用于解耦地确定对象的俯仰角和方位角的MIMO雷达设备和用于运行MIMO雷达设备的方法技术

本发明专利技术实现一种用于解耦地确定对象的俯仰角和方位角的MIMO雷达设备以及用于运行根据本发明专利技术的MIMO雷达设备的方法。所述MIMO雷达设备包括：天线阵列(10；10'；10")和分析处理装置(12)，所述天线阵列具有多个发送天线(TXi)和多个接收天线(RXj)，所述多个发送天线的相中心(TZi)沿第一坐标方向(x)相互间隔开地布置；所述多个接收天线的相中心(RZj)沿所述第一坐标方向(x)相互间隔开地布置；其中，所述发送天线(TX2；TX2'；TX2")中的至少一个的相应的相中心(TZ2；TZ2'；TZ2)与其余发送天线(TX1，TX3；TX1"，TX3")的相应的相中心(TZ1，TZ3；TZ1"，TZ3")沿第二坐标方向(y)间隔开偏差值(dZ12)；其中，所述接收天线(RX2；RX2，RX3')中的至少一个的相应的相中心(RZ2；RZ2，RZ3')与其余发送天线(RX1，RX3，RX4；RX1，RX4)的相应的相中心(RZ1，RZ3，RZ4；RZ1，RZ4)沿所述第二坐标方向(y)间隔开所述偏差值(dZ12)；借助所述分析处理装置，所接收的电磁信号(22)能够被分析处理用于解耦地确定所述对象(14)的俯仰角和方位角(θ)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于解耦地确定对象的俯仰角和方位角的MIMO雷达设备和用于运行MIMO雷达设备的方法
本专利技术涉及一种用于解耦(entkoppelt)地确定对象的俯仰角和方位角的MIMO(多输入多输出)雷达设备以及用于运行根据本专利技术的MIMO雷达设备的方法。MIMO雷达设备尤其可以布置在车辆中，例如道路车辆、轨道车辆、航空器或船舶中。
技术介绍
MIMO在专业应用中代表“多输入多输出”并且表示一种系统或方法，根据该系统或方法应用多个发送天线和多个接收天线用于实现一种效果，例如用于传送信息，或者如在该情况下那样用于借助雷达设备检测至少外部对象的位置。发送天线尤其构造用于发射电磁信号。接收天线尤其构造用于接收电磁信号。如果在此并且在下文中谈及“天线”，则应同样地不进行区分地将其理解为发送天线和接收天线。在现代车辆中应用多个电子系统，其例如可以用于在车辆的驾驶中支持驾驶员。例如，制动辅助可以识别行驶在前的交通参与者并且相应地对车辆进行制动和加速，从而总是保持与行驶在前的交通参与者的预给定的最小间距。如果这样的制动辅助识别到与行驶在前的交通参与者的间距过小，则所述制动辅助也可以采取紧急制动。为了能够在车辆中提供这样的辅助系统，必要的是，检测关于相应车辆的环境的数据。在制动辅助的上述例子中例如必要的是，检测行驶在前的交通参与者的位置，以便可以计算车辆与行驶在前的交通参与者的间距。在行驶在前的交通参与者的位置的检测中例如可以基于相应车辆的行驶方向检测行驶在前的交通参与者的方位角。方位角是符合目的的、首先关于雷达设备但在布置在车辆中的雷达设备的情况下相应地关于车辆的球坐标系统的一部分。方位角关于车辆如此布置，使得方位角在从0°变化到360°时(überstreichen)与车辆驶过的行驶平面平行的一个平面。借助方位角例如可区分沿向前行驶方向在车辆左方的对象与沿向前行驶方向在车辆右方的对象。因为功能上不重要相关的对象——如井盖或桥——反射作为雷达信号的电磁信号，所以俯仰角的检测允许对功能上重要相关与不重要相关的对象进行区分。俯仰角是所描述的球坐标系统的另一部分并且在从0°变化到360°时交叠一个平面，该平面垂直于车辆行驶的车道。所描述的球坐标系统的最后的独立的坐标是间距或半径。对象的方位角的或俯仰角的检测可以例如通过分析处理电磁相位偏差和/或在雷达设备的接收天线上接收的在对象上反射的电磁信号的幅度来实现。文献US2012/256795A1示出用于这样的雷达设备的可能的天线。对于具有沿第一坐标方向的相中心xi和沿与之垂直的第二坐标方向的相中心yi的二维天线阵列，以下适用于天线i的相位在此，θ表示方位角并且Ф表示俯仰角。在一般的二维天线阵列中必须共同计算方位角和俯仰角。由此，计算耗费大幅上升。因此值得期望的是，解耦方位角的与俯仰角的计算。此外值得期望的是，MIMO雷达设备的天线阵列的尽可能少的天线——也即发送和接收天线足够。已知的MIMO原理的应用组合多个开关状态的接收信号并且因此允许形成具有高数目的虚拟天线的增大的口径的虚拟阵列。虚拟阵列av(θ)的形成通过由接收天线组成的接收天线阵列与由发送天线组成的发送天线阵列的卷积来实现，也即通过发送天线的单向天线图atx(θ)与接收天线的单向天线图arx(θ)的所有可能的积的形成：其中，象征性地表示克罗内克积，也即形成向量atx(θ)与arx(θ)的元素的所有可能的积。相对于雷达设备运动的对象在时分复用-MIMO中导致发送状态之间的相位偏差，因此用于补偿相位偏差的补偿方法得以应用。
技术实现思路
本专利技术公开一种具有权利要求1的特征的MIMO雷达设备和具有权利要求9的特征的方法。因此，本专利技术实现一种用于解耦地确定对象的俯仰角和方位角的MIMO雷达设备，所述MIMO雷达设备具有：天线阵列，所述天线阵列具有多个发送天线，所述多个发送天线的相中心沿第一坐标方向相互间隔开地布置；所述天线阵列具有多个接收天线，所述多个接收天线的相中心沿所述第一坐标方向相互间隔开地布置；其中，所述发送天线中的至少一个的相应的相中心与其余发送天线的相应的相中心沿第二坐标方向间隔开偏差值，所述第二坐标方向垂直于所述第一坐标方向；其中，所述接收天线中的至少一个的相应的相中心与所述其余接收天线的相应的相中心沿所述第二坐标方向间隔开所述偏差值；所述MIMO雷达设备具有分析处理装置，借助所述分析处理装置，由所述发送天线发射的、由所述接收天线接收的电磁信号能够被分析处理用于解耦地确定所述对象的俯仰角和方位角。相中心可理解为天线的电子参考点，也即由接收地点观察看起来相应天线的电磁天线束由该参考点出发。此外，本专利技术实现一种用于运行根据本专利技术的MIMO雷达设备的方法，所述方法具有以下步骤：借助所述发送天线发射电磁信号；借助所述接收天线接收在所述对象上反射的电磁信号；检测所接收的被反射的电磁信号的虚拟相中心；至少基于在所检测的虚拟相中心中的第一选择之间的电磁相位偏差来分析处理所接收的被反射的电磁信号用于确定所述对象的方位角；以及至少基于在所检测的虚拟相中心中的第二选择之间的电磁相位偏差来分析处理所接收的被反射的电磁信号用于确定所述对象的俯仰角。专利技术优点：本专利技术基于如下认识，即通过在保持不变的数目的天线的情况下MIMO雷达设备的天线阵列的发送与接收天线的巧妙选择的布置能够实现所接收的电磁信号的改善的分析处理。本专利技术所基于的思想现在在于，考虑该认识并且提供具有沿两个坐标方向间隔开地布置的天线的相应天线机构以及用于运行该天线机构的方法。根据本专利技术，可以实施具有改善的精度的方位角估计和具有质量指标的俯仰角估计。通过发送天线中的至少一个和接收天线中的至少一个相对于其他发送天线或接收天线沿第二坐标方向分别间隔开相同偏差值，在虚拟阵列中产生虚拟相中心的多个平行线。例如在一个平行线内的全部虚拟相中心可以用于方位角的计算，而来自不同平行线的分别一个或多个虚拟相中心用于俯仰角的计算。根据本专利技术的天线机构可以有利地具有正好三个发送天线和正好四个接收天线。所述天线机构可以有利地构造在单片式微波电路(英语：“monolithicmicrowaveintegratedcircuit”)中。由此可以产生特别小的结构大小。此外，发送天线可以具有相互不同的视野范围，从而雷达设备不仅可以在远场模式中以窄的开启角度而且可以在近场模式中以宽的开启角度运行。偏差值——天线部分地沿第二坐标方向相互偏差该偏差值地布置——优选地基于借助发送天线要发射的并且借助接收天线要接收的电磁信号的波长λ以及基于由-β至+β的俯仰角范围来选择，在该俯仰角范围内对象应是可检测的。例如偏差值可以在半个波长与三个波长λ之间，优选在一个半波长与两个波长λ之间。偏差值例如也可以为0.5/sin(β)λ。有利的实施方式和扩展方案由从属权利要求以及由参照附图的说明书得出。根据一个优选的扩展方案，所述发送天线中的每一个与所述发送天线中的每另一个沿所述第二坐标方向或者不间隔开或者间隔开所述偏差值。根据另一优选的扩展方案，所述接收天线中的每一个与所述接收天线中的每另一个沿所述第二坐标方向或者不间隔开或者间隔开所述偏差值。由此，虚拟相中心在虚拟阵列中的布置对于俯仰角和方位角的更精确的确定是有利的。根据另一优选的扩展方案本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于解耦地确定对象的俯仰角和方位角的MIMO雷达设备，所述MIMO雷达设备具有：天线阵列(10；10'；10")，所述天线阵列具有：多个发送天线(TX1，TX2，TX3；TX1，TX2'，TX3；TX1"，TX2，TX3")，所述多个发送天线的相中心(TZ1，TZ2，TZ3；TZ1，TZ2'，TZ3；TZ1"，TZ2，TZ3")沿第一坐标方向(x)相互间隔开地布置；和多个接收天线(RX1，RX2，RX3，RX4；RX1，RX2，RX3'，RX4)，所述多个接收天线的相中心(RZ1，RZ2，RZ3，RZ4；RZ1，RZ2，RZ3'，RZ4)沿所述第一坐标方向(x)相互间隔开地布置；其中，所述发送天线(TX2；TX2'；TX2")中的至少一个的相应的相中心(TZ2；TZ2'；TZ2)与其余发送天线(TX1，TX3；TX1"，TX3")的相应的相中心(TZ1，TZ3；TZ1"，TZ3")沿第二坐标方向(y)间隔开偏差值(dZ12)，所述第二坐标方向垂直于所述第一坐标方向(x)；其中，所述接收天线(RX2；RX2，RX3')中的至少一个的相应的相中心(RZ2；RZ2，RZ3')与其余发送天线(RX1，RX3，RX4；RX1，RX4)的相应的相中心(RZ1，RZ3，RZ4；RZ1，RZ4)沿所述第二坐标方向(y)间隔开所述偏差值(dZ12)；分析处理装置(12)，借助所述分析处理装置，由所述发送天线(TX1，TX2，TX3；TX1，TX2'，TX3；TX1"，TX2，TX3")发射的、由所述接收天线(RX1，RX2，RX3，RX4；RX1，RX2'，RX3'，RX4)接收的电磁信号(22)能够被分析处理用于解耦地确定所述对象(14)的俯仰角和方位角(θ)。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.23 DE 102014219113.01.一种用于解耦地确定对象的俯仰角和方位角的MIMO雷达设备，所述MIMO雷达设备具有：天线阵列(10；10'；10")，所述天线阵列具有：多个发送天线(TX1，TX2，TX3；TX1，TX2'，TX3；TX1"，TX2，TX3")，所述多个发送天线的相中心(TZ1，TZ2，TZ3；TZ1，TZ2'，TZ3；TZ1"，TZ2，TZ3")沿第一坐标方向(x)相互间隔开地布置；和多个接收天线(RX1，RX2，RX3，RX4；RX1，RX2，RX3'，RX4)，所述多个接收天线的相中心(RZ1，RZ2，RZ3，RZ4；RZ1，RZ2，RZ3'，RZ4)沿所述第一坐标方向(x)相互间隔开地布置；其中，所述发送天线(TX2；TX2'；TX2")中的至少一个的相应的相中心(TZ2；TZ2'；TZ2)与其余发送天线(TX1，TX3；TX1"，TX3")的相应的相中心(TZ1，TZ3；TZ1"，TZ3")沿第二坐标方向(y)间隔开偏差值(dZ12)，所述第二坐标方向垂直于所述第一坐标方向(x)；其中，所述接收天线(RX2；RX2，RX3')中的至少一个的相应的相中心(RZ2；RZ2，RZ3')与其余发送天线(RX1，RX3，RX4；RX1，RX4)的相应的相中心(RZ1，RZ3，RZ4；RZ1，RZ4)沿所述第二坐标方向(y)间隔开所述偏差值(dZ12)；分析处理装置(12)，借助所述分析处理装置，由所述发送天线(TX1，TX2，TX3；TX1，TX2'，TX3；TX1"，TX2，TX3")发射的、由所述接收天线(RX1，RX2，RX3，RX4；RX1，RX2'，RX3'，RX4)接收的电磁信号(22)能够被分析处理用于解耦地确定所述对象(14)的俯仰角和方位角(θ)。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述发送天线(TX1，TX2，TX3；TX1，TX2'，TX3；TX1"，TX2，TX3")中的每一个与所述发送天线(TX1，TX2，TX3；TX1，TX2'，TX3；TX1"，TX2，TX3")中的每另一个沿所述第二坐标方向(y)或者不间隔开或者间隔开所述偏差值(dZ12)。3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述接收天线(RX1，RX2，RX3，RX4；RX1，RX2，RX3'，RX4)中的每一个与所述接收天线(RX1，RX2，RX3，RX4；RX1，RX2，RX3'，RX4)中的每另一个沿所述第二坐标方向(y)或者不间隔开或者间隔开所述偏差值(dZ12)。4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其中，沿所述第一坐标方向(x)布置在第一与第三发送天线(TX1，TX3；TX1"，TX3")之间的第二发送天线(TX2；TX2')的相中心(TZ2；TZ2')与所述第一和所述第三发送天线(TX1，TX3；TX1"，TX3")的相中...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·勒施，M·朔尔，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE