(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチビームレーダシステムに基づいて、基準システムに関して相対的に位置している各レーダ目標の各エコー信号を、少なくとも２つのビームを介して同時に受信する、横方向度及び／又は高さ角度の測定方法において、
−各受信ビーム内で受信されたエコー信号の振幅を正規化し、
−前記各受信ビーム毎にレーダ目標の角度を測定するために、前記エコー信号の夫々正規化された振幅を、前記受信ビームに対して記憶された正規化アンテナダイアグラムの各ダイアグラム値と比較し、
−少なくとも２つの同時に受信されたビームの前記各比較結果を相互に結合し、
−前記レーダ目標の角度として、前記少なくとも２つの同時に受信されたビームの結合された前記比較結果が所定の最小判定基準又は所定の最大判定基準を充足するような角度を測定する
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
記憶されたアンテナダイアグラムは、双方向アンテナダイアグラムである請求項１記載の方法。
【請求項３】
マルチビームレーダシステムの全アンテナダイアグラムは、全ビームの各ダイアグラム値の和が夫々所定角度で値１を生じるように正規化される請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
マルチビームレーダシステムの全アンテナダイアグラムは、全ビームの各ダイアグラム値の積が夫々所定角度で値１を生じるように正規化されている請求項１又は２記載の方法。
【請求項５】
レーダ目標の同時に受信された各エコー信号の各振幅は、少なくとも２つの各受信ビームから、アンテナダイアグラムの記憶された各ダイアグラム値と同様に正規化される請求項１〜４までの何れか１記載の方法。
【請求項６】
請求項１〜５までの何れか１記載の方法において、
−レーダシステムのアンテナダイアグラムの同時に受信された少なくとも２つのビームの各ダイアグラム値を、正規化されて、分類された各ダイアグラム値のリストの形式で記憶し、
−前記各ダイアグラム値とエコー信号の正規化された振幅との比較の結果として、前記エコー信号の正規化された振幅の値を中心にして制限された間隔内に位置している個数ｎの各ダイアグラム値を選定する方法。
【請求項７】
請求項６記載の方法において、
−レーダビームの選択された各ダイアグラム値の所属の各角度値を評価関数で重み付けし、
−レーダシステムの少なくとも２つの受信ビームの等角度値を夫々相互に加算し、
−レーダ目標の確率の高い角度として、全ての受信ビームを加算して、重み付けした値が最大又は最小であるような角度を特定する方法。
【請求項８】
請求項１〜５までの何れか１記載の方法において、
−同時に受信された少なくとも２つの受信ビームに対して、１つの差関数を形成し、該差関数は、全ての可能な角度に依存して、夫々の受信ビーム内で受信された、レーダエコーの正規化された振幅間の差及び前記ビームのアンテナダイアグラムの全ての正規化された各ダイアグラム値を生じ、
−このようにして形成された少なくとも２つの差関数の各値を加算し、
−レーダ目標の確率の高い角度として、そのようにして形成された和関数が最小であるような角度を採用する方法。
【請求項９】
マルチビームレーダシステム、例えば、自動車内又は自動車で使用するためのものにおいて、
−同時に受信された少なくとも２つの受信ビームから各エコー信号の各振幅を正規化するための手段が設けられており、
−レーダシステムの正規化されたアンテナダイアグラムを記憶するための手段が設けられており、
−各エコー信号の正規化された各振幅を、少なくとも１つの受信ビームの各アンテナダイアグラムの各ダイアグラム値と比較するための手段が設けられており、
−前記比較に基づいて、角度を観測レーダ目標の確率の高い角度として特定するための手段が設けられているマルチビームレーダシステム。
【発明の詳細な説明】
本発明は、マルチビームレーダシステムに基づいて、基準システムに関して相対的に位置している各レーダ目標の各エコー信号を、少なくとも２つのビームを介して同時に受信する、横方向度及び／又は高さ角度の測定方法、及び、マルチビームレーダシステムに関する。その際、基準システムとして、有利には、レーダシステム自体が使われる。公知の、角度特定方法は、例えば、“Radar  Handbook"M.Skolnikに記載されている。
それによると、広範囲に流布されている手段は、角度領域の観測乃至測定のために機械的に回動される、サーチ角度の面内で鋭く収束されたアンテナローブを持ったアンテナを使うことにある。レーダ目標の反射が受信される瞬時でのアンテナの位置から、レーダ目標の角度を特定することができる。この方法の欠点は、アンテナの機械的な回転にあり、それにより、一方では、機械的な損耗が生じ、他方では、可動質量体の慣性に基づいて比較的多くの時間を必要とする。この欠点を回避するために、フェーズド−アレイ−アンテナが使用され、その際、所属のアンテナローブが電子的に回転される。しかし、これは、鋭い収束を達成するために、多数の、位相制御された能動性の送信／受信要素を必要とし、それにより、比較的高い実施コストが必要となる。更に、両方の方法共、観測角度領域がスキャンされ、つまり、シーケンシャルに走査される。これにより、スキャン速度に依存して、角度測定の精度が劣化されることがある。
同様に、Skolnikによって説明された他の、角度特定方式は、所謂モノパルス方式である。その際、サーチ角度の面内に少なくとも２つの、部分的に重畳されたアンテナローブを有するアンテナが使用される。検出されたレーダ目標の各反射は、少なくとも２つのアンテナローブの夫々を介して受信される。角度の特定のために、所謂位相モノパルスでは、受信された反射の位相差が、アンテナローブ全体から評価される。所謂振幅モノパルスの場合、差及び和信号が、夫々のアンテナローブを介して受信された各反射から形成される。両方の信号の商は、検出されたレーダ目標の角度に、ほぼ直線状に依存する。しかし、モノパルス方式の両方の変形態様での欠点は、レーダ目標の所定角度が既存の限界内でしか明瞭でないという点にある。明瞭な角度領域外の各レーダ目標の反射は、この方法の場合、誤って解釈される。更に、殊に、振幅モノパルス方式は、相互に対称に位置している、ほぼ等しくて、相互に対照的な各アンテナローブを必要とする。つまり、アンテナの製造及び整備の際に比較的高いコストが掛かる。
本発明の課題、解決手段及び効果
従って、本発明の目的は、一義的且つコスト上有利に実施することができる、レーダ目標の角度の特定用手段を提供する方法、及び、この方法に基づいたレーダシステムを提案することにある。本発明によると、この課題は、本発明によると、各受信ビーム内で受信されたエコー信号の振幅を正規化し、各受信ビーム毎にレーダ目標の角度を測定するために、エコー信号の夫々正規化された振幅を、受信ビームに対して記憶された正規化アンテナダイアグラムの各ダイアグラム値と比較し、少なくとも２つの同時に受信されたビームの各比較結果を相互に結合し、レーダ目標の角度として、少なくとも２つの同時に受信されたビームの結合された比較結果が所定の最小判定基準又は所定の最大判定基準を充足するような角度を測定することによって解決される。つまり、後続のように定義された双方向アンテナダイアグラム全体が、正規化された各値（出力データ、電圧データ、磁界強度データ、レベルデータ等が相応することができる）の形式で記憶されている、マルチビーム、例えば、３ビームレーダシステムにより解決される。その際、マルチビームとは、レーダシステムが、反射されたレーダ信号を、複数の、即ち、少なくとも２つのアンテナローブを介して、従って、このアンテナローブと夫々結合された各受信チャンネルを介して受信するということである。検出されたレーダ目標の角度は、少なくとも２つのチャンネルで受信された各反射信号の各振幅を、双方向アンテナダイアグラムの記憶されている各値と比較することによって特定することができる。双方向アンテナダイアグラムとは、ここでは、通常アンテナダイアグラムと異なって、レーダ信号の往復路、即ち、アンテナの送信及び受信特性が同時に入力されることが含まれるものとする。
本発明の方法では、正確に対称的な各アンテナローブの必要性はない。更に、検出されたレーダ目標に対して特定される角度は、全測定領域に亙って一義的である。別の利点としては、本発明の方法によると、当該角度決定に関して、内容のある質−判定基準が提供され、殊に、各個別アンテナローブからの各反射を並行して処理するのに適している。殊に、ハードウェアでの角度特定のためのコストが、レーダシステムのソフトウェアに転嫁されるが、そのことは、最新のプロセッサ及びメモリ技術では、益々コストダウンされている。
２つの実施例の説明
以下、本発明の２つの図示の実施例を用いて説明する。その際、
図１は、本発明の方法を実施するための３ビームレーダシステムのブロック図、
図２は、夫々の測定角度αを示す角度指標ａに亙っての３ビームレーダシステムの双方向アンテナの図、
図３は、同じ角度指標αに亙っての３ビームレーダシステムの通常の双方向アンテナの図、
図４は、双方向アンテナの図のローブの実例であって、角度に依存しない分類指標ｎに亙って正規化された、大きさに応じて分類された各ダイアグラム値の実例を示し、
図５は、図４の分類指標ｎに対して角度指標の対応関係をグラフで示す図、
図6a〜ｄは、レーダ目標の最大確率の角度の特定用の評価過程の略図、
図７は、第１の実施例の説明に供する流れ図、
図８は、受信信号の正規化された振幅と双方向アンテナダイアグラムのローブの正規化されたダイアグラム値との間の差関数の値の経過特性を示す図、
図９は、個別アンテナローブからの全ての差関数の和の値の経過特性を示す図、
図10は、本発明の第２の実施例の説明に供する流れ図である。
図１では、３つの送信／受信要素3,4,5が、３つの所謂デュアル−ラットレース−リング7,8,9と接続されている。デュアル−ラットレース−リングは、送信／受信分路乃至サーキュレータとミキサとの機能を統合し、その機能形式及び構成は、例えば、ドイツ連邦共和国特許出願第2290000号に詳細に記載されている。更に、デュアル−ラットレース−リング7,8,9の夫々には、電圧制御される発振器６の出力信号が供給されている。３つのデュアル−ラットレース−リング7,8,9の夫々の出力信号は、増幅器10,11,12及びフィルタ13,14,15を介して夫々１つのアナログ／デジタル変換器16,17,18に供給されている。このアナログ／デジタル変換器は、その出力側が、評価計算機19と接続されている。１で、検出されたレーダ目標が示されており、その際、このレーダ目標によって、波面が、レーダシステムの光学軸２に対して角度αで各送信／受信要素3,4,5の方に反射される。
図２には、３ビームレーダシステムの双方向アンテナダイアグラムが示されている。
図２には、３ビームレーダシステムの双方向アンテナダイアグラムが示されている。その際、値は、例えば、電圧、出力又は電界強度が入射角度を表わす角度指標ａに亙って記載されている。21で示されている曲線は、左側の受信要素５で受信された値を示す。22で示された曲線は、中央の受信要素４に受信された値を示す。23で示された曲線は、右側の受信要素３によって受信された値を示す。正確に言うと、この各値は、以下、各ダイアグラム値と呼ばれる。
図３には、図２の双方向アンテナダイアグラムが正規化された図で示されている。その際、正規化は、種々の形式で行うことができる。曲線31は、左側のアンテナローブに対する、即ち、左側の送信／受信要素５に対して正規化された各ダイアグラム値を示す。曲線32及び33は、中央及び右側の、即ち、各送信／受信要素４及び３に対するアンテナローブの正規化された各ダイアグラム値を示す。正規化は、有利には、加算正規化で行われる。その際、曲線21,22,23の各ダイアグラム値は、正規化値sum（ａ）によって分割されており、正規化値sum（ａ）は、以下のようになる：
sum（ａ）＝１（ａ）＋ｍ（ａ）＋ｒ（ａ）
その際、
１（ａ）は、角度指標ａでの左側曲線のダイアグラム値、
ｍ（ａ）は、角度指標ａでの中央の曲線のダイアグラム値、
ｒ（ａ）は、角度指標ａでの右側の曲線のダイアグラム値を示す。
つまり、３つの正規化された曲線31,32,33の各ダイアグラム値は、以下のようになる：
n1（ａ）＝１（ａ）/sum（ａ）
nm（ａ）＝ｍ（ａ）/sum（ａ）
nr（ａ）＝ｒ（ａ）/sum（ａ）
その際、
n1（ａ）は、角度指標ａでの左側の正規化された曲線のダイアグラム値、
nm（ａ）は、角度指標ａでの中央の正規化された曲線のダイアグラム値、
nr（ａ）は、角度指標ａでの右側の正規化された曲線のダイアグラム値を示す。
各曲線31−33全ての各ダイアグラム値の和により、この正規化での各角度指標ａに対して１乃至一般化して一定値が得られる。択一選択的には、正規化は、例えば、積正規化を用いても行うことができ、その際、正規化された各曲線全ての各ダイアグラム値の積は、一定値に等しくする必要がある。
後続の図４〜７は、本発明の第１の実施例に関し、以下詳細に説明する。図１のレーダシステムでは、発振器６によって、送信信号が発生され、この送信信号は、各送信／受信要素3,4,5を介して放射される。送信信号によって照射されるレーダ目標１は、各受信要素3,4,5を介してレーダシステムによって受信された反射信号を形成する。その際、レーダ目標の各角度位置に応じて、及び、アンテナローブの特徴に応じて、種々の振幅値が発生される。受信された各振幅値は、デュアル−ラットレース−リング7,8,9の混合機能を介して、低周波状態に混合され、続いて、各増幅器10,11,12に供給される。ダイナミックフィルタ及びアンチ−エイリアジング−フィルタ13,14,15及びD/A変換部16,17,18の後に、受信された各振幅値は、各デジタル値として評価計算機19に供給される。
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本発明の第１の実施例によると、第２のアンテナダイアグラムの正規化された各ダイアグラム値は、各個別アンテナローブに応じて別個に、分類された各リストの形式で記憶される。表１は、そのようなリストの抜粋を示し、その際、ローブの、正規化されて分類された各ダイアグラム値の横に、夫々所属の角度指標ａが記載されている。各ダイアグラム値の大きさに応じて分類することによって、角度指標は、ランダムな列シーケンスで出現する。図４には、アンテナローブの、大きさに応じて分類された各ダイアグラム値の、連続的な分類指標ｎのグラフ表示が示されている。図５には、図４に所属の角度指標が、同じ分類指標ｎに亙って記載されており、それによって、ｘ座標に沿って、角度指標のランダムな列シーケンスが表１によって明らかとなる。
評価計算機19は、ブロック73によると、先ず、レーダ目標の受信された各振幅値の正規化を実行し、その際、正規化は、双方向アンテナダイアグラム用に選定されるように相応する。その際、評価計算機19は、74によると、各受信路に対して、即ち、各アンテナローブに対して、所属の分類された各リストの中で、このローブ内で受信された、正規化された振幅値として先ず生じるような正規化されたダイアグラム値をサーチする。
表２には、例として、0.6の受信された、正規化された振幅値が示されている。75によると、多数の各ダイアグラム値（ここでは、例として９個）が選択されており、各ダイアグラム値は、サーチされた正規化された振幅値を中心にした所定の周辺に位置している。この選択方法は、受信された各振幅値全てに対して、この場合３つのアンテナローブに実行され、その結果、続いて、複数の、この場合、３つの群の可能な角度指標が得られる。
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検出されたレーダ目標が実際にどの角度に位置しているのか決定するために、76によると、全てのレーダ目標が、予め、選択された可能な角度指標として評価関数（有利には、三角形状に選択される）を用いて重み付けされる。図6a〜6cは、そのようにして評価された角度指標が、選択用の全角度指標の軸に亙って示されており、つまり、左、中央、及び、右側の受信経路に亙って示されている。その際、三角形61及び62は、例示された三角形60よりもかなり高い。これは、事例61及び62の評価関数を重畳した結果であり、そこでは、相互に非常に狭い角度指標が選択されて重み付けされている。図6dには、結局、その上の３つの図示の加算結果、即ち、夫々の角度指標に対して全受信経路の評価関数の和が示されている。図から分かるように、63で最大値が生じる。と言うのは、ここでは、各評価関数は、狭い境界の角度領域内で重畳しているからである。つまり、ここで位置している角度指標乃至角度指標領域は、極めて頻繁に可能な角度指標として選択されているからである。従って、評価関数の和の最大値は、77によると、所属の角度がレーダ目標の最も確率の高い角度として決められるような判定規準である。その際、最大値の高さは、同時に、当該角度決定のための質の判定規準を形成し、最大値の絶対値が高くなればなる程、この質の判定規準が確実になる。
択一選択的に、三角形の評価関数に対して、明瞭な最大値を形成する関数全てを使用することができる。その限りで、評価関数は、例えば、ガウス、又はcos2形の関数を使用することができる。
78によると、このようにして特定された角度が別の信号処理の目標対象の確率的な角度として使用される。
本発明の第２の実施例は、同じ技術装置に基づいているが、しかし、少なくとも２つの受信チャネルで受信された各エコー振幅の評価用の他のアルゴリズムを使用する。図10のブロック102及び103は、図７のブロック72及び73と同一であり、即ち、この実施例でも、レーダシステムの個別受信チャネル内で受信された各エコー振幅が、先ず正規化される。第１の実施例とは異なって、双方向アンテナダイアグラムの正規化された各ダイアグラム値は、ここでは、しかし、最早、値の大きさに応じて分類されたリスト内に記憶できず、測定されたように、つまり、例えば、角度指標に応じて記憶することができる（101）。104によると、各受信チャネルに対して、このチャネル内で受信されたエコー振幅とこのローブの双方向アンテナダイアグラムの各ダイアグラム値全てとの間の差の値を含む差関数が得られる。式としては、この差関数は、以下のように示される：
Ｌ（ａ）＝値［nl（ａ）−El］
Ｍ（ａ）＝値［nm（ａ）−Em］
Ｒ（ａ）＝値［nr（ａ）−Er］
その際、nl（ａ）,nm（ａ），及びnr（ａ）は、左側、中央、右側の曲線、乃至、図３の双方向アンテナダイアグラムのローブの正規化された各ダイアグラム値であり、
El,Em,Erは、左側、中央、右側の受信チャネルで受信される正規化された各エコー振幅であり、
Ｌ（ａ）,M（ａ），及びＲ（ａ）は、上述の各差関数を示す。
図８には、例えば、中央の受信チャネル、及び、角度指標ａ＝60に相応する角度でのレーダ目標に対する、そのような差関数が示されている。図から分かるように、この位置での差関数は、サーチされた角度を示す最小値を有している。ここでは、角度指標ａ＝80の場合に第２の最小値によって形成される蓋然性は、105による、各受信チャネル全ての差関数を続いて加算することによって除去される。
図９には、各差関数全ての加算から得られた、この９つの和関数のグラフ表示が示されている。重畳により、この実施例で仮定されている角度指標ａ＝60での、もう一つだけ最小値が残っている。それに応じて、一般的には、106により、全ての差関数の和関数が、その最小値を有しているレーダ目標の最も確率の高い角度として決められる。この最小値の大きさは、同時に、当該の角度決定に対する質の判定基準である。最小値が明瞭になればなる程、検出されたレーダ目標の実際の角度の所定の角度乃至角度指標は確実になる。107によると、この角度は、再度、システムの別の信号処理部に伝送される。
本発明の前述の基本思想に応じて、本発明は、複数ビームのレーダシステムを用いて実施することができる（同様にマルチビームシステムを達成することができる）。これは、例えば、別個の複数アンテナによって行うことができるが、しかし、複数の送信及び／又は受信要素を有しているアンテナによって同様に良好に行うことができる。同様に、各アンテナは、公知のビーム形成要素全て、例えば、レンズ、反射器、吸収器、等を有することができる。更に、本発明の方法及びその実施態様は、使用されたレーダ方式に依存せずに、即ち、パルス放射レーダ方式の場合でも、連続放射レーダ方式の場合でも使用することができる。
ここに記載したレーダ方式は、殊に、自動車での車両速度制御に関連して使用される。その際、検出されたレーダ目標が自分の走行車線内にあるかどうか判定することができる。しかし、それに依存しないで、既述の方法は、レーダ目標の角度特定が所望される、他の用途事例でも使用することができる。つまり、例えば、飛行目標の高さ角度の特定のためにも使用することができる。
測定可能な角度領域は、複数乃至単数のアンテナのローブ幅の選択によって特定することができる。更に、場合によっては、複数の、例えば、円形に配設されたアンテナを用いることによって、360゜に至る迄の任意の大きさの角度領域を測定することができる。
特に、この方法は、有利には、周波数領域内でフーリエ変換を用いて行われる、レーダシステムの別の信号処理に依存しない。しかし、角度測定のために使用される各振幅値は、時間領域でも周波数領域でも得ることができる。
図１に相応して、この方法は、特に、少なくとも２つの受信チャネル内の各信号の並列処理に適している。しかし、同様に、多重化された信号処理列でのシーケンス処理も可能である。
記憶されたアンテナダイアグラムに関して、紹介された双方向アンテナダイアグラムは有利である。と言うのは、これは、レーダが、その信号を受信する最も広い方式に相応するからである。しかし、ビーム特性及び／又は相応の選択された補正関数の解釈に応じて、「通常の」、即ち、簡単なアンテナダイアグラムを使用することも可能である。
【図４】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図６ｄ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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