用于从受干涉干扰的雷达信号中重构频谱的方法与流程

本发明涉及一种用于从用于车辆的雷达传感器的受干涉干扰的信号中重构频谱、尤其是优选二维的距离多普勒频谱的方法。此外，本发明涉及一种用于车辆的相应的雷达传感器和一种相应的计算机程序产品。

背景技术：

1、雷达技术在现代车辆中扮演重要角色，因为它可以在几乎所有天气条件下可靠地支持高级驾驶辅助系统的功能。出于这个原因，配备有雷达传感器的车辆的数量快速增加。汽车雷达的相互影响或雷达信号的干涉由于道路上的雷达传感器的密度的增加而增加。如果不采取对策，则雷达传感器的功能可能在一定程度上受到该相互影响的损害。

2、为了减弱雷达信号中由于干涉而出现的干扰影响，使用用于压缩检测(也称为“压缩感测”、“压缩采样”或“稀疏采样”)的方法。在此，可以借助离散差拍信号中未失真的采样值来确定距离多普勒频谱。用于压缩检测的公知方法具有高的计算复杂性，要求高的计算能力和长的计算时间。因此，在用于车辆的雷达系统中直接应用用于压缩检测的方法仅是受限地可行的。

技术实现思路

1、因此，本发明的任务是，至少部分地消除上述缺点。尤其是，本发明的任务是提供一种用于从用于车辆的雷达传感器的受干涉干扰的信号中重构频谱、尤其是优选二维的距离多普勒频谱的方法，所述方法是快速、有效且可靠的，所述方法能够实现在用于车辆的雷达系统中的可靠且安全的使用，并且所述方法改善基于雷达技术的高级驾驶辅助系统的功能。此外，本发明的任务是提供一种用于车辆的相应的雷达传感器和一种相应的计算机程序产品。

2、上述目的通过具有方法独立权利要求的特征的方法、具有装置独立权利要求的特征的雷达传感器以及具有产品独立权利要求的特征的计算机程序产品来解决。本发明的其它特征和细节由各从属权利要求、说明书和附图得出。在此，结合本发明的不同实施方式和/或方面描述的特征和细节当然也适用于结合其他实施方式和/或方面的特征和细节，并且相应地反之亦然，从而关于对各个实施方式和/或方面的公开内容始终相互参考。

3、所述任务尤其是通过一种用于车辆的方法来解决，该方法被执行用于从雷达传感器的受干涉干扰的信号中重构频谱、尤其是优选二维的距离多普勒频谱。优选地，由离散差拍信号直接进行重构，该离散差拍信号通过对雷达传感器的接收信号进行滤波和采样来确定。

4、根据本发明的方法具有以下动作：

5、尤其通过雷达传感器的发送单元，发送发送信号，所述发送单元例如包括一个发送天线；

6、尤其是通过雷达传感器的接收单元，接收与发送信号相关的接收信号，所述接收单元例如包括三个优选等距的接收天线；

7、尤其是通过雷达传感器的滤波器单元(例如包括带通滤波器或低通滤波器)和电子单元的模数转换器，对接收信号进行滤波和采样；

8、尤其是通过雷达传感器的电子单元的数字处理装置，从经滤波和采样的接收信号中确定尤其是二维的离散的且优选归一化的差拍信号(所谓的“2d离散差拍信号”)；

9、尤其是通过雷达传感器的电子单元的数字处理装置，检测在离散差拍信号中的受干扰的采样值；

10、尤其是通过雷达传感器的电子单元的数字处理装置，创建尤其是二进制的掩码矩阵(其仅包括“0”和“1”)，用于在离散差拍信号中(优选通过零“0”和一“1”在掩码矩阵的相应位置处)标记未受干扰的或未受干涉的采样值以及用于掩蔽受干扰的采样值；

11、尤其是通过雷达传感器的电子单元的数字处理装置，借助传递函数(例如以变换矩阵的形式、尤其是以二维离散傅里叶逆变换的形式)、优选借助用于压缩检测的方法从离散差拍信号的未受干扰的采样值中重构频谱；

12、尤其是通过雷达传感器的电子单元的数字处理装置，在重构频谱时借助掩码矩阵控制/监控残值更新/残差更新，其中，尤其是在控制残值更新时，借助掩码矩阵在离散差拍信号中未受干扰的采样值的位置处追踪所述残值更新。

13、借助本发明，能以简单和有效的方式在减少汽车雷达传感器中的干涉干扰时实施用于压缩检测的方法。根据本发明的方法可以被称为二维掩码残值更新控制方法(2dmruc)。通过利用差拍信号在频域中的稀疏性(或稀薄占据)，可以借助差拍信号中的未失真或未受干扰的采样值重构距离多普勒(rd)频谱。与用于通过矢量化将2d信号测量转换成1d信号的用于压缩检测的其它传统方法相反，所提出的方法可以直接进行2d信号测量并且重构相应的频谱，尤其是2d距离多普勒频谱。

14、本发明认识到大多数雷达传感器的微控制器可以通过用于fft处理的加速器以减少的延迟来工作。然而，由于需要对差拍信号进行矢量化，已知的用于压缩检测的方法不能利用这一优点。为了利用fft处理的计算优点，本发明提出了在差拍信号中进行2d掩蔽。以这种方式可以保持传递函数的大小，以良好的方式在传递函数的范围内实施fft处理并且将其容易地集成到各种已知的用于压缩检测的解算器中。相反，在用于压缩检测的已知方法中，传递函数的大小取决于差拍信号中的未受干涉的采样值的数量，这在不同的干涉情况下可能会变化。

15、本发明还认识到，残值更新的维度或数量对应于差拍信号中未受干扰的采样值的数量。因此，本发明提出，利用掩码矩阵控制残值更新并且同时保持传递函数(或变换矩阵)的大小。换言之，本发明提出，借助掩码矩阵在差拍信号中未受干扰的采样值的精确位置处追踪残值更新。测量变换矩阵的固定大小的优点是用于傅里叶变换的矩阵矢量乘法可以被fft处理或逆fft处理(ifft)替代。

16、有利地，该方法可以在重构时改进传统的用于压缩检测的方法或使其更高效，所述传统的用于压缩检测的方法例如是基追踪、迭代阈值形成、正交匹配追踪(omp)、近似消息传递(amp)等。该方法能以高精度、高效率和提高的速度在不到一毫秒的情况下重构频谱。此外，该方法在降低计算复杂性方面呈现显著的优点。

17、效率可以尤其是通过避免对差拍信号矢量化来改进。由此，也可以与离散差拍信号中干扰的类型和位置无关地保持传递函数(或变换矩阵，尤其是离散傅里叶逆变换矩阵)的维度(由行的数量和列的数量形成)。此外，通过传递函数的固定的维度可以直接在传递函数的范围内实施傅里叶逆变换。因此，可以将针对傅里叶变换或者针对傅里叶逆变换而创建的加速器用来确定传递函数。

18、此外，可以使用用于重构的已知解算器。

19、此外可以规定，在一持续时间内以多个频率斜坡(所谓的啁啾)进行发送信号的发送，其中尤其是调制频率斜坡的发送频率。以这种方式可以降低雷达传感器中的发送功率。

20、此外可以规定，接收信号对于到在车辆之外的对象的距离是特定的，发送信号在所述对象处至少部分地被反射。以这种方式，雷达传感器能以改进的方式被用于距离检测。

21、此外可以规定，频谱是至少二维的，和/或频谱的至少一个第一维度对于到所述对象的距离是特定的，并且频谱的至少一个第二维度对于所述对象的速度和/或对于相对于对象的相对速度是特定的。以这种方式，能够以改进的和扩展的方式使用雷达传感器。

22、此外可以规定，离散差拍信号是至少二维的，并且优选地是归一化的，和/或所述离散差拍信号的至少一个第一维度由所述发送信号中的每频率斜坡的采样值的数量来确定，并且所述离散差拍信号的至少一个第二维度由所述发送信号中的斜坡数量来确定。以这种方式可以提供信号，该信号能以改进的方式被用于重构频谱、尤其是至少二维的距离多普勒频谱。

23、此外可以规定，借助用于边沿检测的滤波器和迭代自适应阈值方法进行对所述离散差拍信号中受干扰的采样值的检测。通过组合这两种方法，能够以改进的方式提供具有提高的精度的检测。

24、此外，可以有利地规定，该掩码矩阵是二维的，和/或，所述掩码矩阵的维度根据所述离散差拍信号在矩阵形式中的维度来确定。以这种方式，可以在借助掩码矩阵重构频谱时以简单的方式执行残值更新。

25、有利地可以此外规定，该掩码矩阵在与所述离散差拍信号中受干扰的采样值的位置对应的位置处具有值“零”，和/或所述掩码矩阵在与所述离散差拍信号中未受干扰的采样值的位置对应的位置处具有值“一”。以这种方式，可以借助掩码矩阵以简单的方式实现对离散差拍信号中残值更新的追踪。

26、有利地，在控制残值更新时，可以借助所述掩码矩阵在所述离散差拍信号中未受干扰的采样值的位置处追踪所述残值更新。以这种方式可以利用如下认识，即，残值更新的数量与离散差拍信号中未受干扰的采样值的数量一致或者说相应于该数量。

27、优选地，在重构频谱时可以固定传递函数的大小。这使得可以在传递函数的范围内实施尤其是二维的离散傅里叶逆变换，优选快速傅里叶逆变换。

28、优选地，在重构频谱时可以在传递函数的范围内使用尤其是二维的离散傅里叶逆变换、优选快速傅里叶逆变换。以这种方式，可以在雷达传感器中实现创建的用于fft处理的加速器，以便提高该方法的效率并且显著地减少处理时间。

29、优选地，可以借助用于fft处理的加速器来确定传递函数。以这种方式，可以提高在重构频谱时的效率并且显著地减少处理时间。

30、此外可以规定，借助用于压缩检测的解算器来执行对所述频谱的重构。此外可以设想，可以在用于压缩检测的解算器中是实现用于fft处理的加速器。以这种方式可以可靠和有效地进行频谱的重构。

31、此外，在重构频谱时可以使用用于压缩检测的方法。有利地，可以在使用迭代梯度下降方法的情况下执行对所述频谱的重构。以这种方式可以将创建的方案用于重构稀薄占据的频谱。

32、有利地，在重构频谱时可以使用一种方法，例如：基追踪重构方法、迭代软阈值重构方法、迭代硬阈值重构方法、正交匹配追踪重构方法、近似消息传递重构方法、用于压缩感测的自适应阈值重构方法、或者yall1重构方法等。在此优点在于，可以如上所述实施的方法可以与用于频谱重构的不同的技术和方法一起使用，并且可以显著地改进所述方法的效率和计算复杂度。

33、此外可以规定，在重构频谱时确定一频谱作为重构的频谱，该频谱的特征在于频谱的降到确定的阈值以下的残值更新。以这种方式可以在更新时确定重构的频谱，该重构的频谱以高精度对应于没有干涉干扰的频谱。借助残值更新可以提供迭代的优化方法、例如借助迭代的梯度下降方法用于确定重构的频谱。

34、根据另一优点，可以如上所述运行的方法能够直接产生尤其是二维的距离多普勒频谱。这基于以下优点，即在该方法的范围内取消了在重构频谱时对差拍信号的矢量化并且直接对二维离散的且优选归一化的差拍信号进行处理。由此也可以与离散差拍信号中的干扰的类型和位置无关地保持传递函数的维度，因为这些干扰被简单而方便地通过掩码矩阵在差拍信号的相同维度的矩阵中归零。因此，通过传递函数的固定的维度可以在传递函数的范围内直接实施离散傅里叶逆变换。以这种方式，不是首先重构差拍信号以随后变换成距离多普勒频谱，而是直接从现有的差拍信号中重构距离多普勒频谱。

35、此外，本发明提供一种用于车辆的雷达传感器，具有：用于发送发送信号的发送单元；用于接收接收信号的接收单元，所述接收单元尤其是包括三个接收天线；和电子单元，所述电子单元设计用于执行可以如上所述运行的方法。借助根据本发明的雷达传感器可以实现与根据本发明的方法相关描述的相同优点。在此完全地参考这些优点。

36、此外，本发明提供了一种计算机程序产品，其包括指令，该指令在由计算机执行该计算机程序产品时使计算机执行可以如上所述运行的方法。借助根据本发明的计算机程序产品可以实现与根据本发明的方法相关描述的相同优点。在此完全地参考这些优点。