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CN104280729A - 调频连续波雷达装置和利用其连续波的对象检测方法 - Google Patents

调频连续波雷达装置和利用其连续波的对象检测方法 Download PDF

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CN104280729A CN201410319159.XA CN201410319159A CN104280729A CN 104280729 A CN104280729 A CN 104280729A CN 201410319159 A CN201410319159 A CN 201410319159A CN 104280729 A CN104280729 A CN 104280729A
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Abstract

调频连续波雷达装置和利用其连续波的对象检测方法。本文公开了一种调频连续波(FMCW)雷达装置，包括：连续波(CW)信号发生器，其被配置为生成发送(Tx)CW信号；射频(RF)发送器，其被配置为通过Tx天线发送所生成的Tx CW信号作为RF信号；RF接收器，其被配置为在所述Tx CW信号被发送之后接收从前方对象反射和返回的反射的CW信号；目标检测器，其被配置为利用所述Tx CW信号与所述反射的CW信号之间的频率差提取速度和角度，并且检测接近目标；以及检测控制器，其被配置为控制所述RF发送器发送所述Tx CW信号作为具有时间频率曲线图中的三角波形的信号、并且以预定的频率另外发送所述Tx CW信号作为具有横条波形的信号预定的时间。

Description

调频连续波雷达装置和利用其连续波的对象检测方法
技术领域
本发明的示例性实施方式涉及利用调频连续波(FMCW)雷达装置的对象检测装置和方法，更具体地说，涉及一种FMCW雷达装置，该FMCW雷达装置在被一车辆跟随的前方车辆突然停止使得车辆之间的间隔瞬间减小时另外发送连续波(CW)雷达信号，以通过接收到的信号提取精确的速度，并且提取所接收的信号的角度，使得所提取的角度用作检测信息，以及涉及利用其连续波的对象检测方法。
背景技术
常规地，在如图1所示的车辆以预定的距离跟随前方车辆的情况下，使用了自适应巡航控制(ACC)雷达。然而，增加了对雷达装置的要求。由此，当前方车辆突然停止使得车辆之间的间隔瞬间减小时，仅通过雷达装置可能不容易检测到目标。图2是例示FMCW雷达装置的发送(Tx)信号和接收(Rx)信号的曲线图。理论上，如图3所示，必须只提取Tx信号与Rx信号之间的频率差。然而，由于雷达的特性，雷达直接混合Tx信号和Rx信号，以提取最好的信号。由此，如图4和图5所示，会存在大的DC分量。然而，在如图4所示的短距离对象的情况下，当频率由于速度差朝向DC分量区域移动时，无法提取信号。在这种情况下，雷达会错过目标。也就是说，可以限制雷达的控制距离。
而且，当同相(I)信道和正交(Q)信道针对雷达装置的接收器电路中的各个信道存在时，可以通过相位信息提取速度的符号。然而，当针对各个信道不存在I/Q信道时，如图3所示，提取频率的符号，仅作为与绝对值相对应的正值。在这种情况下，因为在短距离和高速度的情况下未检测相位分量，所以存在无法检测到目标的频率区域。
(专利文献1)2011年11月9日登记的韩国专利第1,083,660号。
发明内容
鉴于上述问题提出本发明，并且本发明的目的是提供一种调频连续波(FMCW)雷达装置，该FMCW雷达装置在被一车辆跟随的前方车辆突然停止使得车辆之间的间隔瞬间减小时另外发送连续波(CW)雷达信号，以通过接收到的信号提取精确的速度，并且提取所接收的信号的角度，使得所提取的角度用作检测信息。
本发明的其他目标和优点可以由以下描述理解，并且参照本发明的实施方式变得显而易见。而且，对于本发明所属领域的技术人员显而易见的是，本发明的目的和优点可以由所要求保护的方案及其组合来实现。
根据本发明的一个方面，调频连续波(FMCW)雷达装置可以包括：连续波(CW)信号发生器，该连续波(CW)信号发生器被配置为生成发送(Tx)CW信号；射频(RF)发送器，该射频(RF)发送器被配置为通过Tx天线发送所生成的Tx CW信号作为RF信号；RF接收器，该RF接收器被配置为在所述Tx CW信号被发送之后接收从前方对象反射和返回的反射的CW信号；目标检测器，该目标检测器被配置为利用所述Tx CW信号与所述反射的CW信号之间的频率差提取速度和角度，并且检测接近目标；以及检测控制器，该检测控制器被配置为控制所述RF发送器发送所述Tx CW信号作为具有时间频率曲线图中的三角波形的信号、并且以预定的频率另外发送所述Tx CW信号作为具有横条波形的信号预定的时间，并且当从具有三角波形的所述反射的CW信号所提取的目标速度的符号是负(-)时从具有横条波形的所述反射的CW信号提取速度和角度，以便检测所述接近目标。
当针对各个信道存在同相(I)信道和正交(Q)信道时，所述目标检测器可以通过所述反射的CW信号的相位信息提取所述目标速度的符号。
所述CW信号发生器可以包括直接数字合成器(DDS)和本地振荡器，用于生成具有三角波形的所述Tx CW信号和具有横条波形的所述Tx CW信号。
根据本发明的另一个方面，提供了一种利用包括CW信号发生器、RF发送器、RF接收器、目标检测器和检测控制器的FMCW雷达装置的连续波的对象检测方法。该对象检测方法可以包括以下步骤：由所述CW信号发生器生成具有三角波形的TxCW信号；由所述检测控制器通过所述RF发送器发送具有三角波形的所述Tx CW信号作为RF信号；由所述CW信号发生器生成具有横条波形的Tx CW信号；由所述检测控制器通过所述RF发送器发送具有横条波形的所述Tx CW信号作为RF信号；由所述RF接收器顺序地接收在所述Tx CW信号被发送之后被反射和返回的三角波形的反射的CW信号和横条波形的反射的CW信号；由所述目标检测器从具有三角波形的所述反射的CW信号提取目标速度的符号；以及当所述目标速度的符号是负(-)时，由所述目标检测器从具有横条波形的所述反射的CW信号提取速度和角度，以检测接近目标。
在提取所述目标速度的符号中，当针对各个信道存在同相(I)信道和正交(Q)信道时，所述目标检测器可以通过所述反射的CW信号的相位信息提取所述目标速度的符号。
应该理解，对本发明的以上概述和以下详述都是示例性和解释性的，并旨在对所要求保护的本发明提供进一步的解释。
附图说明
根据下面结合附图进行的详细描述将更清楚地理解本发明的上述目的和其他目的、特征和其他优点，附图中：
图1是例示车辆以预定距离跟随前方车辆的情况的图；
图2是例示FMCW雷达装置的Tx信号和Rx信号的曲线图；
图3是例示FMCW雷达装置的Tx信号与Rx信号之间的频率差的曲线图；
图4和图5是例示在FMCW雷达装置的频率调制期间存在由上/下线性调频(chirp)造成的DC分量的情况的曲线图；
图6是例示根据本发明的实施方式的FMCW雷达装置的功能块的构造图；
图7是用于说明利用根据本发明的实施方式的FMCW雷达装置的连续波的对象检测方法的流程图；
图8是例示根据本发明的实施方式的具有三角波形的CW信号和具有横条波形的CW信号的时间频率曲线图；
图9是例示根据本发明的实施方式的与Tx CW信号和反射的CW信号之间的频率差相对应的差拍信号的波形的曲线图；以及
图10是例示根据本发明的实施方式的具有横条波形的CW信号的曲线图，即使存在DC分量，也可以从该曲线图提取速度和角度。
具体实施方式
本发明可以以各种形式进行修改并且包括各种实施方式，并且将参照附图详细描述本发明的具体实施方式。然而，本发明不限于具体实施方式，而可以包括本发明的精神和范围内的所有修改例、等同例和替换例。
下文中，将参照附图详细描述调频连续波(FMCW)雷达装置和利用其连续波的对象检测方法。在附图中，相同的标号表示相同的或对应的元件，并且省略其详细描述。
图6是例示根据本发明的实施方式的FMCW雷达装置的功能块的构造图。
参照图6，根据本发明的实施方式的FMCW雷达装置600包括连续波(CW)信号发生器610、射频(RF)发送器620、RF接收器630、目标检测器640和检测控制器650。
CW信号发生器610生成CW信号，以发送到车辆前面的对象(目标)。
此时，CW信号发生器610可以包括直接数字合成器(DDS)和本地振荡器，用于生成具有三角波形的发送(Tx)CW信号和具有横条波形的Tx CW信号。
RF发送器620通过Tx天线发送所生成的Tx CW信号作为RF信号。RF发送器620可以包括将数字信号转换为模拟信号的数模(D/A)转换器。
RF接收器630在发送Tx CW信号之后，接收从车辆前面的对象反射并返回的CW信号。RF接收器630可以包括将接收到的模拟信号转换成数字信号的模数(A/D)转换器。
目标检测器640利用Tx CW信号与反射的CW信号之间的频率差提取速度和角度，并且检测接近目标。
当针对各个信道存在同相(I)信道和正交(Q)信道时，目标检测器640通过反射的CW信号的相位信息提取目标速度的符号。
检测控制器650控制RF发送器，以发送Tx CW信号作为具有时间频率曲线图中的三角波形的信号，并且以预定的频率另外发送Tx CW信号作为具有横条波形的信号预定的时间，并且当从具有三角波形的反射的CW信号提取的目标速度的符号是负(-)时，从具有横条波形的反射的CW信号提取速度和角度，以便检测接近目标。
图7是用于说明利用根据本发明的实施方式的FMCW雷达装置的连续波的对象检测方法的流程图。
参照图7，在步骤S710，根据本发明的实施方式的FMCW雷达装置600的CW信号发生器610生成如图8所示的具有三角波形的Tx CW信号。CW信号发生器610可以生成锯齿波形以及三角波形的Tx CW信号。图8是例示根据本发明的实施方式的具有三角波形的CW信号和具有横条波形的CW信号的时间频率曲线图。如图8所示，CW信号发生器610首先生成具有三角波形的Tx CW信号，然后根据检测控制器650的控制以预定频率生成具有横条波形的Tx CW信号。
根据本发明的实施方式的FMCW雷达装置600可以使用DDS以及压控振荡器(VCO)，作为信号发生源。由此，FMCW雷达装置600可以根据离接近目标的距离和接近目标的速度和尺寸可变地控制波形。当反射信号的强度因为目标位于长距离或者具有小尺寸而较弱时，FMCW雷达装置600可以针对更长的调制时间处理数据，并且增大反射信号的平均功率，从而增加检测概率。而且，当接近目标低速移动时，难以确定目标是否接近。在这种情况下，FMCW雷达装置600可以通过缩短调制时间来减小调制带宽，从而增加检测概率。
检测控制器650在步骤S720通过RF发送器620发送具有三角波形的Tx CW信号作为RF信号。
CW信号发生器610在步骤S730生成具有如图8所示的横条波形的Tx CW信号。
检测控制器650在步骤S740通过RF发送器620发送具有横条波形的Tx CW信号作为RF信号。
RF接收器630在步骤S750顺序地接收在发送了Tx CW信号之后被反射并返回的三角波形的CW信号和横条波形的CW信号。
由此，如图9所示，目标检测器640可以获取与Tx CW信号和反射的CW信号之间的频率差相对应的差拍信号。图9是例示根据本发明的实施方式的与Tx CW信号和反射的CW信号之间的频率差相对应的差拍信号的波形的曲线图。
然后，目标检测器640在步骤S760从具有三角波形的反射的CW信号提取目标速度的符号。
此时，当针对各个信道存在同相(I)信道和正交(Q)信道时，目标检测器640通过反射的CW信号的相位信息提取目标速度的符号。
当在步骤S770确定目标速度的符号是负(-)时，目标检测器640在步骤S780从具有横条波形的反射的CW信号提取速度和角度，并且检测接近目标。
当目标在近距离并且目标速度的符号是负(-)时，如图3所示，所提取频率的绝对值减小。由此，频率靠近DC分量区域。由此，因为在图3的情况下反射的CW信号受DC分量影响，所以可以不提取频率。由此，目标检测器640无法检测到目标。
然而，因为RF接收器630接收具有横条波形的反射的CW信号，所以目标检测器640如图10所示从具有横条波形的反射的CW信号提取精确的速度。然后，目标检测器640从具有横条波形的反射的CW信号提取角度，并且利用所提取的角度作为检测信息，以检测目标。图10是例示根据本发明的实施方式的具有横条波形的CW信号的曲线图，即使存在DC分量，也可以从该CW信号提取速度和角度。
可以基于具有如图8所示的三角波形的CW信号来计算离前方车辆的距离。在图8中，Tm表示频率扫描周期，并且τ表示取决于离目标的距离的Rx延迟时间。这里，固定目标当做目标的示例。因而，差拍频率fb可以如以下等式1表示地来计算。
[等式1]
f b = 2 · B · R c · T m
此时，c表示光速，B表示带宽，并且R表示距离。也就是说，差拍频率fb与距离和带宽成比例，并且与周期成反比。
为了根据与Tx CW信号与反射的CW信号之间的差相对应的差拍信号来计算差拍频率，可以使用快速傅里叶变换(FFT)算法。当FFT点被表示为N并且采样频率被表示为fs时，频率间隔△f对应于fs/N。因此，可以如等式2表示地计算可检测到的距离R。
[等式2]
R = c · T m · Δf 2 · B
当在前方车辆突然停止的情况下存在基于现有检测结果的追踪信息时，即使由于上/下线性调频中的DC分量或低频噪声而出现无法检测的情况，根据本发明的实施方式的FMCW雷达装置和对象检测方法也可以通过匹配从具有横条波形的反射的CW信号提取的速度和角度信息来更新检测信息。由此，FMCW雷达装置和对象检测方法可以连续跟随目标，并且在必要时通过停止车辆来提高稳定性。
根据本发明的实施方式，当被一车辆跟随的前方车辆突然停止使得车辆之间的间隔瞬间减小时，FMCW雷达装置和对象检测方法可以另外发送CW雷达信号并且基于接收到的信号提取精确的速度。然后，FMCW雷达装置和对象检测方法可以提取接收到的信号的角度并且将所提取的角度用作检测信息。
换言之，即使在被一车辆跟随的前方车辆突然停止使得车辆之间的间隔瞬间减小时，FMCW雷达装置和对象检测方法可以追踪无法被常规FMCW雷达装置检测到的目标，并且检测该目标。由此，FMCW雷达装置和对象检测方法可以防止突然停止期间的碰撞，从而提高驾驶员的稳定性。
虽然已经相对于特定实施方式描述了本发明，但是对于本领域技术人员显而易见的是，可以在不偏离如所附权利要求书中限定的本发明的精神和范围的情况下进行各种变化和修改。

Claims (5)

1.一种调频连续波FMCW雷达装置，该调频连续波FMCW雷达装置包括：
连续波CW信号发生器，所述CW信号发生器被配置为生成发送Tx CW信号；
射频RF发送器，所述RF发送器被配置为通过Tx天线发送所生成的Tx CW信号作为RF信号；
RF接收器，所述RF接收器被配置为在所述Tx CW信号被发送之后接收从前方对象反射和返回的反射的CW信号；
目标检测器，所述目标检测器被配置为利用所述Tx CW信号与所述反射的CW信号之间的频率差来提取速度和角度，并且检测接近目标；以及
检测控制器，所述检测控制器被配置为控制所述RF发送器发送所述Tx CW信号作为具有时间频率曲线图中的三角波形的信号、并且以预定的频率另外发送所述Tx CW信号作为具有横条波形的信号预定的时间，并且当从具有三角波形的所述反射的CW信号所提取的目标速度的符号是负(-)时从具有横条波形的所述反射的CW信号提取速度和角度，以便检测所述接近目标。
2.根据权利要求1所述的FMCW雷达装置，其中，当针对各个信道存在同相I信道和正交Q信道时，所述目标检测器通过所述反射的CW信号的相位信息提取所述目标速度的符号。
3.根据权利要求1所述的FMCW雷达装置，其中，所述CW信号发生器包括直接数字合成器DDS和本地振荡器，用于生成具有三角波形的所述Tx CW信号和具有横条波形的所述Tx CW信号。
4.一种利用包括CW信号发生器、RF发送器、RF接收器、目标检测器和检测控制器的FMCW雷达装置的连续波的对象检测方法，所述对象检测方法包括以下步骤：
由所述CW信号发生器生成具有三角波形的Tx CW信号；
由所述检测控制器通过所述RF发送器发送具有三角波形的所述Tx CW信号作为RF信号；
由所述CW信号发生器生成具有横条波形的Tx CW信号；
由所述检测控制器通过所述RF发送器发送具有横条波形的所述Tx CW信号作为RF信号；
由所述RF接收器顺序地接收在所述Tx CW信号被发送之后被反射和返回的三角波形的反射的CW信号和横条波形的反射的CW信号；
由所述目标检测器从具有三角波形的所述反射的CW信号提取目标速度的符号；以及
当所述目标速度的符号是负(-)时，由所述目标检测器从具有横条波形的所述反射的CW信号提取速度和角度，以检测接近目标。
5.根据权利要求4所述的对象检测方法，其中，在提取所述目标速度的符号时，
当针对各个信道存在同相I信道和正交Q信道时，所述目标检测器通过所述反射的CW信号的相位信息提取所述目标速度的符号。
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