(57)【要約】  レーダセンサの２つの受信ユニット（１８）の較正方法であって、レーダセンサが、２つのサブアレイ（２２，２４）によって形成された受信アンテナ（Ｅ１〜Ｅ８）のアレイ（２０）と、受信アンテナ（Ｅ１〜Ｅ８）によって受信した信号間の位相差に基づいて、探知されたレーダ目標の角度推定を行うように構成された解析装置（３２）とを備え、各受信ユニット（１８）が、いずれか１つのサブアレイ（２２，２４）の受信アンテナの信号のための並列な受信経路を有するという方法である。この方法は、受信信号を解析して、多目標の状況または単一目標の状況が存在するかどうかを判定するステップと、単一目標の状況のときに、サブアレイ（２２，２４）で受信された信号の位相を測定するステップと、２つのサブアレイ（２２，２４）間の位相オフセット（Δφ）を計算するステップと、計算された位相オフセットに基づいて２つの受信ユニット（１８）の位相を較正するステップとを備えることを特徴とする。
2021524036.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーダセンサの２つの受信ユニット（１８）を較正する方法であって、
前記レーダセンサは、複数の受信アンテナ（Ｅ１〜Ｅ８）からなる２つのサブアレイ（２２，２４）によって構成されたアレイ（２０）と、前記受信アンテナ（Ｅ１〜Ｅ８）で受信された信号間の位相差に基づいて、探知されたレーダ目標の角度推定を行うように構成された解析装置（３２）とを備え、
各受信ユニット（１８）は、前記サブアレイ（２２，２４）のうちのいずれか１つの当該複数の受信アンテナの信号のための並列な受信経路を有し、
前記方法は、
当該受信された信号を解析して、多目標または単一目標の状況が存在するかどうかを判定するステップと、
単一目標の状況のときは、前記サブアレイ（２２，２４）で受信された信号の位相を測定して前記２つのサブアレイ（２２，２４）間の位相オフセット（Δφ）を計算するステップと、
当該計算された位相オフセットに基づいて前記２つの受信ユニット（１８）の位相を較正するステップと、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
レーダセンサの２つの送信ユニット（１６）の位相を較正する方法であって、
前記レーダセンサは、複数の受信アンテナ（Ｅ１〜Ｅ８）からなる現実のアレイ（２０）と、前記受信アンテナで受信された信号間の位相差に基づいて、探知されたレーダ目標の角度推定を行うように構成された解析装置（３２）とを備え、
各送信ユニット（１６）は、少なくとも１つの送信アンテナ（Ｓ１，Ｓ２）に給電し、
複数の異なる送信ユニットに属する複数の送信アンテナは、前記送信ユニットの双方が使用されたときに前記現実のアレイ（２０）を仮想的なアレイ（３８）で拡張するように、前記アレイ（２０）の方向に互いにオフセットされており、
前記方法は、
当該受信された信号を解析して、多目標または単一目標の状況が存在するかどうかを判定するステップと、
単一目標の状況のときは、当該受信された信号の位相を測定して、前記現実のアレイ（２０）と前記仮想的なアレイ（２６）との間の位相オフセット（Δφ）を計算するステップと、
当該計算された位相オフセットに基づいて前記２つの送信ユニット（１６）の位相を較正するステップと
を備えることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法であって、角度推定関数の品質を評価して、多目標の状況または単一目標の状況が存在するかどうかを判定する、方法。
【請求項４】
請求項１および３に記載の方法であって、前記２つのサブアレイ（２２，２４）について個別の角度推定関数を構成し、各角度推定関数の品質を評価する、方法。
【請求項５】
請求項２および３に記載の方法であって、前記現実のアレイ（２０）および前記仮想的なアレイ（３８）について個別の角度推定関数を計算し、両方の角度推定関数の品質を評価する、方法。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法であって、
複数の連続した周波数ランプのシーケンスにしたがって各測定サイクルで送信信号を変調するＦＭＣＷレーダセンサについて、
前記周波数ランプのいずれか１つについて各測定サイクルで位相オフセットを検出し、当該検出された位相オフセットを統計的に評価して位相較正のための補正値を生成する、方法。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法であって、各測定サイクルで位相較正を行う、方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、各測定サイクルにおいて、同一の測定サイクル内で前記位相較正で得られた複数の位相補正値に基づいて角度推定を行う、方法。
【請求項９】
レーダセンサであって、
２つの受信ユニット（１８）と、複数の受信アンテナ（Ｅ１〜Ｅ８）からなる２つのサブアレイ（２２，２４）によって構成されたアレイ（２０）と、前記複数の受信アンテナ（Ｅ１〜Ｅ８）で受信された信号間の位相差に基づいて、探知されたレーダ目標の角度推定を行うように構成された解析装置（３２）と、前記レーダセンサの機能を制御するための制御ユニット（３６）とを備え、
各受信ユニット（１８）は、前記サブアレイ（２２，２４）のうちのいずれか１つの当該複数の受信アンテナの信号のための並列な受信経路を有し、
前記制御ユニット（３６）は、請求項１に記載の方法を実施するように構成されている、ことを特徴とするレーダセンサ。
【請求項１０】
レーダセンサであって、
２つの送信ユニット（１６）と、複数の受信アンテナ（Ｅ１〜Ｅ８）からなる現実のアレイ（２０）と、前記複数の受信アンテナで受信された信号間の位相差に基づいて、探知されたレーダ目標の角度推定を行うように構成された解析装置（３２）と、前記レーダセンサの機能を制御するための制御ユニット（３６）とを備え、
各送信ユニット（１６）は、少なくとも１つの送信アンテナ（Ｓ１，Ｓ２）に給電し、
複数の異なる送信ユニットに属する複数の送信アンテナは、前記送信ユニットの双方が使用されたときに前記現実のアレイ（２０）を仮想的なアレイ（３８）で拡張するように、前記アレイ（２０）の方向に互いにオフセットされており、
前記制御ユニット（３６）は、請求項２に記載の方法を実施するように構成されている、ことを特徴とするレーダセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーダセンサの２つの高周波モジュールの位相を較正する方法に関するものであり、レーダセンサは、２つのサブアレイによって構成された複数の受信アンテナからなるアレイと、当該複数の受信アンテナによって受信された信号間の位相差に基づいて、探知されたレーダ目標について角度推定を行うように構成された解析装置とを有し、それぞれの高周波モジュールは、いずれか一方のサブアレイの受信アンテナの信号のための並列な受信経路を有する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用の運転者支援システム、特に自律走行用の車両誘導システムでは、他の道路利用者、特に他の車両との距離、その相対速度および方向角（特に方位角）を高い精度および信頼性をもって測定することができる高性能のレーダセンサが必要とされる。
【０００３】
自動車用の多くの公知のレーダセンサは、ＦＭＣＷ（周波数変調連続波）方式にしたがって動作し、この方式では、送信レーダ信号がランプ状に周波数変調され、受信されたレーダエコーが、現在時刻で送信された信号の一部と混合される。このようにして、送信信号と受信信号との間の周波数差に相当する周波数をもつ中間周波数信号が得られる。レーダ信号の伝搬時間および周波数変調により、当該周波数差は、当該ランプの勾配に比例した距離に依存する成分を含む。さらに周波数差は、ドップラー効果により、探知された物体の相対速度に依存する成分を含む。複数の異なるランプの勾配を用いて得られた測定結果を比較することによって、当該２つの成分を互いに分離することができ、これにより、探知された物体の距離ｄおよび相対速度ｖを決定することができる。
【０００４】
１回の測定サイクルに大きい勾配を有する多数の「高速の」周波数ランプ（高速チャープ）を含めて、それらの中心周波数を「低速の」ランプで順次変調するというＦＭＣＷレーダセンサも知られている。中間周波数信号の２次元フーリエ変換によって、一方では高速のランプにより、他方では低速のランプにより、距離および相対速度の測定でより高い測定精度を達成することができる。
【０００５】
角度を測定すべき方向（一般には水平方向）において複数の受信アンテナをアレイ内で互いにオフセットすることによって、探知されたレーダ目標の方向角推定が可能になる。複数の受信アンテナそれぞれで受信された信号は、レーダエコーの入射角に依存する位相差を有する。角度分解能は、アレイの開口および受信アンテナの数を大きくすることによって改善できる。しかしながら、これにより、受信チャネルの数も増すので、高周波モジュールの受信部の複雑さが著しく増大する。
【０００６】
受信アンテナの数を増やすことなしにアレイの開口を大きくすることもできる。しかしながら、この場合、位相差の解析にアンビギュイティが生じるので、物体の実際の方向角を確実に検出することができない。ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｏｕｔｐｕｔ）レーダの場合、高周波モジュールの送信ユニットは複数の送信アンテナを有し、これらの送信アンテナも水平方向において互いにオフセットされている。オフセットされた送信アンテナを、例えば、時分割多重方式または符号分割多重方式で動作させることにより、受信チャネルの数を増加させる必要なしに、アレイの開口は仮想的に大きくなる。
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、特に、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に関する。１つにはこれらのモジュールは、例えば運転者支援システムにおいて、低パフォーマンス要件を有するレーダセンサにて個別に使用することができ、他には、より高い性能、特により高い角度分解能を有するレーダセンサを構成するために複数のモジュールを相互接続することができる。ただし、後者の場合には、種々の高周波モジュールの受信部および／または送信部における位相差に起因する誤差を防止するために、種々の高周波モジュールを互いに正確に同期させる必要がある。
【０００８】
原則として、全ての高周波モジュールの全ての能動電子部品はこのような位相差に寄与できるものである。受信信号は、様々な受信経路で別々に処理されるので、同じ高周波モジュール内の様々な受信経路間にも位相差が生じることがある。位相差が大幅に除去されるようにレーダセンサを工場で較正することが可能であり、一般的である。しかしながら、レーダセンサの動作時に動作条件が変化した場合には、較正ができなくなることがある。
【０００９】
このような問題は、特に、複数の高周波モジュールを有するレーダセンサにおいて生じ、これらの高周波モジュールは、必然的に、互いに所定の間隔をおいて配置されている必要があるので、レーダセンサ内の発熱に起因して互いに異なる温度をもつことがある。したがって、レーダセンサの動作時の温度変化は、関連する電子部品の温度応答に起因して、較正の精度を損なう位相差をもたらすこともある。
【００１０】
本発明の課題は、レーダセンサの複数の高周波モジュールを「オンライン」で、すなわちレーダセンサの連続動作時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。
【００１１】
本発明によれば、この課題は、独立請求項に記載された特徴によって解決される。
【００１２】
本発明の対象は、まず、レーダセンサの２つの受信ユニットを較正する方法であり、レーダセンサが、複数の受信アンテナからなる２つのサブアレイによって構成されたアレイと、受信アンテナで受信された信号間の位相差に基づいて、探知されたレーダ目標の角度推定を行うように構成された解析装置とを備え、各受信ユニットが、いずれか１つのサブアレイの複数の受信アンテナの信号のための並列な受信経路を有している。この方法は、
当該受信された信号を解析して、多目標の状況または単一目標の状況が存在するかどうかを判定するステップと、
単一目標の状況のときは、サブアレイで受信された信号の位相を測定して２つのサブアレイ間の位相オフセットを計算するステップと、
当該計算された位相オフセットに基づいて２つの受信ユニットの位相を較正するステップとを備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明の基本概念は、同じサブアレイに属する受信アンテナからの信号間の位相差を、互いに異なるサブアレイに属する受信アンテナの対応する位相差と比較することである。較正が適切である場合、位相差は、探知された物体の測位角度およびこれに対応する受信アンテナの相対位置にのみ依存し、受信アンテナがどのサブアレイに属しているかには依存しない。このようにサブアレイからサブアレイへの有意な位相差は較正誤差を示しているので、これを識別して補正することができる。
【００１４】
しかしながら、多目標の状況では位相差が判別しにくく、２つのサブアレイ間で位相オフセットがもはや一意に検出可能ではないことが問題である。多目標の状況は、ここでは、特に、２つの目標が同時に探知され、これら２つの目標の距離および相対速度が、ほぼ同じ周波数をもつ中間周波数信号をつくりだすように互いに関連付けられる状況として理解される。これに対して、単一目標の状況は、単一の物体のみが探知される状況、または２つ以上の物体が探知される場合に、中間周波数信号におけるこれらの物体の周波数が互いに著しく異なり、これらの周波数が、中間周波数信号のスペクトル内において互いに明確に分離されて区別可能な２つのピークを形成する状況であると理解される。
【００１５】
例えば、中間周波数信号のスペクトルを解析することによって、および／または、好ましくは、測定した位相差から計算され、物体の可能なそれぞれの測位角度について、物体が当該角度に位置することを示す角度推定関数の品質を評価することによって、単一目標の状況と、実際には極めて稀にしか発生しない多目標の状況とを区別することができる方法が知られている。品質が高い場合には、角度推定関数は特定の角度で鋭いピークを有し、この角度は物体の測位角度を表す。しかしながら、多目標の状況では、ピークは、一般に、かなり広い幅にわたって「不明瞭」であり、正確な測位角度をあまり確実に検出することができない。
【００１６】
本発明によれば、このような効果に基づいて、単一目標の状況と多目標の状況とが区別され、再較正は、２つのサブアレイ間の位相オフセットを明確に検出することができる単一目標の状況の場合にのみ行われる。この位相オフセットを検出するために２つのサブアレイの受信信号が互いに比較される。原則として、受信アンテナの異なる対（ペアリング）について、アンテナ間隔への位相差の依存性が検査される。較正が適切である場合、複数の異なるサブアレイからのアンテナは、同一のサブアレイからのアンテナと同じ距離依存性を有するはずである。２つの受信ユニットの誤った較正は、距離に基づいて予想される位相差に加えて、異なるサブアレイからのアンテナについてほぼ同じ大きさの付加的な位相オフセットが常に存在することによって検出することができる。受信アンテナの異なるペアについて位相差を統計的に解析することによって統計的変動を平均化することができ、これにより、補正されるべき位相オフセットの有意義な尺度が得られる。
【００１７】
本発明の対象は、さらにレーダセンサの２つの送信ユニットの位相を較正する方法であり、レーダセンサは、複数の受信アンテナからなる現実のアレイと、当該受信アンテナで受信された信号間の位相差に基づいて、探知されたレーダ目標の角度推定を行うように構成された解析装置とを備えており、各送信ユニットが少なくとも１つの送信アンテナに給電し、複数の異なる送信ユニットに属する複数の送信アンテナは、送信ユニットの双方が使用されるときに現実のアレイを仮想的なアレイで拡張するように、アレイの方向に互いにオフセットされる。この方法は、
当該受信された信号を解析して、多目標の状況または単一目標の状況が存在するかどうかを判定するステップと、
単一目標の状況のときは、当該受信された信号の位相を測定して、現実のアレイと仮想的なアレイとの間の位相オフセットを計算するステップと、
当該計算された位相オフセットに基づいて２つの送信ユニットの位相を較正するステップとを備えることを特徴とする。
【００１８】
この方法は、同じ基本概念に基づいており、唯一の違いは、同じ現実のアレイの２つのサブアレイが考慮されるのではなく、代わりに、（完全な）現実のアレイと、現実のアレイの受信アンテナが別の送信アンテナから信号を受信することで生じる関連する仮想のアレイとが考慮され、受信アンテナと送信アンテナとの間の空間的なオフセット変化に基づいて、異なる信号経路、したがって異なる位相シフトが生じることである。この場合にも、較正が適切である場合の位相差は、同じ（実際の、または仮想的な）アレイからの２つのアンテナを考慮するか、または異なるアレイからの２つのアンテナを考慮するかに無関係であるといえる。したがって、有意な位相オフセットは、関連する送信ユニットの位相較正における誤差を示す。
【００１９】
本発明の有利な構成および改良形態が従属請求項に記載されている。
【００２０】
位相オフセットを測定する場合、統計的雑音は、送信信号の多数の連続する周波数ランプ（例えば、高速チャープ）について得られた測定結果を統計的な評価に含めることによって、低減できる。例えば、様々な周波数ランプにおける位相オフセットの中央値または平均値を考慮することができる。
【００２１】
必要とされる精度に応じて、再較正は、各測定サイクルで、または所定の時間間隔でのみ行うことができる。さらに、位相較正の結果は、ハードウェアの性能および能力に応じて、正確な角度推定のために現在の測定サイクルで使用するか、または最初は単に保存しておき、次の測定サイクルで、または後続の複数の測定サイクルで使用することができる。
【００２２】
この方法は、３つ以上の受信ユニットもしくは送信ユニットを有するレーダセンサにも同様に使用することができる。
【００２３】
以下に図面を参照して、例示的な実施形態をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明を適用できるレーダセンサを示す図である。
【図２】２つの受信ユニットの位相を較正する方法を説明するためにレーダセンサを示す概略図である。
【図３】本発明に係る方法の本質的なステップを説明するためのフローチャートである。
【図４】図１に示したレーダセンサにおける２つの送信ユニットの位相を較正する方法を説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は、自動車用のレーダセンサを概略的に示す図であり、このレーダセンサは、共通の回路基板１４に２つの高周波モジュール１０, １２を有している。高周波モジュール１０, １２は、例えば、ＭＭＩＣ（Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ：モノリシックマイクロ波集積回路）により構成され、送信ユニット１６と受信ユニット１８とをそれぞれ有する。回路基板１４は、水平面上で規則的な間隔をおいて配列された受信アンテナＥ１〜Ｓ８からなるアレイ２０を有する。アレイ２０は、各々が４つの受信アンテナを有する２つのサブアレイ２２，２４に分割されている。各受信アンテナは、互いに平行でかつ垂直方向の２つのアンテナパッチ列によって形成され、これらの列により仰角に受信ローブの所定の束が実現される。サブアレイ２２の受信アンテナＥ１〜Ｅ４は、それぞれ導体路２６，…，２６を介して高周波モジュール１０の受信ユニット１８に接続されている。これに対応する形で、サブアレイ２４の受信アンテナＥ５〜Ｅ８は、高周波モジュール１２の受信ユニット１８に接続されている。導体路２６，…，２６の長さは、複数の異なる受信アンテナで受信された信号間の位相関係が受信ユニット１８への経路上で劣化しないように、マイクロ波の波長λの整数倍だけ互いに異なるように必要に応じて調整される。
【００２６】
２つの高周波モジュール１０, １２の送信ユニット１６，１６は、それぞれ導体路２８，２８によって送信アンテナＳ１，Ｓ２に接続されている。また送信アンテナＳ１，Ｓ２の各々は、垂直方向の２つのアンテナパッチ列によって形成され、アレイ２０に関して対称に配置されているが、アレイ２０に対して垂直方向にずれるようにして回路基板１４に配置されている。また導体路２８，２８は、送信ユニット１６からこれに対応する送信アンテナまでの複数の信号経路が必要に応じてλの整数倍だけ互いに異なるように配置されている。
【００２７】
各高周波モジュール１０の受信ユニット１８は、各々が受信アンテナからの信号を処理する４つの並列な受信経路を有する。それ自体知られているように、各受信経路はミキサを含み、このミキサによって、受信信号は、これに対応する送信アンテナに供給される送信信号の一部と混合されるので、受信経路毎に中間周波数信号が生成される。２つの受信ユニット１８，１８の中間周波数信号は、信号線３０を介して解析装置３２に供給され、この解析装置３２では、探知されたレーダ目標の距離ｄ、相対速度ｖおよび方位角θが検出するために、当該信号がさらに解析される。
【００２８】
また各高周波モジュール１０は、制御ライン３４を介して、２つの高周波モジュール１０, １２の動作の制御および調整を行う制御ユニット３６に接続されている。
【００２９】
従来のとおり、送信ユニット１６，１６で生成される送信信号には、ランプ状の周波数変調が施される。２つの送信ユニット１６，１６は、２つの送信アンテナＳ１，Ｓ２のうちの１つのみが一度にアクティブとなるように、時分割多重方式で動作する。
【００３０】
受信ユニット１８，１８から供給された中間周波数信号は、解析ユニット３２でデジタル化され、またはオプションとして高周波モジュール１０, １２でデジタル化されて、周波数ランプの継続期間にわたって記録される。解析装置３２では、このようにして得られた（全部で８つの）時間信号から高速フーリエ変換によりそれぞれスペクトルが生成され、これらのスペクトルには、探知された各物体が、当該物体との距離およびその相対速度に応じた特定の周波数でピークとして現れる。既知の解析方法では、距離および速度に応じた成分は互いに分離されて、探知された各物体の距離ｄおよび相対速度ｖを検出することができる。
【００３１】
また原則として、探知された各物体について、受信アンテナＥ１〜Ｅ８で受信された信号間の位相関係に基づいて、および、複数の中間周波数信号間の対応する位相関係に基づいて、探知された物体の方位角を検出することもできる。この目的のために、解析装置３２では、当該位相関係に基づいて、当該物体の測位角の確率分布を示す角度推定関数（例えば、最尤関数）を計算する角度推定アルゴリズムが実装される。
【００３２】
この目的のために、通常の測定サイクルにおいては、アレイ２０の８つ全ての受信アンテナの信号が各周波数ランプで解析される。アレイ２０の開口が大きくなればなるほど、角度推定の達成可能な精度は高くなる。
【００３３】
しかしながら、純粋な角度推定のための前提条件は、８つの受信アンテナの信号間の位相関係が信号受信および信号解析の過程で劣化しないことである。２つの高周波モジュール１０, １２の各々は、全部で８つの受信信号のうちの４つしか処理しないので、２つの高周波モジュールは互いに正確に同期されている必要がある。この目的のために、２つの高周波モジュールは同期ライン３８を介して互いに接続されている。この同期によって、２つの受信ユニットのミキサにおいて受信信号と同相の送信信号の一部とを混合することが実現される必要がある。例えば、送信アンテナＳ１がアクティブである場合、同期を目的として、高周波モジュール１０で生成された送信信号を高周波モジュール１２に伝送することができ、この伝送に起因する信号伝播時間により位相オフセットが生じないことが保証されなければならない。あるいは、２つの高周波モジュールの受信ユニット１８，１８内のミキサは、それぞれ、ローカルな送信ユニット１６，１６で生成された信号を受信することができる。しかしながら、この場合、２つの送信ユニット１６，１６の発振器は、互いに同期される必要がある。
【００３４】
原理的には、全部で８つの受信経路内の能動電子部品はそれぞれある程度の位相シフトを引き起こすことがあり、これにより、角度推定の結果を劣化させる位相差が受信経路間に生じることもある。これらの位相シフトが経時的に安定している場合、これらの位相シフトを、レーダセンサの始動前に工場で測定し、適切な較正手段によって除去するか、または信号解析時にて対応する補正によって補償することができる。
【００３５】
しかしながら、高周波モジュール１０，１２が動作する動作条件がレーダセンサ動作時に安定していない場合には、位相差は経時的に変化することもあり、レーダセンサの初期較正によっても測定誤差を永続的に排除することができない。
【００３６】
位相差の経時変化の主な原因は、２つの高周波モジュールにおける能動電子部品の機能に影響を及ぼす温度変動である。１つには、２つの高周波モジュール１０, １２が動作時に互いに異なる温度で発熱することにより位相差が生じることがある。他には、２つの半導体モジュール内の電子部品が温度変動に対して異なる応答を示すことも考えられる。
【００３７】
したがって、精度の要求が高い場合には、２つの高周波モジュール１０, １２の受信ユニット１８，１８および送信ユニット１６，１６の位相較正を動作時に時々チェックし、必要に応じて補正する必要がある。
【００３８】
図２を参照して、受信ユニット１８のこのような再較正のための方法を説明する。図２は、上述のレーダセンサの簡略図を示し、さらに図２においては、特定の方位角θでレーダエコーが受信されて探知された単一のレーダ目標について受信アンテナＥ１〜Ｅ８で受信された信号の位相φが、これらの受信アンテナの位置ｘに応じて（水平方向において）プロットされている。ここで、各受信ユニット１８における４つの受信経路間に生じうる位相差は、初期較正によって除去されたと仮定して、一方の高周波モジュール１０における受信経路と他方の高周波モジュール１２における受信経路との間の、温度変動による位相差のみが想定されている。
【００３９】
ここで考察する例では、アレイ２０の受信アンテナＥ１〜Ｅ８は、ｘ方向に等間隔で配置されている。したがって、レーダエコーが特定の方位角で斜め入射するとき、較正が正確である場合には、８つの受信アンテナで受信される信号の位相は、図２に黒点およびグラフＰ１によって示すように、位置ｘの関数として直線上に位置するはずである。この直線の傾きはレーダエコーの入射角に依存している。垂直入射（方位角０°）では、図２の直線は水平方向に延在する。高周波モジュール１０, １２およびこれらに含まれる受信ユニット１８，１８の間の温度の違いにより、種々の受信ユニットで測定された位相の間に位相差が生じた場合、これにより図２に白点とグラフＰ２により示すように、一方のアレイ２２の位相と他方のアレイ２４の位相との間に位相オフセットΔφが生ずる。しかしながら、各サブアレイ内のアンテナ間の位相差は不変のままである。このような特性パターンに基づいて位相オフセットを検出して定量化し、適切な再較正によって補償することができる。
【００４０】
ただし、図２は、測定された位相がノイズを含まず、干渉効果による劣化のない理想的な場合を示している。
【００４１】
干渉効果は、特に、２つ以上のレーダ目標が同時に順序付けされ、中間周波数信号のスペクトルにおけるそれらに対応するピークの拡がりが大きく、かつ／または互いに近接している多目標の状況であって、それらピークが重なり合ってもはや分離できない状況において生じる。そのような場合、８つの全ての受信信号に基づく従来の角度推定では、角度推定関数の品質は単一目標の状況の場合よりも著しく低くなる。単一目標の状況と比較すると、多目標の状況は比較的稀にしか発生しないことから、角度推定関数の品質に基づいて多目標の状況を識別することができ、位相オフセットを計算するときにそれを除外することができる。
【００４２】
統計的雑音は、最初に、受信アンテナの複数の異なる対（ペアリング）について位相および位相差を統計的に解析することによって抑制することができる。例えば、図２には、まずサブアレイ２２についての４つの測定点に基づいて、当該測定結果に最も適合する直線の波形（グラフＰ１）を決定し、次に、その直線をサブアレイ２４について外挿することで受信アンテナＥ５〜Ｅ８について推定される位相（黒点）を決定することができる。次に、当該推定された位相を、受信アンテナそれぞれについて実際に測定された位相（白点）と比較することができ、これで得られた４つの差を平均することによって、位相オフセットΔφの現実的な値が得られる。このような解析は、受信アンテナ間の距離が全て等しくない場合にも可能である。
【００４３】
上述の解析は、原則として、送信信号の各周波数ランプに対して実行可能である。複数の連続するランプについての結果を統計的に（例えば、中央値を考慮して）解析することによって、統計的変動をさらに抑制することができ、これにより、位相オフセットΔφについて得られる値の精度をさらに向上させることができる。
【００４４】
図３は、受信ユニット１８，１８を較正する方法の本質的なステップを示すフローチャートである。
【００４５】
ステップＳ１においては、「通常の」測定サイクルが実施され、距離ｄおよび相対速度ｖが検出され、必要に応じて、探知されたレーダ目標の位置角も検出される。測定サイクルで生成される送信信号は、場合によっては互いに異なる中心周波数と同一勾配とを有する多数の連続した周波数ランプを含むことができ、距離および相対速度の計算は、これらのランプで受信された信号の全体基づくものとすることができる。角度推定のためには、原則として、１つまたはいくつかの周波数ランプの信号を解析すれば十分ではあるが、信号対雑音比を向上するために、できるだけ大きいデータ量が使用されることが好ましい。
【００４６】
ステップＳ２においては、２つのサブアレイ２２，２４について個別の角度推定が行われる。角度推定関数は、受信アンテナＥ１〜Ｅ４の信号に基づいて計算され、受信アンテナＥ５〜Ｅ８の信号に基づいてさらなる角度推定関数の計算が行われる。２つの受信ユニット１８，１８の較正が誤って行われたとしても、その較正誤差が同じサブアレイ内の受信アンテナ間の位相差に影響を及ぼさないので、それら角度推定の結果は本来一致するはずである。しかしながら、使用される各サブアレイの開口は、アレイ２０全体の開口の半分に過ぎないので、これらの角度推定値の分離精度には限界がある。
【００４７】
２つの角度推定関数の各々について品質が計算され、ステップＳ３においては、両方の角度推定関数の品質が所定のしきい値を超えているかどうかがチェックされる。このしきい値は、当該しきい値を超える品質が通常は単一目標の状況でのみ得られるように選択される。その状況での受信信号は、単一の反射源中心のみから生ずる中間周波数信号のスペクトルで特定の周波数にピークを生じさせるものであるので、様々なサブアレイで受信された信号間の明確な位相オフセットを検出することができる。
【００４８】
このような条件が満たされる場合は（Ｙ）、ステップＳ４において、図２を参照して説明した手順を用いて位相オフセットΔφが計算され、ステップＳ５において、この位相オフセットに基づいて位相較正の補正が行われる。
【００４９】
原則として、その較正の補正は、２つの受信ユニットのうちの一方の能動電子部品を制御し、受信経路で処理された信号を位相オフセットに応じてシフトすることによって実行できる。好ましくは、位相較正は、２つのサブアレイのうちのいずれか一方の信号の位相から位相オフセットΔφを減算するという純粋な演算で行われる。これにより、受信ユニットに追加の能動電子部品を必要としないという利点がある。
【００５０】
ステップＳ３において多目標の状況が判定された場合は（Ｎ）、ステップＳ４，Ｓ５はスキップされる。ステップＳ６では、単一目標の状況および多目標の状況の両方について、角度推定は、完全なアレイ２０の８つの全ての受信信号に基づいて行われる。ここで、ステップＳ５で更新された位相補正量を使用する。次に、ステップＳ１に戻り、次の測定サイクルを実施することができる。
【００５１】
変更された実施形態では、ステップＳ６をステップＳ１に統合することもできる。この場合、ステップＳ５で更新された位相補正量は、現在の測定サイクルではまだ有効ではなく、後続の測定サイクルのステップＳ１においてようやく有効になる。
【００５２】
さらに別の実施形態では、ステップＳ２〜Ｓ５は、全ての測定サイクルで実施されるのではなく、一般に５０ｍｓという個々の測定サイクルの継続時間よりも長い所定の時間間隔でのみ実施される。
【００５３】
ここで、図１に例示したレーダセンサは、ＭＩＭＯレーダセンサであり、ここでの２つの送信ユニット１６，１６は、例えば時分割多重方式に従い、各時点で２つの送信アンテナＳ１，Ｓ２のうちの１つのみをアクティブとするように動作する。これにより、アンテナアレイの開口が仮想的に大きくなるので、角度分解能が高くなる。
【００５４】
受信アンテナＥ１〜Ｅ８で受信される信号の位相は、送信信号を現在送信している送信アンテナＳ１またはＳ２からレーダ目標までの信号経路と、レーダ目標からそれぞれの受信アンテナに戻るまでの信号経路との全長に依存する。したがって、それらの位相は、ｘ方向における受信アンテナＥ１〜Ｅ８の位置だけでなく、現在使用されている送信アンテナのｘ位置にも依存する。例えば、送信アンテナＳ２がアクティブであるときは、受信アンテナＥ１〜Ｅ８で受信された信号の位相については、これらの受信アンテナについて図４にグラフで示す値が得られる。送信アンテナＳ１に切り換えられたときは、送信アンテナＳ１，Ｓ２間の距離だけ受信アンテナＥ１〜Ｅ８が右方（ｘの正方向）にシフトした場合と同じ効果を受信信号の位相に及ぼす。したがって、それら受信アンテナのシフト後の位置は、仮想的な受信アンテナＶ１〜Ｖ８を有する仮想的なアレイ３８を形成することとなる。
【００５５】
ここで、送信アンテナＳ１，Ｓ２の位置は、受信アンテナＥ８と第１の仮想アンテナＶ１との間の距離が、２つの隣接する受信アンテナ間の距離と同じになるように選択される。送信アンテナＳ１，Ｓ２の活動フェーズにおける受信信号を一緒に考察した場合、仮想アンテナＶ１〜Ｖ８における信号について、較正が正しい場合には実際のアレイ２０の位相と同じ直線（グラフＱ１）上に位置する位相が得られる。しかしながら、２つの高周波モジュールの送信ユニット１６，１６によって生成された送信信号間に位相差がある場合、一方の現実のアレイ２０と他方の仮想的なアレイ３８とで受信された位相に対応する位相オフセットΔφが生じる（図４のグラフＱ２）。開口を２倍にすることによってより良好な角度分解を達成するために、アレイ２０，２６の組合せに基づいて角度推定を行うと、その角度推定の結果は、位相オフセットΔφにより劣化すると思われる。
【００５６】
しかしながら、送信ユニット１６，１６間の上記の較正誤差は、受信ユニット１８について図２および図３に関して上述したものと同じ原理にしたがって補正できる。単一目標の状況が判定された場合には、位相オフセットΔφが測定され、この位相オフセットは、実際の角度推定における対応する位相補正のために使用される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】令和3年1月14日(2021.1.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーダセンサの２つの受信ユニット（１８）を較正する方法であって、
前記レーダセンサは、複数の受信アンテナ（Ｅ１〜Ｅ８）からなる２つのサブアレイ（２２，２４）によって構成されたアレイ（２０）と、前記受信アンテナ（Ｅ１〜Ｅ８）で受信された信号間の位相差に基づいて、探知されたレーダ目標の角度推定を行うように構成された解析装置（３２）とを備え、
各受信ユニット（１８）は、前記サブアレイ（２２，２４）のうちのいずれか１つの当該複数の受信アンテナの信号のための並列な受信経路を有し、
前記方法は、
当該受信された信号を解析して、多目標または単一目標の状況が存在するかどうかを判定するステップと、
単一目標の状況のときは、前記サブアレイ（２２，２４）で受信された信号の位相を測定して前記２つのサブアレイ（２２，２４）間の位相オフセット（Δφ）を計算するステップと、
当該計算された位相オフセットに基づいて前記２つの受信ユニット（１８）の位相を較正するステップと、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
レーダセンサの２つの送信ユニット（１６）の位相を較正する方法であって、
前記レーダセンサは、複数の受信アンテナ（Ｅ１〜Ｅ８）からなる現実のアレイ（２０）と、前記受信アンテナで受信された信号間の位相差に基づいて、探知されたレーダ目標の角度推定を行うように構成された解析装置（３２）とを備え、
各送信ユニット（１６）は、少なくとも１つの送信アンテナ（Ｓ１，Ｓ２）に給電し、
複数の異なる送信ユニットに属する複数の送信アンテナは、前記送信ユニットの双方が使用されたときに前記現実のアレイ（２０）を仮想的なアレイ（３８）で拡張するように、前記アレイ（２０）の方向に互いにオフセットされており、
前記方法は、
当該受信された信号を解析して、多目標または単一目標の状況が存在するかどうかを判定するステップと、
単一目標の状況のときは、当該受信された信号の位相を測定して、前記現実のアレイ（２０）と前記仮想的なアレイ（２６）との間の位相オフセット（Δφ）を計算するステップと、
当該計算された位相オフセットに基づいて前記２つの送信ユニット（１６）の位相を較正するステップと
を備えることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、角度推定関数の品質を評価して、多目標の状況または単一目標の状況が存在するかどうかを判定する、方法。
【請求項４】
請求項２に記載の方法であって、角度推定関数の品質を評価して、多目標の状況または単一目標の状況が存在するかどうかを判定する、方法。
【請求項５】
請求項３に記載の方法であって、前記２つのサブアレイ（２２，２４）について個別の角度推定関数を構成し、各角度推定関数の品質を評価する、方法。
【請求項６】
請求項４に記載の方法であって、前記現実のアレイ（２０）および前記仮想的なアレイ（３８）について個別の角度推定関数を計算し、両方の角度推定関数の品質を評価する、方法。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法であって、
複数の連続した周波数ランプのシーケンスにしたがって各測定サイクルで送信信号を変調するＦＭＣＷレーダセンサについて、
前記周波数ランプのいずれか１つについて各測定サイクルで位相オフセットを検出し、当該検出された位相オフセットを統計的に評価して位相較正のための補正値を生成する、方法。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか１項に記載の方法であって、各測定サイクルで位相較正を行う、方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、各測定サイクルにおいて、同一の測定サイクル内で前記位相較正で得られた複数の位相補正値に基づいて角度推定を行う、方法。
【請求項１０】
レーダセンサであって、
２つの受信ユニット（１８）と、複数の受信アンテナ（Ｅ１〜Ｅ８）からなる２つのサブアレイ（２２，２４）によって構成されたアレイ（２０）と、前記複数の受信アンテナ（Ｅ１〜Ｅ８）で受信された信号間の位相差に基づいて、探知されたレーダ目標の角度推定を行うように構成された解析装置（３２）と、前記レーダセンサの機能を制御するための制御ユニット（３６）とを備え、
各受信ユニット（１８）は、前記サブアレイ（２２，２４）のうちのいずれか１つの当該複数の受信アンテナの信号のための並列な受信経路を有し、
前記制御ユニット（３６）は、請求項１に記載の方法を実施するように構成されている、ことを特徴とするレーダセンサ。
【請求項１１】
レーダセンサであって、
２つの送信ユニット（１６）と、複数の受信アンテナ（Ｅ１〜Ｅ８）からなる現実のアレイ（２０）と、前記複数の受信アンテナで受信された信号間の位相差に基づいて、探知されたレーダ目標の角度推定を行うように構成された解析装置（３２）と、前記レーダセンサの機能を制御するための制御ユニット（３６）とを備え、
各送信ユニット（１６）は、少なくとも１つの送信アンテナ（Ｓ１，Ｓ２）に給電し、
複数の異なる送信ユニットに属する複数の送信アンテナは、前記送信ユニットの双方が使用されたときに前記現実のアレイ（２０）を仮想的なアレイ（３８）で拡張するように、前記アレイ（２０）の方向に互いにオフセットされており、
前記制御ユニット（３６）は、請求項２に記載の方法を実施するように構成されている、ことを特徴とするレーダセンサ。
【国際調査報告】
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