(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定の自動車安全シナリオについての自動車レーダシステムの応答を試験および評価するための方法であって、
ハードウェア・イン・ザ・ループ・セットアップ内に少なくとも1つの自動車レーダ(1、2、3、4)を配置するステップと、
特定の仮想シナリオでの少なくとも1つの仮想標的に対応する模擬反射レーダシグネチャを生成するステップと、
少なくとも1つの自動車レーダ(1、2、3、4)によって模擬シグネチャを受信するステップと、
前記自動車レーダシステムからの出力を、模擬標的シグネチャに基づく予想出力と比較することによって、前記自動車レーダシステムの応答を評価するステップと、
速度の誤差、距離の誤差、少なくとも1つの標的の誤検出、および偽警報のうちの1つまたは複数を表示するステップと
を含み、
特定の仮想シナリオでの少なくとも1つの仮想標的に対応する、生成した模擬反射レーダシグネチャが、
特定の実シナリオでの少なくとも1つの実標的からの事前記録実反射レーダシグネチャと、
特定の仮想シナリオでの少なくとも1つの標的からのレーダ標的シグネチャの解析的表現
のうちの1つまたは複数から生成され、
前記解析的表現が、特定の仮想シナリオでの前記仮想標的の仮想標的パラメータと、前記特定の仮想シナリオの仮想シナリオパラメータとに基づき、
任意の軌跡に沿った標的移動についての瞬間振幅および瞬間位相を含む模擬反射レーダシグネチャを生成するステップ
を含む、
方法。
【請求項２】
前記特定の仮想シナリオが、
少なくとも1つの仮想標的、
クラッタ、
仮想環境シナリオ条件、
仮想交通シナリオ条件
のうちの1つまたは複数を含む請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記仮想標的および前記仮想シナリオが、グラフィカルユーザインターフェース(11)を通じて選択される請求項1または2に記載の方法。
【請求項４】
特定の実シナリオでの実標的からの前記事前記録実反射レーダシグネチャが、事前記録実反射レーダシグネチャデータベース(7、8、9)にアクセスすることによって処理装置(10)によって生成される請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記事前記録実反射レーダシグネチャデータベース(7、8、9)が、レーダレコーダシステム(5)で実反射レーダ信号を記録することによって作成され、前記レーダレコーダシステム(5)は、実標的データと、実クラッタデータと、実環境シナリオ条件および交通シナリオ条件とを記録し、それぞれの標的データデータベース(7)、クラッタデータデータベース(8)、およびシナリオ条件データベース(9)内に各データを記憶する請求項4に記載の方法。
【請求項６】
前記仮想標的パラメータが、
歩行者、サイクリスト、車、トラック、動物、モータサイクル、建設車両、道路標識、道路障害物を含む標的のタイプ、
標的速度、距離、角度、または移動の軌跡、
レーダビームによる標的の部分カバレッジのケースを含む、標的レーダ断面(RCS)と、経時的なRCSの変化
のうちの1つまたは複数である請求項1に記載の方法。
【請求項７】
前記仮想シナリオパラメータが、
仮想環境シナリオ条件、
仮想交通シナリオ条件
のうちの1つまたは複数である請求項1または6に記載の方法。
【請求項８】
前記仮想環境シナリオ条件が、
地理的マップ、
仮想環境内の静的物体、
気象条件
のうちの1つまたは複数である請求項7に記載の方法。
【請求項９】
前記特定の仮想シナリオでのすべての物理的要素についてのレーダ光線を反射するための3Dグラフィカルモデルおよびポイントクラウドを提供するステップ
を含む請求項1および6から8のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
拡張物体シグネチャが、ポイントクラウド内のポイント標的のレーダシグネチャを集約することから作成される請求項9に記載の方法。
【請求項１１】
試験中車両の決定入力(120)に基づいて仮想シナリオパラメータを継続的に更新するステップ
を含む請求項1および6から10のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
2次反射を引き起こす反射ポイントおよび経路の識別
を含む請求項1および6から11のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記模擬反射レーダシグネチャが、仮想標的パラメータ、仮想シナリオのリスト、および仮想シナリオ条件の指定に基づいて無作為に選択される請求項1から12のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記模擬反射レーダシグネチャが全連続波を含む請求項1から13のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
レーダパラメータの変化に基づいて前記模擬反射レーダシグネチャを適合させるステップ
を含む請求項1から14のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記仮想標的の角度位置を反射する模擬反射レーダシグネチャを生成するステップ
を含む請求項1から15のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
単一のステアリングビームレーダについての少なくとも1つの仮想標的に対応する模擬反射レーダシグネチャを生成するステップ
を含む請求項1から16のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
レーダ反射が試験中レーダのサイドローブ内に主に存在するシナリオを生成するステップ
を含む請求項1から17のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
事前記録実反射レーダシグネチャとレーダ標的シグネチャの解析的表現の両方からの仮想シグネチャを組み合わせるステップ
を含む請求項1から18のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
特定の自動車安全シナリオについての自動車レーダシステム(18)の応答を試験および評価するためのシステムであって、
ハードウェア・イン・ザ・ループ・セットアップ内の少なくとも1つの自動車レーダ(1、2、3、4)と、
前記少なくとも1つの自動車レーダ(1、2、3、4)に接続された電子コンピュータユニット(20)と、
レーダベースの安全システム(18)の性能を評価するための評価モジュール(21)と、
グラフィカルユーザインターフェース(11)と、
特定の仮想シナリオでの少なくとも1つの仮想標的に対応する模擬反射レーダシグネチャを生成するように構成されたレーダフロントエンド(16)と
を備え、
特定の仮想シナリオでの少なくとも1つの仮想標的に対応する、前記生成した模擬反射レーダシグネチャが、
特定の実シナリオでの少なくとも1つの実標的からの事前記録実反射レーダシグネチャと、
特定の仮想シナリオでの少なくとも1つの仮想標的からのレーダ標的シグネチャの解析的表現
のうちの1つまたは複数から生成され、
前記レーダフロントエンド(16)が、VUT上の試験中レーダから信号を受信するように構成された第1の受信機アンテナ(200)と、増幅器(202)と、標的シナリオレーダシグネチャを追加するように構成されたミキサ(204)と、前記VUTについての模擬反射レーダ信号を送信するように構成された送信アンテナ(206)とを備えるシステム。
【請求項２１】
前記レーダフロントエンド(16)が、レーダパラメータの変化を検出するために前記VUTからレーダ信号を受信するように構成された第2の受信機アンテナを備える同期サブシステム(208)をさらに備える請求項20に記載のシステム。
【請求項２２】
単一のステアリングビームレーダおよび/またはモノパルスレーダについての角度情報とともに仮想標的をシミュレーションするように構成されたレーダフロントエンド(16)を備える請求項20から21のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２３】
単一のステアリングビームレーダについての角度情報とともに仮想標的をシミュレーションするように構成された前記レーダフロントエンド(16)が、同期サブシステム(208)を備えるレーダフロントエンド(16)である請求項22に記載のシステム。
【請求項２４】
前記レーダフロントエンド(16)が、TSG受信アンテナ(314)、第1のTSG送信機アンテナ(316)、および第2のTSG送信機アンテナ(318)を備える標的シナリオジェネレータ(TSG)(312)を備えるモノパルスレーダについての角度情報とともに仮想標的をシミュレーションするように構成される請求項22に記載のシステム。
【請求項２５】
前記特定の仮想シナリオが、
少なくとも1つの標的、
クラッタ、
仮想環境シナリオ条件、
仮想交通シナリオ条件
のうちの1つまたは複数を含む請求項20に記載のシステム。
【請求項２６】
特定の実シナリオでの実標的からの前記事前記録実反射レーダシグネチャが、事前記録実反射レーダシグネチャデータベースにアクセスすることによって処理装置によって生成される請求項20から25のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２７】
前記事前記録実反射レーダシグネチャデータベースが、レーダレコーダシステム(5)で実反射レーダ信号を記録することによって作成され、前記レーダレコーダシステム(5)が、実標的データと、実クラッタデータと、実環境シナリオ条件および交通シナリオ条件とを記録し、それぞれの標的データデータベース(7)、クラッタデータデータベース(8)、およびシナリオ条件データベース(9)内に各データを記憶する請求項26に記載のシステム。
【請求項２８】
前記解析的表現が、特定の仮想シナリオでの前記仮想標的の仮想標的パラメータと、前記特定の仮想シナリオの仮想シナリオパラメータとに基づく請求項20から27のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２９】
標的パラメータが、
歩行者、サイクリスト、車、トラック、動物、モータサイクル、建設車両、道路標識、道路障害物を含む標的のタイプ、
標的速度、距離、角度、または移動の軌跡、
レーダビームによる標的の部分カバレッジのケースを含む、標的レーダ断面(RCS)と、経時的なRCSの変化
のうちの1つまたは複数である請求項28に記載のシステム。
【請求項３０】
前記仮想シナリオパラメータが、
仮想環境シナリオ条件、
仮想交通シナリオ条件
のうちの1つまたは複数である請求項28または29に記載のシステム。
【請求項３１】
前記模擬反射レーダシグネチャが、仮想標的パラメータ、仮想シナリオのリスト、および仮想シナリオ条件の指定に基づいて無作為に選択される請求項20から30のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３２】
前記模擬反射レーダシグネチャが全連続波を含む請求項20から31のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３３】
事前記録実反射レーダシグネチャとレーダ標的シグネチャの解析的表現の両方からの仮想シグネチャを組み合わせるように構成される請求項20から32のいずれか一項に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーダシステムと、自動車安全レーダシステムの評価のために使用することが意図される仮想標的を含む仮想環境の生成のための方法およびシステムとに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの応用例においてレーダシステムの機能を評価するために、実際の環境と同様の、再現可能で、制御された、既知の条件下でレーダシステムを試験することが必要とされる。レーダ標的のシミュレーションは、囲まれた空間、たとえば電磁気室内、または実験室環境内で実際のレーダシステムを試験することを可能にする。
【０００３】
そのようなレーダベースの安全システムの性能の検証が大いに求められている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、前述の問題が回避される、特定の自動車安全シナリオについての自動車レーダシステムの応答を試験および評価するための方法およびシステムを提供することである。具体的には、本発明の目的は、特定の自動車安全シナリオについての自動車レーダシステムの応答を試験および評価するための周知の方法を改善することである。この目的は、請求項1の方法および請求項22のシステムによって達成される。
【０００５】
安全システムの性能を証明するための、前述のレーダの各々について現実世界で生じる可能性の高い多くの可能なシナリオを考慮すると、シナリオおよび標的の再作成が極めて重要である。本発明の一目的は、自動車のエリア内で生じる可能性の高い多種多様なシナリオにおいて周波数変調連続波(FMCW)レーダ標的シグネチャ(signature)を生成するための一手法を導入することである。この目的は、実際のハードウェア・イン・ザ・ループ(hardware in the loop)(HIL)/ビークル・イン・ザ・ループ(vehicle in the loop)(VIL)セットアップを使用して、センサまたは機能レベルにおいて先進ドライバ支援システム(ADAS)または自律的運転のために使用される自動車レーダシステムの検証を可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、様々なシナリオおよび標的をエミュレートすることのできるハードウェア・イン・ザ・ループ・セットアップまたはビークル・イン・ザ・ループ・セットアップに関する。標的生成は、「解析的」および「記録と再生(record-and-play)」という2つの手法を用いて実施され、この2つの手法は互いに、多種多様なシナリオにおいて多数のレーダ標的を再現することを可能にする。
【０００７】
ハードウェア・イン・ザ・ループは、試験中デバイス(DUT)入力および出力が1つのシステムを使用して制御されるセットアップである。システムは、DUTについての所期の反射レーダ信号を生成し、本発明では、DUTはレーダベースの自動車能動安全システムである。DUTの応答または反応が試験システムによって解析される。反射レーダシグネチャ、レーダシステムがどのように反応したか、およびDUTによって何が知覚されたかに基づいて、システムの性能が評価され、GUIにレポートが返される。DUTの性能は、システム内のレーダからだけではなく、補助電子機器を含む車内の意思決定システム全体からのものである。
【０００８】
本発明は、特定の自動車安全シナリオについての自動車レーダシステムの応答を試験および評価するための方法に関し、方法は、
ハードウェア・イン・ザ・ループ・セットアップ内に少なくとも1つの自動車レーダを配置すること、
特定のシナリオでの少なくとも1つの標的に対応する模擬反射レーダシグネチャを生成すること、
少なくとも1つの自動車レーダによって模擬シグネチャを受信すること、
自動車レーダシステムからの出力を、模擬標的シグネチャに基づく予想出力と比較することによって、自動車レーダシステムの応答を評価すること、
速度の誤差、距離の誤差、少なくとも1つの標的の誤検出、および偽警報のうちの1つまたは複数を表示すること
を含み、
特定のシナリオでの少なくとも1つの標的に対応する、生成した模擬反射レーダシグネチャが、
特定のシナリオでの少なくとも1つの標的からの事前記録実反射レーダシグネチャと、
特定のシナリオでの少なくとも1つの標的からのレーダ標的シグネチャの解析的表現
のうちの1つまたは複数から生成される。
【０００９】
一般には、標的シミュレーションは、実標的から返されたはずの信号と同様の電磁反射信号の生成を意味する。そのような信号を生成する一方法は、実標的戻りで見られると予想される情報をシグネチャに適用することである。この情報は、ドップラーシフト、レーダ断面(RCS)、遅延、マルチパス効果アンテナビームパターン、標的の位置、環境に関する情報、クラッタなどを含む。さらに、十分な様々な標的を生成するために、いくつかのシナリオおよび異なる可能性を考慮する必要がある。本発明では、一方法では、実戻り信号が、仮想標的の生成において配置するために記録される。この方法を使用して、パラメータを編集する複雑さ、および複雑な計算が著しく削減され、ほぼ任意の標的またはクラッタが、最高の確実性で再現され得る。
【００１０】
本発明は、自動車安全応用例でのレーダが遭遇し得る様々なシナリオに従って、多種多様なレーダ標的を再作成することを意図する。目的は、車両内の様々なレーダの機能を評価および証明するために、様々な可能なレーダ標的が仮想的に生成されるハードウェア・イン・ザ・ループ(HIL)セットアップを有することである。これは、本発明において2つの手法で実施される。第1の手法では、仮想標的が、所望の標的のパラメータおよび仮定が考慮に入れられる解析関数に基づいてシミュレーションされる。第2の手法は、任意のシナリオにおける実標的を記録し、それを試験中レーダについて再生することによるものである。これは、レーダ標的の生成での高度な柔軟性を実現し、結果は真正なものとなる。
【００１１】
特定のシナリオは、
歩行者、サイクリスト、車、トラック、動物、モータサイクル、建設車両、道路標識、道路障害物を含む少なくとも1つの標的、
クラッタ、
環境シナリオ条件、
交通シナリオ条件
のうちの1つまたは複数を含み得る。
【００１２】
環境シナリオでは、条件は、天気、視界、温度、湿度、およびレーダシステム内の信号対雑音比(SNR)に影響を及ぼし得る他の条件を意味し、これにはクラッタが含まれ得る。交通シナリオでは、条件は、少なくとも1つの標的が位置する交通状況を意味する。交通状況の例は、直線に沿って移動する標的、転回を実施する標的、ラウンドアバウト内の標的、方向転換を実施する標的、または駐車中の標的であり得る。交通シナリオ条件はまた、特定の自動車安全シナリオでの標的のレーダシグネチャに影響を及ぼすトポグラフィでもあり得る。本発明の一例では、標的、周囲の環境、ならびに気象条件などの他の影響力のある要素から構成される様々なシナリオが、反射体ポイントのセットによって表される。これらのポイントは、シナリオ内の各々の拡張物体についてレイトレーシング法を使用して得られる。拡張物体は、互いに特定の距離だけ分離された複数の反射体ポイント(ポイント標的)を有する物体である。たとえば、車両は通常は拡張物体と見なされる。次のステップでは、関係する反射体ポイントを識別およびマークするために試験中車両(VUT)およびそのレーダビームの位置を考慮して、シナリオ構成要素の運動モデルが考慮に入れられる。これらの各々について、VUT上のレーダによって送信された信号の位相および振幅の変化が、一点問題と同様に計算される。これは、VUTについての信号発生の基礎を形成する。次いで、信号はRFフロントエンドに送られる。
【００１３】
標的シナリオ生成に関する別の側面、たとえばレーダ仕様の役割、角度情報、標的シミュレータとVUTとの間の同期、解析的標的と記録と再生セットアップからの結果との組合せがさらに説明される。
【００１４】
仮想標的および仮想シナリオは、グラフィカルユーザインターフェースを通じて選択され得る。グラフィカルユーザインターフェースは、シナリオを視覚化することができ、シナリオ標的、シナリオ条件、および他のパラメータのより直感的な調節を可能にするので、グラフィカルユーザインターフェースを使用することは、方法のユーザにとって選択プロセスを容易にする。
【００１５】
特定のシナリオでの標的からの事前記録実反射レーダシグネチャは、事前記録実反射レーダシグネチャデータベースにアクセスすることによって処理装置によって生成され得る。
【００１６】
事前記録実反射レーダシグネチャデータベースは、レーダレコーダシステムで実反射レーダ信号を記録することによって作成され得、レーダレコーダシステムは、標的データと、クラッタデータと、環境シナリオ条件および交通シナリオ条件とを記録し、それぞれの標的データデータベース、クラッタデータデータベース、およびシナリオ条件データベース内に各データを記憶する。
【００１７】
解析的表現は、特定のシナリオでの標的の標的パラメータと、特定のシナリオのシナリオパラメータとに基づき得る。
【００１８】
解析的表現の標的パラメータは、
歩行者、サイクリスト、車、トラック、動物、モータサイクル、建設車両、道路標識、道路障害物を含む標的のタイプ、
標的速度、距離、角度、または移動の軌跡、
レーダビームによる標的の部分カバレッジのケースを含む、標的レーダ断面(RCS)と、経時的なRCSの変化
のうちの1つまたは複数であり得る。
【００１９】
解析的表現のシナリオパラメータは、
環境シナリオ条件、
交通シナリオ条件
のうちの1つまたは複数であり得る。
【００２０】
仮想環境シナリオ条件は、
地理的マップ、
仮想環境内の静的物体、
気象条件
のうちの1つまたは複数であり得る。
【００２１】
方法は、
特定の仮想シナリオでのすべての物理的要素についてのレーダ光線を反射するための3Dグラフィカルモデルおよびポイントクラウドを提供することをさらに含み得る。物理的要素の3Dグラフィカルモデルを使用することは、反射レーダ光線をそれから計算することのできる点光源の計算を可能にする。物理的要素の3Dグラフィカルモデルを使用することはまた、シナリオの視覚的表現を可能にする。
【００２２】
拡張物体シグネチャは、ポイントクラウド内のポイント標的のレーダシグネチャを集約することから作成され得る。3Dモデルのすべての点光源は、その物体についてのポイントクラウドを形成する。ポイントクラウドは、各3Dモデルについての主要な反射体ポイントを表す。3Dモデルを作成し、各角度からその反射体(ポイントクラウド)を計算するプロセスは、ライブラリを作成するためにオフラインで行われ得る。このオフライン計算は、リアルタイムで模擬反射レーダシグネチャまたは信号を作成することができるために非常に重要である。標的からレーダシグネチャを作成するために、オブジェクトの角度およびタイプを入力として受信し、上記に従って、それに対応する信号を生成するニューラルネットワークがトレーニングされ得る。各々のあらゆる角度からのすべてのオブジェクトシグネチャの大きいライブラリを必要とするのではなく、オブジェクトごとに、ずっと小さく、複雑さの低いニューラルネットワークを記憶することができる。
【００２３】
方法は、
試験中車両の決定入力に基づいて仮想シナリオパラメータを継続的に更新することをさらに含み得る。車両のレーダシステムからのフィードバックを受ける車両は、行動を取り、その挙動を適合させ得る。たとえば、物体が車両の検出ゾーンに入った場合、車両は自動ブレーキをかけ得る。この入力が方法内に供給され、それによってシナリオパラメータが更新される。
【００２４】
方法は、
任意の軌跡に沿った標的移動についての瞬間振幅および瞬間位相を含む模擬反射レーダシグネチャを生成すること
をさらに含み得る。
【００２５】
方法は、
2次反射を引き起こす反射ポイントおよび経路の識別をさらに含み得る。2次反射は、1次反射と比較して低いレベルの出力を有し、非視線経路を移動するために、より長い距離では偽標的を表す。
【００２６】
模擬反射レーダシグネチャは、標的パラメータ、シナリオのリスト、およびシナリオ条件の指定に基づいて無作為に選択され得る。
【００２７】
模擬反射レーダシグネチャは全連続波であり得る。
【００２８】
方法は、
レーダパラメータの変化に基づいて模擬反射レーダシグネチャを適合させることを含み得る。試験の間、試験中レーダの様々なパラメータが変化し得る。これらの変化は監視され、方法を新しいレーダパラメータに継続的に適合させるために、方法に供給される。
【００２９】
方法は、
仮想標的の角度位置を反射する模擬反射レーダシグネチャを生成することをさらに含み得る。標的は、様々な位置に配置され得、VUTに対する角度位置を決定することは重要である。方法は、仮想標的の角度位置のシミュレーションを可能にする。
【００３０】
方法は、
単一のステアリングビームレーダについての少なくとも1つの仮想標的に対応する模擬反射レーダシグネチャを生成することをさらに含み得る。ビームステアリング角度情報を処理するために1つのビームを使用する利点は、レーダステアリングビームの速度とともにビームをステアリングする必要がないことである。このことは、RFフロントエンドに関するコストおよび要件を低減する。このことはまた、角度情報のあやまりの危険を低減する。
【００３１】
方法は、
レーダ反射が試験中レーダのサイドローブ内に主に存在するシナリオを生成すること
をさらに含み得る。
【００３２】
方法は、
事前記録実反射レーダシグネチャとレーダ標的シグネチャの解析的表現の両方からの仮想シグネチャを組み合わせることをさらに含み得る。事前記録実反射レーダシグネチャとレーダ標的シグネチャの解析的表現の両方からの仮想シグネチャを組み合わせることによって、より多くのシナリオが生成され得る。
【００３３】
本発明はさらに、特定の自動車安全シナリオについての自動車レーダシステムの応答を試験および評価するためのシステムに関し、システムは、
ループセットアップ内のハードウェア内の少なくとも1つの自動車レーダと、
少なくとも1つの自動車レーダに接続された電子コンピュータユニットと、
(レーダベースの安全システムの性能を評価するための)評価モジュールと、
グラフィカルユーザインターフェースと、
特定のシナリオでの少なくとも1つの標的に対応する模擬反射レーダシグネチャを生成するように構成されたレーダフロントエンドと
を備え、
特定のシナリオでの少なくとも1つの標的に対応する、生成した模擬反射レーダシグネチャが、
特定のシナリオでの少なくとも1つの標的からの事前記録実反射レーダシグネチャと、
特定のシナリオでの少なくとも1つの標的からのレーダ標的シグネチャの解析的表現
のうちの1つまたは複数から生成される。
【００３４】
レーダフロントエンドは、VUT上の試験中レーダから信号を受信するように構成された第1の受信機アンテナと、増幅器と、標的シナリオレーダシグネチャを追加するように構成されたミキサと、VUTについての模擬反射レーダ信号を送信するように構成された送信アンテナとを備え得る。
【００３５】
レーダフロントエンドは、レーダパラメータの変化を検出するためにVUTからレーダ信号を受信するように構成された第2の受信機アンテナを備える同期サブシステムをさらに備え得る。サブシステムは、試験中レーダパラメータの変化に方法を適合させるためにシステムの連続的更新を可能にし、システムがその挙動を変更するとき、または角度情報を使用するときに使用される。
【００３６】
システムは、単一のステアリングビームレーダおよび/またはモノパルスレーダについての角度情報とともに仮想標的をシミュレーションするように構成されたレーダフロントエンドをさらに備え得る。
【００３７】
単一のステアリングビームレーダについての角度情報とともに仮想標的をシミュレーションするように構成され得るレーダフロントエンドは、同期サブシステムを備えるレーダフロントエンドである。
【００３８】
レーダフロントエンドは、受信アンテナ、第1のTSG送信機アンテナ、および第2のTSG送信機アンテナを備える標的シナリオジェネレータ(TSG)を備えるモノパルスレーダについての角度情報とともに仮想標的をシミュレーションするように構成され得る。
【００３９】
特定のシナリオは、
少なくとも1つの標的、
クラッタ、
環境シナリオ条件、
交通シナリオ条件
のうちの1つまたは複数を含み得る。
【００４０】
このシステムでは、特定のシナリオでの標的からの事前記録実反射レーダシグネチャが、事前記録実反射レーダシグネチャデータベースにアクセスすることによって処理装置によって生成され得る。
【００４１】
このシステムでは、事前記録実反射レーダシグネチャデータベースは、レーダレコーダシステムで実反射レーダ信号を記録することによって作成され得、レーダレコーダシステムは、標的データと、クラッタデータと、環境シナリオ条件および交通シナリオ条件とを記録し、それぞれの標的データデータベース、クラッタデータデータベース、およびシナリオ条件データベース内に各データを記憶する。
【００４２】
このシステムでは、解析的表現は、特定のシナリオでの標的の標的パラメータと、特定のシナリオのシナリオパラメータとに基づき得る。
【００４３】
このシステムでは、解析的表現の標的パラメータは、
歩行者、サイクリスト、車、トラック、動物、モータサイクル、建設車両、道路標識、道路障害物を含む標的のタイプ、
標的速度、距離、角度、または移動の軌跡、
レーダビームによる標的の部分カバレッジのケースを含む、標的レーダ断面(RCS)と、経時的なRCSの変化
のうちの1つまたは複数であり得る。
【００４４】
このシステムでは、解析的表現のシナリオパラメータは、
環境シナリオ条件、
交通シナリオ条件
のうちの1つまたは複数であり得る。
【００４５】
このシステムでは、模擬反射レーダシグネチャは、標的パラメータ、シナリオのリスト、およびシナリオ条件の指定に基づいて無作為に選択され得る。
【００４６】
このシステムでは、模擬反射レーダシグネチャは全連続波であり得る。
【００４７】
このシステムは、事前記録実反射レーダシグネチャとレーダ標的シグネチャの解析的表現の両方からの仮想シグネチャを組み合わせるように構成され得る。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】自動車安全応用例において使用される様々なレーダを備える車両を示す図である。
【図２】ハードウェア・イン・ザ・ループ(HIL)セットアップについての概略的ハードウェアブロック図である。
【図３】標的シグネチャ生成およびHILプロセスのフローチャートを概略的に示す図である。
【図４】例示的一実施形態による、解析的標的生成を使用する標的シグネチャ生成についてのより詳細な手順にわたるフローチャートを概略的に示す図である。
【図５】同期サブシステムを含む標的シナリオジェネレータのレーダフロントエンドを示す図である。
【図６】静的標的についてのFMCWレーダを用いる掃引を示す図である。
【図７】移動標的についてのFMCWレーダを用いる掃引を示す図である。
【図８】線形経路に沿って移動する標的についての運動モデルの一例を示す図である。
【図９】任意の経路に沿って移動する標的についての運動モデルの一例を示す図である。
【図１０ａ】解析的標的生成について考慮される標的シナリオを示す図である。
【図１０ｂ】解析的標的生成について考慮される標的シナリオを示す図である。
【図１０ｃ】解析的標的生成について考慮される標的シナリオを示す図である。
【図１１ａ】標的の経路、およびレーダに対する標的の変位を示す図である。
【図１１ｂ】標的の経路、およびレーダに対する標的の変位を示す図である。
【図１２ａ】単一ステアリングビームレーダについての標的シナリオ生成を示す図である。
【図１２ｂ】単一ステアリングビームレーダについての標的シナリオ生成を示す図である。
【図１３】モノパルスレーダについての角度情報のシミュレーションのためのアンテナの配置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
図1は、自動車安全応用例でのレーダシステムの図を与える。図1は、ハードウェア・イン・ザ・ループ・セットアップ内に配置される、自動車安全応用例において使用される様々なレーダを備える車両を示す。車両は、車両の前方に配置された2つのレーダを備える。ナロービームを有する第1のレーダ1は、たとえば、適応巡航制御(ACC)機能が使用中である間に高速で移動する他の道路ユーザを検出するために使用される。より広いビームを有する第2のレーダ2は、衝突を回避するために、たとえば、車両の前方に現れる歩行者またはサイクリストについて検出するために配置される。車両の後方のリアレーダセンサ3が、車両の後ろのエリア内で横断する交通が移動している場合に警報する。車両の盲点内の標的を検出するためにドアミラーレーダ4が配置される。レーダならびに電子制御ユニット(ECU)が標的シミュレータ100に接続される。物体1a、3a、および4aは、レーダ1、3、および4の各々によって検出されるべき仮想標的に対応する。各レーダからのフィードバックならびにECUからの他のフィードバックが、標的シミュレータにフィードバックされる。より詳細な説明が以下に続く。
【００５０】
ハードウェアセットアップの詳細な説明が図2に示されている。標的生成のための第1の手法、記録と再生手法または事前記録手法では、レーダレコーダシステム5が実標的シナリオ6を取り込む。実標的シナリオの測定は、実標的データベース7、実クラッタデータベース8、ならびに実シナリオ条件についてのデータベース9を形成する。次いで、データベース7、8、9が処理装置10によって使用され、関連する仮想信号、すなわち仮想標的シグネチャの生成のために使用される。
【００５１】
第2の手法、解析的表現手法では、仮想標的生成12のためのシナリオが、グラフィックユーザインターフェース(GUI)11からのユーザコマンドに従って選択される。仮想標的シナリオが解析的仮想標的生成ユニット13に適用され、所望の仮想標的のシグネチャが理論的に計算され、次いで信号発生ユニット14内で生成される。処理装置からのアナログ信号が、デジタル-アナログ変換器15内でデジタルに変換される。RFフロントエンド16によって送信するのに適したものとするために、シグネチャの振幅および範囲を調節することが必要となり得る。信号増幅および調整回路17がこの必要を満たす。
【００５２】
試験中車両19は、仮想標的に対応する、生成された模擬反射レーダシグネチャを受信するレーダシステム18と、データ処理を実施し、評価モジュール21に結果を転送する電子コンピュータユニット(ECU)20とからなる。評価モジュール21は、レーダベースの安全システムの性能を測定し、GUI11上に結果を表示する。試験中レーダシステムは、第1の推定として、完璧に動作すると予想される。経験は、実際にはそうではないことを示す。制御された仮想環境を生成することによって、レーダシステムからどんな出力が予想されるかを知ることによって、かつレーダシステムまたはDUTの反応を観測することによって、システム全体の実際の性能を測定することができる。
【００５３】
自動車安全エリアにおける事前記録実シナリオと解析的仮想シナリオの両方から生成される模擬反射レーダシグネチャに関して、以下のパラメータが重要であると考えられる。
歩行者、サイクリスト、車、トラック、および他の道路ユーザを含む標的のタイプ、
環境シナリオ条件、
交通シナリオ条件、
標的速度、距離、角度、または移動の軌跡、
レーダシステム内の信号対雑音比(SNR)に影響を及ぼす様々な気象条件、
レーダビームによる標的の部分カバレッジのケースを含む、標的のレーダ断面(RCS)と、経時的なRCSの変化。
【００５４】
図3は、標的シグネチャ生成およびHILプロセスのフローチャートを概略的に示す。
【００５５】
第1のブロック22では、ユーザは、仮想標的のパラメータ、仮想環境シナリオの条件、および仮想交通シナリオの条件を指定することによって、試験シナリオの一般的フレームワークを選ぶ。第2のブロック23では、システムは、選択されたパラメータおよび条件に基づいて、エミュレートすべきシナリオの詳細を無作為に生成する。ブロック24aまたは24bでは、システムは、データベース24cから取られた実シナリオ(ブロック24a)から、またはから解析的シナリオ(ブロック24b)から、仮想シナリオ内の1つまたは複数の仮想標的を選択する。ブロック25では、特定の仮想シナリオ内の少なくとも1つの仮想標的に対応する模擬反射レーダシグネチャが生成され、試験中車両に適用される。ブロック26では、模擬反射レーダシグネチャが、試験中車両内のレーダシステムによって受信される。ブロック27では、車両レーダベースシステム反応の結果が、レーダシステム出力を仮想標的シグネチャと比較することによって評価される。ブロック28では、性能がユーザに提示される。性能は、たとえば速度/距離誤差、検出または非検出、および偽警報であり得る。
【００５６】
図4は、例示的一実施形態による、解析的標的生成を使用する標的シグネチャ生成についてのより詳細な手順の一例を概略的に示す。
【００５７】
この手順は以下のステップからなる。
【００５８】
シナリオ選択:
まず、試験シナリオを選択する必要がある。ユーザは、グラフィカルユーザインターフェース(GUI)11を通じて、特定の試験状況についてのシナリオの異なる要素および標的特徴を選択することができる。シナリオ選択はブロック102で行われる。シナリオ選択は、特定の状況での信号処理アルゴリズム開発および性能の検証の目的で、VUTの反復可能な試験を可能にする。シナリオ選択も無作為に実施され得る。したがって、いくつかの異なる現実世界状況でその有効性および信頼性を保証するために、最終ステップにおいてVUTの性能を評価することが可能となる。
【００５９】
解析的ライブラリ:
解析的ライブラリ104は、ブロック102から選択されたシナリオ内で現れ得るすべての構成要素についての3Dグラフィカルモデルならびにポイントクラウドを包含する。構成要素は、ブロック106内の地理的マップおよび交通状況、ブロック108内の様々なタイプの車両、ブロック110内の他の道路ユーザ、ブロック112内の建物や木などの静的物体、およびブロック114内の雨、霧、塵などの気象条件を含む。まず、すべてのこれらの要素について3Dグラフィカルモデルが形成される。これを達成するために、各拡張物体について、ワイヤフレームモデルが作成され、レンダリングされる。次いで、得られる3Dモデルが様々な角度から照明され、各角度からの反射量がレイトレーシング技法を使用して測定される。照明はレーダ信号によって行われる。(シミュレーションでの)レイトレーシングは、レーダ送信機の位置から始まり、レーダから標的内の様々なポイントまでの光線上を進み、次いでどの光線が最終的にレーダ受信機に戻るかを見つける。物体を見るレーダの角度に応じた各物体上のポイント反射体の位置が事前計算され、ライブラリ内に記憶される。このようにして、各構成要素についての主要な反射体ポイントが識別され、その構成要素の3Dモデル上にマークされ得る。これが、拡張物体についてのポイントクラウドとして解析的ライブラリ104内に記憶される。
【００６０】
環境生成:
ステップ116において、ブロック102において選択された所望のシナリオに関する環境を表現するために、ブロック106、108、110、112、および114からの構成要素のグラフィカルモデルが組み合わされる。
【００６１】
シナリオ生成:
シナリオが、このステージにおいて、VUTの軌跡と、模擬環境内の標的および他の構成要素の運動パターンとに従って生成され得る。このことはブロック118において行われる。
【００６２】
好ましくは、シナリオ生成は適応リアルタイムプロセスである。これは、レーダベースの決定によるVUTの反応によって影響を受ける。VUTが一連の動作を取るとき、たとえば、自律的緊急ブレーキ(AEB)のためにブレーキをかけるとき、レーダの向首角および他のシナリオ構成要素の相対位置が変化することになる。したがって、シナリオジェネレータは、新しい状況を表現するためにこの変化にシナリオジェネレータ自体で対処する必要がある。したがって、VUTの決定が、決定入力120によってこの更新のためにシナリオ生成ブロック118に適用される。シナリオ生成はまた、記録されたライブラリ122を解析的ライブラリ104と組み合わせることによって実施され得る。このことを後でより詳細に説明する。
【００６３】
信号発生:
信号発生がブロック124において実施される。試験中レーダの入力パラメータが、レーダパラメータ入力126として信号発生内に入力される。レーダ信号は、3次元世界の1次元への投影である。このことは、レーダが環境内のあらゆる細部を取り込むことができず、何らかの情報が失われることを意味する。レーダが情報を逃すことにより、結果として、レーダについての標的シナリオ生成の複雑さが劇的に低下する。複雑さの低減のために、標的シナリオ生成は、レーダにとって実際の可視である標的シナリオの特徴を再作成する必要があるだけである。レーダは、その信号を反射し戻す要素から情報を取り込む。したがって、シナリオ生成の後、ブロック128において、試験中レーダの視野(FoV)内にあり、レーダ信号を受信し、それをエコーバックすることのできる標的シナリオからのマークされた反射体ポイントを識別する必要がある。これは、直接(または1次)反射から、または2次もしくは3次反射を通じて行われる。2次または3次反射にどのように対処するかを後で説明するが、今のところは、「反射」とは直接反射または1次反射を指す。
【００６４】
さらに、シナリオの間、VUTに関連する様々な構成要素の距離および速度が、VUTが移動するためだけでなく、VUTの再配置のために変化する。さらに、拡張物体は異なる角度から異なる反射特性を示し得るので、反射体ポイントの配置が変化し得る。したがって、相対速度および距離を経時的に継続的に計算する必要がある。これはブロック130において行われる。
【００６５】
関連する各反射体ポイントはポイント標的と見なされる。FMCWレーダでは、ポイント標的の距離および速度情報が、レーダ受信信号内の瞬間位相/周波数を生み出す。したがって、標的シナリオジェネレータでは、特定の距離および速度の、関連する各反射体ポイントが、瞬間位相/周波数および振幅によって表される。この瞬間位相の計算を、ポイント標的について、(a)固定半径方向速度および距離、(b)線形経路上の固定速度、および(c)本文の後の部分で扱う、時間変動速度と任意の運動経路とともに説明する。計算はブロック132において実施される。この手法は、この例示的実施形態による信号発生の基礎を形成する。
【００６６】
VUTのレーダベースの決定、すなわち決定入力120によるシナリオの変化も、前述のように信号生成の改訂を必要とする。
【００６７】
完全な標的/シナリオシグネチャがステップ134において出力される。
【００６８】
同期サブシステム208を含む標的シナリオジェネレータのレーダフロントエンド16が図5に示されている。これは、図2のレーダフロントエンド16の一例である。レーダフロントエンド16は、試験中レーダから信号を受信する第1の受信機アンテナ200と、増幅器202と、解析的方法で作成された標的シナリオシグネチャまたは記録されたものを試験中レーダからの信号に追加するミキサ204と、VUTについての模擬反射レーダ信号を送信する送信アンテナ206とを備える。
【００６９】
同期サブシステム208では、以下でさらに説明するように、第2の受信機アンテナ210が、VUTからレーダ信号を受信して、レーダパラメータの変化を検出する。第2の受信機アンテナ210によって受信された信号は、やはり同期サブシステム208の部分である掃引パラメータ解析212および受信信号出力解析214において使用される。
【００７０】
これらの解析の結果が、レーダパラメータ入力126とともに信号発生内に入力され、信号発生124が継続的に更新される。掃引パラメータ解析212は、同期が必要である場合に信号発生にトリガを送り得る。次いで、信号発生からの出力が、送信アンテナ206に供給される。
【００７１】
様々なケースについての瞬間位相/周波数の計算の詳細な説明が以下に続く。詳細な説明の後に簡略化した計算を提示する。
【００７２】
ポイント標的についての瞬間位相/周波数:
FMCWレーダでは、レーダの動作周波数f0の周りの帯域幅Δfが、持続時間T秒にわたって線形に掃引される。FMCWレーダは、その周波数が掃引形状とともに変化する連続的信号を送信する。
【００７３】
標的からの反射レーダ信号は、照明される標的の距離および速度の情報を含む。三角掃引を使用して、この情報が、受信信号の瞬間周波数から抽出され得る。標的シナリオ生成のために、そのような情報の抽出と逆の手順をたどる必要がある。
【００７４】
固定半径方向速度:
図6は、静的標的についてのFMCWレーダを用いる掃引を示す。静的標的は、レーダシステムからの距離Rに応じて、レーダ信号に対する遅延τdを引き起こす。ただしτdは式1によって記述される。
【００７５】
【数１】
0006385581.tif 000002
【００７６】
上式で、cは光速である。したがって、レーダは、送信された信号の遅延バージョンを受信し、その結果、中間周波数(IF)レベルで観測される、レーダ受信機での周波数差fbが生じる。この標的のシミュレーションは、この遅延を表す位相式、言い換えると、式2に見られるような同等なうなり周波数fbの生成を必要とする。
【００７７】
【数２】
0006385581.tif 000003
【００７８】
瞬間位相/周波数は、式3および式4に見られるように、後で標的シナリオジェネレータのRF部分でレーダからの受信信号と混合される同相成分I(t)および直交成分Q(t)に対応する。
【００７９】
【数３】
0006385581.tif 000004
【００８０】
ただし
【００８１】
【数４】
0006385581.tif 000005
【００８２】
速度vの移動標的について、送信信号の遅延バージョンと周波数偏移バージョンの両方がレーダに返される。図7は、移動標的についてのFMCWレーダを用いる掃引を示す。レーダ受信機で現れる2つのうなり周波数fb1およびfb2が、標的速度および距離の情報を含む。これらは、式5および式6を使用して抽出され得る。
【００８３】
【数５】
0006385581.tif 000006
【００８４】
および
【００８５】
【数６】
0006385581.tif 000007
【００８６】
λはレーダ信号波長、λ=c/f0である。このケースでは、交番うなり周波数を整合するように瞬間周波数または同相信号および直角位相信号を生成すべきである。
【００８７】
直線運動モデル:
直線運動モデルの一例が図8に示されている。
【００８８】
レーダの前方の直線経路に沿って移動する標的のシナリオは、自動車分野で非常に一般的であり得る。この標的によるレーダ信号の位相変化は、時間の関数である。各位置において、レーダは異なる速度および標的からの距離を観測するので、レーダ受信機での復調信号の瞬間周波数も変化する。図8では、運動が平面座標系内で示され、直線状の各点にx座標およびy座標を与えることができる。標的が移動するとき、座標は時間とともに変化し、すなわちz(t)およびy(t)である。したがって、瞬間周波数は、式7に従って半径方向速度vr(t)および距離R(t)とともに経時的に変動する。
【００８９】
【数７】
0006385581.tif 000008
【００９０】
上式で、βは、z軸と線形経路との間の角度であり、R(t)は式8によって記述される。
【００９１】
【数８】
0006385581.tif 000009
【００９２】
瞬間周波数は、式9および式10に従って半径方向速度および距離とともに経時的に変動する。
【００９３】
【数９】
0006385581.tif 000010
【００９４】
および
【００９５】
【数１０】
0006385581.tif 000011
【００９６】
任意運動モデル:
図9は、任意の経路に沿って移動する標的についての運動モデルの一例を示す。任意の経路上を移動するポイント標的PTのシグネチャは、式11によって記述される。
【００９７】
【数１１】
0006385581.tif 000012
【００９８】
は、直線運動と同様に得ることができる。任意の瞬間に、式12に基づいて、標的の速度vr(t)および距離R(t)のレーダの観測が計算され、対応する瞬間位相が見つけられる。
【００９９】
【数１２】
0006385581.tif 000013
【０１００】
上式で、v(t)は任意の瞬間での標的速度のベクトルであり、uは、式13において記述されるように、レーダを時刻tでの標的の位置に結ぶ直線の方向を指定する単位ベクトルである。
【０１０１】
【数１３】
0006385581.tif 000014
【０１０２】
試験中レーダのパラメータ:
FMCWレーダ掃引パラメータ、すなわちVUT上のレーダの帯域幅、掃引長、形状、動作周波数は、信号発生ステップでの瞬間位相を推定するために不可欠である。このことが図4のレーダパラメータ入力126によって示されている。これが、そのような仕様ごとに、または試験中レーダごとに標的シナリオジェネレータを設計すべき理由である。しかし、標的シナリオ生成の主なステップは、レーダ仕様とは無関係であり、信号発生ステップ124からのみ、レーダ仕様は方法に影響を及ぼす。
【０１０３】
別の点は、レーダが測定を行っている、または試験されている時間の間にFMCWレーダ掃引パラメータが変更される場合、標的シナリオジェネレータは、これらのパラメータを再取得し、それに応じて標的シナリオジェネレータ自体を適応させるための機構を有する。このために、同期が必要であり、前述のように同期サブシステムによって実施される。サブシステムは、レーダ送信機からの信号を観測し、それを掃引パラメータについて解析する独立したレーダ受信機を備える。この解析の出力は、同期が必要なとき、標的シナリオ生成送信機を試験中レーダと同期するために図4の信号発生ブロック124に加えられるトリガである。
【０１０４】
2次反射およびそれ以上の反射
レーダによって送信される電磁波はまた、1つまたは複数の追加の反射面に当たった後、間接的にレーダまで反射して戻り得る。24GHzおよび77GHz周波数において、レーダ信号の吸収は非常に高い。通常は、レーダ受信信号にはせいぜい2次反射しか現れない。
【０１０５】
2次反射は、1次反射と比較してより低いレベルの出力を有し、非視線経路にわたって移動するため、より長い距離での偽標的を表す。
【０１０６】
その結果、2次反射を考慮することは、より長い距離でのより低い出力を有する標的のエミュレーションと同等である。1次反射についての手法と同様に、シナリオ生成の後、どの反射点およびどの経路が2次反射を引き起こすかを識別すべきである。このステップから、ポイント標的モデルによって使用される距離が計算され、対応する瞬間位相が発見される。
【０１０７】
図10a〜図10cは、解析的標的生成において使用される標的移動の様々なケースを概略的に示す。これは、図8および図9とともに上記で説明した計算の簡略化バージョンである。
【０１０８】
解析的標的生成では、標的移動についての1次シナリオは、レーダの前方の直線経路に沿った移動である。これは恐らく、自動車応用例で最も一般的なケースのうちの1つである。図10aは、2人の歩行者29、30が車両32の前方の道路31を横断することを示す。第1の歩行者29は道路31の方向に対して垂直な直線内で道路31を横断する。第2の歩行者30は、道路31の方向に対して傾斜した角度の直線内で道路31を横断する。第2のレーダ2は、歩行者29、30を検出するために使用される。
【０１０９】
図10bは、2つの車両32、33が線形経路に沿って、たとえば道路31の車線に沿って移動することを示す。ほとんどの移動交通シナリオでは、車両は、車両の前方のレーダに向かう、またはレーダから離れる線形経路に沿って移動する。ナロービームを有する第1のレーダ1が、高速で移動する第2の車両33を検出するために使用される。このシナリオは、たとえば適応巡航制御(ACC)の使用を表す。
【０１１０】
図10cは、リアレーダによる移動物体の検出を示す。このシナリオは、たとえば駐車スペース34からバックする車両32を表し得る。図10cでは、歩行者35が車両32の背後を移動する。同時に、第2の車両33が第1の車両32の背後を移動する。リアレーダは通常、レーダの配置のために、レーダビームの方向に対して傾斜した角度の直線に沿って移動する交通を検出する。
【０１１１】
図10a〜図10cとともに説明したケースでの仮想標的の生成のために、レーダが所望の標的から何を受信するかを計算する必要がある。このことを以下でさらに詳しく述べる。
【０１１２】
図11aおよび図11bは、標的の様々な経路、およびレーダ36に対するその変位を示す。これは、図8および図9に関連する上記の計算の簡略化バージョンである。
【０１１３】
連続波(CW)レーダの簡略化状態では、レーダは、周波数f0とともに単調信号s(t)を以下の形で送信する。
【０１１４】
【数１４】
0006385581.tif 000015
【０１１５】
さらに、初期距離dの標的についての異なる直線経路移動を仮定すると、各ケースでの移動標的は、レーダからの送信信号に対する位相ずれΔφを引き起こす。したがって、標的からの戻り信号r(t)は以下の形を有する。
【０１１６】
【数１５】
0006385581.tif 000016
【０１１７】
位相ずれΔφは、レーダからの半径方向変位Δdに依存し、以下に等しい。
【０１１８】
【数１６】
0006385581.tif 000017
【０１１９】
上式で、λはレーダ信号波長、λ=c/f0であり、図10a〜図10cの各ケースでの標的について、半径方向の変位が計算され得る。
【０１２０】
図11aは、レーダの前方の垂直移動を示す。この場合、変位Δdは以下のように計算される。
【０１２１】
【数１７】
0006385581.tif 000018
【０１２２】
上式で、図11aからわかるように、dはレーダからの初期距離であり、x(t)は、初期ポイントを参照する、時刻tでの標的の位置である。標的が一定の加速度a、または一定の速度vで移動しているとき、以下を得る。
【０１２３】
【数１８】
0006385581.tif 000019
【０１２４】
図11bは、レーダ視線に対する傾きβを有する線形移動のケースを示す。この場合、変位Δdは以下のように計算される。
【０１２５】
【数１９】
0006385581.tif 000020
【０１２６】
レーダに向かう、またはレーダから離れる半径方向移動のケースでは、
【０１２７】
【数２０】
0006385581.tif 000021
【０１２８】
標的が短い観測期間にわたって一定の速度または一定の加速度のどちらかを有すると仮定する。
【０１２９】
ダウンコンバージョンの後、戻った信号は以下の形となる。
【０１３０】
【数２１】
0006385581.tif 000022
【０１３１】
各移動パターンについてのこの信号の生成、およびそれを図1の試験中車両内のレーダシステムに対して再生することは、レーダによる対応する状況での仮想標的の観測と同等である。
【０１３２】
本発明の別の例示的実施形態は、標的の角度を検出するためのレーダの応用である。前述の標的シナリオジェネレータを使用することによって、VUTについて角度情報が表現され得る。
【０１３３】
レーダは、2つの方法を使用して角度情報を取得し得る。
単一のビームアンテナを(機械的に、または電子的に)ステアリングすること、
マルチビームアンテナを使用すること。
【０１３４】
両方の種類のレーダについての標的シナリオ信号発生をここで説明する。
【０１３５】
単一ステアリングビームレーダ:
最も一般的なケースであるこのケースでは、レーダのアンテナが単一のビームを有する。送信機または受信機あるいはその両方に関係付け得るこのビームが、機械的または電子的にステアリングされ、その結果、全検出範囲が測定サイクル内で走査される。各ステアリング角度について、レーダは、標的の位置でのレーダビームの強度に依存する振幅および位相を知覚する。標的は、レーダが最も強力な信号を受信する角度において検出される。
【０１３６】
たとえば、ポイント標的と、様々な方向を走査する単一ビームレーダを考えてみる。これが、図12aおよび12bに示されている。図12aは、送信機Txを有する試験中レーダRUTを備える。レーダは、破線によって示されるようなFoVを有する。レーダビームは、4つの異なる位置、位置P1〜P4の間で移動するように示される。ポイント標的150はレーダの検出範囲内に存在する。
【０１３７】
レーダビームがP1またはP3にあるとき、レーダは、位置P2にあるときと比較して低い出力を受信する。位置P2において、標的がレーダビームのピークで照明され、反射信号はより強い。位置P4において、レーダは、そのアンテナサイドローブを通じて、標的から非常に弱い信号を受信する。
【０１３８】
図12bは、単一のステアリングビームアンテナを有するVUTの前方に配置された標的シナリオジェネレータ160のアンテナビーム(破線)を示す。VUT上に配置された単一のステラリングビームアンテナの様々な位置P1、P2、...Pnが完全な線で示されている。車両は視野170を有する。
【０１３９】
単一ステアリングビームレーダについての標的シミュレーション:
標的シナリオジェネレータを使用する試験中の単一のビームレーダについての標的の角度位置の感知を生み出すために、各ステアリング角度での標的に対応する同一の振幅および位相を再現する必要がある。したがって、各ステアリング角度について信号発生が更新される。
【０１４０】
ここで、いくつかの仮定が必要となる。
任意の瞬間でのレーダビームの角度位置が既知でなければならない、
パターン、ビーム幅、ステアリングステップ、および検出範囲を含むレーダアンテナ情報が既知であるべきである、
標的シナリオジェネレータのRFフロントエンドが、全検出範囲にわたってレーダの走査ビームをカバーするように、送信用の単一のワイドビームを有し、VUTの近くにある。
【０１４１】
走査ビーム位置に追従する:
レーダビームの角度位置が、前述の同期サブシステム208を通じて取得される。そのようにするために、システム208内の受信機アンテナ210がレーダ信号を聴取し、受信信号出力内の2つのピーク間の時間間隔、すなわち1つの全走査のサイクルを測定する。これとビーム幅、ステアリングステップを使用して、範囲情報を検出して、ステアリングのタイミングを見つけ、信号発生を捜査ビームの位置と同期することが可能となる。
【０１４２】
マルチビーム:
角度情報を取得する一手法は、そのビームがわずかに異なる方向である、互いから距離Γに配置される1つの送信アンテナおよび2つの受信アンテナを有するレーダである、モノパルスレーダを使用することである。A1およびA2の振幅を有する2つのアンテナから受信される信号が加算され(AΣ)、減算される(AΔ)。総和信号と差分信号AΣおよびAΔの振幅の比を使用して、式22に基づいて標的の角度位置θが解決される。
【０１４３】
【数２２】
0006385581.tif 000023
【０１４４】
モノパルスレーダについての標的シミュレーション:
モノパルスレーダについての特定の角度位置において標的をシミュレーションするために、標的シナリオジェネレータのRFフロントエンドにおいて2つの送信アンテナが必要となる(図13参照)。図13は、モノパルスレーダについての角度情報のシミュレーションのためのアンテナの配置300を示す。配置300は、電圧制御発振器304、RUT送信機アンテナ306、第1のRUT受信機アンテナ308、および第2のRUT受信機アンテナ310を備える試験中レーダ(RUT)302を備える。配置は、TSG受信アンテナ314、第1のTSG送信機アンテナ316、および第2のTSG送信機アンテナ318を備える標的シナリオジェネレータ(TSG)312をさらに備える。
【０１４５】
これらのアンテナから送信される信号の振幅は、A1およびA2に比例するはずであり、したがってレーダ側では、予想角度位置が各瞬間に得られる。
【０１４６】
サイドローブ:
レーダアンテナのサイドローブは、ある場合には受信レーダ信号に顕著に影響を及ぼし得る。たとえば、レーダ信号の主ローブがかなりの反射を観測せず、または非常に遠距離の標的を観測しないが、アンテナサイドローブの極近傍に主要なレーダ反射体がある場合、レーダ信号は、サイドローブから受信した反射によってより多くの影響を受け得る。
【０１４７】
標的シナリオジェネレータでのこの効果をシミュレーションするために、試験中レーダのメインビーム内に偽標的があるときの状況をエミュレートすることが必要である。次いで、信号発生の上記の説明に従って、偽標的を考慮してシナリオについて信号発生処理が実施され得る。
【０１４８】
シナリオの組合せ
前述のように、シナリオ生成のために、解析的と記録と再生という2つの方法が使用される。
【０１４９】
ある時には、解析的エンジンから生成されたシナリオを、記録されたデータベースからの要素と組み合わせることが実際的である。新しい組合せシナリオの標的シナリオシグネチャを得るために、解析的信号発生ステップでの関係する反射体ポイントを再び識別する必要がある。記録されたライブラリが、標的および/またはシナリオについて熟知されている場合、制御された条件下で生成されるので、このことは可能である。
【０１５０】
一例として、記録された車両が、解析的ライブラリ内でグラフィカルにシミュレーションされる背景と組み合わされることを考える。シミュレーションされる背景内の記録される車両の位置情報を用いて、車両によって遮られ、信号発生計算から除外されるべき背景環境内の反射体ポイントが決定され得る。
【０１５１】
解析的シグネチャと記録されたシグネチャとの組合せについての他の考慮すべき点は、解析的エンジンの信号および記録される信号を信号の適切なレベルおよび総和に対するように重み付けすることについてである。
【０１５２】
特許請求の範囲で述べられる参照符号は、特許請求の範囲によって保護される事柄の範囲を限定するものと理解されるべきではなく、その唯一の機能は、特許請求の範囲の理解を容易にすることである。
【０１５３】
理解するであろうが、本発明は、すべて添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、様々な明白な点に関する修正が可能である。関係する模擬反射レーダシグネチャの生成が特定のシナリオでの少なくとも1つの標的に対応する、別の有用な応用例が、本発明の範囲内で考えられる。したがって、図面および説明は、限定的ではなく、例示的な性質のものと理解すべきである。
【符号の説明】
【０１５４】
1  レーダ
2  レーダ
3  リアレーダセンサ
4  ドアミラーレーダ
5  レーダレコーダシステム
6  実標的シナリオ
7  実標的データベース
8  実クラッタデータベース
9  実シナリオ条件についてのデータベース
10  処理装置
11  グラフィックユーザインターフェース(GUI)
12  仮想標的生成
13  解析的仮想標的生成ユニット
14  信号発生ユニット
15  デジタル-アナログ変換器
16  RFフロントエンド
17  調整回路
18  レーダシステム
19  試験中車両
20  電子コンピュータユニット(ECU)
21  評価モジュール
29、30  歩行者
31  道路
32、33  車両
34  駐車スペース
35  歩行者
36  レーダ
100  標的シミュレータ
126  レーダパラメータ入力
150  ポイント標的
160  標的シナリオジェネレータ
170  視野
200  第1の受信機アンテナ
202  増幅器
204  ミキサ
206  送信アンテナ
208  同期サブシステム
210  第2の受信機アンテナ
212  掃引パラメータ解析
214  受信信号出力解析
300  アンテナの配置
302  試験中レーダ(RUT)
304  電圧制御発振器
306  RUT送信機アンテナ
308  第1のRUT受信機アンテナ
310  第2のRUT受信機アンテナ
312  標的シナリオジェネレータ(TSG)
314  TSG受信アンテナ
316  第1のTSG送信機アンテナ
318  第2のTSG送信機アンテナ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１０ｃ】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１３】
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