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专利名称：具有用于信号处理的多个处理器核的fmcw雷达设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及雷达设备，并且更为具体地，涉及用于防止与障碍物碰撞的FMCW(调频连续波)雷达设备。FMCW雷达设备发射并接收调频雷达波，以检测对象与该设备之间的相对距离或相对速度。
背景技术：
传统上，已经采用雷达设备作为安装在车辆上的安全装置，以用于防止碰撞。举例而言，日本专利3804253公开了一种安装在车辆上的雷达设备，该雷达设备通过使用 FMCW(调频连续波)方法而能够同时检测对象(例如，在前的车辆)与自身车辆之间的相对距离以及对象与自身车辆之间的相对速度(下文中称为FMCW雷达设备)。由于可以简单地对雷达设备实现FMCW方法，因此FMCW雷达设备适合于缩小尺寸并节省制造成本。
在传统的FMCW雷达装置中，如图6A所示，实线指示发射信号Ss,发射信号&的频率由三角形调制信号进行调制，使得该频率随着时间线性地增大和减小。发射信号&是作为雷达波发射的，并且通过雷达设备接收目标对象处反射的雷达波。如图6A中的虚线所示，接收信号Sr从发射信号延迟了雷达波在目标对象和设备之间传播所需的时段。特别地，接收信号延迟了延迟时间Td，延迟时间Td取决于到对象的距离，并且接收信号的频率偏移Fd，Fd作为多普勒频移量，取决于雷达设备和目标对象之间的相对速度。
接收信号Sr和发射信号&被混频器混合，以产生差拍信号Sb (如图6B所示)，差拍信号Sb为接收信号和发射信号之间的差的频率成分。然后，对差拍信号Sb的数字数据执行FFT (快速傅里叶变换)转换处理，由此获得功率谱。
随后，通过使用所获得的功率谱，提取出发射信号^的频率正在增大时的差拍信号Sb的频率(即，上移调制拍频fu)和发射信号^的频率正在减小时的差拍信号Sb的频率(即，下移调制拍频fd)。然后，基于下面的等式(α )和m来计算目标对象和雷达设备之间的距离R以及对象和雷达设备之间的相对速度V
R= {c · Τ/8 · Δ F} (fu+fd)... (Al)
V = {c/4 · Fo} (fu-fd)…(A2)
其中，c是电磁波的速度，T是用于调制发射信号的三角波的周期，AF是用于发射信号的频率调制的范围，并且你是发射信号的中心频率。
根据FMCW雷达设备，已经通过处理(例如，图7中所示的处理)获得了包括自身车辆与目标对象之间的距离的信息。特别地，日本专利申请公开1997-22M74和2000-147102 公开了 FMCW雷达设备，其中，顺序地执行处理，诸如用于获得上移调制拍频的处理、用于获得下移调制拍频的处理、上移调制周期中的FFT转换、下移调制周期中的FFT转换、上移调制中的方向估计处理、下移调制中的方向估计处理以及针对对象(车辆)的对象识别处理。
然而，根据上述相关技术，例如，如图7中所示，单个微处理器顺序地执行处理。在这种情况下，该处理需要微处理器的高负荷运行。因此，不能缩短FMCW雷达设备中用于识别对象的计算时段，使得无法改善用于检测对象(例如，车辆)的响应特性。发明内容
根据上述问题而开发了本发明。本发明的目的是提供这样的FMCW雷达设备，其中，可以缩短用于计算关于目标对象的信息所需的时段，并且也可以缩短用于检测目标对象的响应时间。
作为实施例的第一方面，提供了安装在自身车辆上的FMCW雷达设备。该设备获得关于目标对象的信息。该信息包括自身车辆与目标对象之间的距离以及目标对象的相对速度。FMCW雷达设备包括收发机，包括发射机和接收机，所述发射机产生发射信号，所述发射信号的频率随时间进行调制以增大和减小所述频率，由此将所述发射信号作为雷达波进行发射，所述接收机接收所述目标对象处反射的所述雷达波；混频器，用于将所接收的信号与作为本地信号的所述发射信号进行混频，以产生差拍信号，所述差拍信号包括表示所接收的信号和所述本地信号之间的频率差的频率成分；以及信号处理单元，用于处理所述差拍信号，以获得包括所述自身车辆与所述目标对象之间的距离以及所述目标对象的相对速度的信息。所述信号处理单元包括第一计算装置和第二计算装置，所述第一计算装置用于基于来自所述频率被调制为增大时的上移调制周期的差拍信号来计算关于所述目标对象的所述信息，而所述第二计算装置用于基于来自所述频率被调制为减小时的下移调制周期的差拍信号来计算关于所述目标对象的所述信息。特别地，所述第一计算装置和所述第二计算装置适于相互并行地进行操作。关于所述目标对象的所述信息的所述计算包括 FFT(快速傅里叶变换)处理和用于估计所述目标对象的方向的处理。
根据实施例，当获得了上移调制中的差拍信号时，第一计算装置立即通过使用上移调制差拍信号来执行计算。当获得了下移调制中的差拍信号时，第二计算装置立即通过使用下移调制差拍信号来执行计算(与第一计算装置进行的计算并行)。因此，根据实施例，当获得了用于计算的必要信号时，各个计算装置可以立即执行计算。结果，不同于传统的雷达设备，并不需要为了启动第二计算装置而一直等到由第一计算装置进行的计算完成。
因此，与传统的雷达设备相比而言，根据实施例，可以缩短FMCW雷达设备中用于检测目标对象的计算时段，使得检测目标对象(例如，车辆)的响应时间可以得到缩短。
作为实施例的第二方面，所述信号处理单元获得关于所述目标对象的其它信息， 以使得在由所述第一计算装置和所述第二计算装置进行的所述计算完成之后，所述第一计算装置或所述第二计算装置通过使用所述第一计算装置和所述第二计算装置的计算结果来进一步计算关于所述目标对象的其它信息。
作为实施例的第三方面，所述信号处理单元对来自所述上移调制周期的差拍信号和来自所述下移调制周期的差拍信号进行处理，由此所述信号处理单元执行方向估计处理，以获得关于所述目标对象相对于安装有所述雷达设备的所述自身车辆的方向的信息。 因此，除了关于距离的信息或相对速度信息之外，所述信号处理单元可以获得关于目标对象的方向的信息。
作为实施例的第四方面，信号处理单元采用两个处理器核作为第一计算装置和第二计算装置，这两个计算装置是安排在单个微处理器中的。每个核作为单个处理器核，包括组合在一起的指令单元、算术和逻辑单元等。在容纳多个处理器核的多核封装中，可以相互4之间没有影响地单独操作每个处理器核。
作为实施例的第五方面，所述第一计算装置和所述第二计算装置是由不同的微处理器构成的。可以对该结构实施单芯片微处理器来作为所述微处理器。
作为实施例的第六方面，目标对象为车辆。


在附图中
图1是示出了根据本发明第一实施例的FMCW雷达设备的整体配置的框图2是示出了单核处理和双核处理之间的差异的说明图3是示出了 RAM(随机存取存储器)的存储器映射的说明图，其中，上移调制数据和下移调制数据存储在不同的存储器区域中；
图4是示出了在根据第一实施例的FMCW雷达设备中执行的过程的流程图5是示出了根据第二实施例的FMCW雷达设备的整体配置的框图6A和6B是各自示出了 FMCW雷达设备的原理的说明图；以及
图7是示出了在传统FMCW雷达设备中执行的示例性过程的说明图。
具体实施方式
下文将描述用于被安装在自身车辆上的对象识别设备的车载FMCW雷达设备。对象识别设备检测出现在自身车辆前面的对象，例如在前的车辆。
(第一实施例)
参考图1至图4，在下文中描述了第一实施例。描述了根据第一实施例的FMCW雷达设备(下文称为“雷达设备”)的整体配置。如图1所示，根据第一实施例的雷达设备1 是这样一个设备，它能够检测目标对象与自身车辆之间的距离、目标对象与自身车辆之间的相对速度以及目标对象相对于自身车辆的方向。雷达设备1包括发射/接收装置3和信号处理单元5，其中，发射/接收装置3发射并接收雷达波，信号处理单元5对雷达设备1进行控制并且处理各种运算以对目标对象进行检测。
特别地，雷达设备1设置有D/A(数字到模拟)转换器7、压控振荡器(VC0)9、分配器11和发射天线13，其中，D/A转换器7响应于调制命令C而产生三角形调制信号M, VCO 9响应于由D/A转换器7产生的调制信号M而改变VCO 9的振荡频率，分配器11将VCO 9 的输出信号分配成发射信号&和本地信号L，而发射天线13响应于发射信号&而发出雷达波。三角形调制信号用于将发射信号的频率调制成随着时间线性地增大或减小。
此外，雷达设备1包括接收天线单元17、接收开关19、混频器21、放大器23和A/D 转换器25。接收天线单元17具有用于接收雷达波的多个接收天线15。接收开关19从各个天线15中选择信号，并且将所选择的信号提供给后续单元。混频器21将接收开关19提供的接收信号Sr与本地信号进行混频，由此产生差拍信号Sb。放大器23对混频器21产生的差拍信号Sb进行放大。A/D转换器25对通过放大器23放大的差拍信号Sb进行采样，并将采样信号转换成数字数据D。
接收天线单元17是自适应天线，其中，N (N是大于或等于2的整数)个接收天线15 彼此等距排列。由接收天线15接收的入射波的接收信号Sr ( = xi (t)，(i = 1至N))经由接收开关19发送到混频器21。注意到，接收天线单元17和接收开关19组成接收单元20。
混频器21将接收信号Sr和本地信号L进行混频，以产生差拍信号Sb，差拍信号Sb 是这些信号之间的差的频率成分。注意到，差拍信号Sb的频率成分称为拍频。如上所述， 在各拍频当中，在发射信号^的频率的增大周期期间检测到的拍频称为上移调制拍频fu， 而在发射信号^的频率的减小周期期间检测到的拍频称为下移调制拍频fd。这些拍频fu 和fb被用于通过FMCW方法来计算自身车辆与目标对象之间的距离和相对速度。
信号处理单元5包括已知的微处理器27，微处理器27包括RAM(SRAM 静态 RAM) 31、ROM 33和用于处理各种计算的算术处理单元四。
特别地，根据实施例，算术处理单元四包括处理器核，即第一核35 (第一计算装置)和第二核37 (第二计算装置)，这些处理器核能够并行地执行各种操作。微处理器27 基于已由A/D转换器25转换成数字数据的差拍信号(数字数据D)来在MUSIC (Multiple Signal Classification，多重信号分类)方法(稍后将进行描述)中执行方向估计(计算)，并且基于FMCW方法来计算距离和相对速度。
如稍后所述，在微处理器27中，第一核35和第二核37均针对由A/D转换器25获取的数字数据D执行FFT (快速傅里叶变换)处理，并估计反射了雷达波的对象所出现的方向。此外，核35和37均执行诸如计算自身车辆与对象之间的距离以及自身车辆与对象之间的相对速度的处理。
b)接下来，将根据实施例的雷达设备1所执行的主要处理部分描述如下。在该处理中，说明了这样一个示例，其中，每个上移调制周期和下移调制周期均被执行两次。
如图2中所示(参见第二核)，根据实施例，用以检测目标对象的处理是由处于并行处理中的第一核35和第二核37执行的。特别地，当第一上移调制周期的部分(上移部分)完成时，第一核35通过使用在第一上移调制周期处获得的接收数据&来处理第一上移信号处理(ul)。第一上移信号处理(ul)包括执行第一上移调制时的用于获得差拍信号的处理和FFT转换处理，稍后将对此进行描述(参见图4)。
随后，当第二上移调制完成时，第一核35通过使用在第二上移调制周期处获得的接收信号&的数据来执行第二上移信号处理(1! 。类似地，第二上移信号处理(11 包括执行第二上移调制周期时的用于获得差拍信号的处理和FFT转换处理。
接下来，第一核35通过使用第一上移信号处理(ul)的结果和第二上移信号处理 (u2)的结果来执行方向估计处理(udoa)。同时，第二核37与第一核35并行地执行处理。 更为详细的，在第一下移调制(下移部分)完成时，第二核37通过使用第一下移调制周期处的接收信号&的数据来执行第一下移信号处理(dl)。第一下移信号处理(dl)包括执行第一下移调制时的用于获得差拍信号的处理和FFT转换处理(稍后将进行描述)。
在第二下移调制完成时，第二核37通过使用第二下移调制周期处的接收信号& 的数据来执行第二下移信号处理(业)。类似地，第二下移信号处理(业)包括执行第二下移调制时的用于获得差拍信号的处理和FFT转换处理。
随后，第二核37通过使用第一下移信号处理(dl)的结果和第二下移信号处理 (d2)的结果来执行方向估计处理(ddoa)。然后，当第二核37完成方向估计处理(ddoa)时， 第一核35通过使用核35和核37两者的计算结果来执行对象识别处理(例如，配对)，检测目标对象与自身车辆之间的距离和相对速度(稍后将进行描述)。方向估计处理(udoa和ddoa)估计对象相对于自身车辆的方向。
因此，相较于诸如由单核顺序执行的对象识别处理(即，ul- > dl-> u2- > d2- > udoa-> ddoa)的传统处理，能够缩短用于检测目标对象的计算时段(稍后将更为详细地进行描述)。
如本文所描述的，执行多次(两次)信号处理，即上移信号处理(ul、M)和下移信号处理(dl、d2)。然而，每个处理可以执行一次信号处理，即，在信号处理中，上移信号处理 (ul)和下移信号处理(dl)中的每个处理均执行一次。
c)接下来，将根据实施例的雷达设备1中所执行的处理更为详细地描述如下。针对存储由雷达设备1接收的信号的数据的方法而言，下文是参考图3来进行描述的。
如图3中所示，在各个调制处，由A/D转换器25以预定频率(例如，200KHz)对发射/接收装置3获得的差拍信号Sb进行采样。采样是针对上移调制周期和下移调制周期的差拍信号来执行的。然后，采样后的差拍信号被顺序地存储到RAM 31。
特别地，用于第一上移信号处理(Ul)的采样数据(即，对应于第一上移部分的数字数据(ul数据))被存储到RAM 31的预定存储器块Mul。换句话说，采样数据按照时间顺序地存储到对应于存储器块Mul的预定地址区域。
此外，用于第二上移信号处理(M)的采样数据(即，对应于第二上移部分的数字数据(u2数据))被存储到RAM 31的预定存储器块Mu2。换句话说，采样数据按照时间顺序地存储到对应于存储器块Mu2的预定地址区域。
类似地，用于第一下移信号处理(dl)的采样数据(即，对应于第一下移部分的数字数据(dl数据))被存储到RAM 31的预定存储器块Mdl。换句话说，采样数据按照时间顺序地存储到对应于存储器块Mdl的预定地址区域。
此外，用于第二下移信号处理(业)的采样数据(即，对应于第二下移部分的数字数据(d2数据))被存储到RAM 31的预定存储器块Md2。换句话说，采样数据按照时间顺序地存储到对应于存储器块Md2的预定地址区域。
该处理基于调制命令C的输出时序来识别要将ul、u2、dl和d2当中的哪个处理用于采样数据。换句话说，该处理基于调制命令C的输出时序来确定存储器块中的哪个地址区域被用于采样数据。
特别地，发射天线13发射信号的时序是由微处理器27所输出的调制命令C的输出时序来确定的。因此，A/D转换器25向微处理器27输入数字数据D(S卩，要存储到RAM 31 的采样数据)的接收时序是响应于调制命令C的输出时序而决定的。结果，基于数字数据D 的接收时序，该处理确定与要存储所接收的采样数据的存储器块相对应的地址区域。因此， 由于提前将接收时序与存储的地址区域相匹配，因此可以确定存储的地址区域。
接下来，参见图4，将核35和核37两者执行的处理的内容描述如下。
在图4中，对由核35和核37两者执行的计算应用相同的流程图，以示出两个计算是并行执行的。如图4中所示，在步骤100处，在第一次上移调制完成时，第一核35第一次开始执行用于获得上移调制拍频的处理(针对上移调制的差拍信号获得处理)。
微处理器27获取存储在RAM 31的存储器块Mul中的、第一次上移调制周期处的采样数据(ul数据)。随后，在步骤110处，通过使用采样数据(ul数据)来执行公知的FFT 处理(快速傅里叶变换)，由此获得拍频。换句话说，获得第一次上移调制处的功率谱Pul。注意到，上移调制周期处的拍频fu(即，基于Ul数据来计算的上移拍频ful)是从功率谱 Pul获得的。
步骤100和110对应于Ul的处理。在步骤120处，在第二次上移调制完成时，微处理器27第二次开始执行用于获得上移调制拍频的处理。
特别地，微处理器27从RAM 31的存储器块Mu2中获得第二次上移调制周期处的采样数据(u2数据)。在步骤130处，通过使用采样数据(u2数据)来执行FFT处理，从而获得拍频。即，计算出第二次上移调制周期处的功率谱(Pu2)。
步骤120和130对应于u2的处理。接下来在步骤140处，使用由步骤110处的 FFT处理获得的功率谱Pul以及由步骤130处的FFT处理获得的功率谱Pu2，执行公知的方向估计处理。
关于方向估计处理，可以应用以估计入射电磁波的方向为目的的公知方法。 举例而言，可以将MUSIC (Multiple Signal Classif ication，多重信号分类)方法或 ESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques,经由旋转不变技术的信号参数的估计)方法应用于方向估计处理。在MUSIC方法中，基于指示由各个天线元件(例如，信道)接收的接收信号之间的相关性的相关矩阵来计算角谱，然后对计算出的角谱进行扫描，由此能够以高分辨率估计出方向。
作为一个示例，下文简单地描述了日本专利申请公开2008-185471中公开的 MUSIC方法。注意到，阵列天线被用作线性阵列天线，其中，以固定间隔线性地放置N(N是大于或等于2的整数)个天线元件。
首先，假设出现了基于对象处的反射波的信号成分，则基于由步骤110处的FFT处理获得的功率谱Pul和由步骤130处的FFT处理获得的功率谱Pu2，微处理器27针对所提取的频率来执行MUSIC方法。
然后，微处理器从所有信道(Ch 1到Ch N)的功率谱中提取所选择的表示频率的信号成分(FFT处理数据)，并且对这些信号成分进行排列以产生接收向量X(i)。随后，通过使用由下面的等式(1)来定义的接收向量X(k)，该处理根据下面的等式( 来获取具有 N行和N列的相关矩阵Rxx。
注意，T表示向量的转置，而H表示复共轭转置。
X(k) = {Xl(k), x2(k), ···, xN(k)}T (1)
Rxx = X(k)XH(k) (2)
接下来，计算相关矩阵Rxx的特征值λ 到λΝ(其中，λ 彡λ 2彡…彡… ^ λ N)，由此根据比噪声的阈值TH(等于热噪声的功率σ2，下文称为噪声阈值TH)大的特征值的数量来估计入射波的数量L ( < N)，即反射的数量。
随后，下面的等式(3)定义了噪声特征向量ΕΝ0，噪声特征向量ENO具有与小于噪声阈值TH的(N-L)个特征值相对应的特征向量。微处理器27计算表示为下面的等式(4) 的评价函数ΡΜυ(θ)，其中，阵列天线在方向θ方面的复响应(complex response)表示为
权利要求
1.一种安装于自身车辆上的FMCW雷达设备，用于获得关于目标对象的信息，所述设备包括收发机，包括发射机和接收机，所述发射机产生发射信号，所述发射信号的频率随着时间进行调制以增大和减小所述频率，由此将所述发射信号作为雷达波进行发射，所述接收机接收所述目标对象处反射的所述雷达波；混频器，用于将所接收的信号与作为本地信号的所述发射信号进行混频，以产生差拍信号，所述差拍信号包括表示所接收的信号和所述本地信号之间的频率差的频率成分；以及信号处理单元，用于处理所述差拍信号，以获得包括所述自身车辆与所述目标对象之间的距离以及所述目标对象的相对速度的信息，其中所述信号处理单元包括第一计算装置和第二计算装置，所述第一计算装置用于基于来自所述频率被调制为增大时的上移调制周期的差拍信号来计算关于所述目标对象的所述信息，而所述第二计算装置用于基于来自所述频率被调制为减小时的下移调制周期的差拍信号来计算关于所述目标对象的所述信息，并且所述第一计算装置和所述第二计算装置适于相互并行地进行操作。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述信号处理单元获得关于所述目标对象的其它信息，使得在由所述第一计算装置和所述第二计算装置进行的所述计算完成之后，所述第一计算装置或所述第二计算装置通过使用所述第一计算装置和所述第二计算装置的计算结果来进一步计算关于所述目标对象的其它信息。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述信号处理单元对来自所述上移调制周期的差拍信号和来自所述下移调制周期的差拍信号进行处理，由此所述信号处理单元执行方向估计处理，以获得关于所述目标对象相对于安装有所述雷达设备的所述自身车辆的方向的 fn息ο
4.根据权利要求1至3中的任一权利要求所述的设备，其中，所述第一计算装置和所述第二计算装置是由置于单个微处理器中的两个处理器核构成的。
5.根据权利要求1至3中的任一权利要求所述的设备，其中，所述第一计算装置和所述第二计算装置是由不同的微处理器构成的。
6.根据权利要求1至3中的任一权利要求所述的设备，其中，所述目标对象为车辆。
全文摘要
提供了具有用于信号处理的多个处理器核的FMCW雷达设备。用于获取关于目标对象的信息的FMCW雷达设备包括发射机、接收机、混频器和信号处理单元，其中，发射机产生发射信号，发射信号的频率是基于FMCW方法来调制的，接收机接收对象处反射的雷达波，混频器从接收信号和发射信号的混频信号产生差拍信号，并且信号处理单元对差拍信号进行处理以获得包括自身车辆与目标对象之间的距离以及目标对象的相对速度的信息。信号处理单元包括第一计算装置和第二计算装置，这两个计算装置是相互并行操作的，以分别基于来自频率被调制为增大时的上移调制周期的差拍信号和来自频率被调制为减小时的下移调制周期的差拍信号来计算关于对象的信息。
文档编号G01S13/93GK102540190SQ20111036460
公开日2012年7月4日 申请日期2011年11月11日 优先权日2010年11月12日
发明者三岛英嗣, 阿部好浩 申请人:株式会社电装