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专利名称：雷达设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及雷达设备。
背景技术：
存在广泛用于各种应用(例如，机动车辆领域)中的各种雷达设备。这样的雷达设备从发送天线发射无线电波，并且通过接收天线阵列接收作为检测目标的对象所反射的回波(反射雷达波)。作为检测目标，存在作为前方对象的前方行驶车辆。这样的传统雷达设备基于发送无线电波的时间与各回波的到达时间之间的时间差(延迟)来检测配备有雷达设备的自己的机动车辆与对象之间的距离。雷达设备还基于所接收到的到达回波与所发送的无线电波之间的频率差来估计自己的机动车辆与前方对象之间的相对速度。日本专利特开公布第2010-032314号公开了这样的一种传统雷达设备。例如，这样的传统雷达设备安装在机动车辆上，并且控制单元基于前方对象所反射的无线电波的到达回波执行车辆驾驶控制。其他已知的雷达设备中的一种雷达设备基于到达回波的接收信号的幅度与阈值之间的比较结果来检测对象的存在。这样的传统雷达设备对到达回波(作为对象所反射的雷达波)的接收信号进行对数放大，并且从当前接收到的信号中减去在当前接收到的信号之前和之后的、对数放大后的到达回波的接收信号的平均值，以便抑制对由杂波引起的对象存在的不正确检测进行抑制的概率。在技术文档“RADAR SIGNAL PROCESSING TECHNOLOGY”，Matsuo Sekine，pp. 96-103，1991 年 9 月，“The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers (IEICE)，，中公开了这样白勺7I专统雷达设备。附带地，传统雷达设备可以检测配备有雷达设备的自己的机动车辆与前方对象之间的距离、前方对象的方位角以及自己的机动车辆与前方对象之间的相对速度。然而，传统雷达设备不能分析并确定各前方对象的类型，例如，不能确定所检测到的前方对象是什么， 例如，停止的机动车辆、行驶的机动车辆、站立的人、行走的人、护栏或交通标志板。传统雷达设备仅检测接收到的雷达波是从前方对象反射的还是由杂波产生的。

发明内容
本发明的目的在于提供一种如下的雷达设备其能够基于前方对象所反射的到达回波的接收信号，检测在例如安装至自己的机动车辆的雷达设备前面的区域中存在的每个前方对象的类型。为了实现上述目的，本示例性实施例提供了一种雷达设备，该雷达设备具有收发装置、检测装置、改变量计算装置、概率分布存储装置和判断装置。收发装置发射雷达波，并且接收作为检测目标的各种类型的对象所反射的、雷达波的信号的回波。检测装置基于由收发装置接收到的到达回波的接收信号，检测各到达回波的信号强度。改变量计算装置计算改变量Y。该改变量Y是当前到达回波的当前信号强度P (或信号功率P)与先前到达回波的先前信号强度1 (或先前信号功率Pb)之间的差。该先前到达回波的先前信号强度1 对应于当前到达回波的信号强度P。检测装置在从收发装置接收当前到达回波的时间开始计时得到的预定观察时段Tsw之前检测先前到达回波的先前信号强度Pb，并且检测装置检测当前到达回波的信号强度P。例如，回波的改变量Y是信号强度P与先前信号强度1 的功率比(P/Pb)。当对信号强度P和1 进行对数放大时，可以计算在完成上述对数放大后的、信号强度Iog(P)与先前信号强度Iog(Pb)之间的差(Iog(P)-Iog(Pb))。概率分布存储装置对于作为检测目标的每种类型的对象，存储从每种类型的对象发送的回波的改变量Y的概率分布。基于作为每种类型的对象所反射且到达收发装置处的雷达波的回波，计算概率分布。例如，各概率分布可以通过累积分布函数和概率密度函数函数或者替代这些函数的信息表来表达。这些函数或信息表存储在存储单元中。判断装置基于存储在概率分布存储装置中的每种类型的对象的概率分布，判断作为反射雷达波的回波从其到达收发装置的对象的类型。回波对应于由改变量计算装置计算出的改变量Y。在具有上述结构的根据示例性实施例的雷达设备中，基于由作为检测目标的每种类型的对象的反射表面上所产生的波动而调整的、到达回波的信号强度P的改变量Y，确定要发送的雷达波的发送波长λ和预定观察时段Tsw。由于作为反射雷达波的回波的相位根据作为检测目标的对象的反射表面的位置而改变，因此，当对象的反射表面振动或波动时，由振动或波动引起对象的反射表面的位置改变，并且反射表面的位置改变影响回波的相位改变。假设对象是包括多个小反射表面的组件。对象的反射表面的位置振动根据对象的类型(诸如，金属、人的外层皮肤、衣服和比如人的手臂和腿部的部位)而改变。对象的反射表面的不同波动改变改变量Y的概率分布。根据本发明的示例性实施例的雷达设备基于由对象的反射表面的波动的上述现象而引起的回波的改变量Y，来判断对象的类型。然而，在观察时段Tsw期间从对象的每个反射表面到达的回波的相位改变量Δ φ不小于η时，由收发装置接收到的到达回波的接收信号的幅度服从瑞利分布，其中，收发装置接收从在配备有雷达设备的自己的机动车辆周围的区域中存在的各种类型的对象传送的混合接收信号。这使得难以观察和辨别作为检测目标的对象的反射表面的波动。换句话说，在上述情况下，表现作为检测目标的对象的反射表面的波动的信息没有呈现在到达回波的改变量Y上，并且在改变量Y中没有产生对象的反射表面的波动的差。上述情况使得雷达设备难以基于改变量Y正确地判断对象的类型。为了消除上述问题，根据本发明的示例性实施例的雷达设备确定所发送的雷达波的波长λ和观察时段Tsw，以使得在对象的反射表面上所产生的波动影响来自对象的到达回波的改变量Y。到达回波在观察时段Tsw期间的相位改变量Δφ取决于观察时段Tsw和所发送的雷达波的波长λ。另外，到达回波的相位改变量△φ取决于在对象的反射表面上所产生的波动的幅值。因此，确定发送雷达波的波长λ和观察时段Tsw，以使得在作为检测目标的每种类型的对象的反射表面上所产生的波动影响来自对象的到达回波的改变量Y。具体地，确定发
5送雷达波的波长λ和观察时段Tsw，以使得来自对象的每个反射表面的到达回波的相位改变量Δφ不超过值π。这满足对影响来自对象的到达回波的改变量Y的、在对象的反射表面上产生的波动的上述要求。具有上述结构和功能的根据本发明的示例性实施例的雷达设备可以基于来自作为检测目标的对象的到达回波判断对象的类型。因此，当机动车辆配备有雷达设备时，可以确定在机动车辆周围的区域中存在的对象的类型。另外，机动车辆可以基于雷达设备的判断结果执行配备有传统雷达设备的机动车辆不执行的各种安全处理。例如，配备有根据本发明的示例性实施例的雷达设备的机动车辆中的ECU可以基于作为雷达设备的判断结果的前方对象的类型，来切换驾驶处理。因而，当与传统雷达设备相比时，本发明提供了更优越的雷达设备。


将参照附图描述本发明的优选、非限制性实施例作为示例，在附图中图1是示意性示出根据本发明的示例性实施例的雷达设备的配置的框图；图2A是示出发送信号Ss、回波信号Sr与差拍信号(beat signal)BT之间的关系的曲线图；图2B是示出图2A中所示的差拍信号BT的功率谱的曲线图；图3是示出每个前方对象的方位角与MUSIC谱之间的关系的图；图4是示出对象的概率分布表的结构和存储在概率分布表中的数据项的曲线图；图5是示出由图1所示的雷达设备中的信号处理单元执行的主处理例程的流程图；图6是示出由图1所示的雷达设备中的信号处理单元执行的目标对象估计处理的流程图；图7是示出作为图1所示的雷达设备的变型的雷达设备的结构的图；图8是示出作为图6所示的目标对象估计处理的变型的目标对象估计处理的一部分的流程图；以及图9是示出作为图6所示的目标对象估计处理的其他变型的目标对象估计处理的一部分的流程图。
具体实施例方式下文中，将参照附图描述本发明的各种实施例。在对各个实施例的以下描述中，类似的引用字符或标号在全部的几幅图中表示类似或相同的组成部分。第一示例性实施例将参照图1至图6描述根据本发明的示例性实施例的雷达设备1。图1是示意性示出根据本发明的示例性实施例的雷达设备1的配置的框图。雷达设备1是安装在机动车辆上的调频连续波(FMCW)雷达设备。FMCW雷达设备发送FMCW格式的雷达波，并且接收作为反射雷达波的回波。如图1所示，FMCW雷达设备1 包括振荡器11、放大器13、分配器13和发送天线17。振荡器11生成毫米高频信号。毫米高频线性改变，即根据时间推移而增大和减小。放大器13对振荡器11所生成的毫米高频信号进行放大。分配器15将经放大器13放大的毫米高频信号分配成发送信号&和本地信号L。发送天线17放射对应于发送信号& 的雷达波。图2A是示出雷达波的这种发送信号&和回波信号Sr以及差拍信号BT的曲线图。 图2B是示出图2A中所示的差拍信号BT的功率谱的曲线图。图2A的上部曲线图示出发送信号Ss、回波信号Sr和差拍信号BT之间的关系。图 2A的下部曲线图示出差拍信号BT。如图2A和图2B所示，根据示例性实施例的雷达设备1 生成并发送作为调频三角(锥形)波的雷达波。雷达设备1还包括接收天线阵列19、接收开关21、放大器23、混合器25、滤波器27 和模数(A/D)转换器四。接收天线阵列19由其中k个天线单元(k为正整数)串联布置的线性阵列天线构成，以便接收从前方对象反射的雷达波(作为反射雷达波)。接收开关21 选择形成接收天线阵列19的k个天线单元之一，并且将由所选择的天线单元获得的回波信号Sr提供给下一级。放大器23对回波信号Sr进行放大。混合器25将经放大器23放大的回波信号Sr与本地信号L进行混合，并且生成差拍信号BT (参见图2A所示的下部曲线图)。滤波器27从由混合器25生成的差拍信号BT中去除不需要的信号分量。A/D转换器 29对作为滤波器27的输出的滤波后的差拍信号BT进行采样，并且将采样的输出转换为数字数据项。在以下说明中，k个天线单元中的每一个以第k个天线&=1，2，...，和1()来表达。雷达设备1还包括信号处理单元30和存储单元40。信号处理单元包括微计算机和外围元件。存储单元40存储概率分布表，该概率分布表稍后将详细说明。信号处理单元30指示振荡器11开始和停止其操作，并且对从A/D转换器四提供的差拍信号BT的采样数据(数字数据项)执行信号处理。信号处理单元30通过接口(未示出)将通过信号处理所获得的各种信息(例如，对象的当前位置、相对速度、方位角和类型)发送至机动车辆的电气控制单元(ECU)。例如，雷达设备1通过通信线缆电连接至安装在机动车辆上的E⑶。E⑶执行雷达巡航控制。雷达设备1执行与E⑶的串行数据通信，以便将上述信息提供给E⑶。雷达设备1还电连接至车载LAN。可以具有雷达设备1电连接至车辆LAN的结构，并且通过连接至E⑶的车辆LAN 将上述信息提供给E⑶。雷达设备1中的信号处理单元30指示振荡器11启动。振动器11生成并输出高频信号。放大器13接收高频信号并对其进行放大。放大器13输出放大后的高频信号。当接收到放大后的高频信号时，分配器15将所接收到的高频信号分配成发送信号^和本地信号L。发送信号&从发送天线17被作为雷达波发射。另一方面，形成接收天线阵列19的每个天线单元接收反射雷达波，该反射雷达波是从发送天线17发送且由前方对象或障碍物反射的。接收天线阵列19中的各天线单元将接收信号(或回波信号)Sr输出到接收开关21。接收开关21仅将第k个天线单元(k= 1,2,...，和K)的回波信号Sr输出到放大器23。放大器23对回波信号Sr进行放大并将其输出到混合器25。混合器25将回波信号Sr与从分配器15提供的本地信号L进行混合，以便生成差拍信号BT。该差拍信号BT具有接收信号Sr与发送信号^之间的频率差分量。在滤波器
727从差拍信号BT中去除不需要的信号分量后，A/D转换器四对从滤波器27输出的差拍信号BT进行放大。信号处理单元30接收从A/D转换器四发送的放大后的差拍信号BT。接收开关21按照预定时间切换所有天线单元AN 1至AN K。A/D转换器四与接收开关21的切换时间同步地执行数据采样。信号处理单元30对于每个天线单元对经A/D转换器四采样的差拍信号BT的采样数据(数字数据)进行分离。信号处理单元30通过已知方法，对于每个天线单元分析差拍信号BT的采样数据，并且估计前方对象(雷达波被其反射)与配备有雷达设备1的自己的机动车辆之间的距离R、雷达设备1与前方对象之间的相对速度V、以及前方对象在自己的机动车辆的驾驶方向上的方位角θ。另外，信号处理单元30通过根据本发明的示例性实施例的特殊方法检测前方对象的类型。稍后将详细说明该特殊方法。当发送天线17发送作为雷达波的发送信号&时，接收天线阵列19接收到达回波信号作为对象所反射的接收雷达波。如由图2Α的上部图中所示的虚线表示，回波信号Sr 延迟了与发送的无线电波在雷达设备1与前方对象之间行进往返行程所需的时间段相对应的时间段Tr。另外，回波信号Sr偏移了与配备有雷达设备1的自己的机动车辆与前方对象之间的相对速度V对应的多普勒频率fd。行进这样的往返行程所需的时间段是从发送天线17发送雷达波的时间和接收天线阵列19接收从前方对象反射的无线电波的时间计时得到的时间长度。换句话说，上述的时间段对应于雷达设备1与前方对象之间的距离R。如根据图2A所示的下部曲线图可以理解，关于时间段Tr和频率fd的信息由差拍信号BT在发送信号&的频率在向上调制区间内增大和发送信号&的频率在向下调制区间内减小的每个时间段期间的频率差来表达。信号处理单元30对作为采样数据(数字数据)的差拍信号BT执行频率变换(傅里叶变换)，其中，该采样数据是在一个调制周期Tm内分别在向上调制区间和向下调制区间(参见图2A中的上部曲线图)期间通过接收天线阵列19中的每个天线单元而获得的。信号处理单元30检测每个天线单元的功率谱在每个调制区间期间的峰值频率 fp。信号处理单元30通过使用以下等式(1)，基于在向上调制区间内的峰值频率fp = fbl 和在向下调制区间内的峰值频率fp = fb2，计算距离R和相对速度V，其中，距离R是配备有雷达设备1的自己的机动车辆与前方对象之间的距离，并且相对速度V是自己的机动车辆与前方对象之间的差。
权利要求
1.一种雷达设备，包括收发装置，用于发射雷达波和接收由作为检测目标的各种类型的对象所反射的、所述雷达波的信号的回波；检测装置，用于基于由所述收发装置接收到的到达回波的接收信号，检测各到达回波的信号强度；改变量计算装置，用于计算改变量Y，所述改变量Y是所述检测装置检测到的当前到达回波的当前信号强度P与所述检测装置在预定观察时段Tsw前检测到的与所述当前到达回波的当前信号强度P对应的先前到达回波的先前信号强度1 之间的差；概率分布存储装置，用于对于作为所述检测目标的每种类型的对象，存储从每种类型的对象发送的到达回波的改变量Y的概率分布，其中，所述概率分布是基于作为每种类型的对象所反射且到达所述收发装置的雷达波的所述到达回波而计算出的；以及判断装置，用于基于存储在所述概率分布存储装置中的每种类型的对象的概率分布， 判断反射所述雷达波并且所述到达回波从其到达所述收发装置的对象的类型，其中，所述到达回波对应于由所述改变量计算装置计算出的改变量Y，其中，所述雷达波的发送波长λ和所述预定观察时段Tsw是基于由作为所述检测目标的每种类型的对象所产生的波动而调整的、所述到达回波的信号强度P的改变量Y而确定的。
2.根据权利要求1所述的雷达设备，其中，所述概率分布存储装置至少存储在反射所述雷达波的对象是由金属制成时所获得的概率分布以及在反射所述雷达波的对象是人时所获得的概率分布，并且其中，所述判断装置被配置为基于存储在所述概率分布存储装置中的概率分布，区分反射所述雷达波的人和由金属制成的对象。
3.根据权利要求1所述的雷达设备，其中，所述判断装置基于存储在所述概率分布存储装置中与所述改变量计算装置所计算出的改变量Y对应的、针对所述对象的类型的概率分布，计算所述改变量Y的生成概率，并且所述判断装置判断具有所计算出的最大生成概率的对象的类型是与所述改变量计算装置所计算出的所述改变量Y对应的对象的类型。
4.根据权利要求1所述的雷达设备，其中，所述雷达设备安装至机动车辆；所述雷达设备还包括用于估计所述机动车辆周围的区域的道路环境信息的环境估计装置，其中所述判断装置基于存储在所述概率分布存储装置中的所述概率分布和所述环境估计装置所估计的所述道路环境信息，计算在与所述改变量计算装置计算出的所述改变量Y对应的对象是作为反射所述雷达波的检测目标的类型的对象时的概率，并且所述判断装置基于作为反射所述雷达波的所述检测目标的每种类型的对象的概率，判断与所述改变量计算装置计算出的所述改变量Y对应的对象的类型。
5.根据权利要求4所述的雷达设备，其中，所述判断装置基于存储在所述概率分布存储装置中的所述概率分布，计算在与所述改变量计算装置计算出的所述改变量Y对应的对象是作为反射雷达波的检测目标的类型的对象时的生成概率，以及所述判断装置通过将与所述环境估计装置计算出的所述道路环境信息对应的补偿与所述生成概率相加，计算在与所述改变量计算装置计算出的所述改变量Y对应的对象是作为检测目标的所述类型的对象时的概率。
6.根据权利要求4所述的雷达设备，其中，所述环境估计装置从存储表示每个区域的道路环境的数据的道路环境数据库，获得与所述机动车辆所驾驶的当前道路对应的道路环境信息，并且所述环境估计装置估计所述机动车辆所驾驶的区域的道路环境是由所获得的道路环境信息所指示的道路环境。
7.根据权利要求4所述的雷达设备，其中，所述环境估计装置基于所述机动车辆的驾驶速度，估计所述机动车辆所驾驶的区域的道路环境。
8.根据权利要求1所述的雷达设备，其中，所述雷达设备是使用调频连续波FMCW方法和步进频率波形SFW方法之一的雷达设备。
9.根据权利要求1所述的雷达设备，其中，所述收发装置包括发送天线和接收天线阵列，所述发送天线基于调频连续波FMCW方法和步进频率波形SFW方法之一发射所述雷达波，并且所述接收天线阵列包括接收作为由作为所述检测目标的对象所反射的雷达波的回波的多个接收天线单元，所述雷达设备还包括差拍信号生成装置和信号分析装置，其中，所述差拍信号生成装置将由所述接收天线阵列中的每个接收天线单元接收到的到达回波的接收信号与由所述发送天线发射的雷达波的发送信号混合，并且所述差拍信号生成装置生成每个接收天线单元的差拍信号，所述信号分析装置基于每个接收天线单元的所述差拍信号，检测配备有所述雷达设备的所述机动车辆与反射所述雷达波的对象之间的距离以及所述对象的方位角，所述检测装置基于所述差拍信号生成装置所生成的每个接收天线单元的差拍信号，对于具有不同距离和方位角的每个对象检测作为从所述对象到达的到达回波的反射雷达波的信号强度，所述改变量计算装置对于反射所述雷达波并发射所述到达回波作为反射雷达波的每个对象，基于由所述检测装置检测到的从所述对象发送的当前接收回波的信号强度P以及由所述检测装置检测到的从所述对象发送的且由所述收发装置接收到的先前回波的先前信号强度1 ，计算与先前计算出的信号强度1 对应的当前接收回波的信号强度P的改变量Y，其中，所述先前回波的先前信号强度1 是由所述检测装置在从先前接收到的到达回波的接收时间到收发装置接收到当前到达回波的时间计时得到的前一观察时段Tsw之后的时间处检测到的，以及所述判断装置基于所述改变量计算装置所计算出的改变量Y和存储在所述概率分布存储装置中的对象的类型的概率分布，判断所述对象的类型。
全文摘要
本发明提供了一种雷达设备，其中，该雷达设备中的信号处理单元计算当前到达回波的功率P与在观察时段TSW前到达的先前到达回波的功率之间的改变量Y(＝log(P)-log(Pb))。雷达设备中的存储单元对于每种类型的对象存储根据来自对象的到达回波计算出的改变量Y的概率分布。基于所计算出的改变量Y和概率分布，信号处理单元对于每种类型的对象确定概率Pr以获得改变量Y，并且确定具有最大概率Pr的对象是发送当前到达回波的对象。
文档编号G01S13/02GK102565781SQ20111037644
公开日2012年7月11日 申请日期2011年11月18日 优先权日2010年11月19日
发明者山野千晴, 渡边优, 铃木幸一郎 申请人:株式会社电装