(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
或る観察点から離れた少なくとも１つのオブジェクトの距離（Ｒ）及び相対速度（ｖ）を、前記観察点から送信され、測定時間間隔中に変調範囲（ｆＳｗｅｅｐ）に亘って周波数が変位し、交互に送信され互いに周波数間隔（ｆＳｈｉｆｔ）を有する信号部分（Ａ，Ｂ）の形態である電磁信号によって測定する方法であって、前記信号部分のエコー信号を前記オブジェクトでの反射後に検出し、それによって夫々の信号部分（Ａ，Ｂ）から発生したエコー信号の位相差（Δφ）が確定される測定方法において、
前記信号部分（Ａ，Ｂ）は、前記変調範囲（ｆＳｗｅｅｐ）に亘って、各々の周波数ステップ（ｆＩｎｃｒ）だけ段階的に変位して送信され、信号部分毎に前記位相差（Δφ）を決定する少なくとも１つの走査値が取り出されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記エコー信号は、フーリエ変換およびこれによって生じ、前記信号部分（Ａ，Ｂ）の前記エコー信号の周波数に対応するピークの位相差の検出によって評価されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記距離（Ｒ）及び前記相対速度（ｖ）の測定の明確さは、周波数（Ｋ）及び位相差（Δφ）に依存し、一方では距離（Ｒ）そして他方では速度（ｖ）に関する曖昧な測定の組合せによって確立されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
周波数が互いに変位した信号のうちの前記信号部分（Ａ，Ｂ）の前記エコー信号に関する走査値は、共通のアナログ式チャネル内で処理され、アナログ・ディジタル変換後にはじめて互いに分離されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記載の方法。
【請求項５】
２つの周波数の間隔（ｆＳｈｉｆｔ）は、全体の変調範囲（ｆＳｗｅｅｐ）に亘って同じであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１に記載の方法。
【請求項６】
前記２つの周波数の前記信号部分（Ａ，Ｂ）の送信毎に、周波数ステップ（ｆＩｎｃｒ）だけの変位が行われることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１に記載の方法。
【請求項７】
前記周波数ステップ（ｆＩｎｃｒ）は前記２つの周波数の前記間隔（ｆＳｈｉｆｔ）の倍に対応することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１に記載の方法。
【請求項８】
前記交互の信号部分（Ａ，Ｂ）は連続的に送受信されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１に記載の方法。
【請求項９】
一方の周波数の信号部分（Ａ）の送信と、他方の周波数の信号部分（Ｂ）の送信との間に、時間間隔が保たれることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１に記載の方法。
【請求項１０】
交互の信号部分を有し且つ互いに異なる周波数で送信される２つより多い信号が用いられることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１に記載の方法。
【請求項１１】
或る観察点から離れた少なくとも１つのオブジェクトの距離（Ｒ）及び相対速度（ｖ）を、測定時間間隔中に変調範囲（ｆＳｗｅｅｐ）に亘って周波数が変位し、交互に送信され互いに周波数間隔（ｆＳｈｉｆｔ）を有する信号部分（Ａ，Ｂ）の形態である信号を交互に送信する電磁送信手段および前記オブジェクトによって反射される信号部分を受信する受信手段とによって測定する装置であって、前記受信手段は、各々の信号部分（Ａ，Ｂ）から発生したエコー信号の位相差（Δφ）を確定する手段を有してなる装置において、
前記信号部分（Ａ，Ｂ）は、前記変調範囲（ｆＳｗｅｅｐ）に亘って、各々の周波数ステップ（ｆＩｎｃｒ）だけ段階的に変位して送信され、前記受信手段では、前記信号部分毎に前記位相差（Δφ）を決定する少なくとも１つの走査値が取り出されることを特徴とする装置。
【請求項１２】
前記受信手段は、フーリエ変換段およびこのフーリエ変換段において形成され、前記信号部分（Ａ，Ｂ）の前記エコー信号の周波数に対応するピークの位相差を検出するための後置の検出手段を有することを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記受信手段では、前記距離（Ｒ）及び前記速度（ｖ）の測定の明確さは、周波数（Ｋ）及び位相差（Δφ）に依存し、一方では距離及び他方では速度に関する曖昧な測定の組合せによって確立されることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の装置。
【請求項１４】
周波数が互いに変位した信号のうちの前記信号部分（Ａ，Ｂ）に関する走査値を処理するための共通のアナログ式のチャネルと、このチャネルに続くアナログ・ディジタル変換器と、後続の別個のディジタル式の評価チャネルとを具備することを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか１に記載の装置。
【請求項１５】
前記２つの周波数の前記間隔（ｆＳｈｉｆｔ）は全体の変調範囲（ｆＳｗｅｅｐ）に亘って同じであることを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれか１に記載の装置。
【請求項１６】
前記２つの周波数の前記信号部分（Ａ，Ｂ）の送信毎に、周波数ステップ（ｆＩｎｃｒ）だけ変位がなされることを特徴とする請求項１１乃至１５のいずれか１に記載の装置。
【請求項１７】
前記周波数ステップ（ｆＩｎｃｒ）は前記２つの周波数の前記間隔（ｆＳｈｉｆｔ）の倍に対応することを特徴とする請求項１１乃至１６のいずれか１に記載の装置。
【請求項１８】
前記交互の信号部分（Ａ，Ｂ）は連続的に送受信されることを特徴とする請求項１１乃至１７のいずれか１に記載の装置。
【請求項１９】
一方の周波数の信号部分（Ａ）の送信と、他方の周波数の信号部分（Ｂ）の送信との間に、時間間隔が保たれることを特徴とする請求項１１乃至１７のいずれか１に記載の装置。
【請求項２０】
互いに異なる周波数を有する交互の信号部分からなる形態の２つより多い信号を送信する電磁送信手段を具備すること、を特徴とする請求項１１乃至１９のいずれか１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、或る観察点から離れた少なくとも１つのオブジェクトの距離及び相対速度を、観察点から送信され、測定時間間隔中に変調範囲に亘って周波数が変位し、交互に送信され互いに周波数間隔を有する信号部分の形態である電磁信号によって測定する方法であって、信号部分(Signalabshnitten)のエコー信号をオブジェクトでの反射後に検出し、夫々の信号部分から発生したエコー信号の位相差を確定する方法に関する。
【０００２】
本発明は、更に、或る観察点から離れた少なくとも１つのオブジェクトの距離及び相対速度を、測定時間間隔中に或る変調範囲に亘って周波数が変位し、交互に送信され互いに周波数間隔を有する信号部分の形態である信号を交互に送信する電磁送信手段と、オブジェクトによって反射される信号部分を受信する受信手段とによって測定する装置であって、受信手段は、各々の信号部分から発生したエコー信号の位相差を検出する手段を有する装置に関する。
【０００３】
【従来の技術】
本発明の主な応用分野は自動車分野での使用にある。そこでは、７７ＧＨｚレーダを用いて適応性をもって目標を追跡するような方法は知られている。衝突の回避又はドライバなしの運転のような安全性への応用のためには、高い信頼性及び少ない反応時間が必要である。このような反応時間は、従来の目標追跡システムでは実現されない。
【０００４】
明細書導入部に述べた、前提部分に記載の方法及びその方法に対応する装置は、固定周波数で信号部分を送信することにあり、オブジェクトによって反射された信号部分は、常に、該信号部分に対応の送信周波数と混合される。それ故に、オブジェクトが移動するとき、ドップラーシフトのための測定信号がベースバンドに生じる。
【０００５】
周波数変位コーディング（周波数変位方式  ＦＳＫ）の場合、信号部分は、いわゆるコヒーレント処理間隔（Coherent Processing Interval-CIP）の間に、２つの異なった周波数で送信される。エコー信号を、例えばホモダイン受信機を用いて、ベースバンドに変換することができる。２つの周波数の間の周波数間隔は、この場合、周波数自体に比べて非常に小さい。離散時間受信信号は、各ＣＩＰ内に、フーリエ変換され、閾値検出器によって検出される。検出のためにはＣＦＡＲ法を用いることは好ましい。２つの周波数のエコー信号は同じドップラーシフト位置をもたらす。何故ならば、２つの周波数の間の差周波数は、周波数自体に比べて非常に小さいからである。しかし乍ら、周波数が異なる故に、２つのエコー信号のためには、種々の位相情報が生じる。位相差Δφは距離Ｒを測定するためのベースである。
【数１】
0003699450.tif 000002
が成り立つ。但し、ｆＳｔｅｐは２つの信号部分の間の周波数間隔である。この方法は、電圧制御発振器（Voltage Control Oscillator-VCO）の対応する変調によって比較的容易に実現される。しかし乍ら、この方法は測定方向に対して同じかほぼ同じ相対速度のオブジェクトの距離分解能を何等可能にしない。この方法は自動車への適用には不適当である。何故ならば、例えば固定された目標、例えば交通標識、街灯、樹木は、互いに分離されない様々なエコー信号をもたらすからである。移動する目標も、送信手段に対しほぼ同じの相対速度を有するとき、距離が分解されない。分解能のこのような問題を含んでいるこのような状態は、自動評価のためには認識されないので、誤り評価は避けられない。
【０００６】
他の知られた方法は、三角形の波形を有する送信周波数が変調範囲ｆＳｗｅｅｐに亘って変調されてなるリニア周波数変調技術（ＬＦＭ）を用いる。距離分解能
【数２】
0003699450.tif 000003
は、変調範囲を一度超えると、距離及び相対速度に関して曖昧な測定をもたらす。個々のＣＰＩ内で、混合された受信信号がディジタル化されかつフーリエ変換されるとき、フーリエ・スペクトルでは、ピークは箇所Kにある。距離及び相対速度に関する曖昧さを以下の式によって表わすことができる。
【数３】
0003699450.tif 000004
但し、Δｖは、ＣＰＩ長ＴＣｈｉｒｐから生じる速度分解能を表わす。
【数４】
0003699450.tif 000005
曖昧さの故に、周波数変化の傾斜が異なる複数の測定が実行される。しかし乍ら、このことによって、測定時間が不所望に延長される。このことは、安全性への適用にとって望ましい短い反応時間を損なうことになる。
【０００７】
ＵＳ  ５，９６３，１６３によって、明細書導入部に記載のタイプの方法及び装置が公知である。この公報では、交互に送信される複数の平行な変調ランプからなる信号部分が送信される。これらの変調ランプは固定周波数Δｆだけ互いに分離されており、差周波数は信号の基本周波数に比べて非常に小さい。この場合、オブジェクトの距離は、変調ランプの形で信号部分として送信される２つのランプ信号のエコー信号の間の位相差の関数としてのみ生じる。受信された信号は即座に互いに分離されて、異なったアナログ式のチャネルで処理されるが、これらの信号の１つは、送信された信号のパルス幅だけアナログ式に遅延される。評価方法は、ランプ測定（ＬＦＭ）の際に生じる、距離・速度レベルでの曖昧さを、測定された移相による距離の推定によって除去することにある。この公知の方法はコストがかかり、測定技術の点で問題である。断続した信号部分の形で送信された測定信号をアナログ式チャネルで再構成することは、コストのかかる平滑化を必要とする。更に、（ランプ部分の終りでの）走査のタイミングに僅かなエラーでもあれば、測定誤差を直接引き起こす位相ひずみが発生される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
短い反応時間で、改善された測定精度をもって距離及び相対速度の測定を可能にするという課題が、本発明の基礎になっている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明では、この課題は、明細書導入部に記載されたタイプの方法を用いて、信号部分を、変調範囲に亘って、各々の周波数ステップだけ段階的に変位して送信し、信号部分毎に位相差を測定する少なくとも１つの走査値を取り出すことによって解決される。
【００１０】
この課題を解決するための、本発明に係わる装置は、この方法を実施するために設けられている。
【００１１】
距離及び相対速度の、本発明による測定は、驚異的に容易に、距離及び相対速度の明確な測定を可能にする。本発明では、異なった周波数を有する２つの信号部分は、順次に、最終の変調範囲に亘って周波数変調される。受信されたエコー信号を、通常、ベースバンドに混合低周波化(heruntermischen)して、各々の周波数ステップ(Frequenzshrittes)の端で評価することができる。
【００１２】
２つの信号シーケンスの各々を、フーリエ変換及び閾値検出によって、別々に評価することができる。所定の距離と所定の速度を有する個々のオブジェクトは、２つの評価されたスペクトルのフーリエ変換された出力信号にある整数の同じインデックスK＝KＡ＝KＢの場合に、２つのシーケンスで、検出される。２つの信号シーケンスでは、距離及び速度に関する上述されたのと同じ曖昧さが生じるだろう。２つの複合のスペクトル・ピークの、測定された位相φＡ及びφＢは互いに異なっていて、曖昧さを取り除くために用いることができる、距離及び速度に関する微分情報を含む。２つのシーケンスでのコヒーレント測定技術に基づいて、距離測定及び速度測定のための位相差Δφ＝φＢ―φＡを評価することができる。位相差Δφを以下の式によって分析的に記述することができる。
【数５】
0003699450.tif 000006
但し、Ｎは、２つの異なった周波数の各々の送信信号シーケンスＡ及びＢにおける周波数ステップの数である。第1の計算の際に、Δφは曖昧であるが、曖昧さは上記式に基づいた測定結果の組合せによって、取り除くことができる。２つの測定結果の交点は距離及び相対速度の明確な測定をもたらす。
【００１３】
一般の周波数変位コーディング（ＦＳＫ）の場合に、２つの周波数の複数の信号部分は、夫々、以下のように送信される、すなわち、受信されたエコー信号を所望の走査速度（例えば６４のサンプル）で完全に走査し、走査値をコーディングに関連の評価手段（例えばフーリエ変換を行なう）に送り、その後に、他方の周波数の後続の信号部分の走査を行ない、走査値を関連の他方の評価手段に送るように送信される。これに対し、本発明で使用された信号部分は一層短い。他方の周波数への変換は、すべての必要な走査値が一方の周波数のために集められる前に行われる。好ましい場合では、信号部分毎に只１つの走査値が検出される。それ故に、走査値は交互に一方及び他方の周波数の評価手段に送られて、２つの周波数のための走査値の必要数が、或る測定間隔で得られた。
【００１４】
部分信号の、交互に混交されたこのような送信によって、良好な距離分解能が短い測定時間で実現され、目標の動的な移動も検出される。
【００１５】
信号部分を一定周波数で本発明に従って送信することによって、ＵＳ  ５，９６３，１６３に記載のように送信される変調ランプの使用に比べて、かなりの利点が生じる。各周波数変位に対して、従って各信号部分に対して、定常の位相値が検出され、これに対し、変調ランプの場合、位相値は連続的に変化する。このことによって、位相値を走査し、受信されたエコー信号部分のために、順次、共通のアナログ式チャネルで処理して、好ましいフーリエ変換を実行するためのアナログ・ディジタル変換を行なうことも可能である。アナログ・ディジタル変換に続いて、異なったエコー信号に関する値を別個に評価し、好ましくはフーリエ変換し、周波数ピークと、周波数ピークの位相位置との検出によって、送信された信号の間の位相差を検出することが可能である。
【００１６】
下記に詳述するように、本発明に係わる方法は、測定された距離及び測定された速度が、位相差Δφ及び周波数に曖昧に依存していることにある。測定結果の明確さは、２つの測定のための曖昧直線の交点が定められることにより、距離及び速度に関する測定結果の組合せによって達成される。
【００１７】
計算を簡易化するために、信号の２つの周波数の間隔が変調範囲全体に亘って同じであることは適切である。原理的には、２つの周波数の僅かな変化、すなわち異なった周波数変位を２つの周波数のために受入可能に及び場合によっては好都合に活用することができる。
【００１８】
更に、２つの周波数の信号部分を夫々送信するために、周波数ステップだけ変位することは、好ましい。何故ならば、同じ周波数での信号部分の送信からは、冗長な測定のみが生じるだろうからである。
【００１９】
評価の簡易化のために、更に、周波数ステップが２つの周波数の間隔の倍に対応していることは適切である。
【００２０】
本発明に係わる方法は、交互の信号部分を連続的に送信するためのみならず、一方の周波数の信号部分の送信と、他方の周波数の信号部分の送信との間に時間間隔が保たれてなるパルス作動のためにも適切である。信号部分の送信後に受信された信号が混合低周波化されるべきとき、このためには、送信発振器は搬送周波数で続けて作動することができる。
【００２１】
当然ながら、発明に係わる作動方法は、２つより多い信号によっても実施される。これらの信号の信号部分は、複数の位相差の評価によってより高い測定精度を達成するために、交互に送信される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示された実施の形態を基にして本発明を詳述する。図１は、出力周波数ｆＴ，Ａから夫々周波数ステップｆIｎｃｒだけ互いにずれている複数の信号部分Ａを示している。これらの信号部分Ａは、出力周波数ｆＴ，Ｂから始まって同様に各々の周波数ステップだけずれている信号部分Ｂと交互に送信されて、かくて、変調範囲ｆＳｗｅｅｐを超える。周波数ステップｆIｎｃｒは、変調範囲ｆＳｗｅｅｐに亘って同じ大きさであり、それ故に、
【数６】
0003699450.tif 000007
が成り立つ。
【００２３】
２つの混交された信号部分シーケンスＡ，Ｂは送信され、エコー信号の受信後に別々にフーリエ変換及び閾値技術によって評価される。測定結果の上記の組合せによって、位相差Δφを含めつつ、明確な測定結果が得られ、
【数７】
0003699450.tif 000008
【数８】
0003699450.tif 000009
が成り立つ。
【００２４】
図２は位相測定及び周波数測定が曖昧であること、しかし、２つの測定の組合せが、Ｒ０及びｖ０に関して望ましい値を算出させる直線の交点を導くことを明示している。
【００２５】
自動車への適用の例では、１ｍの距離分解能を保証するために、信号帯域幅ｆＳｗｅｅｐは１５０ＭＨｚである。順次の周波数変調は、Ｎ＝２５６の別個のバーストＡ又はＢに分割されており、その結果、
【数９】
0003699450.tif 000010
が成り立つ。
【００２６】
個々のバーストＡ又はＢ内の測定時間は、例えば５μｓであり、これから、ＴＣｈｉｒｐ＝２．５６ｍｓという、混交された信号のチャープ時間が生じ、これから、
【数１０】
0003699450.tif 000011
すなわち、２．７ｋｍ／ｈの速度分解能が生じる。
【００２７】
周波数間隔ｆＳｈｉｆｔは大きな距離及び速度精度をベースにして最適化される。最大の精度が生じるのは、図４に示すように、Ｒ直線及びｖ直線の交点が２本の直交の線から形成されている場合である。この最適化のために、信号周波数ＡとＢの間の周波数間隔
【数１１】
0003699450.tif 000012
は、この場合では、２９４ｋＨｚである。この特殊な場合では、上記式は、
【数１２】
0003699450.tif 000013
及び
【数１３】
0003699450.tif 000014
となる。
【００２８】
従って、本発明に係わる波形によって、只１つのチャープ中に、距離及び相対速度の測定が、容易に、従って最短の測定時間で可能であることが明らかとなる。前記の最適化及び好ましい実施の形態は最も簡単な評価と、ハードウェアの少ないコストとをもたらす。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に基づいて送信される波形の原理図を示している。
【図２】  測定の曖昧さを解決するための、図解した原理図を示している。
【図３】  本発明に係わる最適化された波形の例を示している。
【図４】  最適化された周波数ステップに関する、図２に示したダイヤフラムを示している。
【図１】
0003699450.tif 000015
【図２】
0003699450.tif 000016
【図３】
0003699450.tif 000017
【図４】
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