(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーダ装置（１０）において、
切り替え型のアンテナアレイ（１１、１２）を有していて、該アンテナアレイ（１１、１２）は、第１の切り替え状態で第１のレーダエコーを受信し、第２の切り替え状態で第２のレーダエコーを受信するように、設計されており、
前記第１のレーダエコーは、第１の変調を有する、送信されたレーダ信号に基づいており、前記第２のレーダエコーは、第２の変調を有する、送信されたレーダ信号に基づいており、
前記アンテナアレイ（１１、１２）は、複数のアンテナ（１１ａ、１２ａ）を含み、
前記第２の切り替え状態において選択される、前記第２のレーダエコーの受信のための前記アンテナ（１１ａ）と、前記第２の変調を有するレーダ信号の送信のための前記アンテナ（１２ａ）と、の組み合わせが、前記第１の切り替え状態において選択される、前記第１のレーダエコーの受信のための前記アンテナ（１１ａ）と、前記第１の変調を有するレーダ信号の送信のための前記アンテナ（１２ａ）と、の組み合わせと、異なっており、
前記第１の変調は、周波数が上昇するアップチャープであり、前記第２の変調は、周波数が下降するダウンチャープであり、前記第１の変調に際して、前記第１の切り替え状態で前記第１のレーダエコーが受信され、前記第１の変調に次いで行われる前記第２の変調に際して、前記第２の切り替え状態で前記第２のレーダエコーが受信される、
レーダ装置（１０）。
【請求項２】
前記第２の切り替え状態において選択される、前記第２の変調を有するレーダ信号の送信のための前記アンテナ（１２ａ）と、前記第１の切り替え状態において選択される、前記第１の変調を有するレーダ信号の送信のための前記アンテナ（１２ａ）と、が、同一である、
請求項１に記載のレーダ装置（１０）。
【請求項３】
前記第２の切り替え状態において選択される、前記第２の変調を有するレーダ信号の送信のための前記アンテナ（１２ａ）と、前記第１の切り替え状態において選択される、前記第１の変調を有するレーダ信号の送信のための前記アンテナ（１２ａ）と、が、異なっている、
請求項１に記載のレーダ装置（１０）。
【請求項４】
前記第１の変調を有するレーダ信号および前記第２の変調を有するレーダ信号が、所定の継続時間に亘って交互に送信される、
請求項１から３のいずれか１項に記載のレーダ装置（１０）。
【請求項５】
前記第１の変調を有するレーダ信号および前記第２の変調を有するレーダ信号が、ＦＭＣＷ変調されたレーダ信号である、
請求項１から４のいずれか１項に記載のレーダ装置（１０）。
【請求項６】
自動車（１）において、
請求項１から５のいずれか１項に記載のレーダ装置（１０）を有する、
自動車（１）。
【請求項７】
レーダ装置（１０）を運転するための方法（１００）において、
切り替え型のアンテナアレイ（１１、１２）の第１の切り替え状態を調節するステップ（１１０）と、
前記第１の切り替え状態において、第１の変調を有する第１のレーダ信号を送信するステップ（１２０）と、
前記第１の切り替え状態において、第１のレーダエコーを受信するステップ（１３０）と、
前記切り替え型のアンテナアレイ（１１、１２）の第２の切り替え状態を調節するステップ（１４０）と、
前記第２の切り替え状態において、第２の変調を有する第２のレーダ信号を送信するステップ（１５０）と、
前記第２の切り替え状態において、第２のレーダエコーを受信するステップ（１６０）と、
を有しており
前記アンテナアレイ（１１、１２）は、複数のアンテナ（１１ａ、１２ａ）を含み、
前記第２の切り替え状態において選択される、前記第２のレーダエコーの受信のための前記アンテナ（１１ａ）と、前記第２の変調を有するレーダ信号の送信のための前記アンテナ（１２ａ）と、の組み合わせが、前記第１の切り替え状態において選択される、前記第１のレーダエコーの受信のための前記アンテナ（１１ａ）と、前記第１の変調を有するレーダ信号の送信のための前記アンテナ（１２ａ）と、の組み合わせと、異なっており、
前記第１の変調は、周波数が上昇するアップチャープであり、前記第２の変調は、周波数が下降するダウンチャープであり、前記第１の変調に際して、前記第１の切り替え状態で前記第１のレーダエコーが受信され、前記第１の変調に次いで行われる前記第２の変調に際して、前記第２の切り替え状態で前記第２のレーダエコーが受信される、
レーダ装置（１０）を運転するための方法（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切り替え型のアンテナアレイを有するレーダ装置、および切り替え型のアンテナアレイを有するレーダ装置を運転するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近の車両には、ますます運転者支援システムが備えられている。このような運転者支援システムは、流れる交通において運転者を支援するかまたは例えば道路の端に車両を停車させる際に運転者を支援する。例えば対象物の距離および相対速度等の目標パラメータを決定するために、変調された信号により作業するレーダシステムが実証されている。この場合、変調法を適当に選択することによって、目標パラメータを正確に評価すること、およびこのパラメータを用いて個別の目標を分離することも可能である。
【０００３】
目標パラメータの角度評価のために、様々な種類のアンテナが使用される。この場合、古典的な平行走査システムの他に、切り替え型のアンテナ概念もますます興味深い。例えば特許文献１には、平面的なアンテナ装置を備えたレーダセンサ装置が開示されており、このアンテナ装置は、間引きされたアレイとして構成された、複数の垂直に整列されたアンテナギャップを有している。
【０００４】
切り替え型のアンテナを運転するために、例えば時分割多重法が適しており、この時分割多重法では、切り替え型のアンテナが相前後して使用される。この場合、もちろん、目標対象物の可能な運動も考慮しなければならない。
【０００５】
したがって、個別の切り替え状態間の短い時間間隔を可能にする、切り替え型のアンテナアレイを有するレーダ装置が必要となる。さらに、使用されたアンテナアレイの様々な切り替え状態を越える位相評価を可能にするレーダ装置が必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ドイツ連邦共和国特許公開第１０２００９０２９５０３号明細書
【発明の概要】
【０００７】
本発明の１つの態様によれば、切り替え型のアンテナアレイを有するレーダ装置が提供されており、このアンテナアレイは、第１の切り替え状態で第１のレーダエコーを受信し、第２の切り替え状態で第２のレーダエコーを受信するように設計されており、この場合、第１のレーダエコーは、第１の変調を有する送信されたレーダ信号に基づいていて、第２のレーダエコーは第２の変調を有する送信されたレーダ信号に基づいている。
【０００８】
本発明の別の態様によれば、切り替え型のアンテナアレイを有するレーダ装置を運転するための方法が提供されており、この方法は、切り替え型のアンテナアレイの第１の切り替え状態を調節するステップと、第１の変調を有する第１のレーダ信号を送信するステップと、アンテナアレイの第１の切り替え状態において第１のレーダエコーを受信するステップと、切り替え型のアンテナアレイの第２の切り替え状態を調節するステップと、第２の変調を有する第２のレーダ信号を送信するステップと、アンテナアレイの第２の切り替え状態において第２のレーダエコーを受信するステップと、を有している。
【０００９】
本発明の考え方は、レーダ装置におけるアンテナアレイの個別の切り替え状態、およびアンテナアレイの切り替えを、使用されたレーダ信号の変調に関連付ける、という点にある。これによって、レーダ装置内のアンテナアレイの個別の切り替え状態は、それぞれ個別の変調された信号に緊密に関連付けられる。
【００１０】
レーダ信号の様々な変調をアンテナアレイの様々な切り替え状態に関連付けることによって、切り替え型のアンテナアレイを時分割多重運転で使用することができ、この際に、各切り替え状態間の短い時間が可能である。これによって、切り替え状態を越える位相評価も可能である。
【００１１】
別の利点は、変調された様々な信号を使用することによって、距離評価および相対速度評価の明瞭性が得られる、という点にある。また、アンテナの切り替えによって、改善された角度評価が得られる。
【００１２】
本発明の１実施例によれば、第１の切り替え状態における切り替え型のアンテナアレイのアンテナ特性と、第２の切り替え状態における切り替え型のアンテナアレイのアンテナ特性とが異なっている。個別の切り替え状態のアンテナ特性のバリエーションによって、レーダ装置の角度分解能がさらに改善される。
【００１３】
別の実施例によれば、レーダ装置は、第１のレーダ信号および第２のレーダ信号を送信するように設計された送信アンテナを有している。
【００１４】
特別な実施例によれば、送信アンテナは切り替え型のアンテナアレイである。切り替え型のアンテナアレイを送信アンテナとして使用することによって、レーダ信号を送信するために、異なるアンテナ構成も可能である。これによって、レーダ装置の分解能はさらに改善される。
【００１５】
別の実施例によれば、第１および第２のレーダ信号が、所定の継続時間に亘って交互に送信される。２つの異なるレーダ信号を、継続時間を越えて連続的に送信することによって、対象物の距離および相対速度の確実な評価が、レーダ装置の視野内で可能である。
【００１６】
特別な実施例によれば、第１のレーダ信号および第２のレーダ信号は、ＦＭＣＷ変調されたレーダ信号である。このようなＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave：周波数変調連続波）変調されたレーダ信号は、距離および相対速度を決定するために最適であることが実証された。
【００１７】
本発明はさらに、本発明によるレーダ装置を備えた自動車に関する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の１実施例によるレーダ装置を備えた自動車の概略図である。
【図２】本発明の１実施例による、切り替え型のアンテナアレイを有するレーダ装置の概略図である。
【図３】本発明の１実施例による、周波数変調されたレーダ信号の連続を有する周波数−時間グラフである。
【図４】本発明の１実施例によるレーダ装置を運転するための方法の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施例のさらなる特徴および利点を、以下に添付の図面を用いて説明する。
【００２０】
図面は、見やすくするために必ずしも寸法通りに構成されているわけではない構成要素の一部の斜視図を示す。同じ符号は、一般的に同じ構成部材または同じ作用を有する構成部材を示す。
【００２１】
図１は、本発明の１実施例によるレーダ装置１０を備えた自動車１を示す。この場合、レーダ装置１０は、アンテナアレイ、好適には切り替え型のアンテナアレイを有している。アンテナアレイの各切り替え状態に応じて、様々な指向性特性２０，２１が得られる。したがって、アンテナアレイは、一方では良好な角度分解能のための比較的大きい合成開口で運転される。他方では、例えば分解能の明瞭性が高められる切り替え状態も可能である。
【００２２】
同様に、レーダ装置１を、同じ指向性特性、しかしながら様々な位相中心を有する送信アンテナで運転することも可能である。この場合、様々な位相中心によって、方向に基づく位相レスポンスが得られる。このような方向に基づく位相レスポンスは、同様に、レーダ装置１０で次の処理のために用いられる。
【００２３】
図２は、本発明の１実施例のレーダ装置の概略図を示す。このレーダ装置は制御装置１３を有している。制御装置１３は送信信号を生成し、この送信信号は送信アンテナ１２を介して送信される。送信アンテナ１２は、個別のアンテナ素子より成っているか、または図示されているように、複数のアンテナ素子１２ａを有するアンテナアレイより成っていてよい。送信アンテナ１２が、複数の素子１２ａを備えたアンテナアレイより成っていれば、送信アンテナ１２のためにも、複数の様々な切り替え状態が可能である。このような形式で、アンテナ特性を送信アンテナ１２に適合させることができる。
【００２４】
制御装置１３が送信信号を生成し、この送信信号が送信アンテナ１２を介して送信されると、この信号は単数または複数の対象物によって反射される。次いで、送信信号の反射された部分は、受信アンテナ１１によって検出される。受信アンテナ１１は、好適な形式で複数の受信素子１１ａを有するアンテナアレイである。
【００２５】
受信アンテナ１１が複数の受信素子１１ａを有している場合、これらの受信素子は制御ユニット１３に直接供給される。選択的に、受信アンテナ１１は切り替え型の受信アンテナとして構成されていてよい。この受信アンテナ内で個別のアンテナ素子１１ａが適当な切り替え素子を介して様々な構成で互いに接続されていて、場合によっては、次の処理のために、提供可能な受信アンテナ素子１１ａの一部だけが選択される。
【００２６】
この場合、切り替え型の受信アンテナ１１のために、様々な切り替え状態が可能である。できるだけ大きい開口を得るために、切り替え状態に応じて、例えばいくつかの、好適には遠く離れたアンテナ素子１１ａが選択される。選択的に、互いに密接して位置するアンテナ素子１１ａを選択することも可能である。このような切り替え状態は好適な形式で、高められた明瞭性を有する指向性特性を可能にする。
【００２７】
切り替え状態に応じて選択されたアンテナ素子１１ａの受信信号は、制御ユニット１３に供給される。制御ユニット１３は、受信した信号を対応する送信信号に基づいて評価する。これによって、制御装置１３による正しいプロセスにしたがって、距離、相対速度および角度評価に関する情報がアウトプットされる。これによって、受信アンテナ１１および／または送信アンテナ１２の制御により、レーダ装置の改善された角度評価が得られる。
【００２８】
この場合、図示の２つの送信アンテナ素子１２ａおよび４つの受信アンテナ素子１１ａの数は１例に過ぎない。送信アンテナ素子１２ａおよび受信アンテナ素子１１ａの別の任意の数も同様に可能である。図２に示された、個別のアンテナ素子１１ａおよび１２ａの等距離の間隔も１例に過ぎない。特に、アンテナアレイ１１および１２は、個別のアンテナ素子間に少なくとも部分的に大きいギャップが設けられている、間引きされたアンテナアレイである。したがって、例えば比較的少数のアンテナ素子でも、比較的大きい開口が合成され得る。さらに、特別な実施例では、例えば個別のアンテナ素子をλ／２のラスタに配置することができ、この場合、λはレーダ装置の使用された平均周波数の波長である。アンテナ素子のための別の間隔も可能である。好適な形式で、個別のアンテナ素子の配置は、できるだけ少ないアンテナ素子を有する、切り替え型のアンテナアレイの使用された切り替え状態に基づいて、最適な角度評価が得られるように、構成されている。
【００２９】
図２には、送信アンテナ１２および受信アンテナ１１のために、それぞれ別個のアンテナアレイが示されている。さらに、１つの共通のアンテナアレイを、送信信号の送信のためにも、また反射された信号の受信のためにも使用することができる。送信アンテナおよび受信アンテナの、このような組み合わせによって、特に効果的なレーダ装置の構成が可能である。
【００３０】
角度評価と共に、明瞭な距離評価および相対速度評価を可能にするために、送信アンテナ１２によって、様々な変調を有するレーダ信号が送信される。図３は、送信信号のための２つの異なる変調を有する周波数−時間グラフを示す。２つの変調、一方では上昇する周波数を有するアップチャープ、他方では時間の経過に伴って降下する周波数を有するダウンチャープは、互いに接続されていて、つまりそれぞれ交互にアップチャープおよびダウンチャープが送信される。２つの評価の組み合わせから距離および相対速度を明瞭に決定するために、２つの変調がそれぞれ別個に評価される。明瞭性をさらに改善するために、ここに図示された２つの異なる変調の他に、２つ以上の異なる変調が可能である。例えば、様々な勾配を有する複数のアップチャープおよび／または複数のダウンチャープが使用される。
【００３１】
送信信号のそれぞれの、使用された変調のために、送信アンテナ１２のアンテナアレイおよび／または受信アンテナ１１のアンテナアレイは、異なる切り替え状態で運転される。例えば図３に示した上昇周波数を有する信号は、第１の切り替え状態のアンテナアレイによって受信され、降下する周波数の変調を有する信号は、第２の切り替え状態を有するアンテナアレイによって受信される。この場合、２つの変調における送信信号の送信のために、送信アンテナ１２のアンテナアレイは同じ切り替え状態で運転される。選択的に、送信信号の様々な変調のために、送信アンテナ１２のための様々な切り替え状態も可能である。
【００３２】
別の実施例によれば、送信信号のそれぞれの変調のために、送信アンテナ１２の様々な切り替え状態が使用される。例えば、図３に示した上昇周波数を有する信号は送信アンテナ１２の第１の切り替え状態に送信され、降下周波数を有する信号は送信アンテナ１２の第２の切り替え状態に送信される。この場合、受信アンテナ１１は、同じ切り替え状態の２つの変調のために運転される。選択的に、２つの変調のために、受信アンテナ１１の様々な切り替え状態も可能である。
【００３３】
送信信号のための２つ以上の異なる変調の場合、送信信号の若干の変調のために、送信アンテナの切り替え状態を変え、この場合、受信アンテナの切り替え状態は変えずに維持し、送信信号をさらに若干変調させるために、送信アンテナの切り替え状態を同じにしておき、受信アンテナの切り替え状態を変えてもよい。好適な形式で、送信された信号の各変調は、送信アンテナおよび／または受信アンテナの切り替え状態の個別の構成に相当する。原則的に、送信信号のための変調の数、および送信アンテナおよび／または受信アンテナのための切り替え状態の数が異なっていてもよい。しかしながらこの場合、評価のためのコストはより高価になる。
【００３４】
信号処理は、アンテナアレイの各切り替え状態のために別個に行われる。距離および相対速度の評価のために、調整が行われ、この調整によるピークが互いに割り当てられる。目標物の距離および相対速度が確認されてから、変調間の時間のずれによって発生する位相のずれが、距離および相対速度から決定される。次いで、角度評価のために、２つの変調による情報が使用される。したがって、以上記載した方式によって、検出された目標の角度評価および／または明瞭性の精度が高められる。
【００３５】
前記方式によって、複数の周波数ランプ（アップチャープおよびダウンチャープ）が互いに接続され、それぞれ個別の周波数ランプのために、アンテナ切り替え状態の個別の構成が選択される。この場合、ＦＭＣＷ変調された（Frequency Modulated Continuous Wave：周波数変調連続波）レーダ構成の方式にしたがって、アンテナ構成の同じ切り替え状態のための個別の周波数ランプはそれぞれ常に同じである。
【００３６】
また、個別の周波数ランプを互いに接続し、それぞれ個別のアンテナ切り替え状態に割り当てるために適した、選択的な変調方法が同様に可能である。例えば特に、アップチャープおよびダウンチャープの個別のランプをいわゆる低速のランプと重畳させる方法も適しており、したがってランプのための周波数の始端点および終端点が時間の経過に伴って変化する。この方法は、例えば“Multispeed Frequency Modulated Continuous Wave”「多速度周波数変調連続波」（ＭＳＦＭＣＷ）法の名前で公知である。
【００３７】
同様にチャープ連続変調も可能である。しかしながらこの場合、同じまたは少なくとも非常に類似した変調特性を有する様々なランプが用いられる。距離および相対速度の、別個に行われる検出および評価によって位相のずれが決定される。
【００３８】
図４は、切り替え型のアンテナアレイを有するレーダ装置を運転するための方法の概略図を示す。第１のステップ１１０でアンテナアレイの第１の切り替え状態が調節される。次いで、ステップ１２０で、第１の変調を有する第１のレーダ信号が送信され、ステップ１３０でレーダエコーがアンテナアレイを介して受信される。
【００３９】
さらに、ステップ１４０でアンテナアレイの第２の切り替え状態が調節される。次いで、ステップ１５０で、第２の変調を有する第２のレーダ信号が送信され、ステップ１６０で第２のレーダエコーがアンテナアレイによって受信される。
【００４０】
要約すれば、本発明は、切り替え型のアンテナを有するレーダのための調整概念に関する。この場合、切り替え型のアンテナを有するアンテナアレイの個別の切り替え状態は、レーダ信号の変調と密接に関連付けられる。このような形式で、切り替え型のアンテナを時分割多重法で使用することができ、それによって切り替え状態間の短い時間が可能となる。これによって、切り替え状態を越えた位相評価も可能となる。
【符号の説明】
【００４１】
１  自動車
１０  レーダ装置
１１  受信アンテナ
１１ａ  受信素子、受信アンテナ素子
１２  送信アンテナ
１２ａ  送信アンテナ素子
１３  制御装置、制御ユニット
２０，２１  指向性特性
１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０  ステップ
【図１】
0006348572.tif 000002
【図２】
0006348572.tif 000003
【図３】
0006348572.tif 000004
【図４】
0006348572.tif 000005