成 多個(gè)，以通過將每個(gè)天線元件接收的接收信號與發(fā)射信號混合來獲得每個(gè) 天線元件的差拍信號；并且AD轉(zhuǎn)換器被提供成多個(gè)，以對從多個(gè)混合器 中的每個(gè)混合器獲得的每個(gè)信道的差拍信號以預(yù)定采樣頻率采樣，以獲得 對應(yīng)于各個(gè)天線元件的每個(gè)信道的包括N個(gè)釆樣數(shù)據(jù)的接收數(shù)據(jù)。
如權(quán)利要求6記載，另外有利地，系統(tǒng)包括尖峰方向提取部分，用于
的電功率的尖峰，并且干擾成分移fiHP分適于計(jì)算尖峰方向提取部分提取 的干擾成分頻率的進(jìn)入方向的絕對值，并形成濾波器以使—基于絕對值移除 干擾成分頻率。
如權(quán)利要求7記載，另外有利地，所述系統(tǒng)包括尖峰方向提取部分，方向的電功率的尖峰，并且干擾成分移除部分適于使用濾波器來從對應(yīng)于 接收信號的差拍信號與對應(yīng)于干擾波的差拍信號相交的部分的差拍信號 中，僅僅移除對應(yīng)于來自與接收波相同方向的千擾波的差拍信號與對應(yīng)于 接收信號的差拍信號相交的部分.
如權(quán)利要求8記載，另外有利地使用具有工作于由數(shù)據(jù)切除部分切除 的lt據(jù)的投影矩陣的濾波器。
如權(quán)利要求9記載，另外有利地配置干擾頻率檢測部分以便基于頻譜 的時(shí)間瞬變信息;jjb險(xiǎn)測干擾成分頻率。
如權(quán)利要求10記載，另外有利地配置干擾頻率檢測部分以便檢測使
得頻鐠的電功率值最大的成分作為干擾成分頻率的成分。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)明，進(jìn)行采樣之后獲得的采樣數(shù)據(jù)被分為至少兩 個(gè)或更多個(gè)連續(xù)的切除數(shù)據(jù)。由此，能夠捕捉到差拍信號作為時(shí)間上瞬變 的信息，也就另L說至少兩個(gè)或更多個(gè)時(shí)刻的信息。由此，能夠估計(jì)千擾頻 率成分中的干擾波關(guān)于時(shí)間的頻率變化。此外，當(dāng)估計(jì)的干擾成分頻率凈皮 干擾成分移除部分移除時(shí)，能夠抑制干擾波的影響。
根據(jù)權(quán)利要求2的發(fā)明，設(shè)定M使得在M個(gè)采樣數(shù)據(jù)中頻率基本不 改變。由此，切除的采樣數(shù)據(jù)相對于時(shí)間在干擾頻率成分中基本上不具有 在采樣之后能夠看到的頻率變化。因此，能夠更合適地在時(shí)間片段中檢測 干擾成分的差拍頻率。
在權(quán)利要求3的發(fā)明中，通過使干擾成分移除部分移除對應(yīng)于接收波 的差拍信號與對應(yīng)于干擾波的差拍信號相交的部分中的差拍信號，確保移 除千擾頻率。例如，當(dāng)本車的發(fā)射波被目標(biāo)反射時(shí)，>^射波的差拍信號是 不隨時(shí)間瞬變的信號，而干擾波是隨時(shí)間瞬變的信號。由此，對應(yīng)于干擾 波的差拍信號與對應(yīng)相交的接收波的差拍信號相交。該相交部分不能被識 別為接收波或干擾波。因此，這一部分的移除能夠抑制干擾波的影響。
如權(quán)利要求4記載，在干擾成分移除部分中使用能夠移除干擾波的投 影矩陣可以以更精確的方式抑制干擾波的影響。
本發(fā)明可應(yīng)用于具有一個(gè)用于發(fā)射和接收的信道的系統(tǒng)。然而如權(quán)利 要求5記載，本發(fā)明在具有多個(gè)接收天線的系統(tǒng)中也有用。例如，當(dāng)一個(gè) 信道用于接收時(shí)，要求機(jī)械地朝向發(fā)射/接收的方向(角度)，而例如提供 多個(gè)接收天線則可省去該W^機(jī)構(gòu)。如權(quán)利要求6記載，如果提供數(shù)字波束形成(DBF)功能，能夠獲得 絕對值形式的方位信息。接著，當(dāng)根據(jù)方位信息的絕對值設(shè)定濾波器時(shí)， 可實(shí)現(xiàn)干擾波的移除，同時(shí)允許盡可能地保留原始的接收波的差拍信號。
如權(quán)利要求7記載，當(dāng)利用DBF獲得方位信息時(shí)，能夠從干擾波的 進(jìn)入方位區(qū)分原始接收波的l方位。然而，當(dāng)1方位相同時(shí)，不能區(qū) 分干擾波和接收波。從這一點(diǎn)考慮，干擾波的移除可抑制干擾的影響。
如權(quán)利要求8記載，通過使用能夠移除干擾波的投影矩陣作為濾波器 能夠更精確地抑制干擾波的影響。
根據(jù)權(quán)利要求9的發(fā)明，使用干擾頻率的時(shí)間瞬變信息以充分地檢測 干擾成分的差拍頻率。具體地，如上所述，來自目標(biāo)的^Jt波Rxl的差 拍頻率基本上在時(shí)間上恒定。在另一方面，干擾波Rx2即來自另一雷達(dá) 系統(tǒng)的信號，其差拍頻率隨時(shí)間瞬變。例如，如圖3(a)所示，當(dāng)主體 的雷達(dá)系統(tǒng)的調(diào)制的斜率與另一車輛上加載的雷達(dá)系統(tǒng)的斜率不同時(shí)，差 拍頻率主要呈現(xiàn)線性瞬變。為此，關(guān)注差拍頻率的瞬變，如果當(dāng)瞬變超出 某一電平時(shí)確定為干擾成分，則能夠精確地進(jìn)行檢測。
根據(jù)權(quán)利要求10的發(fā)明，使用干擾頻率的電功率信息以充分地檢測 干擾成分的差拍頻率。具體地，當(dāng)干擾波的電功率大于來自目標(biāo)的^Jt波 的電功率時(shí)，將極大地?fù)p害測量的精確度。為此，當(dāng)電功率很大時(shí)，通過 檢測將使得尖峰最大的頻率作為干擾成分，能夠有效地進(jìn)行精確檢測。


圖1 (a)示出FM-CW雷達(dá)技術(shù)中的發(fā)射/接收信號，圖1 (b)示出 指示混合處理的原理的時(shí)序圖2示出說明具有相向車道的道路環(huán)境的示例的平面圖3 (a)示出發(fā)射波、反射波以及干擾波在進(jìn)行混合之前關(guān)于時(shí)間 的頻率變化，以及圖3 (b)示出對這些波進(jìn)行混合之后的差拍信號；
圖4是示出本發(fā)明的電子掃描雷達(dá)系統(tǒng)的實(shí)施例的框圖5是示出短時(shí)數(shù)據(jù)切除處理的內(nèi)容的示意圖6是示出頻i普計(jì)算處理的內(nèi)容的示意圖7是示出在一些時(shí)間點(diǎn)的干 信號的瞬時(shí)差拍頻率的示意圖；圖8 (a)示出發(fā)射波、反射波以及干擾波在進(jìn)行混合之前關(guān)于時(shí)間 的頻率變化，圖8 (b)示出對這些信號進(jìn)行混合之后的差拍信號，圖8 (c)示出DBF之后的涉及方位的圖，以及圖8 (d)示出基于方位信息 從差拍信號移除干擾波的差拍信號之后的期望差拍信號SS的圖9 U)示出發(fā)射波、^^射波以及干擾波在進(jìn)行混合之前相對于時(shí) 間的頻率變化，圖9 (b)示出對這些信號進(jìn)行混合之后的差拍信號，圖9 (c)是示出采樣之后的差拍信號的圖，以及圖9 (d)是示出基于方位信 息從差拍信號移除干擾波的差拍信號之后的期望差拍信號SS的圖；以及
圖10 (a)示出發(fā)射波、反射波以及干擾波在進(jìn)行混合之前關(guān)于時(shí)間 的頻率變化，圖10 (b)示出對這些信號進(jìn)行混合之后的差拍信號，以及 圖10 (c)是示出不基于方位信息從差拍信號移除干擾波的差拍信號之后 的期望差拍信號SS的圖。
附圖標(biāo)記說明
1電子掃描雷達(dá)系統(tǒng)
5發(fā)射天線
6天線元件
10混合器
13 A/D轉(zhuǎn)換器
17目標(biāo)檢測部分
18干擾頻率檢測部分
19短時(shí)數(shù)據(jù)切除部分
20頻譜計(jì)算部分
26干擾方位成分移除部分
27緩沖部分
S3 S4 RD差拍信號
RX接收信號
TX發(fā)射信號
具體實(shí)施方式
下面參照附圖，描述本發(fā)明的第一實(shí)施例。
圖4是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電子掃描雷達(dá)系統(tǒng)1的框圖。雷達(dá)系 統(tǒng)1是4吏用通過對連續(xù)波(CW)應(yīng)用頻率調(diào)制(FM)獲得的發(fā)射信號 Tx的FM-CW雷達(dá)系統(tǒng)。另外，雷達(dá)系統(tǒng)1是在接收陣列天線8中進(jìn)行 數(shù)字波束形成處理的DBF雷達(dá)系統(tǒng)。雷達(dá)系統(tǒng)1是加載在車輛上的所謂 車載雷達(dá)系統(tǒng)，其檢測例如與前方行駛車輛(目標(biāo))的距離或前方行駛車 輛的相對iUL。雷達(dá)系統(tǒng)1的檢測結(jié)果例如被利用作為用于控制車輛的行 駛的信息。微波被用作發(fā)射波。
雷達(dá)系統(tǒng)1具有發(fā)射/接收部分4，其包括具有中心頻率f0 (例如 76GHz)并且連接到時(shí)序發(fā)生器50的振蕩器2;放大器3;以;SJL射天線 5。通過利用從未示出的用于調(diào)制的DC電源輸出的控制電壓對具有頻率 f0的載波應(yīng)用具有頻率調(diào)制寬度AF的三角波調(diào)制而獲得信號，振蕩器2 輸出該信號。也就是說，振蕩器2輸出頻率為fO士AF/2的調(diào)制波(發(fā)射波 Tx)。調(diào)制信號枕故大器3放大，并M射天線5作為電磁波發(fā)射。發(fā)射 波部分地輸出到混合器10以用作用于接收檢測的本地信號。為了4復(fù)射 天線5具有期望的水平方向性，發(fā)射天線5例如包括未示出的4個(gè)元件天 線。
設(shè)置在發(fā)射/接收部分4的接收陣列天線8具有與從第一信道(#1) 到第K信道(#K)的信道對應(yīng)的K個(gè)均勻隔開的線性陣列天線元件6。 每個(gè)天線元件6包括2個(gè)組件天線，并且類似于發(fā)射天線13，每個(gè)天線 元件6允許具有固定的水平方向性。
來自天線元件6的接收波Rx (1到K)被各個(gè)RF放大器9放大并通 過各個(gè)混合器10與分布的發(fā)射波Tx混合。通過混^個(gè)接收信號Rx被 下轉(zhuǎn)換以產(chǎn)生如圖1 (b)所示的差拍信號S，即發(fā)射波Tx和接收波Rx (1到K)之間的差所引起的差分信號。如上所述，基于接收波Rx (1 到K)和發(fā)射信號Tx獲得差拍信號S的技術(shù)是已知的，例如日本專利公 開No. 11-133142中描述的。因此，將在此省略對詳細(xì)處理的描述。
在用于三角波調(diào)制的FM-CW才支術(shù)中，能夠建立以下>^式
<formula>formula see original document page 11</formula>
其中fr是當(dāng)相對速度為零時(shí)的差拍頻率，fd是基于相對速度的多普 勒頻率，fbl是頻率增加的區(qū)域(上升區(qū)域)中的差拍頻率，fb2是頻率減小的區(qū)域(下降區(qū)域)中的差拍頻率。
因此，當(dāng)在調(diào)制循環(huán)中分開測量分別位于上升和下降區(qū)域的差拍頻率
fbl和fb2時(shí)，能夠從以下的公式(3)和(4)獲得fr和fd:
<formula>formula see original document page 12</formula> ... (3)
<formula>formula see original document page 12</formula> …(4)
當(dāng)相對速度為零時(shí)計(jì)算差拍頻率fr和多普勒頻率fd，進(jìn)一步利用以 下公式(5)和(6)來計(jì)算距目標(biāo)的距離R和目標(biāo)的速度V:
<formula>formula see original document page 12</formula> ...(5)
<formula>formula see original document page 12</formula> ... (6)
其中C是光速，F(xiàn)0是中心頻率，AF是頻率f0的載波的頻率調(diào)制寬 度，fm是FM調(diào)制頻率。
所產(chǎn)生的用于各個(gè)天線元件6的差拍信號S3通過為各個(gè)天線元件6 提供的各個(gè)低通濾波器12，并被各個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器13以采樣頻率f采樣和 量化以提供用于每個(gè)快拍的n個(gè)采樣數(shù)據(jù)。釆樣數(shù)據(jù)以以下7>式所示的 K (信道)x n個(gè)接收數(shù)據(jù)DT1的形式存儲在緩沖單元14中，接著輸出 到目標(biāo)檢測部分17。如以下將描述的，接收數(shù)據(jù)DT1對應(yīng)于包括K個(gè)信 道的數(shù)據(jù)的接收數(shù)據(jù)RD。<formula>formula see original document page 12</formula>
..(7)
如圖4所示，目標(biāo)檢測部分17包括干擾抑制單元30、差拍頻率檢測 單元31以及方位檢測單元33。干擾抑制單元30包括短時(shí)數(shù)據(jù)切除部分 19、頻鐠計(jì)算部分20、干擾頻率檢測部分18、 DBF (數(shù)字波束形成)處 理部分22、最大尖峰方向提取部分23、干擾方向成分移除部分26以及緩 沖部分27。
如圖5所示，對于對應(yīng)于各個(gè)陣列天線元件6的每個(gè)信道，短時(shí)數(shù)據(jù) 切除部分19從接收數(shù)據(jù)RD即在時(shí)間方向上存儲的n個(gè)采樣數(shù)據(jù)(例如 1024/快拍)中切除短數(shù)據(jù)SD，每個(gè)短數(shù)據(jù)SD包括時(shí)間方向上的M個(gè)采 樣數(shù)據(jù)(例如32個(gè)可變數(shù)據(jù))，如從以下公式可見。接著，所切除的短時(shí)數(shù)據(jù)SD被重新排列在行列陣列中。重新排列的切除數(shù)據(jù)如公式(8)所 示。
[數(shù)學(xué)表達(dá)式2
<formula>formula see original document page 13</formula>(8)
接著，如圖6和公式(9)所示，頻鐠計(jì)算部分20對每個(gè)短時(shí)切除數(shù) 據(jù)進(jìn)行離散傅立葉變換以變換為適于頻率區(qū)域的數(shù)據(jù)Mf，以由此計(jì)算頻 譜。短時(shí)傅立葉變換數(shù)據(jù)Y用公式(9)表示。
[數(shù)學(xué)表達(dá)式3
<formula>formula see original document page 13</formula>干擾頻率檢測部分18計(jì)算K個(gè)信道的離散傅立葉變換之后的平均電 功率，接著如圖7所示，檢測頻率方向上的一個(gè)或更多個(gè)尖峰。在檢測中， 尖峰的平均電功率電平達(dá)到最大點(diǎn)的頻率祐:確定為每個(gè)時(shí)間點(diǎn)tn的干擾 成分的瞬時(shí)差拍頻率(干擾成分頻率)。瞬時(shí)差拍頻率(干擾成分頻率) 由公式(10 )定義。
[數(shù)學(xué)表達(dá)式4
<formula>formula see original document page 13</formula>當(dāng)公式(10)表示的干擾成分頻率被加密時(shí)，獲得公式(11)。
[數(shù)學(xué)表達(dá)式51
/似[^argmaxf;l;!JWW(/)卩l(xiāng)^l…W-M + l …(U)
<formula>formula see original document page 13</formula>接著，DBF處理部分22對短時(shí)傅立葉變換數(shù)據(jù)Y進(jìn)行已知的DBF (數(shù)字波束形成)處理。DBF處理的細(xì)節(jié)在非專利文件1中描述。符號0 在這里表示DBF掃描的方位。
公式(12 )中的符號ZW(0)表示從DBF處理獲得的頻譜。[數(shù)學(xué)表達(dá)式6
...(12)
接著，對于干擾成分的頻率，尖峰方向提取部分23利用公式(13) #測使DBF處理所獲得的能量最大的方位方向的峰值。
[數(shù)學(xué)表達(dá)式7
^cO〗-argniax(Z[f:p)) …(13)
接著，干擾方向成分移除部分26利用已知的計(jì)算方法基于所獲得的 方位方向的尖峰(頻率方向的尖峰)來估計(jì)干擾成分的進(jìn)入方向的絕對值。 如圖2和圖3 (a)、 (b)所示，通過此估計(jì)獲得的干擾成分的進(jìn)入方向是 對稱的干擾波Rx2和Rx3中任意一個(gè)，干擾波Rx2和Rx3相對于車輛中 心CL (發(fā)射信號Tx的電子掃描中的掃描中心)具有方位角a。不能確定 是上述波中的哪一個(gè)的這個(gè)值被稱為"ii^方向的絕對值"。這是因?yàn)槿?圖3 ( a )所示的相對于接收波Rxl呈線性對稱的干擾波Rx2和Rx3在混 合之后顯示出如圖3 (b)所示的類似的干,式。因此，即使計(jì)算獲得 的i^V方向例如是9T=a，實(shí)際ii^方向也可祐j人為是兩個(gè)方位9=a和-a。
然而，在沒有確定干擾成分ii^方向的情況下，干擾方向成分移除部 分26在每個(gè)時(shí)間點(diǎn)基于公式(14)和(15)產(chǎn)生以下抑制干擾成分的投 影矩陣h[t。
[數(shù)學(xué)表達(dá)式S
,=/ w ".(14)
h[t的定義可用公式(15)表示。 [數(shù)學(xué)表達(dá)式9
(15)其中Wk(0)表示方位9的DBF的權(quán)重(導(dǎo)向矢量)。
通過對原始接收數(shù)據(jù)SD應(yīng)用上述處理(參見圖5 )，能夠獲得干擾成 分抑制處理之后的接收信號Xc[t。
[數(shù)學(xué)表達(dá)式10
<formula>formula see original document page 15</formula>緩沖部分27存儲短時(shí)數(shù)據(jù)SD即接收信號Xc[t，其具有數(shù)量等于數(shù) 據(jù)的原始數(shù)量的被抑制的干擾成分。由此，已被短時(shí)數(shù)據(jù)切除部分19切 除并被干擾方向成分移除部分26移除了干擾方向成分的短時(shí)數(shù)據(jù)SD被 恢復(fù)為在切除之前的接收數(shù)據(jù)RD和DT1 (參見圖5 )，接著M射到下 行差拍頻率檢測單元31。以此方式，從圖4所示的存儲在發(fā)射/接收部分 4的緩沖單元14中的差拍信號移除(抑制)干擾成分，生成的信號以信 號S4的形式適當(dāng)?shù)剌敵龅较滦胁钆念l率檢測單元31。
如上所述，通過抑制處理獲得移除(抑制)干擾成分之后的信號SS, 而不進(jìn)行確定干擾信號成分的ii^方向的正/負(fù)號的處理，該干擾信號成 分在圖3(b)所示的發(fā)射波和干擾波的相交處復(fù)制。由此，在不確定進(jìn) 入方向的正/負(fù)號的情況下就能夠確保干擾成分的移除。
下面的描述通過參照圖8給出。由于圖8 U)和(b)與圖3 (a)和 (b )相同，將省略對其解釋。與圖3類似，圖8也示例了涉及如圖2所 示的目標(biāo)和干擾波的狀態(tài)。
例如，在對應(yīng)于圖2和圖8 (a)和(b)所示的狀態(tài)的干擾信號的一 個(gè)進(jìn)入方位中，例如DBF之后的方位信息可以是如圖8 (c)所示。具體 地，可從對應(yīng)于具有圖8 (b)中的關(guān)于時(shí)間大致恒定的差拍頻率的差拍 信號或期望信號的方位得出正值a。另外，可從來自迎面到來的車輛52 的干擾波Rx2或發(fā)射波得出方位a。同時(shí)，與干擾波Rx2相反的差拍信 號的對應(yīng)的方位是-a。因此，在如圖8 (b)所示的混合之后的干擾波Rx2 中，能夠區(qū)分出差拍頻率在零處反向的差拍信號，因?yàn)樵贒BF之后，具 有相反的差拍頻率的差拍信號的方位將具有與期望的差拍信號S的方位 不同的正/負(fù)號。由此，在移除對應(yīng)于干擾波Rx2的差拍信號的情況下，可利用投影矩陣的濾波僅僅針對對應(yīng)于頻率波Rx2的其l方位的正/負(fù) 號與對應(yīng)于反射波Rxl的差拍信號S相反的差拍信號進(jìn)行移除。另一方 面， 一些對應(yīng)于干擾波Rx2的差拍信號具有正/負(fù)號與對應(yīng)于^^射波Rxl 的差拍信號S相同的進(jìn)入方位。在此情況下，因?yàn)椴荒鼙舜藚^(qū)分，反射波 Rxl和干擾波Rx2被一起移除。在此情況下的移除寬度對應(yīng)于圖8(b) 中虛線包圍的部分，其位于期望的差拍信號S和干擾波Rx2的差拍頻率 彼此相交的部分中。從該移除得到的差拍信號SS由圖8 (d)示出。如圖 8(d)所示，在對應(yīng)于以T3和T4之間的時(shí)間To為中心的時(shí)段期間，干 擾波Rx2的差拍頻率也與初始期望的差拍頻率S —起被移除。應(yīng)理解的 是，當(dāng)信號的強(qiáng)度高時(shí)可以使移除寬度較大，而當(dāng)信號的強(qiáng)度低時(shí)可以使 移除寬度較小。
其干擾成分已經(jīng)被目標(biāo)檢測部分17的干擾抑制單元30抑制的差拍信 號SS在差拍頻率檢測單元31和方位檢測單元33中進(jìn)行已知處理，以計(jì) 算例如本車和諸如前方車輛的目標(biāo)之間的距離以及相對于目標(biāo)的相對速 度和方位。另外，所生成的信號在圖4所示的目標(biāo)跟蹤部分35進(jìn)行時(shí)域 跟蹤處理，該處理之后是計(jì)算處理以檢測例如前方車輛。在目標(biāo)跟蹤部分 35中進(jìn)行的處理是基于已知的技術(shù)，其細(xì)節(jié)例如在日本專利公開No. 2003-270341中描述。因此在此省略這些處理的詳細(xì)描述。另外，在差拍 頻率檢測單元31和方位檢測單元33中進(jìn)行的處理是基于已知的技術(shù)，例 如在非專利文件l中描述。因此在此省略詳細(xì)描述。
在這些處理和操作內(nèi)容以例如通過微處理器或數(shù)字信號處理器運(yùn)行 的信號處理軟件的形式實(shí)現(xiàn)的假設(shè)下描述了本實(shí)施例?？商孢x地，這些處 理和操作內(nèi)容也可通過諸如FPGA或LSI的在半導(dǎo)體元件上形成的集成 電路的形式實(shí)現(xiàn)。
在上述實(shí)施例中，構(gòu)建干擾抑制單元30的處理部分具有以下功能
A) 短時(shí)數(shù)據(jù)切除部分19，切除從上游緩沖單元接收的多信道數(shù)據(jù)中的多 個(gè)短時(shí)信道數(shù)據(jù)；
B) 頻語計(jì)算部分20,從短時(shí)數(shù)據(jù)計(jì)算短時(shí)頻鐠；
C) 千擾頻率檢測部分18，從短時(shí)頻譜檢測干擾成分頻率；
D) DBF處理部分22，進(jìn)行DBF (數(shù)字波束形成)處理；
E) 最大尖峰方向提取部分23，從DBF處理的結(jié)果計(jì)算干擾成分的方位； G)干擾方向成分移除部分26，操作濾波器以侵羞于計(jì)算的干擾成分的方位從多個(gè)短時(shí)信道數(shù)據(jù)中抑制相關(guān)方位方向成分；以及
H)緩沖部分27,在干擾成分抑制之后合并多個(gè)短時(shí)信道數(shù)據(jù)以恢復(fù)原始 數(shù)據(jù)長度。
以此方式，這樣配置使得在例如從迎面來的車輛接收FM-CW或CW 雷達(dá)波等作為干擾波的情況下，例如，即使當(dāng)干擾成分頻率在時(shí)間上變化 時(shí)，干擾波的短時(shí)數(shù)據(jù)被切除并被處理。由此，切除的時(shí)間范圍中的頻率 基本上不改變，這使得頻鐠計(jì)算部分20和干擾頻率檢測部分18能夠檢測 和抑制時(shí)間部分中的干擾成分頻率。
下面參照圖9描述第一實(shí)施例的變形例。由于圖9 (a)和圖9 (b) 與圖3 (a)和圖3 (b)相同，省略了其解釋。
圖9 (c)示出利用AD轉(zhuǎn)換器對圖9(b)所示的差拍頻率采樣的結(jié) 果。最常見地，頻率波Rx2的差拍信號在采樣頻率的1/2處或在所謂的奈 奎斯特頻率復(fù)制。因此，如從圖9(c)可見，采樣后的頻率具有其中差 拍頻率在零和奈查斯特頻率之間轉(zhuǎn)向的模式。
在圖9所示的變形例中，如從圖9(b)可見，對應(yīng)于反射波Rxl的 差拍信號S在時(shí)間范圍Tol到To4中與復(fù)制的對應(yīng)于干擾波Rx2的差拍 信號相交。然而，在相交中，在差拍信號S和干擾波Rx2的差拍信號的 iiyV方位之間，正/負(fù)號關(guān)于時(shí)間點(diǎn)Tol和To2彼此一致，而關(guān)于時(shí)間點(diǎn) To3和To4彼此翻轉(zhuǎn)。因此，本變形例在當(dāng)進(jìn)入方位的正/負(fù)號彼此一致 的時(shí)段期間移除差拍信號。具體地，濾波器移除落入夾著時(shí)間點(diǎn)To2的時(shí) 間點(diǎn)Tl和T2之間以及夾著時(shí)間點(diǎn)Tol的時(shí)間點(diǎn)T3和T4之間的差拍信 號S和干擾波Rx2的差拍信號。另外，濾波器僅僅移除時(shí)間點(diǎn)T1之前、 時(shí)間點(diǎn)T2和T3之間以及在時(shí)間點(diǎn)T4或在時(shí)間點(diǎn)T4之后的干擾波Rx2 的差拍信號。
如上所述，考慮到釆樣后的奈查斯特頻率，在干擾波Rx2 (Rx3)的 差拍頻率在零頻率和在奈查斯特頻率復(fù)制的情況下，還能夠通過確保移除 其中ii^方位的正/負(fù)號在反射波Rxl和干擾波Rx2之間彼此一致的全部 時(shí)間段來獲得效率。
在本變形例中，類似于第一實(shí)施例，考慮到例如干擾波的電功率，移 除寬度(時(shí)間段)可以設(shè)定為夾在時(shí)間點(diǎn)Tol和To2之間。
下面參照圖10描述第二實(shí)施例。
由于圖10 (a)和10 (b)基本上與圖3相同，簡化了其說明。第二實(shí)施例與以上的實(shí)施例和修改例不同之處主要在于不提供DBF 功能。在第二實(shí)施例中，利用投影矩陣進(jìn)行的移除例如是針對混合器混合 之后的對應(yīng)于反射波Rxl的差拍信號S和對應(yīng)于干擾波Rx2的差拍信號 之間的兩個(gè)相交處進(jìn)行的。具體地，差拍信號S和干擾波Rx2的差拍信 號在上述的相交處或在包括相交處的時(shí)間段內(nèi)從干擾頻率移除，而在其它 一切情況下，僅僅移除干擾波Rx2的差拍信號。更具體地，如圖10(d) 所示，上iM目交處位于時(shí)間點(diǎn)To4和Tol。由此，差拍信號S和參考波 Rx2的差拍信號在與時(shí)間點(diǎn)To4和Tol周圍的寬度(時(shí)間段)對應(yīng)的時(shí)間 點(diǎn)T6和T7之間和時(shí)間點(diǎn)T3和T4之間的時(shí)間段被濾波器移除。在其它 時(shí)間段，只有干擾波Rx2的差拍信號被移除。以此方式，使用干擾頻率 成分關(guān)于時(shí)間的瞬變信息能夠抑制干擾成分，而無需利用DBF獲得方位 信息。
在第二實(shí)施例中，可省略圖4所示的方位檢測單元33、 DBF處理部 分22以及最大尖峰方向提取部分23。結(jié)果，干擾方向成分移除部分26 可利用干擾頻率成分相對于時(shí)間的瞬變信息來移除干擾成分，而無需利用 例如尖峰方向的方位信息。
可進(jìn)一步對本發(fā)明做不同的修改，而不限于上述實(shí)施例和修改例。
例如，上述實(shí)施例和修改例配置為允許短時(shí)數(shù)據(jù)切除部分9僅僅切除 時(shí)間方向上連續(xù)的M個(gè)數(shù)據(jù)。在最多的情況下，在N=1024 ,皮建立的情 況下，能夠建立M4023。換句話說，短時(shí)數(shù)據(jù)切除部分9僅僅需要進(jìn)行 恢復(fù)以獲得具有不同時(shí)間區(qū)的兩個(gè)或更多個(gè)連續(xù)數(shù)據(jù)組的形式的數(shù)據(jù)。可 替選地，例如，短時(shí)數(shù)據(jù)切除部分9可恢復(fù)比短時(shí)數(shù)據(jù)SD的采樣時(shí)間短 的時(shí)間數(shù)據(jù)，即，圖9 (c)所示的干擾波Rx2 (Rx3)的復(fù)制時(shí)間tl。這 可顯著地減少干擾成分的差拍頻率的變化，使得不能發(fā)生彎曲(翻轉(zhuǎn))， 由此能夠更適當(dāng)?shù)赜?jì)算干擾波的差拍頻率。
另外，上述實(shí)施例和變形例允許最大尖峰方向提取部分23檢測其中 使通過DBF處理獲得的能量最大的方位方向的最大峰值?？商孢x地，可 以只確保檢測到尖峰而不是最大值。換句話說，如果存在多個(gè)尖峰，可確 ?；诙鄠€(gè)尖峰移除干擾成分。在此情況下，需要估計(jì)尖峰的時(shí)間分布。 因而，盡管與使用最大峰值的情況相比計(jì)算可能變復(fù)雜，但是在實(shí)現(xiàn)上不
存在問題。相反地，以上所述的最大峰值的使用可呈現(xiàn)使計(jì)算簡化的優(yōu)點(diǎn)。
另外，例如，以上描述的第一實(shí)施例設(shè)置有方位檢測單元33以向跟 蹤處理部分35的操作員給出目標(biāo)的方位信息。該配置不限于此，本發(fā)明也可應(yīng)用于不計(jì)算方位信息的系統(tǒng)，即不具有方位檢測單元33的系統(tǒng)。
以上描述的實(shí)施例、變形例以及進(jìn)一步修改可做適當(dāng)?shù)慕M合，并且不 限于上述內(nèi)容。
工業(yè)實(shí)用性
本發(fā)明可用于利用FM-CW技術(shù)的車載電子掃描雷達(dá)系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種電子掃描雷達(dá)系統(tǒng)，包括發(fā)射天線，用于自由地發(fā)射包括連續(xù)波的發(fā)射信號；接收天線，包括對應(yīng)于各個(gè)信道的天線元件；混合器，用于通過將每個(gè)天線元件接收的接收信號與所述發(fā)射信號混合來獲得差拍信號；AD轉(zhuǎn)換器，用于通過對所述混合器獲得的所述差拍信號以預(yù)定采樣頻率采樣而獲得包括N個(gè)采樣數(shù)據(jù)的接收數(shù)據(jù)；以及目標(biāo)檢測部分，用于基于由所述AD轉(zhuǎn)換器采樣的所述接收數(shù)據(jù)來檢測距目標(biāo)的距離或/和所述目標(biāo)的相對速度，其特征在于，數(shù)據(jù)切除部分，用于從包括N個(gè)采樣數(shù)據(jù)的所述接收數(shù)據(jù)中切除(N-M+1)個(gè)數(shù)據(jù)，所述(N-M+1)個(gè)數(shù)據(jù)中的每個(gè)數(shù)據(jù)包括時(shí)間方向上連續(xù)的M(M＜N)個(gè)采樣數(shù)據(jù)；頻譜計(jì)算部分，用于計(jì)算所述(N-M+1)個(gè)數(shù)據(jù)中每個(gè)數(shù)據(jù)的頻譜；干擾頻率檢測部分，用于從所述頻譜檢測干擾波的干擾成分頻率；干擾成分移除部分，用于從所述差拍信號移除所述干擾成分頻率，所述干擾成分頻率由所述干擾頻率檢測部分檢測；緩沖部分，用于合并所述數(shù)據(jù)切除部分切除并移除頻率成分的數(shù)據(jù)以恢復(fù)具有切除之前的長度的數(shù)據(jù)；以及基于所述緩沖部分恢復(fù)的數(shù)據(jù)來檢測距所述目標(biāo)的距離或/和所述目標(biāo)的相對速度。
2. 如權(quán)利要求1所述的雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)切除部分 設(shè)定數(shù)量M，使得在M個(gè)采樣數(shù)據(jù)通過所述采樣頻率采樣的情況下，在連續(xù)的M個(gè)釆樣數(shù)據(jù)中頻率基本不改變。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于，在從所述差拍 信號移除由所述干擾頻率檢測部分檢測的所述干擾成分頻率時(shí)，所述干擾 成分移除部分從對應(yīng)于所述接收波的差拍信號與對應(yīng)于干擾波的差拍信 號相交的部分中移除差拍信號。
4. 如權(quán)利要求1到3中任意一項(xiàng)所述的雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于，所陣。
5. 如權(quán)利要求1到4中任意一項(xiàng)所述的雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于所述信道提供成多個(gè)，并且提供多個(gè)接收天線，每個(gè)接收天線包括對應(yīng)于所述多個(gè)信道的天線元件；所述混合器提供成多個(gè)，以通過將每個(gè)天線元件接收的接收信號與所 iOL射信號混合來獲得用于每個(gè)天線元件的差拍信號；以及所述AD轉(zhuǎn)換器提供成多個(gè)，以便以預(yù)定采樣頻率對每個(gè)信道的差拍 信號采樣，以獲得對應(yīng)于相應(yīng)天線元件的每個(gè)信道的包括N個(gè)采樣數(shù)據(jù) 的所述接收數(shù)據(jù)，所述差拍信號從多個(gè)所述混合器中的每個(gè)混合器獲得。
6. 如權(quán)利要求5所述的雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括尖 峰方向4^取部分，用于對所述干擾成分頻率進(jìn)行數(shù)字波束形成處理以從所 述干擾成分頻率中提取方位方向的電功率的尖峰，所述干擾成分移除部分 計(jì)算所述尖峰方向提取部分提取的干擾成分頻率的進(jìn)入方向的絕對值并 使用濾波器來基于所述絕對值移除所述干擾成分頻率。
7. 如權(quán)利要求5所述的雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括尖 峰方向4^取部分，用于對所述干擾成分頻率進(jìn)行數(shù)字波束形成處理以從所 述干擾成分頻率提取方位方向的電功率的尖峰，所述干擾成分移除部分4吏 用濾波器來從對應(yīng)于所述接收信號的差拍信號與對應(yīng)于所述干擾信號的 差拍信號相交的部分的差拍信號中只移除對應(yīng)于來自與接收波相同方向 的干擾波的差拍信號與對應(yīng)于所述接收信號的差拍信號相交的部分。
8. 如權(quán)利要求6或7所述的雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于，所述濾波器是 工作于所述數(shù)據(jù)切除部分切除的數(shù)據(jù)上的投影矩陣。
9. 如權(quán)利要求1到8中任意一項(xiàng)所述的雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于，所 述干擾頻率檢測部分基于頻i普的時(shí)間瞬變信息來檢測所述干擾成分頻率。
10. 如權(quán)利要求1到8中任意一項(xiàng)所述的雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于，所 述干擾頻率檢測部分檢測使得所述頻鐠的電功率值最大的成分作為所述 干擾成分頻率。
全文摘要
采樣差拍信號RD在時(shí)間上被劃分為用于每個(gè)天線元件的多個(gè)短時(shí)數(shù)據(jù)SD。從短時(shí)數(shù)據(jù)SD的頻譜檢測干擾波的干擾成分頻率。針對干擾波的干擾成分頻率進(jìn)行數(shù)字波束形成處理以提取方位方向的電功率的尖峰并估計(jì)干擾成分的進(jìn)入方向的絕對值。基于所估計(jì)的干擾成分的進(jìn)入方向的絕對值，操作用于抑制干擾成分的濾波器以抑制干擾成分。
文檔編號G01S13/34GK101568853SQ20078004822
公開日2009年10月28日 申請日期2007年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月27日
發(fā)明者坂本麻衣, 夏目一馬, 山野千晴, 渡邊優(yōu) 申請人:株式會社電裝