專利名稱：具有適應(yīng)性數(shù)字接收波束形成及可轉(zhuǎn)換的用于覆蓋近及遠距離范圍的發(fā)射方向圖的雷達系統(tǒng)的制作方法
現(xiàn)有技術(shù)自一些年以來在具有預(yù)測檢測系統(tǒng)的駕駛員輔助功能領(lǐng)域中使用主要在76至77GHz頻率范圍內(nèi)的雷達傳感器。這種雷達傳感器至今仍使用在高級層次中，用于實現(xiàn)在30至180公里/小時的速度范圍中的“自適應(yīng)速度自動控制(ACC＝自適應(yīng)巡航控制)”的輔助功能。
迄今在市場上可供給的雷達傳感器的特點在于以下的特性-作用距離至約120…150米，-水平檢測的范圍為±4°±10°，-角精度約為0.5°。
當(dāng)前的傳感器的限制在于，結(jié)構(gòu)深度相對地大或僅能不充分地滿足機動車制造商對扁平得多的傳感器的要求。
由選擇的天線設(shè)計方案產(chǎn)生的水平檢測寬度的限制也是有缺點的，因為例如很晚才識別出駛?cè)胛锘蛟谡瓘澋乐械闹匾矬w常常由“視場”中消失。這里，尤其對于自動的堵車跟車行駛迫切地需要在近至中等距離范圍中擴寬視野。對此目前例如考慮使用附加傳感器如攝象機，或?qū)τ谥良s3米的超近距離使用超聲波傳感器。
另一主要的限制在于，迄今使用的雷達傳感器雖然可很精確地確定上述水平檢測區(qū)域中的目標的角度偏差(Winkelablage)(角精度)，但這通常僅當(dāng)檢測一定距離上的及具有一定相對速度的目標時才可能是可靠的。如果兩個或多個目標在同一距離上及在一定情況下它們也具有相同速度，則僅當(dāng)雷達波瓣或雷達波瓣的半值寬度窄于待分辨目標的角度間隔時，現(xiàn)在的雷達傳感器才可使各個目標分開。但對于天線輻射的一定半值寬度在給定頻率或波長情況下需要一定尺寸的天線孔徑。在具有直徑D及常數(shù)電流分布的圓形天線孔徑的情況下近似地有下列以度為單位的半值寬度υ與波長λ(在77GHz時λ為3.9mm)的關(guān)系υ≈59°λ/D例如可達到至少2°的角度分辨，根據(jù)以上公式則應(yīng)選擇其孔徑直徑D≥115mm。這對于一個ACC傳感器是不可接受的，因為最大允許的結(jié)構(gòu)尺寸被限制在小得多的尺度上。另一方面需要這種約2°及可能更小角度的分辨能力，以便在更大的目標距離上可進行唯一的車道對應(yīng)。一個示范傳感器的孔徑直徑D例如為75(60)mm。由此在單個雷達波瓣的情況下將得到3.1°(3.8°)的最小可能的半值寬度。該實際半值寬度明顯更大，因為不能實現(xiàn)常數(shù)的孔徑電流分布，而是其電流分布(Belegung)向著邊緣減小。在孔徑電流分布向著邊緣減小的情況下，上述公式中的系數(shù)(59°)上升到80°-100°之間的值上，這就是說，半值寬度在4.2°-5.2°的范圍中(對于D＝75mm)或在5.2°-6.5°的范圍中(對于D＝60mm)移動。
由DE 197 14 570 A1公開了多射束的雷達系統(tǒng)，在該雷達系統(tǒng)中設(shè)有比接收單元多的發(fā)射單元，其中所設(shè)有的發(fā)射單元既可個別地也可同時以任意的組合被接通。并且接收單元可以轉(zhuǎn)換。因此可觀察的角度范圍可被擴寬。
WO 2004/051308 A1涉及使用雷達脈沖及至少兩個天線單元的相對重疊的天線輻射方向圖來測量角位置的裝置。在接收側(cè)進行至少兩個天線單元的接收信號的共同分析處理。
本發(fā)明的優(yōu)點借助權(quán)利要求1的措施，即在一個雷達系統(tǒng)中，該雷達系統(tǒng)包括具有兩個不同方向圖的、尤其用于不同距離范圍的至少兩個發(fā)射天線、一個用于在至少兩個不同方向圖之間轉(zhuǎn)換的一個轉(zhuǎn)換開關(guān)、至少兩個接收天線、一個用于在接收天線信號的相關(guān)上對至少兩個接收天線的數(shù)字化信號共同分析處理的分析處理裝置，可以實現(xiàn)在中等作用距離(1-50米)上一個非常寬的水平檢測范圍，例如至±40°，例如用于及早地識別出在該距離范圍中的駛?cè)胛?，及在大的作用距離(80-150米)上窄的水平檢測范圍，例如±6°。
不同的距離范圍可被靈活地及必要時動態(tài)地轉(zhuǎn)換。通過使用數(shù)字分析處理方法的可能性，尤其通過參數(shù)估算方法可達到高的角度分辨。因此能夠可靠地檢測窄道狀況或分離緊相鄰的并且可能很不同的機動車。通過使用平面輻射器、尤其是片單元-它們可個別地或尤其以列的方式被控制-可實現(xiàn)小的結(jié)構(gòu)深度。雷達系統(tǒng)的前端設(shè)計是可縮放的，即通過專門的實施形式，該前端可適配特殊的要求，例如對定位區(qū)域、作用距離的要求及由此可例如使用在車尾區(qū)域，用于死角監(jiān)視、車道更換輔助等，必要時也可設(shè)有數(shù)字信號分析處理的其它構(gòu)型。本發(fā)明允許使用現(xiàn)代的分析處理方法，所述方法的角度分辨能力(Winkeltrennvermoegen)不是直接與輻射孔徑的尺寸相關(guān)，而是在理論上甚至幾乎與其無關(guān)。這種方法以“基于子空間的參數(shù)估算方法”這一概念從80年代中期已被公知。最重要的代表是“音樂及才智”(Music und Esprit)方法。這些方案基于在接收側(cè)使用多個并聯(lián)的天線單元，每個天線單元具有相同的、彼此重疊的方向圖，及基于借助數(shù)字信號處理對這些準時間同步存在的并列接收信號的相關(guān)特性的分析處理。這些方案允許在接收機上足夠信噪比(S/N)的情況下，即使在待分離的目標的反射率極不同時也可得到高精度的角度分離。
為了實現(xiàn)這種天線裝置，使用平面天線結(jié)構(gòu)如所謂的片狀天線或其它平面天線結(jié)構(gòu)如偶極子或短的端部空載的導(dǎo)線段(“Stubs”)是特別有利的，它們此外提供了獲得減小結(jié)構(gòu)深度的最大扁平前端的可能性。為了實現(xiàn)最大水平檢測范圍而在角度估算中無相應(yīng)多值性的所謂“柵瓣”，并列的單輻射器優(yōu)選具有數(shù)量級為半自由空間波長、即77GHz時約為2mm的距離。
在使用這種并列布置的情況下可使用所謂的數(shù)字波束形成方法，在這些方法中聚束的輻射波瓣僅通過數(shù)字信號處理來構(gòu)成，但不是如在透鏡天線中或拋物面天線中那樣在模擬量的高頻層面上。該數(shù)字波束形成對于檢測遠距離目標特別有利，因為由此可形成足夠的S/N及可以可靠地定位。
在迄今具有數(shù)字波束形成的前端的情況下視野被限制在約±10°上及由此僅可有限地用于這樣的功能這些功能要求對機動車前面區(qū)域有明顯寬的方位角檢測。
在本發(fā)明中，在接收側(cè)不需要在高頻層面上構(gòu)成輻射波瓣，而各個天線列的接收信號可直接數(shù)字地或在相應(yīng)數(shù)字化后在天線信號的相關(guān)上被繼續(xù)處理(數(shù)字波束形成)。在多目標的情況下通過數(shù)字層面中的該波束形成產(chǎn)生的限制可通過使用用于確定角度的高分辨估算方法被避開。


以下借助附圖來詳細地描述本發(fā)明的實施例。附圖表示圖1用于雷達前端的電路框圖，圖2單個天線單元，圖3串聯(lián)饋電的天線單元，圖4并聯(lián)饋電的天線單元，圖5及6具有多個單輻射器的發(fā)射天線的構(gòu)型，圖7構(gòu)造為單個單元的發(fā)射天線，圖8由多個單個單元及專門的連接構(gòu)成的發(fā)射天線，
圖9具有用于發(fā)射及接收支路的兩個不同的本地振蕩頻率的雷達前端，圖10兩個發(fā)射天線之間的轉(zhuǎn)換，圖11一個天線內(nèi)部多個單元的接通/關(guān)斷，圖12至14具有由放大器及多工器的擴展的接收方案，圖15具有中間放大器的本地振蕩信號的分配。
具體實施例方式
圖1示出用于一個雷達前端1的電路框圖。該前端1詳細地由以下組成-一個必要時通過一個PLL(鎖相環(huán))及必要時通過一個DRO穩(wěn)定的、可調(diào)制的、優(yōu)選以所謂MMIC高集成的77GHz的源2(所謂的調(diào)制式本地振蕩器)，一個發(fā)射單元4，它由以下組成-至少兩個使用平面技術(shù)(片狀天線)的不同發(fā)射天線41及42，其中一個天線41被這樣設(shè)計，即它通過屬于天線41的單輻射器的波的相應(yīng)疊加產(chǎn)生出相對強會聚的天線波瓣，另一天線42被這樣設(shè)計，即它通過屬于天線42的單輻射器的波的相應(yīng)疊加產(chǎn)生出相對寬方位的天線方向圖或由僅僅一個輻射單元組成，必要時還有其它的發(fā)射天線，它們被這樣地設(shè)計，以致它們可產(chǎn)生其它的、專門的發(fā)射方向圖，-一個77GHz的轉(zhuǎn)換開關(guān)40，用于在不同的發(fā)射天線之間轉(zhuǎn)換，即在天線41與42及必要時其它的天線之間轉(zhuǎn)換，-一個接收單元5，它由至少兩個并聯(lián)的接收單輻射器51及52及必要時平面技術(shù)(片狀天線)的其它輻射器組成，它們的接收信號通過天線緊附近的一個混頻單元50降頻地混頻成一個中頻頻帶(基帶)，及
-一個功率分配器3，即所謂的Tx-Rx功率分配器，用于將77GHz源2的本地振蕩器功率分配成分別在發(fā)射單元4中及接收單元5中所需的分量。
發(fā)射天線41，42及接收天線51，52的相應(yīng)單輻射器43可如圖2至4所示地由一個單個的片60或由多個垂直地上下設(shè)置的片組成(天線列)。后者在取消其它聚焦單元如圓柱形透鏡的情況下是有利的，以便可在仰角方向(Elevationsebene)中既在發(fā)射側(cè)也在接收側(cè)會聚與車行駛道平面平行的能量。在一個天線列中片的饋電可作為串聯(lián)饋電61、并聯(lián)饋電62(corporate feed)或它們的組合實現(xiàn)。也可以是輻射耦合的饋電，例如通過多層的縫隙-片或片片耦合的饋電。天線列也可與行駛道表面垂直地布置。在仰角方向中的會聚既可在發(fā)射側(cè)也可在接收側(cè)也通過使用圓柱形透鏡來實現(xiàn)，則一個單個輻射器可通過一個單個的片來體現(xiàn)。它的焦線則會大約與單個片的中線相重合。
重要的是，相對于發(fā)射單元4的方位平面應(yīng)使用所謂的模擬波束形成方法，而接收單元5則這樣地構(gòu)型，即與一個后聯(lián)的分析處理單元一起使用所謂的數(shù)字波束形成方法。這基本上通過并聯(lián)布置的接收單輻射器與一個準并聯(lián)的、必要時通過多工器單元引導(dǎo)的進一步處理來達到。只有在接收側(cè)上通過并聯(lián)工作的各個接收天線或接收單輻射器51，52及必要時其它的接收天線的該數(shù)字方案才允許使用這樣的方法，所述方法可提供高的角度分辨率，即大大小于一個會聚的雷達波瓣的半值寬度。
對于77GHz源2的實施，可使用市場上可得到的用MMIC技術(shù)制造的芯片或芯片組或使用其它的產(chǎn)生77GHz的單元，例如耿氏(Gunn)器件。
根據(jù)圖5，第一發(fā)射天線41通過使用多個單輻射器43及它們在HF模擬信號層面上的連接44來實現(xiàn)。該模擬式連接44在功率分配的意義上允許例如這些單輻射器有一定的電流幅度分布。這例如可被這樣選擇，以致天線41的所謂副瓣取得主瓣以下很小的電平，例如-30dB。由此與迄今通用的傳感器相反地可作到在主瓣以外由目標的“照明”產(chǎn)生的干擾保持很小。例如在天線41中使用七個單輻射器允許在副瓣下降到-28dB的情況下主瓣的寬度為±6.5°。圖6示出單輻射器43的四個列的一個變型方案。
第二發(fā)射天線42被用來實現(xiàn)盡可能寬的方位角照射。例如根據(jù)圖7在天線42中使用一個單個的輻射器單元可以得到約±40°的主瓣寬度。但也完全可以是，通過設(shè)有專門功率分配器45的多單元天線42的有針對性的設(shè)計(圖8)來達到大于±40°的更大的主瓣寬度。
使用強會聚的天線41能夠檢測到長距離上，例如80米…150米處的目標，但僅在窄的角度范圍中。這具有的優(yōu)點是，來自道路邊緣構(gòu)建物、尤其是護欄的干擾可被很強地降低。
使用方位角寬的發(fā)射天線42則允許例如在自身機動車的前區(qū)域中一個很寬的方位角檢測范圍中定位目標。因為該77GHz的能量未被聚焦，而是“寬地”被輻射，因此更遠處的目標僅很少被照射到，以致其反射很小及由此不會有干擾。因此天線41會是用于LRR(遠程雷達)工作模式的天線，而天線42則會被用于MRR(中程雷達)或SRR(近程雷達)模式及例如會用于實時地檢測外部(近的至中等距離的)區(qū)域中的駛?cè)胛锘蚱渌嚓P(guān)物體。對于MRR/SRR模式重要的是，接收用的單輻射器51，52及必要時其它天線具有寬的方位輻射特性。具有所述轉(zhuǎn)換可能性的整體可被稱為一個URR(全程雷達)。
也可使用其它的發(fā)射天線，以便例如產(chǎn)生其它確定的發(fā)射方向圖，例如方位角或必要時垂直偏轉(zhuǎn)的波束、即雷達波瓣，它的最大部不指向與前端垂直的方向而是指向與其偏離的方向。并且天線41及42也可被這樣地設(shè)計，即它們的主輻射方向具有與前端的垂直線偏離的方向，以便例如實現(xiàn)在機動車上的確定的安裝狀態(tài)，其中該傳感器例如可不垂直于機動車軸線延伸。
通常所使用的各個發(fā)射天線41或42或必要時其它天線發(fā)射一個調(diào)制的77GHz的信號。在此情況下該調(diào)制可涉及FMCW，脈沖調(diào)制，F(xiàn)SK，偽噪聲(PN)或其它通用的雷達調(diào)制方法，或涉及所述這些方法的組合。
77GHz轉(zhuǎn)換開關(guān)40用于在不同的發(fā)射天線之間轉(zhuǎn)換，這就是說，在開關(guān)模式a)僅天線41發(fā)射與在開關(guān)模式b)僅天線42發(fā)射之間轉(zhuǎn)換。通過其它的開關(guān)模式必要時具有其它專門發(fā)射方向圖的其它天線可發(fā)射所提供的發(fā)射功率。這種77GHz轉(zhuǎn)換開關(guān)已可用(MMIC)集成技術(shù)來提供，但也可通過在分立結(jié)構(gòu)中使用所謂的PIN二極管來實現(xiàn)。
具有接收單輻射器51及52及必要時其它接收輻射器的接收單元5用于接收在各個目標上反射的波。視調(diào)制類型而定，由相對發(fā)射信號的頻率偏移、傳播時間差或相位差可推斷出距離及通過所謂的多普勒效應(yīng)也可推斷出該目標的相對速度。此外反射波傾斜地及由此以不同的相位關(guān)系入射到平行的接收單輻射器上，只要該目標相對天線前端的法線具有側(cè)向的偏置。通過這些相位關(guān)系的分析可計算出這些目標的角度偏差。傳統(tǒng)的方法如單脈沖方法通過相互在方位角上相互重疊的輻射波瓣的多個接收信號的量值比較(Betragsvergleich)來進行該分析。既可用所謂的模擬形成的輻射波瓣來實施該單脈沖方法，例如可通過介電透鏡來產(chǎn)生這些輻射波瓣，或僅通過在分析處理單元中的數(shù)字信號處理(數(shù)字波束形成)產(chǎn)生這些重疊的輻射波瓣。另一方法是僅用一個輻射波瓣對檢測區(qū)域水平掃描。在此情況下則由角度的幅度分布來確定角度偏差。但在所有這些傳統(tǒng)的角度估算方法中分辨能力被限制在輻射波瓣的半值寬度上。
這里所述的發(fā)明在接收單元方面尤其涉及數(shù)字波束形成。在此情況下首先在接收單元中并行出現(xiàn)的多個接收單輻射器的接收信號通過一個混頻單元50降頻地混頻成模擬的基帶，放大及濾波、數(shù)字化及在處理器單元中與復(fù)數(shù)加權(quán)系數(shù)相乘及最后相加，即進行在數(shù)字范圍中各個單輻射器的相關(guān)、尤其是加權(quán)求和。該方案也得到波束形成的信號，但僅以數(shù)字的方式。對于角度評估也可使用單脈沖方法或連續(xù)掃描。此外也可使用這樣的方法，這些方法不受角度分辨能力被限制在輻射波瓣的半值寬度上的限制。該所謂的“基于子空間的參數(shù)估算方法”分析接收單輻射器的相關(guān)特性。接收信號分解成所謂的信號及噪聲子空間可得到非常高的角分辨能力的可能性。
功率分配器3可以所謂的Wilkinson分配器、所謂T分配器，混合波導(dǎo)環(huán)行器或線路耦合器的形式來實現(xiàn)。其它的實施形式為平面透鏡，例如Rotman透鏡，或具有一個/多個集成放大器(有源功率分配)的分配器，它總地可作為MMIC來構(gòu)成。
所有77GHz的導(dǎo)線單元優(yōu)選用微帶線技術(shù)來構(gòu)成。但本發(fā)明與此無關(guān)。
以下將給出替換方案的實施形式及實現(xiàn)的細節(jié)-多于兩個發(fā)射天線，-多于兩個接收單輻射器，-通過MMICs或耿氏單元來實現(xiàn)77GHz源，-通過PLL單元及必要時一個DRO來穩(wěn)定/調(diào)制77GHz源，-根據(jù)圖9的具有用于發(fā)射及接收支路的不同頻率f1及f2的兩個源21因此該系統(tǒng)在接收側(cè)用中頻工作(這些源可例如通過分配器/PLL或倍頻器(Vervielfachung)連接到一個參考源20上)。
圖10表示在天線41與天線42之間轉(zhuǎn)換的形式的發(fā)射單元4內(nèi)的轉(zhuǎn)換開關(guān)40的第一實施形式，及圖11表示天線內(nèi)部的單元的接通/關(guān)斷形式的實施形式在天線41(整個天線的一部分)與42(整個天線)之間轉(zhuǎn)換。
圖12至14示出接收單元5增擴了LNA(低噪聲放大器)70，多工器單元71及ZF前置放大器72。在根據(jù)圖12的第一變型方案中混頻器單元50增擴了LNA 70和/或ZF前置放大器72。在根據(jù)圖13的第二變型方案中一個多工器單元71分步地使多個接收天線51，52連接到混頻器單元50上，后者可增擴LNA 70和/或ZF前置放大器72。該多工器單元用于減少待被進一步處理的接收通道的數(shù)目。在根據(jù)圖14的第三變型方案中多工器單元71使多個接收天線51，52與所屬的LNAs70分步地連接到混頻器單元50上，該混頻器單元可增擴LNA和/或ZF前置放大器。當(dāng)多工器單元的噪聲過高時，最后的方案是有利的。
圖15示出增擴具有一些放大器的Tx-LO分配器，這些放大器可使用在這些位置80，81，82，83的一個或多個上。在Tx-Rx功率分配器3與接收單元5的混頻器單元50之間的前置放大器80或在接收單元中到各個混頻器上的LO分配器內(nèi)的前置放大器81用于提供(相對于混頻器轉(zhuǎn)換損耗及混頻器附加噪聲)足夠好的混頻過程所需的本地振蕩器—功率電平。它們的使用與功率分配器3、接收單輻射器的數(shù)目及所選擇的混頻器方案的設(shè)計相關(guān)。替換地/附加地，也可在Tx-Rx功率分配器3與發(fā)射單元4之間使用放大器82或在天線轉(zhuǎn)換開關(guān)40與一個或多個發(fā)射天線41，42之間使用一個或多個放大器83。
功率分配器3，轉(zhuǎn)換開關(guān)40，混頻器單元50，增擴了LNAs70的混頻器單元，多工器單元71，前置放大器80及ZF前置放大器72可部分分立地構(gòu)成，部分地集成到MMIC中或也可整個共同地高集成到一個MMIC中。在發(fā)射天線41，42及必要時其它天線的仰角中的會聚特性可能不同。在接收單輻射器51，52及必要時其它輻射器的仰角中的會聚特性也可能不同。
在汽車雷達系統(tǒng)中通常使用FMCW(頻率調(diào)制的連續(xù)波)調(diào)制。為了使距離及速度信息彼此可分開，必需使用具有不同參數(shù)(例如斜坡斜率)的兩個或多個調(diào)制斜坡。通過在各個斜坡中的目標產(chǎn)生的頻率線的所需相互對應(yīng)在(平面)單個單元(它們例如用于基于子空間的參數(shù)估算方法)的信號的分開處理/數(shù)字化時是特別困難的，因為在接收側(cè)不存在天線方向圖在方位角上的限制或至多在近距離范圍模式/MRR模式的范圍上存在限制。原則上接收在接收天線檢測區(qū)域中所有目標的反射，由此僅通過目標的數(shù)目使頻率線彼此對應(yīng)是很困難的。尤其在遠距離范圍中在接收天線的檢測區(qū)域中檢測的目標的數(shù)目可能極其大。因此必需通過附加措施盡可能地保證僅接收或處理這樣的目標的信號，這些目標對于當(dāng)前的工作狀態(tài)是至關(guān)重要的。對此優(yōu)選使用以下的措施-對于遠距離范圍發(fā)射天線的方向圖被限制在±4°至±8°數(shù)量級的一個相對窄的角度范圍上，以致在高速公路上的彎道仍可被足夠地照射，否則僅是行駛車道(Fahrschlauch)內(nèi)的目標被照射。此外發(fā)射天線的副瓣必需盡可能強地被抑制，因為否則近距離范圍中的目標、例如護欄，它們通過副瓣照射將會導(dǎo)致相對強的接收信號。
-由此必需導(dǎo)入用于近距離范圍的第二工作狀態(tài)。在該工作狀態(tài)中使用具有寬的方位角輻射特性的發(fā)射天線，因為對于在市區(qū)交通中例如堵車跟車行駛、預(yù)防碰撞功能等的應(yīng)用必需覆蓋方位角中大的例如±60°的角度范圍。
-因為在近距離范圍的工作狀態(tài)中無需很大的作用距離，除了由于寬的主瓣造成的反正低的天線增益，發(fā)射功率還與轉(zhuǎn)換到近距離范圍相關(guān)地被減小。這以預(yù)期的方式減小了作用距離。
不位于由相應(yīng)的工作狀態(tài)覆蓋的距離范圍中的目標，可對于FMCW調(diào)制通過一個與該工作狀態(tài)一起轉(zhuǎn)換的適配的用于基帶信號的濾波器來抑制。通過距離引起的基帶頻率明顯地大于通過多普勒頻移引起的基帶頻率。因此例如可對于遠距離范圍用一個高通濾波器來抑制近目標及對于近距離范圍用一個低通濾波器來抑制遠目標。對于濾波器的角頻率，由于由多普勒分量引起的距離不可靠性，必需設(shè)有這些通帶的一定的重疊。所述的濾波器特性通常仍由一個附加的高通特性覆蓋。后者用于部分地補償距離的動態(tài)特性(接收功率正比于R-4)。調(diào)制參數(shù)(例如在FMCW情況下的斜坡斜率)應(yīng)作相應(yīng)的選擇。
此外，這里所述的在相應(yīng)距離范圍中關(guān)系重大的角度范圍上被檢測的目標數(shù)目的減小對跟蹤目標起到有利的作用。通常一個FMCW斜坡掃描的目標檢測的質(zhì)量并不太好，以致不能可靠地識別所有的目標及確定其位置。此外出現(xiàn)虛假回波及頻率線不能單義分辨的對應(yīng)。當(dāng)通過多個斜坡掃描的目標被存儲在一個目標表中并被跟蹤，必要時通過對預(yù)期位置的預(yù)計及僅當(dāng)多次被一致地檢測后才確認一個目標時，這些不可靠性可被排除。需處理的目標愈多該所謂的跟蹤就愈難且計算上費事。減少待處理的目標數(shù)目在這里也是非常有益的。
輸入電平為-120…+5dBm的范圍應(yīng)被輸入級(混頻器)及必要時被LNA容許。在此情況下，在遠距離范圍模式中輸入級的過調(diào)制是可接受的，只要僅出現(xiàn)來自近距離范圍的強信號的互調(diào)制成分。該互調(diào)制成分如同所屬的低頻上的輸入信號那樣位于基帶中并且通過上述的可轉(zhuǎn)換的濾波器被排除。與此相反地，在近距離范圍模式中發(fā)射功率被下降到這樣的程度，以致不再出現(xiàn)過調(diào)制及互調(diào)。
對于使用足夠快及廉價的A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)字化必需使基帶中的動態(tài)變化限制在約60dB(10Bit)的范圍中。這在遠距離范圍模式中通過NF信號支路的高通特性來實現(xiàn)，由此抑制低頻上的分量。通過在近距離范圍模式中發(fā)射功率的降低可降低對可轉(zhuǎn)換的濾波器的要求及降低NF放大器的與此相關(guān)的轉(zhuǎn)換要求。
當(dāng)天線列的距離大于自由空間波長的一半時，在角度確定中將出現(xiàn)多值性(類似于柵瓣＝波束形成中的更高的衍射級)。因此列的距離不能比半自由空間波長大很多或必需是柵瓣范圍中的發(fā)射天線副瓣是這樣地小，以致在那里不再檢測到目標。
在仰角中目標的高度最大為4米(載重卡車)，典型約為2米。因為一開始不知道，一個機動車的哪個區(qū)域為最強的雷達目標，在遠距離范圍中載重卡車及摩托車應(yīng)大約在其整個高度上被照射(通常載重卡車體現(xiàn)為強的多的雷達目標)。在近距離范圍中目標無需在整個高度上被檢測，因為通過小距離目標上的較弱反射中心也可產(chǎn)生足夠的接收信號。此外在輻射波瓣的寬度中，對機動車的擺動和/或裝載應(yīng)包括一定的容差。對此典型為3°至4°的張角對于遠距離范圍(在30米的距離上2米的高度)是足夠的。同時該窄的主瓣減小了地面的反射，該地面反射將導(dǎo)致不期望的信號或不存在的目標(雜波)。
但在3米的距離上4°的張角僅可照射約20厘米范圍的高度，反射中心一定位于該范圍中。因此對于近距離范圍張角需要被加大到約5至20°(在3…10米的距離上1米的高度)。在此情況下，其中通常出現(xiàn)最強反射的區(qū)域(車號牌及周圍區(qū)域，車輪罩，…)被照射就足以。
以下再次總結(jié)重要的特征-發(fā)射天線用于兩個距離范圍的天線轉(zhuǎn)換，-近距離范圍盡可能寬及扁平的方向圖用于直至第一距離界限(或FMCW調(diào)制中的頻率界限)的雷達目標檢測，-遠距離范圍這樣構(gòu)成主瓣，即覆蓋高速公路或公路上包括典型的彎道半徑在內(nèi)的行駛車道(典型為±8°，有意義的范圍約±4°至±12°)，及副瓣盡可能地小(典型為-30dB及更小)；從第二距離界限(或FMCW調(diào)制中的頻率界限)起才進行所檢測雷達目標的處理，-距離界限的重疊，-接收側(cè)數(shù)字處理，尤其多個天線列被導(dǎo)入基帶及被數(shù)字化，其中也可出現(xiàn)這些列的轉(zhuǎn)換，-具有在方位角上寬的輻射特性的接收天線的列，例如多個單片在高度中設(shè)置成一個列。
這些特征也可選擇地與以下特征中的一個相組合1.用于遠距離范圍的發(fā)射天線在仰角方向上具有一個相對窄的波瓣，約3至5°，用于近距離范圍的發(fā)射天線在仰角中具有寬的主瓣，例如20°，2.必要時具有放大倍數(shù)轉(zhuǎn)換的基帶濾波器的特性的轉(zhuǎn)換，3.對于近距離范圍模式發(fā)射功率的降低，4.調(diào)制轉(zhuǎn)換(FMCW參數(shù)或其它的調(diào)制原理(多普勒，脈沖多普勒，F(xiàn)SK))，5.在混頻器前面的可開關(guān)的LNAs，6.與數(shù)字波束形成及傳統(tǒng)的分析處理方法一起使用高分辨率的角估算方法。
權(quán)利要求
1.雷達系統(tǒng)，包括-具有不同方向圖的、尤其用于不同距離范圍的至少兩個發(fā)射天線，-用于在至少兩個不同發(fā)射方向圖之間轉(zhuǎn)換的一個轉(zhuǎn)換開關(guān)(40)，-至少兩個接收天線(51，52)，-一個分析處理裝置，用于在接收天線信號的相關(guān)上對所述至少兩個接收天線的數(shù)字化信號共同分析處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的雷達系統(tǒng)，其特征在于接收側(cè)的數(shù)字波束形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的雷達系統(tǒng)，其特征在于分析處理裝置被這樣地構(gòu)成，使得雷達目標的檢測可根據(jù)距離范圍來選擇。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中一項的雷達系統(tǒng)，其特征在于對于近距離范圍設(shè)有很寬的水平的方向圖及對于遠距離范圍設(shè)有窄的方向圖。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中一項的雷達系統(tǒng)，其特征在于通過多個單天線單元的方向圖的疊加來實現(xiàn)不同的方向圖。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中一項的雷達系統(tǒng)，其特征在于設(shè)有一個具有將本地振蕩器功率分配給發(fā)射單元及接收單元的功率分配器的可調(diào)制的本地振蕩器(2，20)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中一項的雷達系統(tǒng)，其特征在于所述至少兩個接收天線的信號可通過一個混頻器單元被降頻地混頻成模擬量基帶及在數(shù)字化后可與一些復(fù)數(shù)加權(quán)系數(shù)相乘及可被相加。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6中一項的雷達系統(tǒng)，其特征在于所述至少兩個接收天線的信號可經(jīng)受一個基于子空間的參數(shù)估算方法，以分析它們的相關(guān)特性。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中一項的雷達系統(tǒng)，其特征在于設(shè)有一個接收側(cè)多工器單元(71)，借助它可使多個接收天線的信號分步地轉(zhuǎn)換到一個混頻器單元上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中一項的雷達系統(tǒng)，其特征在于不同的距離范圍或它們對應(yīng)的方向圖被重疊地構(gòu)成，并且從一個預(yù)定的最小距離界限起才進行被檢測的雷達目標的處理。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中一項的雷達系統(tǒng)，其特征在于作為天線單元設(shè)有片-單輻射器和/或一些單輻射器的多個列，它們可串聯(lián)或并聯(lián)饋電地工作。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中一項的雷達系統(tǒng)，其特征在于設(shè)有一個可轉(zhuǎn)換的基帶濾波器，它抑制一個被選擇出的距離范圍以外的目標。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中一項的雷達系統(tǒng)，其特征在于設(shè)有對于在近距離范圍中的工作降低發(fā)射功率的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及雷達系統(tǒng)，其中設(shè)有用于在至少兩個不同方向圖之間轉(zhuǎn)換的一個轉(zhuǎn)換開關(guān)(40)，尤其是對于至少兩個發(fā)射天線(41，42)的不同距離范圍。在接收側(cè)，在接收天線信號的相關(guān)上對至少兩個接收天線(51，52)的數(shù)字化信號進行共同的分析處理。
文檔編號H04B7/04GK101076741SQ200580042809
公開日2007年11月21日 申請日期2005年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月13日
發(fā)明者T·舍貝爾, T·福克, T·漢森, M·施奈德, J·舍貝爾, V·格羅斯, O·布呂格曼 申請人:羅伯特·博世有限公司