(57)【要約】  本発明は、レーダ信号、とりわけ複数のＵＬＡアンテナを使って受信されたレーダ信号の改善された評価に関する。個々のＵＬＡアンテナのレーダ信号に異なるビームフォーミングを適用することで、ビームフォーミングによる利得における落ち込みが補償され得る。
2021527814.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のレーダ信号を受信するよう設計された、複数のアンテナ素子を備えた第１のアンテナアレイと、
第２のレーダ信号を受信するよう設計された、複数のアンテナ素子を備えた第２のアンテナアレイと、
前記第１のアンテナアレイによって受信された前記第１のレーダ信号に第１のビームフォーミングを適用するよう設計された第１の処理機構（１１）と、
前記第２のアンテナアレイによって受信された前記第２のレーダ信号に第２のビームフォーミングを適用するよう設計された第２の処理機構（１２）であり、前記第２のビームフォーミングが前記第１のビームフォーミングとは相違する第２の処理機構（１２）と、
前記第１のビームフォーミングおよび前記第２のビームフォーミングの結果を使用して、前記受信されたレーダ信号を評価するよう設計された評価機構（１３）と
を備えた、レーダ信号の評価のための装置（１）。
【請求項２】
前記第１のアンテナアレイおよび前記第２のアンテナアレイが同数のアンテナ素子を含んでいる、請求項１に記載の装置（１）。
【請求項３】
前記第１のアンテナアレイおよび前記第２のアンテナアレイの隣接するアンテナ素子の間隔が同じである、請求項１または２に記載の装置（１）。
【請求項４】
前記第１のアンテナアレイの隣接するアンテナ素子の間隔と前記第２のアンテナアレイの隣接するアンテナ素子の間隔が相違している、請求項１または２に記載の装置（１）。
【請求項５】
前記第１の処理機構（１１）および／または前記第２の処理機構（１２）が、前記それぞれのアンテナアレイによって受信された前記レーダ信号に複数のビームフォーミングを適用するよう設計されている、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置（１）。
【請求項６】
前記第２のビームフォーミングの極大が、前記第１のビームフォーミングの極大に対して半ビン分ずれている、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置（１）。
【請求項７】
少なくとも１つのさらなるアンテナアレイと、前記さらなるアンテナアレイに対応しており、前記さらなるアンテナアレイによって受信された前記レーダ信号にさらなるビームフォーミングを適用するよう設計された処理機構とを備えた、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置（１）。
【請求項８】
第１のレーダ信号を第１のアンテナアレイ（１１）によって受信するステップ（Ｓ１）と、
第２のレーダ信号を第２のアンテナアレイ（１２）によって受信するステップ（Ｓ２）と、
前記受信された第１のレーダ信号に第１のビームフォーミングを適用するステップ（Ｓ３）と、
前記受信された第２のレーダ信号に第２のビームフォーミングを適用し、その際、前記第２のビームフォーミングが前記第１のビームフォーミングとは相違しているステップ（Ｓ４）と、
前記第１のビームフォーミングおよび前記第２のビームフォーミングの結果を使用して、前記受信されたレーダ信号を評価するステップ（Ｓ５）と
を有する、レーダ信号の評価のための方法。
【請求項９】
前記第１のビームフォーミングの前記適用（Ｓ３）および前記第２のビームフォーミングの前記適用（Ｓ４）が、それぞれフーリエ変換を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１のビームフォーミングの前記適用（Ｓ３）および／または前記第２のビームフォーミングの前記適用（Ｓ４）が、複素窓関数の適用を含む、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーダ信号の評価のための装置およびレーダ信号の評価のための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車分野では、レーダセンサは、いっそう多くの役割のために、ますます増加して用いられるようになっている。レーダセンサは、例えば車両の周辺環境からのデータを供給し、これらのデータは、走行支援システムによって評価およびさらに処理され得る。それだけでなくレーダセンサは、とりわけ自動運転の分野でも大いに重要である。これに関しては、とりわけ、高い感度の角度分解能と同時に、つまり大きな測位エリアでの角度分解能が不可欠である。
【０００３】
計算コストの削減のため、このようなレーダシステムには、アンテナを規則的に配置したアンテナアレイ、いわゆるＵｎｉｆｏｒｍ  Ｌｉｎｅａｒ  Ａｒｒａｙ（ＵＬＡ）が用いられ得る。この場合、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を使って、効率的なビームフォーミングが実現され得る。
【０００４】
刊行物ＤＥ１０２０１１０８４６１０Ａ１は、複数のアンテナ素子を含むアンテナを備えた自動車用の角度分解型レーダセンサを開示している。この場合、各アンテナ素子は、複数の評価チャネルの１つにスイッチング可能であり、かつ受信された信号の入射角を決定するための評価機構とつながっている。
【発明の概要】
【０００５】
本発明は、特許請求項１の特徴を有するレーダ信号の評価のため装置および特許請求項８の特徴を有するレーダ信号の評価のための方法を提供する。
これに応じて企図されるのは：
レーダ信号の評価のための装置である。この装置は、第１のアンテナアレイと、第２のアンテナアレイと、第１の処理機構と、第２の処理機構と、評価機構とを含む。第１のアンテナアレイは複数のアンテナ素子を含む。とりわけ複数の、好ましくは同種のアンテナ素子が、１つの仮想軸に沿って配置されている。第１のアンテナアレイは、第１のレーダ信号を受信するよう設計されている。第２のアンテナアレイは複数のアンテナ素子を含む。第１のアンテナアレイに倣って、第２のアンテナアレイのアンテナ素子も、１つの仮想軸に沿って配置されている。とりわけ、第１のアンテナアレイのアンテナ素子が配置されている仮想軸は、第２のアンテナアレイのアンテナ素子が配置されている仮想軸に平行に延びている。第２のアンテナアレイは、第２のレーダ信号を受信するよう設計されている。第１の処理機構は、第１のアンテナアレイの前に受信された第１のレーダ信号に第１のビームフォーミングを適用するよう設計されている。これに倣って第２の処理機構は、第２のアンテナアレイによって受信された第２のレーダ信号に第２のビームフォーミングを適用するよう設計されている。とりわけ、第２のビームフォーミングは第１のビームフォーミングとは相違する。評価機構は、第１のビームフォーミングおよび第２のビームフォーミングの結果を使用して、受信されたレーダ信号を評価するよう設計されている。
【０００６】
さらに企図されるのは：
第１のアンテナアレイにより第１のレーダ信号を受信するステップと、第２のアンテナアレイにより第２のレーダ信号を受信するステップとを有する、レーダ信号の評価のための方法である。この方法はさらに、受信された第１のレーダ信号に第１のビームフォーミングを適用するステップと、受信された第２のレーダ信号に第２のビームフォーミングを適用するステップとを含む。とりわけ、第２のビームフォーミングは第１のビームフォーミングとは相違する。最後にこの方法は、第１のビームフォーミングおよび第２のビームフォーミングの結果を使用して、受信されたレーダ信号を評価するためのステップを含む。
【０００７】
本発明の利点
本発明の基礎となる知見は、１つのアンテナアレイからのレーダ信号をデジタルビームフォーミングすると、測位エリアの角度範囲にわたって利得が変動するということである。とりわけ、測位エリアの角度範囲にわたって、利得における有意な落ち込みが記録され得る。
【０００８】
したがって本発明のアイデアは、この知見を顧慮すること、および利得におけるこの落ち込みに対処して、測位エリアの角度範囲にわたって少なくともほぼ均一な推移での評価を可能にするレーダ信号の評価を提供することである。
【０００９】
このため本発明の１つのアプローチは、受信されたレーダ信号に複数の異なるビームフォーミングを適用することであり、これに関してはとりわけ複数の線形アンテナアレイ、好ましくは等間隔に離隔したアンテナ素子を備えた複数のアンテナアレイ（Ｕｎｉｆｏｒｍ  Ｌｉｎｅａｒ  Ａｒｒａｙ：ＵＬＡ）が使用される。この場合には、アンテナアレイからの各レーダ信号に、それぞれ異なるビームフォーミングが適用され得る。このとき、これらの異なるビームフォーミングが、１つの少なくともほぼ均一なアンテナ利得へと補充し合えることが好ましい。例えば、第１のアンテナアレイのレーダ信号のためのビームフォーミングがその極大を、第２のアンテナアレイからのレーダ信号のためのビームフォーミングがその極小を有する範囲に有することができる。このようにして、第１のアンテナアレイのためのビームフォーミングの利得の落ち込みが、第２のアンテナアレイからのレーダ信号のための相応のビームフォーミングにより、少なくともほぼ補償され得る。
【００１０】
１つのレーダ信号とは、本発明のコンテクストでは、１つの線形アンテナアレイの個々のアンテナ素子の個々の受信チャネルのすべての信号の総和のことである。レーダシステムは、例えば規則的に、好ましくは周期的に、高周波信号を送信でき、これらの高周波信号は、検出すべきオブジェクトによって反射される。反射された信号はその後、アンテナアレイのアンテナ素子によって受信でき、かつさらなる処理のために個々の受信チャネルに提供され得る。高周波信号の多重送信およびこれに相応するレーダ応答の受信により、このようにして時間的に相前後した連続した複数のレーダ信号も受信され、これらのレーダ信号がその後、評価され得る。
【００１１】
ビームフォーミングでは、その際複数のビームが成形され得る。とりわけ、各アンテナに対して別々のビームフォーミングが実施され得る。したがってＮ個のアンテナに対しては、Ｎ個のビームまたはレーダ信号も存在する。
【００１２】
第１のアンテナアレイおよび第２のアンテナアレイは、それぞれ、複数のアンテナ素子を備えた別々のアンテナアレイであり得る。それだけでなく、両方のアンテナアレイが１つの共通の２次元アンテナアレイによって構成されていてもよい。第１のアンテナアレイおよび／もしくは第２のアンテナアレイまたは１つの共通の２次元アンテナアレイの個々のアンテナ素子が、適切な受信構造により、キャリア基板、とりわけ１つの共通のキャリア基板上に構成され得ることが好ましい。
【００１３】
一実施形態によれば、第１のアンテナアレイおよび第２のアンテナアレイがそれぞれ同数のアンテナ素子を含む。とりわけ、第１のアンテナアレイおよび第２のアンテナアレイのためのアンテナ素子の数は、例えば高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を使ったできるだけ効率的なさらなる処理のために適合され得る。第１および第２のアンテナアレイのための同数のアンテナ素子により、それだけでなく、ビームフォーミングのためのそれぞれの計算規則も、特に簡単に互いに調和させ得る。
【００１４】
一実施形態によれば、第１のアンテナアレイおよび第２のアンテナアレイのそれぞれ２つの隣接するアンテナ素子の間隔は同じである。これにより、両方のアンテナアレイの受信特性が相互に非常に良く一致する。それだけでなく、第１および第２のビームフォーミングを適切に適合させることにより、非常に広い角度範囲にわたって、均されたアンテナ利得が獲得され得る。
【００１５】
代替的な一実施形態によれば、第１のアンテナアレイの隣接するアンテナ素子の間隔と第２のアンテナアレイの隣接するアンテナ素子の間隔が異なっている。これにより、第１のアンテナアレイおよび第２のアンテナアレイに対して異なる受信特性がもたらされる。これは、設定された優先範囲内でアンテナ利得を高めることを可能にする。
【００１６】
一実施形態によれば、処理機構および／または第２の処理機構が、それぞれのアンテナアレイによって受信されたレーダ信号に複数のビームフォーミングを適用するよう設計されている。この場合、１つの同じレーダ信号への複数の異なるビームフォーミングの適用により、例えば、単一のアンテナアレイに対し、個々のビームフォーミングを適切に重ねることで、アンテナ利得の均一化が達成され得る。
【００１７】
それだけでなく、例えば時間的に相前後して受信された連続したレーダ信号に対し、個々の受信されたレーダ信号にそれぞれ異なるビームフォーミングを適用することもできる。こうすることで、これらの受信されたレーダ信号に異なるビームフォーミングを適用でき、この場合、多重ビームフォーミングによって計算コストを上昇させなくてよい。
【００１８】
一実施形態によれば、第２のビームフォーミングの極大は、第１のビームフォーミングの極大に対して半ビン分ずれている。両方のビームフォーミングの半ビン分のずれにより、第２のビームフォーミングの極大は、第１のビームフォーミングの極小の範囲にある。このようにして、レーダ信号の測位エリアの角度範囲にわたって、利得の少なくともほぼ均一な推移が実現され得る。ここでは１ビンは、ビームフォーミングでの、アンテナビームの２つの隣接する極大の間隔に相当する。
【００１９】
一実施形態によれば、本装置が、少なくとも１つのさらなるアンテナアレイと、このさらなるアンテナアレイに対応している処理機構とを含む。このさらなる処理機構は、さらなるアンテナアレイによって受信されたレーダ信号にさらなるビームフォーミングを適用するよう設計されている。アンテナアレイおよびこれに対応している処理機構の数が増えることで、ビームフォーミングを相応に適合すれば、アンテナ利得のさらなる均一化が達成され得る。
【００２０】
一実施形態によれば、第１のビームフォーミングの適用および第２のビームフォーミングの適用は、フーリエ変換、とりわけ高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を使って行われる。これにより、特にリソースにやさしく、かつ高速のビームフォーミングが達成され得る。
【００２１】
一実施形態によれば、第１のビームフォーミングの適用および第２のビームフォーミングの適用は、複素窓関数の適用によって行われ得る。とりわけ、複素窓関数が例えば第１のビームフォーミングの極大に対する第２のビームフォーミングの極大の半ビン分のずれを実現し得る。
【００２２】
上記の形態および変形形態は、有意義であれば、任意に相互に組み合わされ得る。本発明のさらなる形態、変形形態、および実装は、上でまたは以下で例示的実施形態に関連して述べられている本発明の特徴の、明確には挙げられていない組合せも含む。これに関してはとりわけ、当業者は本発明のそれぞれの基本形に対する改善または補充としての個々の態様も付け加えるであろう。
【００２３】
以下に、本発明のさらなる特徴および利点を図に基づいて解説する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】一実施形態によるレーダ信号の評価のための装置の概略的なブロック図である。
【図２】一実施形態によるビームフォーミング後のアンテナ利得の概略図である。
【図３】一実施形態によるレーダ信号の評価のための方法の基礎となるような概略的なフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は、レーダ信号の評価のための装置１によるレーダ信号の概略的なブロック図を示している。このレーダシステムは、高周波信号を送信する送信アンテナ１００を含んでいる。送信された信号はオブジェクトで反射され得る。反射された信号はその後、アンテナアレイ１１および１２のアンテナ素子によって受信され、かつそれぞれ接続された処理機構２１および２２に提供される。レーダ信号とは、このコンテクストでは、それぞれ１つの送信された信号に対応している１つのアンテナアレイ１１または１２のアンテナ素子のすべての受信チャネルの全体のことである。送信アンテナ１００による送信信号の多重送信に基づき、アンテナアレイ１１および１２のアンテナ素子により、それぞれ時間的に連続した複数のレーダ信号も受信される。
【００２６】
アンテナアレイ１１および１２は、複数の等間隔に配置されたアンテナ素子を備えたアンテナアレイであることが好ましく、この場合、１つのアンテナアレイ１１または１２の個々のアンテナ素子はそれぞれ、１つの仮想軸に沿って配置されている。第１のアンテナアレイ１１のアンテナ素子が配置されている仮想軸が、第２のアンテナアレイ１２のアンテナ素子が配置されている仮想軸に平行に延びていることが好ましい。この両方のアンテナアレイ１１および１２は、２つの互いに完全に独立したアンテナアレイであり得る。とりわけ、第１のアンテナアレイ１１および第２のアンテナアレイ１２はそれぞれ異なるキャリア基板上に実現され得る。それだけでなく、第１のアンテナアレイ１１および第２のアンテナアレイ１２が共通の２次元アンテナアレイとして実現されていてもよい。例えば、第１のアンテナアレイ１１および第２のアンテナアレイ１２のアンテナ素子が１つの共通のキャリア基板上に配置され得る。それだけでなく、１つまたは複数のアンテナ素子を備えた送信アンテナ１００も、第１のアンテナアレイ１１および第２のアンテナアレイ１２のためのキャリア基板上に実装されていてもよい。
【００２７】
図１に示した、第１のアンテナアレイ１１および第２のアンテナアレイ１２のためにそれぞれ４つのアンテナ素子を備えた構成は、ここでは理解に役立つだけであり、本発明を限定するものではない。むしろ、第１のアンテナアレイ１１および第２のアンテナアレイ１２のためのアンテナ素子のあらゆるその他の数も可能である。これに関し、第１のアンテナアレイ１１と第２のアンテナアレイ１２が同数のアンテナ素子を有することが好ましい。しかしながらそれだけでなく、基本的には第１のアンテナアレイ１１のためのアンテナ素子の数が第２のアンテナアレイ１２のためのアンテナ素子の数と相違することも可能である。
【００２８】
第１のアンテナアレイ１１および第２のアンテナアレイ１２のそれぞれ２つの隣接するアンテナ素子は同じ間隔を有しており、つまり１つのアンテナアレイ１１または１２の個々のアンテナ素子は等間隔に配置されている。とりわけ、第１のアンテナアレイ１１の２つの隣接するアンテナ素子の間隔と第２のアンテナアレイ１２の２つの隣接するアンテナ素子の間隔は同じであり得る。しかしながらそれだけでなく、第１のアンテナアレイ１１の２つの隣接するアンテナ素子の間隔が、第２のアンテナアレイ１２の２つの隣接するアンテナ素子の間隔より大きくてもまたは小さくてもよい。
【００２９】
さらなる処理のため、第１のアンテナアレイ１１の個々のアンテナ素子によって受信された信号は一緒に、第１のレーダ信号として、第１の処理機構２１に送られる。これに倣って第２のアンテナアレイ１２のアンテナ素子によって受信された信号は、第２のレーダ信号として第２の処理機構２２に送られる。
【００３０】
第１の処理機構１１は、第１のアンテナアレイ１１のアンテナ素子によって提供された信号を使用して、それぞれのレーダ信号のために、第１のビームフォーミングを計算する。とりわけ上で既に説明したような等間隔に配置されたアンテナ素子を備えた第１のアンテナアレイの構成では、ビームフォーミングは、高速フーリエ変換（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：ＦＦＴ）を使って特に簡単に実行され得る。ＦＦＴを使ったこのようなビームフォーミングの基礎は知られているので、ここでは相応する一実施形態を省略する。これに関し、アンテナ素子の個々の信号をベースとするレーダ信号のデジタルビームフォーミングは、例えば適切な窓関数の適用によって実現され得る。
【００３１】
第１の処理機構２１に倣って第２の処理機構２２も、第２のアンテナアレイ１２のアンテナ素子によって提供された信号を含む第２のレーダ信号のためにビームフォーミングを実行する。このビームフォーミングも、適切な高速フーリエ変換を使って行われ得る。
【００３２】
その際、第２の処理機構２２は、第１の処理機構２１によって実行される第１のビームフォーミングとは異なる第２のビームフォーミングを実行する。これに関し、第１のビームフォーミングの極大が、おおよそ、第２のビームフォーミングが極小を有する角度範囲にあることが好ましい。これに倣って第１のビームフォーミングは、第２のビームフォーミングが極大を有する角度範囲で極小を有する。
【００３３】
図２は、実線として示した第１のビームフォーミングに関するアンテナ利得および破線として示した第２のビームフォーミングに関するアンテナ利得の概略図を示している。両方のアンテナ利得を重ねることで、レーダシステムの角度範囲全体にわたって、獲得され得るアンテナ利得の明らかな均一化がもたらされる。
【００３４】
これに関し、第１の処理機構２１が、それぞれの固定的に設定された第１のビームフォーミングを実行し、かつ第２の処理機構２２が、固定的に設定された第２のビームフォーミングを実行することが好ましい。しかしながらそれだけでなく、実行すべき第１および第２のビームフォーミングを可変に適合させることもできる。さらに、第１の処理機構２１および／または第２の処理機構２２が、２種類以上のビームフォーミングを実行することもできる。例えば、両方の処理機構２１、２２の各々が２種類のビームフォーミングを実行でき、したがって全部で４種類のビームフォーミングが生じ、この場合、これら個々のビームフォーミングは、全種類のビームフォーミングを１つに重ねることでできるだけ均一なアンテナ利得が獲得され得るように、互いに対して適合されている。
【００３５】
これに関し、個々のビームフォーミングの極大のずれは、例えば複素窓関数の適用によって実現され得る。例えば、相応の複素窓関数により、第２のビームフォーミングの極大の、第１のビームフォーミングの極大に対する半ビン分のずれが実現され得る。このような窓関数は、例えば下式によって実現され得る。
【００３６】
ｗ（ｎ）＝ｅｘｐ（ｊ＊２＊ｐｉ＊０．５＊ｎ／Ｎ）＝ｅｘｐ（ｊ＊ｐｉ*ｎ／Ｎ）
式中：
ｗ：複素窓関数
Ｎ：１つのアンテナアレイ１１または１２のアンテナ素子２−ｉの数
ｎ：相応するアンテナアレイ１１または１２の１つのアンテナ素子２−ｉの受信チャネル
２つのアンテナアレイ１１および１２を備えた前述の例示的実施形態と共に、それだけでなく２つ超の、例えば３つ、４つ、またはより多くのアンテナアレイ、とりわけ等間隔に配置されたアンテナ素子を備えたアンテナアレイを用いることもできる。この場合、１つのアンテナアレイのアンテナ素子の受信チャネルによるレーダ信号のために、それぞれ１つの対応している処理機構を実装でき、この処理機構が適切なビームフォーミングを実行する。これに関し、２種類超のビームフォーミングの場合、個々のビームフォーミングの極大はそれぞれ、ビームフォーミングの数に応じてずらされ得る。つまり、例えば３つのアンテナアレイを使用する場合、個々の極大をそれぞれ３分の１だけ相互にずらすことができ、または一般的には、ｎ個のアンテナアレイの場合、極大をそれぞれ１／ｎだけ相互にずらすことができる。
【００３７】
個々のビームフォーミングの結果は評価機構３０に送られ、評価機構３０は、個々のビームフォーミングを使用して、レーダ信号のそれぞれの処理を実行することができる。この場合、例えば１つまたは複数のオブジェクトの検出、オブジェクト速度の決定、またはそれに類することが実行され得る。もちろんそれだけでなく、複数のビームフォーミングを使用した、レーダ信号の任意のその他の適切な評価も可能である。
【００３８】
図３は、一実施形態によるレーダ信号の評価のための方法の基礎となるような概略的なフロー図を示している。ステップＳ１では、第１のレーダ信号が第１のアンテナアレイ１１によって受信される。さらにステップＳ２では、第２のレーダ信号が第２のアンテナアレイ１２によって受信される。第１のレーダ信号の受信および第２のレーダ信号の受信が同じ時点で行われることが好ましい。ステップＳ３では、受信された第１のレーダ信号に第１のビームフォーミングが行われ、かつステップＳ４では、受信された第２のレーダ信号に第２のビームフォーミングが行われる。その際、第２のビームフォーミングは第１のビームフォーミングとは相違する。最後にステップＳ５では、第１のビームフォーミングおよび第２のビームフォーミングの結果を使用して、受信されたレーダ信号の評価が行われる。この評価は、例えば１つまたは複数のオブジェクトの検出、オブジェクトの速度決定、またはそれに類することを含み得る。もちろんそれだけでなく、レーダ信号の任意のその他の評価が可能である。
【００３９】
まとめると本発明は、レーダ信号、とりわけ複数のＵＬＡアンテナを使って受信されたレーダ信号の改善された評価に関する。個々のＵＬＡアンテナのレーダ信号に異なるビームフォーミングを適用することで、ビームフォーミングによる利得における落ち込みが補償され得る。
【図１】
2021527814.tif 000003
【図２】
2021527814.tif 000004
【図３】
2021527814.tif 000005
【国際調査報告】
2021527814.tif 000006
2021527814.tif 000007
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