角度分辨的雷達(dá)傳感器的制造方法
【專利摘要】一種尤其用于機(jī)動車的角度分辨的雷達(dá)傳感器，所述雷達(dá)傳感器具有天線（10）和分析處理裝置（28），所述天線具有多個天線元件（12），所述多個天線元件能夠分別連接到多個分析處理通道（16）中的一個上，所述分析處理裝置用于根據(jù)在所述分析處理通道（16）中測量的振幅確定所接收的信號的入射角，其特征在于，所述天線元件（12）的數(shù)量大于所述分析處理通道（16）的數(shù)量，以及開關(guān)裝置（18）設(shè)置用于使所述分析處理通道（16）交替地與所述天線元件（12）的不同選擇連接。
【專利說明】角度分辨的雷達(dá)傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種尤其用于機(jī)動車的角度分辨的雷達(dá)傳感器，所述雷達(dá)傳感器具有天線和分析處理裝置，所述天線具有多個天線元件，所述多個天線元件可分別連接到多個分析處理通道中的一個上，所述分析處理裝置用于根據(jù)在分析處理通道中測量的振幅來確定所接收的信號的入射角。
【背景技術(shù)】
[0002]在機(jī)動車中使用雷達(dá)傳感器例如用于測量在自身車輛的前方區(qū)域中定位的車輛或者其他對象的間距、相對速度和方位角。具有以平面結(jié)構(gòu)方式的組合天線的雷達(dá)傳感器在這些應(yīng)用中具有以下優(yōu)點(diǎn):所述雷達(dá)傳感器僅僅需要較小的結(jié)構(gòu)空間。組合天線的各個天線元件然后彼此間隔開地設(shè)置在水平線上，從而所定位的對象的不同方位角導(dǎo)致雷達(dá)信號從對象直至相應(yīng)的天線元件所經(jīng)過的傳輸長度方面的不同的差。所述傳輸長度差導(dǎo)致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的信號的相位方面的相應(yīng)的差。通過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)的振幅的比較則能夠確定雷達(dá)信號的入射角并且因此確定所定位的對象的方位角。
[0003]為了實(shí)現(xiàn)高角度分辨率，天線的孔徑應(yīng)盡可能大。(在平面的組合天線的情形中，孔徑說明組合天線在有關(guān)雷達(dá)射束的波長λ的角度測量(水平)的方向上的總延展)。然而當(dāng)相鄰天線元件之間的間距過大時，在角度測量中可能出現(xiàn)多值性，因?yàn)閷τ谙嗖畈ㄩL入的整數(shù)倍的傳輸長度差得到所接收的信號之間的相同的相位關(guān)系。例如能夠通過ULA結(jié)構(gòu)(Uniform Linear Array:均勻線性陣列)實(shí)現(xiàn)單值的角度測量,在所述ULA結(jié)構(gòu)中天線元件以λ/2的間距設(shè)置。然而，在這種情形中隨著孔徑的增大天線元件的數(shù)量也增多并且因此所需的分析處理通道的數(shù)量也增多，從而相應(yīng)地產(chǎn)生較高的硬件成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的任務(wù)是:實(shí)現(xiàn)一種雷達(dá)傳感器，其能夠借助給定數(shù)量的分析處理通道實(shí)現(xiàn)具有更高角度分辨率的單值的角度測量。
[0005]所述任務(wù)通過以下方式解決:天線元件的數(shù)量大于分析處理通道的數(shù)量，并且開關(guān)裝置設(shè)置用于使分析處理通道交替地與天線元件的不同選擇連接。
[0006]以下天線元件的選擇以下稱作“陣列”:在所述選擇中每一個單個元件與接收通道中的一個連接。借助開關(guān)裝置例如能夠在具有大孔徑的陣列和具有較小孔徑的陣列之間切換。具有大孔徑的陣列提供具有高角度分辨率的多值的角度信息。具有較小孔徑的陣列和相鄰天線元件之間的相應(yīng)較小間距的陣列則可以用于消除多值性。同樣也能夠?qū)崿F(xiàn)以規(guī)律的次序在三個或更多個不同陣列之間切換。在此，所述陣列不必具有不同的孔徑。例如也能夠選擇具有相同孔徑的不同陣列，其中如此選擇各個天線元件之間的間距，使得對于不同陣列得到的相位關(guān)系僅僅對于一個唯一的入射角是一致的并且因此多值性被消除。
[0007]在從屬權(quán)利要求中說明本發(fā)明的有利構(gòu)型?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0008]以下借助附圖進(jìn)一步闡述實(shí)施例。附圖示出:
[0009]圖1:根據(jù)本發(fā)明的雷達(dá)傳感器的框圖；
[0010]圖2:用于闡述根據(jù)圖1的雷達(dá)傳感器的功能方式的示圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]在圖1中示出的雷達(dá)傳感器具有平面的組合天線10，其在所示的示例中通過十一個水平并排布置的天線元件12構(gòu)成。每一個天線元件12包括多個布置成垂直列的、串聯(lián)饋給的貼片14，其共同影響垂直方向(俯仰)上的波束成形。
[0012]在傳統(tǒng)的雷達(dá)傳感器中，每一個單個天線元件分配有一個單獨(dú)的分析處理通道，而在此描述的雷達(dá)傳感器總共具有僅僅四個分析處理通道16用于分析處理總共十一個天線元件12的信號。開關(guān)裝置18通過四個電子開關(guān)20構(gòu)成，所述電子開關(guān)分別分配給分析處理通道16中的一個并且分別具有四個不同的開關(guān)位置。在每一個開關(guān)位置中，分析處理通道16與天線元件12中的一個連接。因此，對于四個開關(guān)20的開關(guān)位置的每一個組合得到四個天線元件的另一種選擇，所述天線元件的信號在所述四個分析處理通道16中被分析處理。天線元件的這些不同的選擇以下應(yīng)稱作“陣列”。
[0013]在此作為示例描述的雷達(dá)傳感器是具有雙基地天線系統(tǒng)的FMCW雷達(dá)傳感器(Frequency Modulated Continuous Wave:調(diào)頻連續(xù)波)。相應(yīng)地，除用作接收天線的組合天線10以外設(shè)有發(fā)射天線22，所述發(fā)射天線發(fā)射由本地振蕩器24產(chǎn)生的雷達(dá)信號。然后，由組合天線10的每一個天線元件12接收由對象反射的雷達(dá)回波。每一個分析處理通道16包含一個混頻器26，所述混頻器將由所連接的天線元件12接收的信號與由本地振蕩器24產(chǎn)生的信號的一個分量下混頻至中頻信號ZF，所述中頻信號然后在分析處理裝置28中被進(jìn)一步分析處理。
[0014]斜坡狀地調(diào)制由本地振蕩器24產(chǎn)生的信號的頻率(借助交替上升和下降的斜坡)。中頻信號ZF的頻率相應(yīng)于由發(fā)射天線22發(fā)射的信號與由天線元件14接收的信號之間的差并且因此取決于從發(fā)射天線22至對象和從對象返回天線元件14的信號傳輸時間。所述傳輸時間正比于對象的間距。當(dāng)對象相對于雷達(dá)傳感器運(yùn)動時，中頻信號ZF的頻率附加地還包含多普勒分量，其取決于所述對象的相對速度。通過分析處理在多個彼此相繼的斜坡上得到的信號則能夠以已知的方式將一個單值的間距和一個單值的相對速度分配給每一個所定位的對象。
[0015]由對象的相同點(diǎn)反射并且然后由不同的天線元件12接收的雷達(dá)信號經(jīng)過不同的傳輸長度(至少在對象的方位角不等于0°時)并且因此在相位方面不同。從天線元件12至混頻器26的信號線路在長度方面如此協(xié)調(diào)，使得保持信號的相位差。因?yàn)槭顾行盘柵c相同的振蕩器信號混頻，所以也在中頻信號ZF中得到相應(yīng)的相位差。根據(jù)所述相位差能夠在分析處理裝置28中確定所接收的雷達(dá)射束的入射角并且因此確定所屬對象的方位角。
[0016]在圖1中在組合天線10的上方示出長度標(biāo)度，其以雷達(dá)射束的波長λ為單位說明各個天線元件14的位置。位于最左側(cè)的天線元件12的位置定義為位置O。位于最右側(cè)的天線元件12則位于位置11。因此，組合天線10的總延展為11 λ，即其最大孔徑具有值 11。
[0017]位于最左側(cè)的四個天線元件12位于位置0.0,0.5,1.0和1.5并且因此共同形成具有四個元件的ULA結(jié)構(gòu)。當(dāng)開關(guān)裝置18的所有開關(guān)20位于開關(guān)位置“a”中時，所述ULA結(jié)構(gòu)的四個元件連接到四個分析處理通道16上。在所述開關(guān)位置中能夠?qū)崿F(xiàn)單值的角度測量，然而由于所述陣列的小的孔徑，僅僅具有小的角度分辨率。
[0018]當(dāng)四個開關(guān)20都位于開關(guān)位置“b”中時，則具有位置0.0、1.5、5.5和11.0的天線元件12連接到四個分析處理通道16上，如在圖1中通過具有短的中斷的虛線示出的那樣。在使用所述陣列時，能夠?qū)崿F(xiàn)具有最大角度分辨率的測量，然而放棄單值性。
[0019]當(dāng)所有四個開關(guān)20位于開關(guān)位置“c”中時，則所選擇的陣列的天線元件12具有位置0.0、5.5、7.7、9.0 (具有略微更短的線段長度的虛線)。在開關(guān)位置“d”中，所選擇的陣列的天線元件12具有位置0.0,3.3,4.4和6.6 (密虛線)。
[0020]對于所述四個可選擇的陣列的每一個能夠建立一個天線圖，其說明在四個分析處理通道16中接收的信號根據(jù)雷達(dá)回波的所假設(shè)的入射角Θ的振幅關(guān)系和/或相位關(guān)系。普遍地，所定位的對象的方位角作為實(shí)際入射角α相應(yīng)于所假設(shè)的入射角Θ，對于所述方位角得到實(shí)際在分析處理通道16中測量的振幅關(guān)系和/或相位關(guān)系與天線圖中的相應(yīng)值之間的最佳一致性。為了分析處理，能夠計算DML函數(shù)(Deterministic MaximumLikelihood:確定性最大似然)，其將實(shí)際測量的值與天線圖中的值之間的相關(guān)性說明為入射角Θ的函數(shù)。DML函數(shù)的函數(shù)值在O (無相關(guān)性)和I (完全一致)之間變化。在所述四個分析處理通道16中測量的振幅和/或相位(復(fù)數(shù)的振幅)理解為四個分量的向量。相應(yīng)地，天線圖中的值對于每一個入射角Θ形成一個四個分量的向量。然后，能夠通過以下方式計算DML函數(shù):將所述兩個向量分別標(biāo)準(zhǔn)化到I上并且然后形成標(biāo)量積。
[0021]在圖2中分別在以下假設(shè)的情況下示出相應(yīng)于圖1中的開關(guān)位置“a”_ “d”的四個陣列的所述DML函數(shù)的示例:雷達(dá)射束前方入射(實(shí)際入射角α=0° )并且所接收的信號是無噪聲的。在單值性的情況下則所定位的對象的實(shí)際方位角應(yīng)為角度Θ，對于所述角度而言DML函數(shù)達(dá)到值I (在這個示例中即0° )。對于實(shí)際入射角α的其他值可能得到其他的(非對稱的)DML函數(shù),在所述函數(shù)中最大值位于其他位置。則每一個函數(shù)在位置θ=α具有至少一個最大值。
[0022]圖2中的上方示圖(a)示出所述陣列(ULA)的DML函數(shù)，所述陣列相應(yīng)于圖1中的開關(guān)位置“a”。如所期望的那樣，所述函數(shù)在θ=0處具有單值的最大值。圖2中的示圖(b)- (d)示出圖1中的開關(guān)位置“b”_ “d”的相應(yīng)的DML函數(shù)?？梢钥吹?，在此出現(xiàn)尖銳得多的最大值，這相應(yīng)于更大的角度分辨率，然而對此分別存在多個至少接近值I的最大值。因?yàn)樾盘栐趯?shí)際中或多或少是有噪聲的，所以借助所述陣列不能夠?qū)崿F(xiàn)入射角的單值確定。
[0023]然而，當(dāng)例如通過形成四個DML函數(shù)的和的方式將借助所有四個陣列得到的信號彼此組合時，能夠?qū)崿F(xiàn)具有高分辨率的單值的角度確定。在圖2中，所述和以示圖(Σ)表示。可以看到，在所述和中僅僅在θ=0處存在尖銳突出的最大值，而在以下程度上抑制其他最大值:所述其他最大值在考慮噪聲的情況下也達(dá)不到值I。
[0024]現(xiàn)在例如可以如此控制開關(guān)裝置18 (圖1 )，使得在本地振蕩器24的每一個頻率斜坡之后切換到另一個開關(guān)位置上，從而在四個斜坡之后借助四個可能陣列中的每一個實(shí)施測量。然后(針對每一個單個對象)存儲在分析處理通道16中得到的結(jié)果，從而在四個斜坡之后可以根據(jù)DML函數(shù)的和以高分辨率并且在沒有多值性的情況下確定每一個對象的方位角。
[0025]替代DML函數(shù)的和，也可以選擇地使用經(jīng)加權(quán)的和,其中每一個陣列的加權(quán)例如可以取決于所述陣列的孔徑和/或取決于頻率斜坡的相應(yīng)的斜率，在所述頻率斜坡上借助所述陣列進(jìn)行測量。
[0026]由于系統(tǒng)性的原因，在圖1中僅僅示出了位于最左側(cè)的開關(guān)20。在實(shí)際中，所述開關(guān)是沒有作用的，因?yàn)樵谒鐾ǖ乐惺冀K分析處理位于最左側(cè)的天線元件14的信號。因此，在實(shí)際中可以通過固定連接替代所述開關(guān)。
[0027]在此示出的天線元件14的布置僅僅理解為示例。也可以選擇天線元件的其他位置。同樣地，也可以改變天線陣列的數(shù)量和/或分析處理通道的數(shù)量。例如可以借助計算機(jī)模擬來優(yōu)化不同陣列中的天線元件14的位置。以下天線元件的布置和陣列的選擇是特別符合目的的:其中所有的陣列具有相對較大的孔徑并且DML函數(shù)滿足以下條件:對于每一個實(shí)際入射角α僅僅存在一個唯一的值Θ，對于所述值而言所有的DML函數(shù)具有接近值I的最大值。和函數(shù)則在所述值Θ處具有絕對最大值。
【權(quán)利要求】
1.一種尤其用于機(jī)動車的角度分辨的雷達(dá)傳感器，所述雷達(dá)傳感器具有天線(10)和分析處理裝置(28)，所述天線具有多個天線元件(12)，所述多個天線元件能夠分別連接到多個分析處理通道(16)中的一個上，所述分析處理裝置用于根據(jù)在所述分析處理通道(16)中測量的振幅確定所接收的信號的入射角(α )，其特征在于，所述天線元件(12)的數(shù)量大于所述分析處理通道(16)的數(shù)量，以及開關(guān)裝置(18)設(shè)置用于使所述分析處理通道(16)交替地與所述天線元件(12)的不同選擇連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雷達(dá)傳感器，所述雷達(dá)傳感器配置為FMCW雷達(dá)，其中，斜坡狀地調(diào)制所發(fā)射的雷達(dá)信號的頻率，其中，所述開關(guān)裝置(18)構(gòu)造用于周期地、分別針對一個頻率調(diào)制斜坡切換到天線元件(12)的另一個選擇。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雷達(dá)傳感器，其中，所述分析處理裝置(28)構(gòu)造用于對于所述天線元件(12)的每一個選擇計算所述入射角(Θ )的一個函數(shù)，所述函數(shù)說明在所述分析處理通道(16)中接收的信號與天線圖中的相應(yīng)值之間的相關(guān)性，由所述函數(shù)形成一個和函數(shù)，并且尋找所述和函數(shù)的最大值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雷達(dá)傳感器，其中，所述天線元件(12)的布置和由所述開關(guān)裝置(18)進(jìn)行的選擇如此配置，使得所接收的信號的每一個組合的和函數(shù)具有一個單值的最大值，所述和函數(shù)相應(yīng)于雷達(dá)射束的一個真實(shí)的入射角(α )。
【文檔編號】G01S13/34GK103874932SQ201280050842
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月17日
【發(fā)明者】V·格羅斯, M·朔爾 申請人:羅伯特·博世有限公司