相位單脈沖雷達(dá)系統(tǒng)和目標(biāo)檢測方法
【專利摘要】一種相位單脈沖雷達(dá)系統(tǒng)，包括：發(fā)射天線，其發(fā)射傳輸信號；多個接收天線，其接收傳輸信號的反射波作為接收信號；目標(biāo)方位檢測單元，其基于所述多個接收天線接收到的接收信號的相位差來檢測目標(biāo)的方位；倒相判斷單元，其判斷：在所述接收信號的頻譜的峰值頻率附近，倒相是否發(fā)生于所述接收信號中的任何一個信號；以及檢測對象排除單元，當(dāng)所述倒相判斷單元判斷倒相發(fā)生時，所述檢測對象排除單元不將基于相位差的方位用作目標(biāo)方位。
【專利說明】相位單脈沖雷達(dá)系統(tǒng)和目標(biāo)檢測方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明大致涉及一種相位單脈沖雷達(dá)系統(tǒng)，以及一種目標(biāo)檢測方法。特別地，本發(fā) 明涉及一種適于基于分別由兩個或多個接收天線接收的接收信號的相位差來檢測目標(biāo)的 方位的相位單脈沖雷達(dá)系統(tǒng)，以及目標(biāo)檢測方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 這樣的相位單脈沖雷達(dá)系統(tǒng)是已知的：其包括發(fā)射傳輸信號的傳輸天線、以及接 收由目標(biāo)所反射的傳輸信號的反射波的兩個或多個接收天線(參見，例如，日本專利申請公 開號2003-248054(JP2003-248054))。相位單脈沖雷達(dá)系統(tǒng)以所述兩個或多個接收天 線接收傳輸信號的反射波，計算由所述兩個或多個接收天線所接收到接收信號之間的相位 差，從而基于計算出的相位差來檢測目標(biāo)的方位。
[0003] 與此同時，當(dāng)傳輸信號在同一目標(biāo)的兩個或多個不同反射點（例如，兩個反射點） 處被反射時，每個接收天線從這些反射點接收反射波，作為接收信號。在這種情形中，由所 述兩個或多個接收天線接收的各個接收信號是各個反射點的反射波的合成。如果來自各 接收點的反射波被轉(zhuǎn)換為低頻差拍信號，該低頻差拍信號隨后接受經(jīng)過快速傅里葉變換 (FFT)，則在各頻譜內(nèi)反射波的差拍信號的信號幅值到達(dá)最大值時的峰值頻率是彼此各異 的。
[0004] 當(dāng)從雷達(dá)系統(tǒng)到各反射點之間的距離等于或小于雷達(dá)系統(tǒng)的距離分辨率時，來自 各反射點的反射波的差拍信號的幅值的頻譜區(qū)域彼此重疊。在這種情形中，難以將來自兩 個或多個反射點的反射波的差拍信號彼此區(qū)分開來。即，看起來來自于接收天線側(cè)的反射 波似乎是從兩個或多個反射點之間的一個中點反射或傳輸來的。
[0005] 然而，在反射點與雷達(dá)系統(tǒng)（即，接收天線）之間的距離改變時，來自兩個或多個反 射點的反射波可能會相互干擾；在這種情形中，由于反射波的干擾，看起來來自于接收天線 側(cè)的反射波似乎是從方位與兩個或多個反射點之間的中點的方位有極大不同的點反射或 傳輸來的。在這種情形中，目標(biāo)的位置可能會錯檢，而無法正確地進(jìn)行后續(xù)操作。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提供了一種相位單脈沖雷達(dá)系統(tǒng)和一種目標(biāo)檢測方法，其確保對目標(biāo)方位 的檢測有改善的準(zhǔn)確度。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明第一方面的相位單脈沖雷達(dá)系統(tǒng)包括：發(fā)射天線，其發(fā)射傳輸信號； 多個接收天線，其接收傳輸信號的反射波作為接收信號；目標(biāo)方位檢測部分，其基于所述多 個接收天線接收到的接收信號的相位差來檢測目標(biāo)的方位；倒相判斷部分，其判斷在所述 接收信號的頻譜的峰值頻率附近，倒相是否發(fā)生于所述接收信號中的任何一個信號；以及 檢測對象排除部分，當(dāng)所述倒相判斷部分判斷倒相發(fā)生時，所述檢測對象排除部分不將基 于相位差的方位用作目標(biāo)方位。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明第二方面的相位單脈沖雷達(dá)系統(tǒng)包括：發(fā)射部分，其發(fā)射傳輸信號； 多個接收部分，其分別接收反射波作為接收信號，所述反射波包括從目標(biāo)反射回來的所述 傳輸信號；差拍信號生成部分，其從所述接收信號生成差拍信號；頻譜生成部分，其從所述 差拍信號生成多個頻譜；方位檢測部分，其基于所述多個頻譜之間的相位差來檢測目標(biāo)的 方位；以及倒相判斷部分，其判斷：在預(yù)定頻率范圍內(nèi)，倒相是否發(fā)生于所述接收信號中的 任何一個信號，所述預(yù)定頻率范圍包括所述接收信號的幅值達(dá)到對應(yīng)頻譜中的最大值時的 頻率。在相位單脈沖雷達(dá)系統(tǒng)中，當(dāng)所述倒相判斷部分判斷倒相發(fā)生時，所述方位檢測部分 不使用所述相位差來檢測目標(biāo)的方位。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明第三方面的目標(biāo)檢測方法包括以下步驟：發(fā)射傳輸信號；接收反射波 作為接收信號，所述反射波包括從目標(biāo)反射回來的所述傳輸信號；從所述接收信號生成差 拍信號；從所述差拍信號生成多個頻譜；基于所述多個頻譜之間的相位差，檢測目標(biāo)的方 位；并且判斷在一預(yù)定頻率范圍內(nèi)倒相是否發(fā)生于所述接收信號中的任何一個信號，所述 預(yù)定頻率范圍包括所述接收信號的幅值達(dá)到對應(yīng)頻譜中的最大值時的頻率。在該方法中， 當(dāng)判斷倒相發(fā)生于所述接收信號中的任何一個信號時，所述相位差不被用于檢測目標(biāo)的方 位。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的上述方面，可提高對目標(biāo)的方位進(jìn)行檢測的精度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 以下將結(jié)合附圖描述本發(fā)明的示例性實施例的特征、優(yōu)點、技術(shù)和工業(yè)意義，其中 相似的附圖標(biāo)記指代相似元件，其中： 圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的相位單脈沖雷達(dá)系統(tǒng)的框圖； 圖2A是展示在圖1的實施例的相位單脈沖雷達(dá)系統(tǒng)的檢測過程中相位差與方位的關(guān) 系的圖不； 圖2B是在圖1的實施例的單相位雷達(dá)系統(tǒng)的檢測過程中相位差的矢量圖； 圖3是用于解釋相位單脈沖雷達(dá)系統(tǒng)中的方位檢測中誤差產(chǎn)生的圖示； 圖4是展示在對傳輸信號進(jìn)行反射的目標(biāo)上存在兩個反射點的情形中，通過從各個反 射點接收反射波而獲得的接收信號的差拍信號的振幅和相位，以及來自各反射點的接收信 號合成所至的合成波的振幅和相位； 圖5是展示本實施例的相位單脈沖雷達(dá)系統(tǒng)執(zhí)行的控制例程的一個例子的流程圖； 圖6A是展示當(dāng)接收信號的峰值頻率附近沒有產(chǎn)生倒相時，相對于所述頻率、在兩個接 收天線之間、接收信號的相位差的變化的圖示，來自各反射點的反射波被合成到所述接收 信號中； 圖6B是展示當(dāng)接收信號的峰值頻率附近發(fā)生倒相時、相對于頻率的相位差的變化的 圖示； 圖7A是展示作為比較系統(tǒng)的相位單脈沖雷達(dá)系統(tǒng)獲得的目標(biāo)方位檢測的結(jié)果的圖 示； 圖7B是展示圖1的實施例的相位單脈沖雷達(dá)系統(tǒng)獲得的目標(biāo)方位檢測的結(jié)果的圖 示； 圖8是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的相位單脈沖雷達(dá)系統(tǒng)的框圖； 圖9A是展示當(dāng)接收信號的峰值附近處沒有倒相發(fā)生時，相對于峰值頻率附近的頻率， 來自各個反射點的反射波合成所至的、并由接收天線接收的接收信號的相位的差異的矢量 圖； 圖9B是展示當(dāng)接收信號的峰值頻率附近發(fā)生倒相時，相對于所述頻率、接收信號的相 位差異的相位圖。

【具體實施方式】
[0012] 以下將結(jié)合附圖，描述作為相位單脈沖雷達(dá)系統(tǒng)形式的本發(fā)明的具體實施例。
[0013] [第一實施例] 圖1是作為本發(fā)明第一實施例的相位單脈沖雷達(dá)系統(tǒng)10的框圖。本發(fā)明的相位單脈 沖雷達(dá)系統(tǒng)10安裝在例如車輛上，并可操作以檢測車輛與車輛周圍(例如，位于車輛前方、 后方或側(cè)方）存在的對象（目標(biāo)）之間的距離，以及對象的方位(角度）Θ。所述相位單脈沖 雷達(dá)系統(tǒng)10應(yīng)用于例如FM-CW型毫米波雷達(dá)系統(tǒng)，其檢測目標(biāo)相對于車輛的位置(距離和 方位)。
[0014] 如圖1所示，相位單脈沖雷達(dá)系統(tǒng)10包括發(fā)射傳輸信號的發(fā)射天線12,以及接收 所述傳輸信號的反射波作為接收信號的兩個接收天線14-1，14-2。信號產(chǎn)生電路18通過 振蕩器16連接至傳輸天線12。所述信號產(chǎn)生電路18控制振蕩器16,以產(chǎn)生想要的傳輸信 號，并使由此產(chǎn)生的傳輸信號從發(fā)射天線12中發(fā)射出去。傳輸信號從發(fā)射天線12發(fā)射至 車輛周圍給定區(qū)域內(nèi)。如果在車輛周圍的給定檢測區(qū)域中存在著目標(biāo)，則從發(fā)射天線12發(fā) 射的傳輸信號被所述目標(biāo)反射，并返回至相位單脈沖雷達(dá)系統(tǒng)10。
[0015] 相位單脈沖雷達(dá)系統(tǒng)10包括兩個接收天線14-1，14-2。如果從發(fā)射天線12發(fā)射 的傳輸信號被目標(biāo)反射，則反射波作為接收信號被兩個接收天線14-1，14-2接收。
[0016] 高頻（RF)電路20-1連接至接收天線14-1，高頻（RF)電路20-2連接至接收天線 14-2。每個高頻電路20-1，20-2使用傳輸信號將接收天線14-1，14-2中的相應(yīng)的一個接收 的接收信號轉(zhuǎn)換為低頻差拍信號。一個FFT操作單元(信號分析單元）22-1連接至高頻電 路20-1，一個FFT操作單元22-2連接至高頻電路20-2。每個FFT操作單元22-1，22-2對 來自高頻電路20-1，20-2中的相應(yīng)的一個電路的差拍信號進(jìn)行FFT(快速傅里葉變換)。利 用對差拍信號進(jìn)行的FFT，產(chǎn)生頻譜，所述頻譜表示相對于頻率的、差拍信號的振幅|u|和 相位Zu。
[0017] 目標(biāo)檢測單元24連接至FFT操作單元22-1，22-2。該目標(biāo)檢測單元24具有峰值 檢測單元26和相位差檢測單元28。所述峰值檢測單元26的輸入是表示振幅|u|相對于頻 率的頻譜數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)是由各個FFT操作單元22-1，22-2獲得的。所述峰值檢測單元26基 于接收天線14-1，14-2接收的接收信號的頻譜數(shù)據(jù)，檢測接收天線14-1，14-2接收的各接 收信號的差拍信號的相對于頻率的振幅|u|，并計算振幅|u|達(dá)到其最大值時的頻率(峰值 頻率)。
[0018] 相位差檢測單元28的輸入是表示相對于頻率的相位ZU的頻譜數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)是由 各個操作單元22-1，22-2獲得的。所述相位差檢測單元28基于針對接收天線14-1，14-2 接收的各接收信號的頻譜數(shù)據(jù)，接收計算接收天線14-1，14-2接收的各接收信號的差拍信 號的相位差Λφ。
[0019]目標(biāo)檢測單元24基于接收天線14-1，14-2接收的接收信號的差拍信號的峰值頻 率，檢測車輛與目標(biāo)的距離，并基于接收天線14-1，14-2接收的各接收信號的差拍信號的 相位差△Φ，檢測車輛周圍存在的目標(biāo)的方位(角）。
[0020] 目標(biāo)檢測單元24還包括連接至峰值檢測單元26和相位差檢測單元28的倒相檢 測單元30。所述倒相檢測單元30的輸入是接收天線14-1，14-2處的接收信號的峰值頻率數(shù) 據(jù)，和這些接收信號的相位差△Φ數(shù)據(jù)。該倒相檢測單元30基于峰值頻率和相位差Λφ， 判斷倒相是否在峰值頻率附近處發(fā)生于兩個接收信號中的任何一個信號。
[0021] 圖2Α和圖2Β是用于解釋本實施例的相位單脈沖雷達(dá)系統(tǒng)10進(jìn)行的方位檢測操 作的圖示。圖2Α展示了兩個接收天線14-1，14-2之間的相位差Λφ，以及方位Θ。圖2Β 是兩個接收天線14-1，14-2之間的接收相位差Λφ的矢量圖。
[0022] 接收天線14-1，14-2處的兩個差拍信號的相位差Λφ由下式（1)表示。在式（1) 中，λ是無線電波的波長，d是接收天線14-1，14-2之間的距離：

【權(quán)利要求】
1. 相位單脈沖雷達(dá)系統(tǒng)，包括： 發(fā)射天線，其發(fā)射傳輸信號； 多個接收天線，其接收傳輸信號的反射波作為接收信號； 目標(biāo)方位檢測部分，其基于所述多個接收天線接收到的接收信號的相位差來檢測目標(biāo) 的方位； 倒相判斷部分，其判斷：在所述接收信號的頻譜的峰值頻率附近，倒相是否發(fā)生于所述 接收信號中的任何一個信號；以及 檢測對象排除部分，當(dāng)所述倒相判斷部分判斷倒相發(fā)生時，所述檢測對象排除部分不 將基于相位差的方位用作目標(biāo)方位。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的相位單脈沖雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述峰值頻率附近的 相位差的變化量等于或大于一預(yù)定值時，所述倒相判斷部分判斷倒相發(fā)生。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的相位單脈沖雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述峰值頻率附近一 預(yù)定頻率范圍內(nèi)的相位差的最大值與最小值之間的差值等于或大于所述預(yù)定值時，所述倒 相判斷部分判斷倒相發(fā)生。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的相位單脈沖雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述接收天線之間、在 所述峰值頻率附近的一預(yù)定頻率范圍內(nèi)、各接收天線接收到的接收信號中的相位變化的積 分值的差值等于或大于一預(yù)定值時，所述倒相判斷部分判斷倒相發(fā)生。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一項所述的相位單脈沖雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述倒相 判斷部分判斷倒相發(fā)生時，所述檢測對象排除部分排除所述多個接收天線從對象處接收到 的接收信號，其中，所述目標(biāo)方位檢測部分基于所述對象來檢測所述目標(biāo)的方位。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一項所述的相位單脈沖雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于，所述相位單 脈沖雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)一步包括目標(biāo)距離檢測部分，該目標(biāo)距離檢測部分用于基于所述峰值頻率 來檢測從所述系統(tǒng)到所述目標(biāo)的距離。
7. 相位單脈沖雷達(dá)系統(tǒng)，包括： 發(fā)射部分，其發(fā)射傳輸信號； 多個接收部分，其分別接收反射波作為接收信號，所述反射波包括從目標(biāo)反射回來的 所述傳輸信號； 差拍信號生成部分，其從所述接收信號生成差拍信號； 頻譜生成部分，其從所述差拍信號生成多個頻譜； 方位檢測部分，其基于所述多個頻譜之間的相位差來檢測目標(biāo)的方位；以及 倒相判斷部分，其判斷：在預(yù)定頻率范圍內(nèi)，倒相是否發(fā)生于所述接收信號中的任何一 個信號，所述預(yù)定頻率范圍包括所述接收信號的幅值達(dá)到對應(yīng)頻譜中的最大值時的頻率， 其中 當(dāng)所述倒相判斷部分判斷倒相發(fā)生時，所述方位檢測部分不使用所述相位差來檢測目 標(biāo)的方位。
8. 目標(biāo)檢測方法，包括： 發(fā)射傳輸信號； 接收反射波作為接收信號，所述反射波包括從目標(biāo)反射回來的所述傳輸信號； 從所述接收信號生成差拍信號； 從所述差拍信號生成多個頻譜； 基于所述多個頻譜之間的相位差，檢測目標(biāo)的方位；并且 判斷在一預(yù)定頻率范圍內(nèi)倒相是否發(fā)生于所述接收信號中的任何一個信號，所述預(yù)定 頻率范圍包括所述接收信號的幅值達(dá)到對應(yīng)頻譜中的最大值時的頻率，其中當(dāng)判斷倒相發(fā) 生于所述接收信號中的任何一個信號時，所述相位差不被用于檢測目標(biāo)的方位。
【文檔編號】G01S13/44GK104380135SQ201380018843
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2013年4月2日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月4日
【發(fā)明者】佐藤洋, 柳內(nèi)昭宏, 永宮清美, 西田一道, 山田隆志, 小川勝 申請人:豐田自動車株式會社