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专利名称：雷达系统和检测方法
技术领域：
本发明涉及一种安装在车辆等上并且检测障碍物和/或前方车辆的雷达系统，并且涉及一种检测方法。
背景技术：
如下车辆已是可被利用的,在车辆上安装雷达系统以检测障碍物和/或车辆前方的车辆并且确定距障碍物和/或前方车辆的相对距离。雷达系统安装在车辆的前部并且雷达系统的发射天线在车辆前方输出发射波。当发射波撞击障碍物、前方车辆等并且从其反射时，反射波由雷达系统的接收天线接收。诸如前方车辆和障碍物的反射源在这里被共同称为对象。 在接收天线接收到反射波之后，雷达系统中的算术处理单元基于发射波和反射波之间的时间落后(延迟时间)计算车辆和对象之间的相对距离。此外，算术处理单元连接到警告装置，并且当基于相对距离的计算结果确定对象可能接近车辆并且与车辆碰撞时，算术处理单元向警告装置发送警告命令。已接收到警告命令的警告装置发出报警声音或者显示警告消息以提示驾驶员使车辆减速和/或避开障碍物和/或前方车辆。当对象的高度低并且车辆可以容易地碾过对象时，就是说，当对象是例如道路上的铁板时，车辆将不会与对象碰撞并且因此不需要向警告装置发送警告命令。因此，当检测到对象时，确定对象高度并且确定是否有必要发送警告命令。作为确定对象高度的方法，利用反射波的强度(幅度)的方法已是可用的。已知反射波的强度根据车辆和对象之间的相对距离而变化并且变化趋势取决于对象的高度。日本专利申请公开第2008-122391号(JP-A-2008-122391)描述了通过实验等获得与雷达系统和对象之间的相对距离相关的反射波的强度的曲线，针对每个对象高度获得该曲线，并且关于各个高度的曲线被存储在雷达系统的存储器中。彼此比较在驾驶车辆时由雷达系统检测到的反射波的强度的曲线与存储器中存储的关于各个高度的多个曲线(经历模式匹配)，从存储器中存储的关于各个高度的曲线中提取与雷达系统检测到的反射波的曲线的差异最小的曲线，并且将与所提取的曲线对应的对象高度设为由雷达系统检测到的对象的高度。在传统技术中，需要执行模式匹配的处理时间。具体地，已存在如下问题在将警告命令发送到警告装置之前出现与处理时间对应的延迟时间并且可用于避开对象的时间相应地缩短。

发明内容
本发明提供了一种雷达系统和一种检测方法，通过该雷达系统和检测方法可以使处理时间减少用于执行模式匹配等的时间量并且因此可以快速地确定是否有必要发送警告命令。本发明的第一方面是一种雷达系统，其包括振荡器，其进行振荡以生成发射波；发射天线，其输出发射波；接收天线，其接收来自对象的反射波；以及算术处理单元，其计算反射波的强度并且确定距对象的相对距离。在算术处理单元中预先设定关于相对距离的检测范围，并且当与相对距离相关联的反射波的强度在检测范围内具有局部最小点时，算术处理单元执行预定处理。预定处理的示例包括向警告装置发送警告命令以发出警报声音和/或控制本车以使本车减速和/或避开前方车辆或障碍物。
在上述方面，作为预定处理，算术处理单元可以基于所述强度在所述检测范围内的局部最小点的数目来计算所述对象的高度。在上述方面，作为预定处理，算术处理单元可以基于与强度在检测范围内的局部最小点对应的相对距离的值来计算对象的高度。在上述方面，雷达系统可以安装在车辆中，并且检测范围可以被设定为使得对于低于车辆的底盘高度的对象，不会检测到局部最小点，并且对于等于或高于车辆的底盘高度的对象，检测到局部最小点。在上述方面，雷达系统可以进一步包括角度检测器，其确定入射在接收天线上的反射波的入射角度，并且通过排除入射角度在预定水平入射角度范围外的反射波来减少反射波的噪声。如上文所述，通过根据本发明的第一方面的雷达系统，可以使处理时间减少用于执行传统技术中使用的模式匹配的时间量并且因此可以相应地快速地确定是否有必要发
出警告。本发明的第二方面是一种检测方法，其包括输出发射波；从对象接收发射波的反射波；计算反射波的强度；确定距对象的相对距离；以及当与相对距离相关联的反射波的强度在预定检测范围内具有局部最小点时，执行预定处理。在上述方面，作为预定处理，检测方法可以进一步包括基于强度在检测范围内的局部最小点的数目来计算对象的高度。在上述方面，作为预定处理，检测方法可以进一步包括基于与强度在检测范围内的局部最小点对应的相对距离的值来计算对象的高度。在上述方面，检测范围可以被设定为使得对于低于预定底盘高度的对象，不会检测到局部最小点，并且对于等于或高于预定底盘高度的对象，检测到局部最小点。在上述方面，检测方法可以进一步包括确定反射波的入射角度；以及通过排除入射角度在预定水平入射角度范围外的反射波来减少反射波的噪声。同样地，通过根据本发明的第二方面的检测方法，实现了与根据本发明的第一方面的雷达系统所实现的效果相似的效果。


下文将参照附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中相同的附图标记表示相同的元件，其中图I是示出根据一个实施例的雷达系统的示图；图2是示出发射波的波形的示图；图3是示出直接反射波和间接反射波的示图；图4是示出用于缩窄反射波的入射角度的手段的示图5示出了用于解释确定车辆和对象之间的相对距离的方法的示图；图6是用于解释确定车辆和对象之间的相对距离的方法的示图；图7是示出当对象高度改变时的反射波的强度曲线的示图；图8是示出了确定是否有必要发送警告命令的流程图的示图；图9示出了图示车辆和对象之间的相对距离与对象高度之间的关系的示图；以及图10是示出了确定是否有必要发送警告命令的流程图的示图。
具体实施例方式将参照图I描述根据一个实施例的雷达系统的配置。雷达系统10安装在车辆(未示出)的前部。雷达系统10是频率调制连续波(FW-CW)雷达并且包括用于输出频率调制波·的可变频率振荡器12。振荡器12经由分配器14连接到发射天线16。雷达系统10包括连接到混合器20的接收天线18。混合器20还连接到上述分配器14并且进一步连接到具有低通滤波器的滤波器电路22。滤波器电路22连接到模数(A/D)转换器24，A/D转换器24连接到算术处理单元26。接下来，将描述雷达系统10的各个部件的操作。振荡器12调制振荡频率以生成发射波，该发射波是FM波。具体地，振荡器12调制发射波使得发射波的波形变为如图2中所示的三角波。在该实施例中，振荡器12的振荡频率的频带被设定为30GHz和300GHz之间的频率，使得发射波变为毫米波(波长范围为Imm至10mm)。在图2中，振荡频率在中心频率为76GHz的O. 3GHz的宽度(半宽度是O. 15GHz)内调制。发射天线16输出由振荡器12生成的发射波。在该实施例中，为了避免显著偏离车辆的行驶方向的来自对象的反射，来自发射天线16的发射波的输出的角度范围被缩窄到预定角度范围。在该实施例中，发射波的输出角度范围在水平方向和竖直方向中的任一方向上被设定为7.0°至7. 5°。这样，即使在例如距雷达系统10 (就是说，距车辆的前部)50m的点处，发射波的水平范围在约3. O至3. 2m的范围内。如图3中所示，当在车辆30前面存在诸如前方车辆或障碍物的对象32时，从对象32反射发射波。接收天线18接收反射波。反射波被分类成直接反射波34和间接反射波38，直接反射波34直接从对象32行进到接收天线18，而间接反射波38从对象32出来在从路面36反射一次之后行进到接收天线18。接收天线18接收作为反射波的、直接反射波34和间接反射波38的复合波。由于直接反射波34和间接反射波38在从对象32到接收天线18的路径长度方面彼此不同，因此直接反射波34和间接反射波38彼此干扰并且通过这两个波的组合得到的反射波的强度(幅度)1根据干扰水平而变化。干扰水平根据从对象32到接收天线18的路径长度而变化。具体地，反射波的强度I根据对象32的高度H以及接收天线18和对象32之间的相对距离而变化。除了直接反射波34和间接反射波38之外，接收天线18还可以接收来自例如设置在道路上的用于测量交通量的路边单元的信号、来自例如相对于行驶方向的横向方向上存在的护栏的反射波等。因此，为了排除直接反射波34和间接反射波38以外的信号，接收天线18可以包括用于限制入射在接收天线18上的信号的入射角度的入射角度限制手段。具体地，如图4中所示，多个接收天线IS1至18n被布置在水平方向上并且设置连接到接收天线IS1至18n并且从其接收信号的角度检测器39。角度检测器39通过利用多信号分类(MUSIC)算法或者通过经由旋转不变性技术(ESPRIT)算法的信号参数估计来执行计算，计算入射在接收天线181至18n上的接收信号的入射角度。在该实施例中，确定入射在接收天线W1至18n上的反射波的水平入射角度范围的关于入射角度的条件(例如，当与车辆的行驶方向平行的角度是O时，借助其将水平入射角度限制到±5°内)被存储在角度检测器39的存储器(未示出)内。当角度检测器39从接收天线IS1至18n接收信号时，角度检测器39将入射角度条件与入射在接收天线IS1至18n上的接收信号的入射角度比较。当入射角度大于在入射角度条件中设定的角度时，角度检测器39放弃接收信号。另一方面，当输入角度满足入射角度条件时，角度检测器39将接收信号传送到混合器20。回来参照图1，由接收天线18接收的反射波被传送到混合器20。混合器20连接到分配器14，并且从振荡器12输出的发射波经由分配器14被发送到混合器20。在混合器20中，生成通过混和发射波40和反射波42获得的差拍信号。差拍信号是由发射波40和反射波42之间的频率差引起的差拍的信号，该频率差由反射波42相对于发射波40的延迟时间(时间落后)引起。差拍信号通过滤波器电路22并且经由A/D转换器 24被转换成数字信号，并且随后被传送到算术处理单元26。算术处理单元26基于差拍信号计算对象32和车辆30之间的相对距离R。下文将描述基于差拍信号确定车辆30和对象32之间的相对距离R的方法。因为车辆30正在行驶，由于多普勒效应的影响，因此如图5的上图中所示，反射波42在竖直轴(频率)方向上相对于发射波40偏移。当差拍频率是f；并且多普勒频率是fb时，偏移量每半个周期在f；+fb和f；_fb之间改变。因此，如图5的中图和下图中所示，通过混和发射波40和反射波42获得的差拍信号44的频率也每半个周期在f；+fb和f；_fb之间改变。通过使用该现象，差拍信号44通过例如快速傅里叶变换(FFT)被转换到频域，以获得f；+fb的值和的值，从而使得可以获得差拍频率4。在图6的上图中示出了当多普勒效应的影响被消除时的发射波40和反射波42的波形。在图6的下图中示出了该情况下的差拍信号44的频率变化。如图6的上图中所示，存在发射波40和反射波42之间的延迟时间At。当发射波40和反射波42的传播速度是c时，其中c是光速3XlOVs，例如，车辆30和对象32之间的相对距离(径向距离)R由下式(I)表示
_ α ,,、K =...... …⑴·此外，当发射波40的(假设)调制重复周期是1/fm并且(假设)调制频率范围是Λ f时，从图6的上图中的几何关系得到下式(2)。M =(2)
-fm. * 喊从式(I)和(2)得到下式(3)。可以根据式(3)确定相对距离R。
C · fΛ - , ,； —. L …(3)
4/,,, * 4/算术处理单元26通过执行上述计算确定车辆30和对象32之间的相对距离R。算术处理单元26确定车辆30和对象32之间的相对距离R并且同时获取反射波42的信号强度(幅度)1。所获取的强度I与相对距离R相关联地存储在存储器(未示出)中。
如上文所述，反射波的信号强度I根据距对象32的相对距离R和对象32的高度H而变化。在该实施例中，使用仿真来估计当相对距离R和对象32的高度H以各种方式改变时的反射波的信号强度I，并且基于该估计结果、相对距离R以及反射波的信号强度I，估计对象32的高度H。反射波的信号强度I可以由直接反射波34的强度Irt和间接反射波38的强度Ii2的和表示。直接反射波34的强度Irt可以由下式(4)表示
权利要求
1.一种雷达系统，其特征在于包括 振荡器，其进行振荡以生成发射波； 发射天线，其输出所述发射波； 接收天线，其接收来自对象的反射波；以及 算术处理单元，其计算所述反射波的强度并且确定距所述对象的相对距离， 其中在所述算术处理单元中预先设定关于所述相对距离的检测范围，以及当与所述相对距离相关联的所述反射波的强度在所述检测范围内具有局部最小点时，所述算术处理单元执行预定处理。
2.根据权利要求I所述的雷达系统，其中所述算术处理单元基于所述强度在所述检测范围内的局部最小点的数目来计算所述对象的高度。
3.根据权利要求I或2所述的雷达系统，其中所述算术处理单元基于与所述强度在所述检测范围内的所述局部最小点对应的相对距离的值来计算所述对象的高度。
4.根据权利要求I至3中任一项所述的雷达系统，其中 所述雷达系统安装在车辆中，以及 所述检测范围被设定为使得对于低于所述车辆的底盘高度的对象，不会检测到所述局部最小点，并且对于等于或高于所述车辆的所述底盘高度的对象，检测到所述局部最小点。
5.根据权利要求I至4中任一项所述的雷达系统，进一步包括角度检测器，其确定入射在所述接收天线上的所述反射波的入射角度，并且通过排除入射角度在预定水平入射角度范围外的反射波来减少所述反射波的噪声。
6.—种检测方法,其特征在于包括 输出发射波； 从对象接收所述发射波的反射波； 计算所述反射波的强度； 确定距所述对象的相对距离；以及 当与所述相对距离相关联的所述反射波的强度在预定检测范围内具有局部最小点时，执行预定处理。
7.根据权利要求6所述的检测方法，进一步包括基于所述强度在所述检测范围内的局部最小点的数目来计算所述对象的高度。
8.根据权利要求6或7所述的检测方法，进一步包括基于与所述强度在所述检测范围内的所述局部最小点对应的相对距离的值来计算所述对象的高度。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的检测方法，其中所述检测范围被设定为使得对于低于预定底盘高度的对象，不会检测到所述局部最小点，并且对于等于或高于所述预定底盘高度的对象，检测到所述局部最小点。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的检测方法，进一步包括 确定所述反射波的入射角度；以及 通过排除入射角度在预定水平入射角度范围外的反射波来减少所述反射波的噪声。
全文摘要
一种雷达系统包括算术处理单元，当检测到来自预定检测范围内的对象的反射波的局部最小强度点时，算术处理单元向警告装置发送警告命令。通过基于是否存在检测范围内的局部最小强度点来确定是否有必要发送警告命令，使得较之传统系统，可以更快速地确定是否有必要发送警告命令。
文档编号G01S13/34GK102971641SQ201180029617
公开日2013年3月13日 申请日期2011年6月7日 优先权日2010年6月16日
发明者大门真, 小川胜, 田中勇彦, 铃木浩二, 川久保淳史 申请人:丰田自动车株式会社