用于机动车的MIMO雷达传感器制造技术

一种用于机动车的MIMO雷达传感器，其具有天线装置(10)以及控制与分析处理装置(12)，所述天线装置在两个彼此垂直的方向(y，z)上是角度分辨的并且具有多个接收天线(RX1‑RX4)以及多个发送天线(TX1‑TX3)，所述多个接收天线在所述两个方向中的第一方向(y)上彼此错位地布置，所述控制与分析处理装置用于控制所述发送天线并且用于分析处理所述接收天线的信号，其特征在于，所述天线装置(10)具有能够选择性地控制的至少三个发送天线(TX1‑TX3)，所述至少三个发送天线不仅在所述第一方向(y)上而且在所述第二方向(z)上彼此错位地布置，并且，所述控制与分析处理装置(12)构造用于根据在不同地控制所述发送天线的情况下获得的信号在所述第一方向(y)和所述第二方向(z)上进行二维的角度估计。

MIMO Radar Sensor for Motor Vehicles

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于机动车的MIMO雷达传感器
本专利技术涉及一种用于机动车的MIMO雷达传感器，该MIMO雷达传感器具有天线装置并且具有控制与分析处理装置，该天线装置在两个彼此垂直的方向上是角度分辨的并且具有多个接收天线以及多个发送天线，所述多个接收天线在两个方向中的第一方向上彼此错位地布置，该控制与分析处理装置用于控制发送天线并且用于分析处理接收天线的信号。
技术介绍
雷达传感器在驾驶员辅助系统中或自主的车辆引导系统中用于对机动车进行周围环境监测，尤其用于测量其他车辆的和静止对象的间距、相对速度和方向角。除了检测对象的方位角——即车辆的前进方向与至水平平面中的对象的视线之间的角度——之外，通常也需要检测俯仰角，即至对象的视线与水平平面之间的角度。俯仰角例如允许关于目标的重要相关性的陈述，即是否可以行驶越过目标或者是否可以在目标下方行驶(例如桥)或者该目标是否涉及真正的障碍物。可以由天线阵列的多个发送天线和/或接收天线之间的幅度和/或相位差求取目标的方位角和俯仰角。当使用多个发送天线和多个接收天线时，谈及“多输入/多输出(MIMO)系统”。由此得出(虚拟地)扩大的天线孔径并且因此得出改善的角度精度和角度分离能力。在US8436763B2中描述一种以上提及的类型的MIMO雷达传感器，该MIMO雷达传感器除了确定方位角之外也提供用于确定对象的俯仰角的可能性。在此，接收天线以具有周期性地变化的竖直错位的相同形状的阵列的形式水平地布置。由于接收天线在水平的(第一)方向上的错位，所接收的信号的相位逐天线地以与方位角有关的确定的空间频率周期性地变化。由于接收天线的附加的竖直错位，方位角的空间频率与第二空间频率叠加，该第二空间频率与方位角有关。借助空间傅里叶变换(快速傅里叶变换；FFT)可以将这两个频率彼此分离。但是，如果存在以相似的间距并且具有相似的相对速度的多个目标(在相同的间距/相对速度窗(Bin)中)，则在此可能导致方位角和俯仰角之间的多义性。这尤其可能在雷达信号的多路径传播的情况下——例如在行车道表面、护栏或隧道墙上反射信号的情况下——出现。为了方位角估计，必须在单独的分析处理通道中分析处理由各个接收天线接收的信号。为了在给定的数目的分析处理通道的情况下改善方位角方面的角度精度和角度分离能力，通常选择各个天线之间的大于雷达波的半波长λ/2的间距。由此同样可能导致多义性，这必须要么借助分离的天线阵列要么借助其他的方法来解决，例如通过在更长时间段上跟踪所定位的目标。在传统的FMCW雷达传感器的情况下，对所发送的雷达信号的频率斜坡状地进行调制。将所接收的信号与在接收时刻发送的信号的一部分混频，从而获得其频率相应于所发送的信号与所接收的信号之间的频率差的中间频率信号。该频率差基于频率调制与信号传播时间有关并且基于多普勒效应也与对象的相对速度有关，从而在多个测量周期中——在所述多个测量周期中斜坡以不同的斜率运动——获得关于对象的间距和相对速度的消息。在测量周期期间记录的中间频率信号通过快速傅立叶变换(FFT)转换成频谱，在该频谱中，每个所定位的对象的特征在于在确定的频率窗中的峰值。然而，在确定的条件下，由不同的对象引起的峰可能叠加，从而在光谱中仅仅出现具有稍大的宽度(并且相应地具有较低的品质值)的峰。已知如下的多目标估计方法：在所述多目标估计方法的情况下，通过使用更多数目的测量来获得关于峰的宽度和形状(品质)的附加信息，并且然后根据该信息在单个目标与具有经叠加的峰的多重目标之间进行区分，并且必要时也可以确定其峰彼此叠加的单个目标的间距、相对速度和角度。如果要分辨确定的数目N个多重目标，则为此通常需要N+2个独立测量。为了以角度分辨N个多重目标，需要使用N+2个独立的、以不同的天线配置实施的测量。为了进行角度估计，充分利用以下状况：由不同的接收天线获得的信号的幅度和相位关系以独特的方式与对象的角度有关。例如形成所谓的DML函数(英语DeterministicMaximumLikelihoodFunktionen，确定性最大似然函数)，该DML函数说明实际上对于对象测量的幅度和相位关系与理论上的幅度和相位关系对于不同的角度假设如何强烈地相关。然后，相关性最大的角度假设描述对于对象的角度的最佳估计值。对于相同形状的阵列存在计算有效的方法，例如FFT或所谓的矩阵束方法(英语Matrix-Pencil-Methode)。
技术实现思路
本专利技术的任务是提供一种雷达传感器，该雷达传感器在给定数目的分析处理通道的情况下能够实现在对象的方位角和俯仰角估计时的改善的精度。根据本专利技术，该任务通过以下方式来解决：天线装置具有可选择性地控制的至少三个发送天线，所述至少三个发送天线不仅在第一方向上而且在第二方向上彼此错位地布置，并且，控制与分析处理装置构造用于根据在不同地控制所述发送天线的情况下获得的信号在第一和第二方向上进行二维的角度估计。通过以下方式不仅可以在测量方位角时而且可以在测量俯仰角时充分利用通过MIMO原理能够实现的改善的精度和分离能力：至少三个发送天线不仅在第一方向上而且在第二方向上彼此错位地布置。在此，俯仰角的确定以至少三个独立的测量为基础，在所述测量的情况下发送天线中的另一个分别是激活的。以这种方式也可以对于俯仰角确定品质值：该品质值至少给出关于可能的多目标场景的提示。因为三个发送天线也在第一方向上错位，所以能够同时地实现在水平中改善孔径并且因此能够在方位角测量时实现角度分离能力的改善和/或多义性的分辨，而不必为此需要附加的分析处理通道。在从属权利要求中说明本专利技术的有利的构型和扩展方案。在一种有利的实施方式中，天线装置具有至少四个发送天线，所述至少四个发送天线在第二(竖直)方向上彼此错位。由此也能够在俯仰方面实现多目标估计。基于该多目标估计，尤其可以更清楚地识别出具有雷达信号的多路径传播——例如具有信号在行车道表面上的反射——的场景，由此实现更高的测量精度并且使测量结果的正确解释变得容易。在一种有利的实施方式中，接收天线以大于λ/2的间距布置。然后可以如此选择发送天线的水平布置，使得获得虚拟孔径，该虚拟孔径填充真实孔径中的间隙并且因此降低多义性的概率或者完全消除多义性。可选地，接收天线也可以形成至少两个阵列，所述至少两个阵列在第二方向(竖直)上彼此错位，从而通过扩大的虚拟孔径实现俯仰角测量时的更高的精度。附图说明下面根据附图进一步阐述实施例。图1示出雷达传感器的天线装置的和待借助该天线装置定位的对象的示意图；图2示出类似于图1的图用以说明不同的信号传播路径；图3示出仅仅在方位方面进行角度分辨的天线装置的一个示例；图4示出用于阐述所发送的和/或所接收的雷达信号的相位的角度相互关系的图；图5示出对于根据图3的天线装置的角度谱；图6示出根据本专利技术的雷达传感器中的天线装置的一个示例；图7示出对于根据图6的天线装置的三种不同的运行模式的角度谱；图8示出由根据图7的角度谱形成的总谱；并且图9-11示出根据本专利技术的经修改的实施例的雷达传感器中的天线装置。具体实施方式在图1中示出雷达传感器的天线装置10以及控制与分析处理装置12，该雷达传感器用于测量对象的间距、相对速度以及方向角。作为示例，在此示出单个对象14。雷达传感器例如安装在未示出的机动车本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于机动车的MIMO雷达传感器，所述MIMO雷达传感器具有天线装置(10；10'；10”；10”'；10””)并且具有控制与分析处理装置(12)，所述天线装置在两个彼此垂直的方向(y，z)上是角度分辨的并且具有多个接收天线(RX1‑RX4；RX1‑RX8)以及多个发送天线(TX1‑TX3；TX1a‑T4a，TX1b‑TX4b)，所述多个接收天线在所述两个方向中的第一方向(y)上彼此错位地布置，所述控制与分析处理装置用于控制所述发送天线并且用于分析处理所述接收天线的信号，其特征在于，所述天线装置(10；10'；10”；10”'；10””)具有能够选择性地控制的至少三个发送天线(TX1‑TX3；TX1a‑T4a，TX1b‑TX4b)，所述至少三个发送天线不仅在所述第一方向(y)上而且在第二方向(z)上彼此错位地布置，并且，所述控制与分析处理装置(12)构造用于根据在不同地控制所述发送天线的情况下获得的信号在所述第一方向(y)和所述第二方向(z)上进行二维的角度估计。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.14 DE 102016224900.21.一种用于机动车的MIMO雷达传感器，所述MIMO雷达传感器具有天线装置(10；10'；10”；10”'；10””)并且具有控制与分析处理装置(12)，所述天线装置在两个彼此垂直的方向(y，z)上是角度分辨的并且具有多个接收天线(RX1-RX4；RX1-RX8)以及多个发送天线(TX1-TX3；TX1a-T4a，TX1b-TX4b)，所述多个接收天线在所述两个方向中的第一方向(y)上彼此错位地布置，所述控制与分析处理装置用于控制所述发送天线并且用于分析处理所述接收天线的信号，其特征在于，所述天线装置(10；10'；10”；10”'；10””)具有能够选择性地控制的至少三个发送天线(TX1-TX3；TX1a-T4a，TX1b-TX4b)，所述至少三个发送天线不仅在所述第一方向(y)上而且在第二方向(z)上彼此错位地布置，并且，所述控制与分析处理装置(12)构造用于根据在不同地控制所述发送天线的情况下获得的信号在所述第一方向(y)和所述第二方向(z)上进行二维的角度估计。2.根据权利要求1所述的雷达传感器，其中，至少四个接收天线(RX1-RX4)以均匀的间距布置在一直线上，所述直线在所述第一方向(y)上延伸。3.根据权利要求2所述的雷达传感器，其中，当λ是雷达波的波长时，各两个相邻的接收天线之间的间距大于λ/2，其中，所述控制与分析处理装置(12)配置用于根据MIMO原理通过控制不同的发送天线来实施在所述第一方向(y)上的角度估计。4.根据权利要求3所述的雷达传感器，其中，至少两个发送天线(TX1，TX3)在所...

【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