(57)【要約】  ＭＩＭＯレーダセンサ（８）の位相を較正する方法であって、ＭＩＭＯレーダセンサ（８）は、少なくとも１つの方向（ｙ，ｚ）に互いにオフセットされた複数の送受信アンテナ素子（１４）からなるアレイ（１０）と、アレイ（１０）の一部（Ｄ１〜Ｄ４）にそれぞれ割り当てられた複数の高周波モジュール（ＨＦ１〜ＨＦ４）とを備え、アレイ（１０）を送信サブアレイ（ＴＸ１〜ＴＸ８）と受信サブアレイ（ＲＳ１〜ＲＳ４）とに分割し、それぞれのサブアレイを高周波モジュールのうちの１つに正確に割り当て、異なる複数の高周波モジュールに属する少なくとも２つの受信サブアレイ（ＲＳ１，ＲＳ２；ＲＳ３，ＲＳ４）を少なくとも１つの方向（ｙ，ｚ）に互いにオフセットし、この方向に垂直な方向（ｚ，ｙ）に互いに整列し、方法が、レーダセンサの始動前に、  送信制御ベクトル2021529309.tif 000084  と受信制御ベクトル2021529309.tif 000085  とから構成されるそれぞれの制御ベクトル2021529309.tif 000086  を複数の角度θのそれぞれに割り当てるアンテナ図を記憶するステップと、始動後に、  物体（１８）を測位するためにレーダ測定を実行するステップと、測位した物体がシングルターゲットであるか、またはマルチターゲットであるかをチェックするステップと、シングルターゲットである場合に、少なくとも２つの受信サブアレイ（ＲＳ１，ＲＳ２；ＲＳ３，ＲＳ４）のそれぞれによってＭＩＳＯ測定を実行し、測定結果に基づいて物体の角度θを推定するステップと、少なくとも２つの受信サブアレイ（ＲＳ１，ＲＳ２；ＲＳ３，ＲＳ４）のそれぞれについて、受信制御ベクトル2021529309.tif 000087  の成分に依存する第１の比較値を計算するステップと、少なくとも２つの受信サブアレイ（ＲＳ１，ＲＳ２；ＲＳ３，ＲＳ４）のそれぞれについて、ＭＩＳＯ測定の結果に依存する第２の比較値を計算するステップと、関係する受信サブアレイ（ＲＳ１，ＲＳ２；ＲＳ３，ＲＳ４）のための第１および第２の比較値の間の既知の関係に基づいて、受信制御ベクトル2021529309.tif 000088  を補正するステップとを備える少なくとも１つの較正ルーチンを含むことを特徴とする、ＭＩＭＯレーダセンサ（８）の位相を較正する方法。
2021529309.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＩＭＯレーダセンサ（８）の位相を較正する方法であって、
ＭＩＭＯレーダセンサ（８）は、
少なくとも１つの方向（ｙ，ｚ）に互いにオフセットされた複数の送受信アンテナ素子（１４）からなるアレイ（１０）と、アレイ（１０）の一部（Ｄ１〜Ｄ４）にそれぞれ割り当てられた複数の高周波モジュール（ＨＦ１〜ＨＦ４）とを備え、
アレイ（１０）を送信サブアレイ（ＴＸ１〜ＴＸ８）と受信サブアレイ（ＲＳ１〜ＲＳ４）とに分割し、それぞれのサブアレイを高周波モジュールのうちの正確に１つに割り当て、異なる複数の高周波モジュールに属する少なくとも２つの受信サブアレイ（ＲＳ１，ＲＳ２；ＲＳ３，ＲＳ４）を少なくとも１つの方向（ｙ，ｚ）に互いにオフセットし、この方向に垂直な方向（ｚ，ｙ）に互いに整列しており、
方法が、
レーダセンサの始動前に、
送信制御ベクトル
【数１】
2021529309.tif 000074
と受信制御ベクトル
【数２】
2021529309.tif 000075
とから構成されるそれぞれの制御ベクトル
【数３】
2021529309.tif 000076
を複数の角度θのそれぞれに割り当てるアンテナ図を記憶するステップと、
始動後に、
物体（１８）を測位するためにレーダ測定を実行するステップと、
測位した物体がシングルターゲットであるか、またはマルチターゲットであるかをチェックするステップと、
シングルターゲットである場合に、
少なくとも２つの受信サブアレイ（ＲＳ１，ＲＳ２；ＲＳ３，ＲＳ４）のそれぞれによってＭＩＳＯ測定を実行し、測定結果に基づいて物体の角度θを推定するステップと、
少なくとも２つの受信サブアレイ（ＲＳ１，ＲＳ２；ＲＳ３，ＲＳ４）のそれぞれについて、受信制御ベクトル
【数４】
2021529309.tif 000077
の成分に依存する第１の比較値を計算するステップと、
少なくとも２つの受信サブアレイ（ＲＳ１，ＲＳ２；ＲＳ３，ＲＳ４）のそれぞれについて、ＭＩＳＯ測定の結果に依存する第２の比較値を計算するステップと、
関係する受信サブアレイ（ＲＳ１，ＲＳ２；ＲＳ３，ＲＳ４）のための第１および第２の比較値の間の既知の関係に基づいて、受信制御ベクトル
【数５】
2021529309.tif 000078
を補正するステップと、
を備える少なくとも１つの較正ルーチンを含むことを特徴とする、ＭＩＭＯレーダセンサ（８）の位相を較正する方法。
【請求項２】
請求項１の前提部分または請求項１に記載の方法であって、
アレイは、
送信サブアレイ（ＴＸ１〜ＴＸ８）と受信サブアレイ（ＲＳ１〜ＲＳ４）とに分割され、それぞれのサブアレイは高周波モジュール（ＨＦ１〜ＨＦ４）のうちの１つに正確に割り当てられ、
異なる複数の高周波モジュールに属する少なくとも２つの送信サブアレイ（ＴＸ１，ＴＸ２；ＴＸ３，ＴＸ４）を少なくとも１つの方向（ｙ，ｚ）に互いにオフセットさせられ、該方向に垂直な方向（ｚ，ｙ）に互いに整列しており、
方法が、
レーダセンサの始動前に、
送信制御ベクトル
【数６】
2021529309.tif 000079
と受信制御ベクトル
【数７】
2021529309.tif 000080
とから構成されるそれぞれの制御ベクトル
【数８】
2021529309.tif 000081
を複数の角度θのそれぞれに割り当てるアンテナ図を記憶するステップであって、制御ベクトルがそれぞれのサブアレイに対して少なくとも１つの成分を有するステップと、
始動後に、
物体（１８）を測位するためにレーダ測定を実行するステップと、
測位した物体がシングルターゲットであるか、またはマルチターゲットであるかをチェックするステップと、
シングルターゲットである場合に、
それぞれの送信サブアレイによってＳＩＭＯ測定を実効するステップと、
測定結果に基づいて物体の角度θを推定するステップと、
少なくとも２つの送信サブアレイ（ＴＸ１，ＴＸ２；ＴＸ３，ＴＸ４）のそれぞれについて、送信制御ベクトル
【数９】
2021529309.tif 000082
の成分に依存する第１の比較値を計算するステップと、
少なくとも２つの送信サブアレイ（ＴＸ１，ＴＸ２；ＴＸ３，ＴＸ４）のそれぞれについて、ＳＩＭＯ測定の結果に依存する第２の比較値を計算するステップと、
関係する送信サブアレイ（ＴＸ１，ＴＸ２；ＴＸ３，ＴＸ４）のための第１および第２の比較値の間の既知の関係に基づいて、送信制御ベクトル
【数１０】
2021529309.tif 000083
を補正するステップと、
を備える少なくとも１つの較正ルーチンを、
含む方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法であって、
少なくとも３つの高周波モジュール（ＨＦ１〜ＨＦ４）を備えるレーダセンサであって、
アレイ（１０）は送信サブアレイ（ＴＸ１〜ＴＸ８）と受信サブアレイ（ＲＳ１〜ＲＳ４）とに分割され、
第１の高周波モジュール（ＨＦ１）および第２の高周波モジュール（ＨＦ２）に属する少なくとも２つのサブアレイ（ＲＳ１，ＲＳ２）は互いに水平方向にオフセットして配置され、
第３の高周波モジュール（ＨＦ３，ＨＦ４）に属する少なくとも１つのさらなるサブアレイ（ＴＸ５〜ＴＸ８）は第１の２つのサブアレイに対して垂直方向にオフセットして配置され、
第１および第２の高周波モジュール（ＨＦ１，ＨＦ２）の位相を較正するために方位角の角度推定を行い、
第３の高周波モジュール（ＨＦ３、ＨＦ４）の位相を較正するために仰角の角度推定を行う、
方法。
【請求項４】
ＭＩＭＯレーダセンサ（８）であって、
少なくとも１つの方向（ｙ，ｚ）に互いにオフセットされた複数の送受信アンテナ素子（１４）のアレイ（１０）と、
それぞれアレイの一部（Ｄ１〜Ｄ４）に割り当てられた複数の高周波モジュール（ＨＦ１〜ＨＦ４）と、前記高周波モジュールのための評価および制御回路（１６）とを備え、
前記評価および制御回路が、請求項１〜３までのいずれか一項に記載の方法を実施するように構成されている、
ことを特徴とするＭＩＭＯレーダセンサ（８）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの方向に互いにオフセットされた複数の送受信アンテナ素子のアレイと、アレイの一部にそれぞれ割り当てられた複数の高周波成分とを有するＭＩＭＯレーダセンサの位相を較正する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用の運転者支援システム、例えば自動距離制御システムまたは衝突警報システムにおいて、レーダセンサは、しばしば交通環境を検出するために使用される。例えば、前方を走行する車両を測位する場合には方位角に基づいてレーン割当てが可能になるので、距離および相対速度に加えて、一般に、測位された物体の方位角も重要である。測位された物体の仰角も重要な場合がある、なぜならば、仰角は、ターゲットの関連性、例えばターゲットの上方または下方を走行可能であるか、またはターゲットが潜在的に衝突の危険性のある障害物であるかどうかを示すことを可能にするからである。
【０００３】
ターゲットの方位角および仰角は、送信アンテナおよび／または受信アンテナの振幅および／または位相差から決定することができる。角度推定の正確性および分離可能性を改善するために、ＭＩＭＯ原理（多入力多出力）にしたがって動作するレーダセンサを使用することができる。１つの送信アンテナおよび複数の受信アンテナと協働する従来のＳＩＭＯレーダセンサ（単入力多出力）とは異なり、複数の送信アンテナ素子および複数の受信アンテナ素子が使用される。受信アンテナ素子において送信アンテナ素子の信号を分離できるようにするために、送信信号は無相関（直交）である必要がある。これは、時間、周波数、または符号分割多重方式を介して達成することができる。
【０００４】
角度推定では、受信信号は、以前に測定された、角度に依存したアンテナ図と比較される。ただ１つのターゲットのみ（または、距離および相対速度に基づいて互いに明確に区別することができる複数のターゲット）が測位される場合には、推定角度は、受信信号とアンテナ図との間で最良に一致する位置として得られる。マルチターゲット推定の一般的なケースでは、関与する全てのターゲットの測位角度の推定値を提供する特別な推定アルゴリズムが知られている。
【０００５】
これまで、センサの始動前に、工場で個々のセンサそれぞれについてアンテナ図を測定することが一般的であった。レーダセンサが自動車に、例えばバンパの後方に、または自動車ブランドのエンブレムのようなレリーフパターンの後方に設置される場合、アンテナ図は歪曲され、角度推定においてシステムエラーを引き起こす可能性がある。このことは特にＭＩＭＯレーダセンサの送信アンテナ図について当てはまる。
【０００６】
独国特許出願公開第１０２０１４２０８８９９号明細書により別の方法が知られており、この方法は、レーダセンサの始動後であっても、Ｎｔｘ個の送信アンテナ素子およびＮｒｘ個の受信アンテナ素子を有するＭＩＭＯレーダセンサのアンテナ図の較正は再較正を可能にする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２０１４２０８８９９号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０２０１３２０９７０８号明細書
【０００８】
この方法は、
レーダセンサの始動前に、
送信制御ベクトル
【数１】
2021529309.tif 000003
と受信制御ベクトル
【数２】
2021529309.tif 000004
とから構成されるそれぞれの制御ベクトル
【数３】
2021529309.tif 000005
を複数の角度θのそれぞれに割り当てるアンテナ図を記憶するステップと、
始動後に、
物体を測位するためにレーダ測定を実施するステップと、
測位した物体がシングルターゲットであるか、またはマルチターゲットであるかをチェックするステップと、
シングルターゲットである場合に、
それぞれの送信アンテナ素子によってＳＩＭＯ測定を実施するステップと、
測定結果に基づいて物体の角度θを推定するステップと、
それぞれの送信アンテナ素子に対する送信制御ベクトル
【数４】
2021529309.tif 000006
の成分に依存する第１の比較値を計算するステップと、
それぞれの送信アンテナ素子について、ＳＩＭＯ測定の結果に依存する第２の比較値の計算するステップと、
それぞれの送信アンテナ素子について第１および第２の比較値の既知の関係に基づいて送信制御ベクトル
【数５】
2021529309.tif 000007
を補正するステップとを含む。
【０００９】
この方法は、レーダセンサが車両内に設置された場合にはじめて干渉の影響が生じ、したがって工場における較正ではまだ検出できないこのような干渉の影響を後に補正することができるという利点を有する。例えば、レーダセンサが設置された自動車を運転している間に、単一物体が特定の方位角θで測位された場合、上述の方法に基づいて、この特定の方位角について送信アンテナ図を再較正することができる。自動車の運転中、時間の経過に伴って個々の物体は異なる複数の方位角θで測位されるので、全ての方位角範囲に対して補正された（較正された）送信アンテナ図が徐々に得られる。次に、較正段階を完了することができる。しかしながら、選択的には、アンテナ図の経時的な変化も考慮に入れるために、再較正を常に継続するか、または所定の間隔をおいて繰り返すことも可能である。
【００１０】
上述の方法では、アンテナ図の送信部分のみが較正される。しかしながら、上記公報は、複数のＭＩＳＯ測定（多入力単出力）によってアンテナ図の受信部分を較正する、同様に行う方法も記載している。
【００１１】
最近、レーダ信号を生成し、レーダエコーを受信し、事前評価するために、実質的に構造が同じ２つ以上の高周波モジュールを有するレーダセンサへの関心が高まっている。これらのモジュールは、一方では、低性能要件を有するレーダセンサ、例えば運転者支援システムにおいて個別に使用することができ、他方では、より高い性能、特により高い角度分離能を有する複数のレーダセンサを形成するように相互接続することができる。しかしながら、後者の場合には、異なる複数の高周波成分の受信部および／または送信部における位相差に基づいたエラーを防止するために、異なる複数の高周波成分を互いに正確に同期させる必要がある。
【００１２】
周知のアプローチは、例えば、それぞれ信号経路の正確な調整に関連して、中央発振器またはマスタ／スレーブアーキテクチャの使用を想定している。しかしながら、これらの解決策は比較的コストがかかる。
【００１３】
さらに、複数の高周波モジュールを有するレーダセンサでは、高周波モジュールが、不可避的に、互いに所定の空間間隔をおいて配置されている必要があり、したがって、それぞれの設置環境との異なる相互作用を示し、かつ／または、例えば、レーダセンサ内の熱発生に基づいて、異なった温度を有する場合があることが問題である。したがって、レーダセンサの作動中の温度変化は、関連する電子部品の温度応答に基づいて、較正の正確性を損なう位相差をもあらす場合がある。レーダセンサを工場で１回だけ較正した場合には、これらの要因はほとんど予測できず、したがって制御することが困難である。
【発明の概要】
【００１４】
本発明の課題は、レーダセンサの複数の高周波成分を「オンライン」で、すなわちレーダセンサの作動中に再較正することを可能にする方法を提供することである。
【００１５】
この課題は、本発明によれば、独立形式請求項に記載された特徴によって解決される。
【００１６】
この解決策のアイデアは、主に、送信アンテナおよび受信アンテナのアレイが送信サブアレイおよび受信サブアレイに分割され、それぞれのサブアレイがそれぞれ１つの高周波モジュールに割り当てられており、少なくとも２つの受信サブアレイが一方向に互いにオフセットされており、この方向に垂直な方向に互いに整列されており、アンテナ図を較正するための上述の方法が、サブアレイの平面に同様に適用され、それぞれのサブアレイが単一のアンテナ素子のように処理されることである。異なる複数の高周波モジュールに属するサブアレイでは、モジュールの非同期性によって引き起こされる位相誤差も較正によって自動的に補正される。
【００１７】
本発明の有利な改良形態および構成が引用形式請求項に明記されている。
【００１８】
この方法は、方位角における角度推定と仰角における角度推定の両方に使用することができる。異なる複数の高周波成分に属する２つ以上のサブアレイが水平方向に互いにオフセットされている場合、関連する高周波モジュールは、方位角のための角度推定値を用いて較正することができる。これに対して、異なる複数の高周波モジュールに属する２つ以上のサブアレイが互いに垂直方向にオフセットされている場合、関連する高周波モジュールは、仰角における角度推定値を用いて較正することができる。
【００１９】
本発明は、上述のいずれか１つの方法を実施する、自動車のためのレーダセンサにも関する。
【００２０】
以下に図面に基づいて例示的な実施形態を詳述する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明を使用することができるレーダセンサを示す概略図である。
【図２】２つの送信アンテナ素子および４つの受信アンテナ素子を有するＭＩＭＯレーダセンサを示す図である。
【図３】自動車に設置された後に物体の測位を行う図２に示したレーダセンサを示す図である。
【図４】図１に示したレーダセンサを較正する方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１に示すレーダセンサ８は、共通の回路基板１２に配置された送受信アンテナと、同じ構成の４つの高周波モジュールＨＦ１〜ＨＦ４とからなるアレイ１０を有する。送受信アンテナは、垂直列に配置されたアンテナ素子１４（パッチ）によって形成されている。
【００２３】
図示の例では、アレイ１０は４つのドメインＤ１〜Ｄ４に分割されており、これらのドメインには、それぞれいずれか１つの高周波モジュールＨＦ１〜ＨＦ４が割り当てられている。それぞれの高周波モジュールは、ドメインの送信アンテナのための送信信号を供給し、それ自体知られているように、（したがって図示しない）所定数のミキサを含み、これらのミキサでは、それぞれ受信アンテナから受信した信号が送信信号の一部と混合され、これにより中間周波数帯域に混合され、（この場合は回路基板１２の外部の）評価および制御回路１６でさらにデジタル化され、さらに処理される。
【００２４】
それぞれのドメインＤ１〜Ｄ４は、送受信アンテナの所定数のサブアレイを含む。図示の例では、ドメインＤ１は２つの送信サブアレイＴＸ１，ＴＸ３および１つの受信サブアレイＲＳ１を含み、ドメインＤ２は２つの送信サブアレイＴＸ２，ＴＸ４および１つの受信サブアレイＲＳ２を含み、ドメインＤ３は２つの送信サブアレイＴＸ５，ＴＸ７および１つの受信サブアレイＲＳ３を含み、ドメインＤ４は２つの送信サブアレイＴＸ６，ＴＸ８および１つの受信サブアレイＲＳ４を含む。図示の例では、それぞれの送信サブアレイＴＸ１〜ＴＸ８は、１列または垂直方向に（ｚ方向に）延在する平行な複数列のアンテナ素子１４のからなる。これに対して、それぞれの受信サブアレイＲＳ１〜ＲＳ４は、平行な４列またはサブアレイＲＸ１〜ＲＸ４，ＲＸ５〜ＲＸ８，ＲＸ９〜ＲＸ１２もしくはＲＸ１３〜ＲＸ１６からなり、これらのサブアレイは、水平方向に（ｙ方向に）延在する２つの平行な行に配置されており、それぞれの行内で互いに等間隔を有する。
【００２５】
送信サブアレイＴＸ１〜ＴＸ８は、互いに対して、および受信サブアレイＲＳ１〜ＲＳ４に対してｚ方向にオフセットされた４つの対を形成する。それぞれの対の送信サブアレイは、ｚ方向に同じ高さにあり、送信サブアレイＲＳ１およびＲＳ２（もしくはＲＳ３およびＲＳ４）の幅（ｙ方向）を合わせたよりもｙ方向に大きい距離を有している。
【００２６】
複数列の送信サブアレイは、方位角における高分解能による角度推定を可能にする。ＭＩＭＯ原理によれば、例えば、送信サブアレイＴＸ１およびＴＸ２によって交互に送信し、受信サブアレイＲＳ１およびＲＳ２の８つのアンテナ列全ての受信信号を評価することによって、送信および受信サブアレイの異なる複数の組み合わせにより測定を実施することができる。受信信号間の位相関係は、ｙ方向における送信および受信サブアレイの相対位置に依存するので、２つの受信サブアレイＲＳ１およびＲＳ２を合わせた幅の２倍よりも大きい幅の仮想アレイが得られる。
【００２７】
ｚ方向における送信および受信サブアレイのオフセットは、同じ原理にしたがって仰角における角度推定を可能にする。
【００２８】
しかしながら、角度推定を成功させるための前提条件は、物体の測位角度の関数として受信信号間の位相関係を示すアンテナ図が正しく較正されていることである。
【００２９】
しかしながら、ここに示されたレーダセンサでは、例えば、ドメインＤ１およびＤ２のサブアレイが２つの異なる高周波成分ＨＦ１およびＨＦ２によって給電され、したがって、アンテナ図の正しい較正が、両方の高周波モジュールＨＦ１およびＨＦ２の送信信号間に起こり得る位相オフセットにも依存することにより複雑さが生じる。この位相オフセットは、例えば、高周波モジューの温度変動に基づいてレーダセンサの作動時に変化する場合があるので、レーダセンサの１回限りの工場における較正では不十分である。
【００３０】
したがって、ここで説明する本発明の対象は、特に、異なる高周波モジュールＨＦ１〜ＨＦ４間の位相オフセットも正しく考慮されるように、レーダセンサの作動時にアンテナ図を再較正することを可能にする方法である。
【００３１】
しかしながら、理解を容易にするために、図２に極めて簡略化して示すアンテナアレイの較正方法を最初に説明する。
【００３２】
この例では、アンテナアレイは、２つの送信アンテナ素子１４Ｔと４つの受信アンテナ素子１４Ｒのみを有する。送信アンテナ素子１４Ｔは、接続された制御および評価ユニットを有する高周波モジュールＨＦによって給電され、レーダ信号を放射し、これらのレーダ信号は物体１８で反射され、それぞれの受信アンテナ素子１４Ｒによって受信される。受信された信号は、制御および評価ユニットにおいて別々に評価される。
【００３３】
明確にするためにのみ、送信アンテナ素子１４Ｔが受信アンテナ素子１Ｒ４と異なるバイスタティックアンテナシステムをここに（図１と同様に）示した。実際には、送信および受信のために同じアンテナ素子が使用されるモノスタティックアンテナ概念を使用することもできる。
【００３４】
この例では、受信アンテナ素子１４Ｒは、直線（ＵＬＡ；Ｕｎｉｆｏｒｍ  Ｌｉｎｅａｒ  Ａｒｒａｙ）に等間隔で配置されている。送信アンテナ素子１４Ｔについても同様であり、必ずしも送信アンテナ素子と受信アンテナ素子とを同一直線上に配置する必要はない。
【００３５】
図示の例では、レーダセンサは、時分割多重方式で作動される。すなわち、Ｎｔｘ（＝２）個の送信アンテナ素子１４Ｔのうちの１つのみがそれぞれの時点でアクティブである。個々のアンテナ素子のアクティブフェーズは周期的に互いに入れ替わる。図２では、２つの送信アンテナ素子１４Ｔの下側のみがアクティブである場合が象徴的に示されている。
【００３６】
代替的に、レーダセンサは、周波数分割多重方式で作動することもできる。全ての送信アンテナ素子１４Ｔは同時にアクティブになるが、しかしながら、わずかに異なる周波数で作動し、これにより、異なる複数の送信アンテナ素子の信号を受信側で再び分離することができる。
【００３７】
別の可能性は、符号分割多重方式である。それぞれの送信アンテナ素子１４Ｔによって送信された信号には、特定の符号が加えられて変調され、受信側で符号選択フィルタによって信号が互いに分離される。
【００３８】
以下では、説明する目的で時分割多重方式について考察する。単純な信号モデルでは、物体１８は点状の散乱中心であると仮定することができ、この散乱中心で、アクティブな送信アンテナ素子１４Ｔによって放射された信号が球面波として散乱され、この球面は異なる複数の受信アンテナ素子１４Ｒに到達する。しかしながら、図１では、レーダセンサと物体１８との間の距離は、非現実的に小さい。実際には、この距離は極めて大きく、レーダセンサ８の寸法は物体距離に比べて無視できるほど小さい。図３は、レーダセンサ８が配置されている自動車２０の前部の前方に、より大きい間隔をおいて物体１８が位置している幾分現実的な状態を示している。レーダセンサの位置に到達するレーダ波は、良好な近似で、物体１８の実質的に同じ入射角、すなわち（方位角）角θで全ての受信アンテナ素子１４Ｒに到達する平面波とみなすことができる。
【００３９】
【数６】
2021529309.tif 000008
によって４成分のベクトルが示され、このベクトルの成分（ｘｎ，ｉ，ｘｎ，２，ｘｎ，３，Ｘｎ，４）は、ｎ番目の送信アンテナ素子１４Ｔによって送信され、４つの受信アンテナ素子１４Ｒによって受信される信号の複素振幅を示す。ｄがアンテナ素子からアンテナ素子までの距離であり、λがレーダ放射の波長であり、ｓ＝ｘｎ，1が、第１の受信アンテナ素子１４Ｒ（例えば、図３の最も右側のアンテナ素子）によって受信される信号の（時間に依存した）複素振幅である場合、異なる複数の受信アンテナ素子１４Ｒに到達する信号間のランレングス差に基づいて、以下の関係が成り立つ。
【数７】
2021529309.tif 000009
上付き記号「Ｔ」は、ここではベクトルが行ベクトルとして記述されているが、列ベクトルと見なされることが望ましいので、互換を示すことを意図している。ベクトル
【数８】
2021529309.tif 000010
は、受信制御ベクトルと呼ばれる。この制御ベクトルは、考察した受信アンテナアレイの幾何学的特性および波動伝搬特性を示す。このような制御ベクトルは、ＵＬＡアンテナアレイだけでなく、他のアンテナ構成に対しても全く一般的に定義することができる。
【００４０】
同様に、（この例では２つだけの）送信アンテナ素子１４Ｔのアレイに対して、この例では、実質的に複数の送信アンテナ素子から物体１８までの光路のランレングス差を示す制御ベクトル
【数９】
2021529309.tif 000011
を定義することもできる。
【００４１】
ＭＩＭＯアンテナアレイ全体に対して制御ベクトル
【数１０】
2021529309.tif 000012
が得られる。
【００４２】
この式では符号＊はクロネッカー積を意味する。したがって、ここで考察する例では、
【数１１】
2021529309.tif 000013
が成り立つ。
【００４３】
受信信号は、ＮｔｘＮｒｘ成分（この例では８成分）を有するベクトル
【数１２】
2021529309.tif 000014
を形成し、
【数１３】
2021529309.tif 000015
が成り立つ。
【００４４】
制御ベクトル
【数１４】
2021529309.tif 000016
がわかっていれば、物体の角度θと受信信号
【数１５】
2021529309.tif 000017
との間の（適切な条件下で明確な）関係を確立し、受信信号の振幅および位相関係から物体の方位角θを推論することが可能である。しかしながら、実際には、受信信号は多かれ少なかれノイズがあるので、方位角を正確に計算することはできず、例えば、最尤推定によって推定することしかできない。
【００４５】
この原理をマルチターゲット推定で一般化すると、単一の角度θがベクトル
【数１５】
2021529309.tif 000018
になり、その成分が異なる複数のターゲットの角度を示し、制御ベクトル
【数１６】
2021529309.tif 000019
が制御行列Ａになり、
【数１７】
2021529309.tif 000020
という関係が成り立つ。
【００４６】
原理的に、所定のレーダセンサのためにアンテナ図、すなわち、問題となる全ての方位角θに対する全ての制御ベクトル
【数１８】
2021529309.tif 000021
の全てをセンサの始動前に測定することができる。しかしながら、図３に示す例では、レーダセンサ１０は、自動車のバンパ２２の背後に設置されており、このバンパ２２は、例えば、自動車ブランドのエンブレムが刻印またはエンボス加工されているので、特定のレリーフ２４も有する。バンパの光学密度は空気の光学密度とは異なるので、バンパ２２に沿った、およびバンパ２２内のレーダ波の屈折が、アンテナ図に影響を及ぼすランレングス差をもたらす。この影響は、レリーフ２４に対するレーダセンサの正確な設置位置に依存しており、したがって、計算により補正することは困難であり、特に、例えばバンパの汚れなどの作用はアンテナ図をさらに歪曲する場合がある。例えば図１に示すように、アンテナアレイがより大きい寸法を有する場合にはこれらの問題が重大化することは言うまでもない。
【００４７】
ここで、レーダセンサを車両に取り付けた後にアンテナ図のそのような歪曲が角度推定において重大な誤差をもたらすことがないように、アンテナ図を後で較正することが目的である。
【００４８】
まず、送信制御ベクトル
【数１９】
2021529309.tif 000022
を再校正する可能性について説明する。この場合、相対的な制御ベクトル
【数２０】
2021529309.tif 000023
および
【数２１】
2021529309.tif 000024
を定義することが適切である。
【数２２】
2021529309.tif 000025
および
【数２３】
2021529309.tif 000026
方程式（２）に基づいて、係数
【数２４】
2021529309.tif 000027
が約分されるので、
【数２５】
2021529309.tif 000028
が成り立つ。したがって、相対的な送信制御ベクトル
【数２６】
2021529309.tif 000029
の再較正は、もとの送信制御ベクトル
【数２７】
2021529309.tif 000030
の再較正と等価である。
【００４９】
角度推定の品質は、いわゆる「品質関数」
【数２８】
2021529309.tif 000031
によって記述される。この関数は、推定アルゴリズムによって決定された推定値が測位された物体の実際の角度位置に対応する確率の尺度である。距離および相対速度に基づいて区別できない複数のターゲットが異なる角度θｊで測位される一般的なマルチターゲット推定の場合には、品質関数は、方程式
【数２９】
2021529309.tif 000032
【００５０】
ここで、
【数３０】
2021529309.tif 000033
は、送信アンテナ素子および受信アンテナ素子の様々な組合せによって得られる信号のベクトルであり、
【数３１】
2021529309.tif 000034
は、
【数３２】
2021529309.tif 000035
のエルミート共役ベクトルであり、
【数３３】
2021529309.tif 000036
であり、Ａは、全てのターゲットの制御ベクトルを含む制御行列である。必要に応じて、ガードレールなどにおける反射に基づいて複数の光路が同じターゲットからレーダセンサに至る場合には、制御行列は同じターゲットに対して複数の制御ベクトルを含むこともできる。
【００５１】
１つの経路のみを有するシングルターゲットの場合、この方程式は単純化され、
【数３４】
2021529309.tif 000037
となる。
【００５２】
制御ベクトル
【数３５】
2021529309.tif 000038
はレーダセンサの始動前に測定し、正規化することができる。信号ベクトル
【数３６】
2021529309.tif 000039
は、測定が行われた後に同様に正規化することができる。したがって、以下では、制御ベクトルおよび信号ベクトルの両方が正規化されていると仮定するべきであり、これにより、式がさらに単純化され、
【数３７】
2021529309.tif 000040
となる。
【００５３】
ベクトル
【数３８】
2021529309.tif 000041
は、
【数３９】
2021529309.tif 000042
と記述することができる。
【００５４】
この場合、
【数４０】
2021529309.tif 000043
は、ｉ番目の送信アンテナ素子によって送信され、Ｎｒｘ個の受信アンテナ素子によって受信された測定信号を示すベクトルである。全ての送信アンテナ素子１４Ｔによる（シングルターゲット）ＭＩＭＯ角度推定に対して品質関数
【数４１】
2021529309.tif 000044
が得られる。
【００５５】
この場合、合計は、Ｎｔｘ個の送信アンテナ素子全て（合計インデックスｉ）について実行され、ａｔｘ，ｉ＊（θ）は、送信制御ベクトル
【数４２】
2021529309.tif 000045
の個々の成分ａｔｘ，ｉ（θ）の複素共役である。方程式（１３）の最終変換は、方程式（２）から得られる。
【００５６】
値ｙｉ（θ）を、
【数４３】
2021529309.tif 000046
と定義した場合、式（１３）から、
【数４４】
2021529309.tif 000047
となる。
【００５７】
ｉ番目の送信アンテナ素子によってのみ行われるシングルターゲットＳＩＭＯ角度推定では、（正規化によって）、
【数４５】
2021529309.tif 000048
が得られる。
【００５８】
この角度品質に基づいて、角度推定がシングルターゲット状況であるか、またはマルチターゲット状況であるかを決定することができる。マルチターゲット状況では、品質関数は、明らかに小さい値を有することになる。したがって、決定のためには、推定された角度θにおける品質関数は、適切に選択されたしきい値未満であるという基準を利用することができる。
【００５９】
しかしながら、選択的には、シングルターゲット状況とマルチターゲット状況とを区別するために、他の方法および基準を考慮することもできる。
【００６０】
信号ノイズを無視した場合、真の角度θには、
【数４６】
2021529309.tif 000049
がほぼ当てはまり、ｓはターゲットによって放射される信号の複素振幅であり、θはターゲットの実際の角度である。
【００６１】
方程式（１７）を方程式（１４）に挿入した場合、
【数４７】
2021529309.tif 000050
が得られる。
【００６２】
【数４８】
2021529309.tif 000051
は正規化されているので、これを単純化すると、
【数４９】
2021529309.tif 000052
となる。
【００６３】
それぞれの送信アンテナ要素１４ＴによってＳＩＭＯ測定を連続的に行った場合、方程式（１９）式で示される形式のＮｔｘ関係が得られる。しかしながら、振幅ｓがわかっていないので、これらの関係（１９）が満たされているかどうか、およびどのように正確に満たされているかを直接にチェックすることはまだできない。しかしながら、この問題は、方程式（１９）の左側および右側のベクトルをそれぞれ成分のうちの１つで割ることによって（第１の成分ａｔｘ，１（θ）もしくはｙ１（θ））によって一般性を制限することなく）回避することができる。
この場合、
【数５０】
2021529309.tif 000053
が得られる。
【００６４】
方程式（２０）の左側の大きさは、相対的な送信制御ベクトルａｔｘ′（θ）の成分である。左側の大きさは、方程式（１４）にしたがって、測定結果
【数５１】
2021529309.tif 000054
と、もともと使用されている既知の受信制御ベクトル
【数５２】
2021529309.tif 000055
とから得られる。
【００６５】
したがって、これまでに使用された相対送信制御ベクトル
【数５３】
2021529309.tif 000056
を成分ｙｎ（θ）／ｙ１（θ）を有するベクトルに置き換えることによって、再較正が容易に可能である。古い相対送信制御ベクトルと新しい相対送信制御ベクトルとの間の差に基づいて、以前に使用されたアンテナ図がどれだけ強く歪曲されたかを決定することは同様に容易である。
【００６６】
上述の手順では、まずコヒーレント加算
【数５４】
2021529309.tif 000057
を行い、次に比ｙｎ（θ）／ｙ１（θ）を求める必要がある。しかしながら、一般に、まず比ｘｎ，ｋ／ｘ１，ｋを最初に計算し、次に全てのｋについて（すなわち、全ての受信アンテナ素子について）平均することによって計算を単純化した場合には、許容できる小さい誤差しか生じない。したがって、方程式（２０）の代わりに近似的に以下の関係、
【数５５】
2021529309.tif 000058
を使用することができる。ここで、
【数５６】
2021529309.tif 000059
であり、
【数５７】
2021529309.tif 000060
の部分ベクトル
【数５８】
2021529309.tif 000061
のｎ番目の成分である。
【００６７】
したがって、本質的に、この方法は、
（インデックスｎを有する）それぞれの送信アンテナ素子に対する送信制御ベクトル
【数５９】
2021529309.tif 000062
の成分に依存する第１の比較値（例えば、ａｔｘ，ｎ（θ）／ａｔｘ，１（θ））を計算するステップと、
それぞれの送信アンテナ素子について、ＳＩＭＯ測定の結果に依存する第２の比較値（例えば、ｙｎ（θ）／ｙ１（θ）またはΣｋ（ｘｎ，ｋ／ｘ１，ｋ））を計算するステップと、
それぞれの送信アンテナ素子について第１および第２の比較値の既知の関係（方程式（２０）または（２１））に基づいて送信制御ベクトル
【数６０】
2021529309.tif 000063
（または、これと等価である相対送信制御ベクトル
【数６１】
2021529309.tif 000064
を補正するステップとを含む。
【００６８】
類似の方法は、受信アンテナ図、すなわち受信制御ベクトル
【数６２】
2021529309.tif 000065
の較正または再較正も可能にする。
【００６９】
この場合、方程式（１３）の代わりに、
【数６３】
2021529309.tif 000066
が生じ、
【数６４】
2021529309.tif 000067
であり、
方程式（１２）に類似して、
【数６５】
2021529309.tif 000068
となる。
【００７０】
ｎ番目の受信アンテナ素子によってのみ行われるシングルターゲットＳＩＭＯ角度推定（多入力単出力）では、（正規化によって）、
【数６６】
2021529309.tif 000069
が得られる。
【００７１】
この場合にも角度推定がシングルターゲット状況であるか、マルチターゲット状況であるかを角度品質に基づいて決定することができる。
【００７２】
シングルターゲット状況が存在し、信号ノイズを無視した場合、真の角度θには、近似で
【数６７】
2021529309.tif 000070
が成り立つ。
【００７３】
方程式（１８）〜（２０）に類似する計算は、
【数６８】
2021529309.tif 000071
を導く。
【００７４】
したがって、この場合、第１の比較値は、相対受信制御ベクトル
【数６９】
2021529309.tif 000072
（方程式（６）と同様に定義される）の成分ａｒｘ，ｎ（θ）／ａｒｘ，１（θ）である。ＭＩＳＯ測定の結果に依存する第２の比較値は、それぞれの受信アンテナ素子（インデックスｎ）に対する値ｘ′ｎ（θ）／ｘ′１（θ）によって求められる。
【００７５】
良好な近似として、この場合、方程式（２１）に類似する比較値および関係、
【数７０】
2021529309.tif 000073
を使用することもできる。
【００７６】
上述の較正手順は、図１に示したレーダセンサ８に対しても同様に行うことができる。ドメイン内のサブアレイの較正は上述の方法に正確に対応し、送信アンテナ素子１４Ｔの代わりに送信サブアレイ、例えばＴＸ１およびＴＸ３を使用し、受信アンテナでは受信アンテナ素子１４Ｒの代わりにサブアレイ、例えばＲＸ１〜ＲＸ４を使用する。
【００７７】
しかしながら、ドメイン間の境界を超える較正手順も可能である。例えば、２つの受信サブアレイＲＳ１およびＲＳ２のアンテナ図を較正することもできる。この場合、受信制御ベクトルは、８つの成分を有し、２つのサブアレイのそれぞれに対して４つの成分を有する。次いで、ＭＩＳＯ測定は、８つのサブサブアレイＲＸ１，ＲＸ８のそれぞれに対して、例えば、それぞれ４つの送信サブアレイＴＸ１〜ＴＸ４を用いて実行される。アンテナ組合せＴＸ１，ＲＸ１〜ＲＸ４およびＴＸ３，ＲＸ１〜ＲＸ４を用いた測定は、ドメインＤ１内のサブサブアレイの較正を提供する。アンテナの組合わせＴＸ２，ＲＸ１〜ＲＸ４およびＴＸ４，ＲＸ１〜ＲＸ４を用いた測定は、同じサブアレイのための較正を提供するが、しかしながら、ＴＸ２およびＴＸ４を用いた測定においても高周波モジュールＨＦ１とＨＦ２との間の位相オフセットが顕著になる場合があるので、これらの２つの較正は一般に一致しない。ドメインＤ２におけるサブサブアレイＲＸ５〜ＲＸ８の２つの可能な較正にも同じことが当てはまる。一般に、２つの高周波モジュール間の位相オフセットは、使用される送信サブアレイがどのドメインに位置するか応じて、最初の４つの成分または最後の４つの成分のいずれかにおいて、補正された受信制御ベクトルが互いにずれることにつながる。高周波モジュールＨＦ１とＨＦ２との間の位相オフセットを決定し、この位相オフセットに基づいて２つの高周波モジュールの位相較正を行うためにこのずれを使用することができる。
【００７８】
同じことが、ドメインＤ３およびＤ４、ならびに高周波モジュールＨＦ３およびＨＦ４の較正にも同様に当てはまる。
【００７９】
高周波モジュールの較正は、送信制御セクタの再較正の過程でＳＩＭＯ測定によって行うこともできる。
【００８０】
仰角φのアンテナ図を再較正することによって、対応した形式で高周波モジュールＨＦ１とＨＦ３との間の位相オフセット、および高周波モジュールＨＦ２とＨＦ４との間の位相オフセットを決定することもでき、最終的に４つの高周波モジュール全てに対して位相較正が達成される。
【００８１】
図４は、レーダセンサ８を有する自動車を運転している間に行うことができる完全な較正手順を示す。
【００８２】
ステップＳ１では、最初に通常の測位動作が実行され、すなわち、車両の周辺の物体がレーダセンサ８によって測位される。もともとレーダセンサの始動時に測定された、または先行する再較正手順で新たに較正されたアンテナ図（方位角および仰角）に基づいて、測位された物体に対するマルチターゲット角度推定が実行される。
【００８３】
ステップＳ２では、現在の測位サイクルにおいて、再較正がまだ行われていないか、または最後の再較正から所定時間が過ぎている方位角θおよび／または仰角φで物体が測位されたかどうかがチェックされる。
【００８４】
これが当てはまる場合には（はい）、ステップＳでＳＩＭＯ測定および方位角または仰角の角度推定がいずれか１つの送信サブアレイＴＸ１〜ＴＸ４によって実行される。そうでない場合（いいえ）、ステップＳ１に戻り、再較正が行われるべき角度で物体が見つかるまで、ステップＳ１およびＳ２のループが実行される。
【００８５】
ステップＳ３で実行されたＳＩＭＯ角度推定の角度品質に基づいて、ステップＳ４で、角度θもしくはφで測位された物体が単一物体であるか否かが判定される。
【００８６】
単一物体でない場合（いいえ）、ステップＳ１およびＳ２のループに戻る。単一物体である場合（はい）、ステップＳ５で、全ての送信サブアレイＴＸ１〜ＴＸ４によってさらなるＳＩＭＯ測定が実行される。このようにして、全ての送信サブアレイについて値ｙｉ（θ）の完全なセットが得られる。これにより求められた比較値に基づいて、次にステップＳ６で（相対）送信制御セクタａ′ｔｘ（θ）が補正（再較正）される。
【００８７】
選択的に、さらにステップＳ７に続いて、受信サブアレイＲＸ１〜ＲＸ１６の全てのサブサブアレイによって、同じ物体についてＭＩＳＯ測定を実行することができる。これらの測定値に基づいて、ステップＳ８で（相対）受信制御ベクトルａ″ｒｘ（θ）も補正される。
【００８８】
時分割多重方式が使用される場合、測定と測定との間に経過した時間に物体に生じることのある変位によって著しい誤差が生じないように、個々のＳＩＭＯ測定もしくはＭＩＳＯ測定間の時間間隔は大きすぎないことが望ましい。しかしながら、時間的に測定をインターリーブすること、および／または時間オフセットによって引き起こされる誤差が平均化されるように測定結果を組み合わせることが可能である。このような方法の例は、独国特許出願公開第１０２０１３２０９７０８号明細書に記載されている。
【００８９】
ここでは、送信アンテナ素子間の周波数オフセットに関連するターゲットの距離が、場合によって補正する必要がある値ｙｉ（θ）の間の位相差をもたらすことがあるので、周波数分割多重方式においても同様の改良が得られる。
【図１】
2021529309.tif 000089
【図２】
2021529309.tif 000090
【図３】
2021529309.tif 000091
【図４】
2021529309.tif 000092
【国際調査報告】
2021529309.tif 000093
2021529309.tif 000094
2021529309.tif 000095
2021529309.tif 000096