具体实施方式

如在相应领域中的传统，一些示例性实施例可以在附图中以功能块、单元和/或模块方式示出。本领域普通技术人员将理解，这些块、单元和/或模块通过电子(或光学)电路，诸如逻辑电路、分立组件、处理器、硬连线电路、存储元件、接线等物理地实现。当所述块、单元和/或模块由处理器或类似硬件实现时，可以使用软件(例如，代码)对它们进行编程和控制，以执行本文所讨论的各种功能。或者，每个块、单元和/或模块可以由专用硬件实现，或者实现为执行某些功能的专用硬件和执行其他功能的处理器(例如一个或多个编程处理器和相关电路)的组合。在不脱离本发明构思的范围的情况下，一些示例性实施例的每个块、单元和/或模块可以在物理上分成两个或更多个交互的和离散的块、单元和/或模块。此外，在不脱离本发明构思的范围的情况下，一些示例性实施例的块、单元和/或模块可以物理地组合成更复杂的块、单元和/或模块。

在下文中，下面将通过实施例的各种示例，参照附图描述一种车辆雷达装置和控制该车辆雷达装置的方法。

为了在本描述中的清楚和方便起见，在附图中以夸大的方式示出了线的粗细、构成元件的尺寸等。

另外，以下将使用的术语是通过考虑根据本公开所使用的术语的功能来定义的，并且可以根据用户或管理者的意图或根据本领域的一般做法而变化。因此，应根据本说明书总体公开的细节来陈述这些术语的定义。

另外，例如，本说明书中描述的实现可以以方法、过程、装置、软件程序、数据流或信号的形式发生。尽管仅在单一形式的背景下描述了特征的实现(例如，仅在方法形式的背景下描述)，但是所描述的特征的实现也可以是不同的形式(例如，装置或程序)。该装置可以在合适的硬件、软件、固件等之中实现。该方法例如可以在诸如计算机、微处理器或通常指处理设备(诸如集成电路或可编程逻辑设备)的处理器之类的装置中实现。该装置还包括计算机、蜂窝电话以及便于终端用户之间的信息通信的通信设备，诸如移动信息终端、个人数字助理(personal digital assistant,PDA)和其他设备。

图1是用于示意性地描述根据本公开的实施例的车辆雷达装置的流程图。图2是用于描述图1所示的仰角估计单元的框图。图3是用于描述根据本公开实施例的接收阵列天线在其上操作的接收信道的图。图4是用于描述根据本公开的实施例的计算倾斜角和接收信道之间的间距的方法的示意图。图5是用于描述根据本公开的实施例的接收信道的坐标系的图。图6是用于描述根据本公开实施例的偏移接收信道与非偏移相邻接收信道之间的相位差的图。图7是用于描述根据本公开实施例的用于根据位置值计算仰角的线性方程的图。

参照图1，根据本公开的实施例的车辆雷达装置100可以包括发送阵列天线110、接收阵列天线120、信号生成单元130、方位角估计单元140、仰角估计单元150和控制单元160。

发送阵列天线110可以用于辐射用于前向检测的雷达信号。发送阵列天线110配置有多个信道，并且该多个信道中的每一个配置有多个辐射元件。

接收阵列天线120可以在接收信道上操作，以接收由发送阵列天线110辐射、从目标反射并返回的雷达信号。像发送阵列天线110一样，接收阵列天线120也可以被配置为在各个接收信道上操作。

在控制单元160的控制下，信号生成单元130可以生成要提供给发送阵列天线110的频率信号。例如，信号生成单元130可以生成调频连续波(frequency modulationcontinuous wave,FWCW)形式的超高频。另外，信号生成单元130可以向接收阵列天线120提供与频率信号相对应的参考信号。

方位角估计单元140可以使用接收阵列天线120在其上操作的N个接收信道中的非偏移接收信道来估计目标的方位角。在此，偏移是为了估计仰角分量而在垂直方向上给出的分离间距，并且控制器160可以将偏移的范围设置为适合于旨在识别仰角的范围。因此，偏移可能意味着在垂直方向上给出分离间距，而非偏移可能意味着在垂直方向上没有给出分离间距。

车辆雷达装置100不仅需要方位角，而且还需要识别具有仰角的目标的功能，并且需要根据受限制的大小和接收信道的数量来估计方位角和仰角。接收阵列天线120可以在车辆雷达装置100中使用，以便在方位角方向上检测目标。为了估计仰角，接收阵列天线120操作的N个接收信道中的一个或多个接收信道可以通过在垂直方向上以固定间距进行偏移而布置。车辆雷达装置100可以使用接收阵列天线120中非偏移的接收信道估计方位角。基于与使用所估计的方位角偏移的天线的关系，车辆雷达装置100可以估计仰角。

关于接收阵列天线120在其上操作的接收信道，参照图3，接收阵列天线120可以在第一接收信道122a、第二接收信道122b、第三接收信道122c和第四接收信道122d上操作。第一接收信道122a、第二接收信道122b和第四接收信道122d可以是非偏移的接收信道，并且第三接收信道122c可以是偏移的接收信道。这里，为了便于描述，接收阵列天线120在其上操作的接收信道的数量被限制为4，而偏移接收信道的数量被限制为1。但是，接收信道的数量可以为N，并且偏移接收信道的数量可以是2个或更多。

方位角估计单元140可以使用N个接收信道中除了偏移接收信道以外的(N-1)个非偏移接收信道来估计目标的方位角。例如，如图3所示，描述了接收阵列天线120被配置为在四个接收信道上操作的情况。在这种情况下，方位角估计单元140可以使用除了偏移的第三接收信道122c之外的第一接收信道122a、第二接收信道122b和第四接收信道122d的三个非偏移接收信道中的两个接收信道(例如，第一接收信道122a和第二接收信道122b)来估计方位角。此时，第一接收信道122a和第二接收信道122b可以是仅在垂直或水平方向上彼此间隔开的两个信道。

可以根据方程1计算在第一接收信道122a和第二接收信道122b上接收的雷达信号之间的相位差。

方程1

其中，表示从目标反射并在第一接收信道122a上接收的雷达信号的相位，表示从目标反射并在第二接收信道122b上接收的雷达信号的相位，表示相位差，λ表示接收到的雷达信号的波长，d表示第一接收信道122a和第二接收信道122b之间的间距，并且θ表示方位角。

方程1可以被变形为以下方程2以获得sinθ的表达式。

方程2

方程2可以被变形为以下方程3以获得θ的表达式。θ是可以根据公式3估算的目标的方位角。

方程3

仰角估计单元150可以沿N个接收信道中的每个非偏移接收信道相对于其偏移接收信道的方位角倾斜的对角线方向估计目标的仰角。即，仰角估计单元150可以使用接收阵列天线120在其上操作的每个非偏移接收信道相对于偏移接收信道的方位角倾斜的角度、接收信道之间的间距，以及偏移接收信道和非偏移接收信道之间的相位差来估计目标的仰角。

例如，如图4所示，描述了接收阵列天线120被配置为在四个接收信道上操作的情况。在如图4所示配置的接收阵列天线120中，仰角估计单元150可以计算偏移的第三接收信道122c和非偏移的第一接收信道122a之间的对角线方向的仰角分量，计算第三接收信道122c和第二接收信道122b之间的对角线方向的仰角分量，并计算第三接收信道122c和第四接收信道122d之间的对角线方向的仰角分量。

如图2所示，仰角估计单元150可以包括：角度计算模块152，间距计算模块154，位置计算模块156和仰角计算模块158。

角度计算模块152可以计算每个非偏移接收信道相对于偏移接收信道的方位角倾斜的角度。即，使用以下方程4，角度计算模块152可以计算第一接收信道122a相对于第三接收信道122c的方位角倾斜的角度(α13)，第二接收信道122b相对于第三接收信道122c的方位角倾斜的角度(α23)，以及第四接收信道122d相对于第三接收信道122c的方位角倾斜的角度(α34)。

方程4

其中，dz是给出的非偏移接收信道和偏移接收信道之间在垂直方向上的分离间距，d₁是第一接收信道122a和第二接收信道122b之间的间距，d₂是第二接收信道122b和第三接收信道122c之间的间距，d₃是第四接收信道122d和第三接收信道122c之间的间距。

间距计算模块154可以计算在每个非偏移接收信道相对于偏移接收信道的方位角倾斜的对角线方向上的间距。即，使用以下方程5，间距计算模块154可以计算在第一接收信道122a相对于第三接收信道122c的方位角倾斜的对角线方向上的间距d₁₃，第二接收信道122b相对于第三接收信道122c的方位角倾斜的对角线方向上的间距d₂₃，以及第四接收信道122d相对于第三接收信道122c的方位角倾斜的对角线方向上的间距d₃₄。

方程5

另一方面，当非偏移接收信道相对于偏移接收信道的方位角倾斜时，可以形成具有对角线方向的斜率的轴(直线)。例如，参照图5，当第一接收信道122a相对于第三接收信道122c的方位角倾斜时，可以形成具有对角线方向的斜率的轴(EI₁₃-轴)。此外，当第二接收信道122b相对于第三接收信道122c的方位角倾斜时，可以形成具有对角线方向的斜率的轴(EI₂₃-轴)。此外，当第四接收信道122d相对于第三接收信道122c的方位角倾斜时，可以形成具有对角线方向的斜率的轴(EI₃₄-轴)。

根据该轴(直线)，可以计算出具有偏移接收信道与非偏移接收信道之间的相位差的位置值。因此，位置计算模块156可以使用偏移接收信道与每个非偏移接收信道之间的相位差来计算对应轴上的位置值。此时，位置计算模块156可以使用以下方程6来计算偏移接收信道与每个非偏移接收信道之间的相位差

方程6

其中，表示从目标反射并在偏移接收信道上接收的雷达信号的相位，表示从目标反射并在非偏移接收信道上接收的雷达信号的相位，表示相位差，λ表示接收到的雷达信号的波长，d′是在每个非偏移接收信道相对于偏移接收信道的方位角倾斜的对角线方向上的间距，该间距由间距计算模块计算154计算，θ表示由方位角估计单元140估计的方位角，并且θ′表示每个非偏移接收信道相对于偏移接收信道的方位角倾斜的角度，该角度由角度计算模块152计算。

通过方程6计算出的偏移接收信道与每个非偏移接收信道之间的相位差可以与图6所示的相同。

当计算了偏移接收信道与每个非偏移接收信道之间的相位差时，位置计算模块156可以使用下面的方程7来计算位置值，其中，使用相位差和偏移接收信道与每个非偏移接收信道之间的间距。

方程7

θ₁₃＝sin^-1(Δφ₁₃/(k×d₁₃))

θ₂₃＝sin^-1(Δφ₂₃/(k×d₂₃))

θ₃₄＝sin^-1(Δφ₃₄/(k×d₃₄))

其中，Δφ₁₃表示第一接收信道122a和第三接收信道122c之间的相位差，Δφ₂₃表示第二接收信道122b和第三接收信道122c之间的相位差，并且Δφ₃₄表示第三接收信道122c和第四接收信道122d之间的相位差。

另一方面，由位置计算模块156计算出的位置值是沿每个非偏移接收信道相对于偏移接收信道的方位角倾斜的对角线方向的轴上存在的位置值。此外，该位置值是包含方位角和仰角的值，并且仅是相对于每个轴在水平线上的值。然而，为了计算仰角，相对于每个轴的垂直分量是必需的。因此，从沿各非偏移接收信道相对于偏移接收信道的方位角倾斜的对角线方向的各轴上的位置值，沿与轴垂直的方向绘制直线。结果，如图5所示，可以画出垂直于E₁₃-轴的直线E₁₃′，可以画出垂直于E₂₃-轴的直线E₂₃′，并且可以画出垂直于E₃₄轴的直线E₃₄′。可以使用上面绘制的直线来计算仰角。

仰角计算模块158可以使用从沿每个非偏移接收信道相对于偏移接收信道的方位角倾斜的对角线方向的每个轴上的位置值沿垂直于相应轴的方向而绘制的直线，来计算与位置值相对应的仰角，并使用每个计算出的仰角确定最终的仰角。即，仰角计算模块158可以通过将倾斜角、间距和位置值代入线性方程来计算在每个坐标处的仰角，其中，该线性方程的图像是从每个轴上的位置值沿垂直于相应轴的方向绘制的直线，并通过获得计算出的仰角的平均值来确定最终的仰角。此时，仰角计算模块158可以通过分配随着非偏移接收信道更靠近偏移接收信道而增加的加权因子来计算仰角的平均值。

仰角计算模块158可以使用线性方程，将由位置计算模块156计算出的位置值带入其中，以计算每个仰角。此时，仰角计算模块158可以使用以下方程8来计算仰角。

方程8

y＝{p-xcos(α)}/sin(α)

其中，x表示方位角(θ_az)，α表示倾斜角，p表示θ₁₃、θ₂₃和θ₃₄中的每一个，并且y表示仰角(θ_el)。

因此，可以通过将α₁₃和θ₁₃分别代入α和p来计算第一接收信道122a和第三接收信道122c之间的仰角。可以通过将α₂₃和θ₂₃分别代入α和p来计算第二接收信道122b和第三接收信道122c之间的仰角，并且可以通过将α₃₄和θ₃₄分别代入α和p来计算第三接收信道122c和第四接收信道122d之间的仰角。

另一方面，参照图7说明将位置值代入的线性方程。图像为图7所示的直线的线性方程可能是(yy1)/(xx1)＝(y2y1)/(x2x1)。当y1＝0，x1＝a，y2＝b和x2＝0代入线性方程时，可以将其变形为以下方程9。

方程9

y/(x-a)＝b/(-a)

-ay＝bx-ab

bx+ay＝ab

x/a+y/b＝1

a＝psecα

b＝pcosecα

x/(psecα)+y/(pcosecα)＝1

xcosα+ysinα＝p

因此，图像为图7中所示的直线的线性方程可能是xcosα+ysinα＝p。当将该线性方程变形为y的表达式的方程式时，可以用方程式8表示。

当使用方程8计算第三接收信道122c与另一接收信道之间的仰角时，仰角计算模块158可以通过获得接收信道之间的仰角的平均值来确定仰角。此时，仰角计算模块158可以通过向具有最大倾斜角的接收信道分配更大的加权因子来计算平均值。

另一方面，信号生成单元130、方位角估计单元140和仰角估计单元150中的每一个可以由在计算装置上执行程序所必需的处理器等来实现。以这种方式，信号生成单元130、方位角估计单元140和仰角估计单元150中的每一个可以被实现为物理上独立的组件，并且可以被实现在一个处理器内以在功能上分离。

另一方面，尽管未示出，但是车辆雷达装置100还可包括ADC(未示出)，其将从接收阵列天线120接收的雷达信号转换成数字信号，并将所得的数字信号输出到方位角估计单元140。

控制单元160用于控制包括车辆雷达装置100的发送阵列天线110、接收阵列天线120、信号生成单元130、方位角估计单元140和仰角估计单元150的各种组成部分的操作。控制单元160可以包括至少一个处理设备。这里的处理设备包括通用中央处理单元(centralprocessing unit,CPU)、为特定目的而适当实现的可编程设备(复杂可编程逻辑设备(CPLD)和现场可编程门阵列(FPGA))、按需半导体计算设备(专用集成电路(ASIC))和微控制器芯片。

图8是用于描述根据本公开的实施例的控制车辆雷达装置的方法的流程图。

参照图8，车辆雷达装置100通过发送阵列天线110辐射用于前向检测的雷达信号(S810)。

当执行步骤S810时，车辆雷达装置100在接收阵列天线120操作的N个接收信道122上接收由发送阵列天线110辐射、从目标反射并返回的雷达信号(S820)。

当执行步骤S820时，车辆雷达装置100使用N个接收信道122中除偏移接收信道以外的(N-1)个非偏移接收信道来估计目标的方位角(S830)。可以使用上述方程1至3来估计目标的方位角。

当执行步骤S830时，车辆雷达装置100估计目标在每个非偏移接收信道相对于偏移接收信道的方位角倾斜的对角线方向上的仰角(S840)。参照图9详细描述车辆雷达装置100估计目标的仰角的方法。

图9是用于描述根据本公开的实施例的车辆雷达装置估计仰角的方法的流程图。

参照图9，车辆雷达装置100计算每个非偏移接收信道相对于偏移接收信道的方位角倾斜的角度(S910)。

当执行步骤S910时，车辆雷达装置100估计在每个非偏移接收信道相对于偏移接收信道的方位角倾斜的对角线方向上接收信道之间的间距(S920)。

当执行步骤S920时，车辆雷达装置100使用偏移接收信道与每个非偏移接收信道之间的相位差来计算沿每个非偏移接收信道相对于偏移接收信道的方位角倾斜的对角线方向的每个轴上的位置值(S930)。

当执行步骤S930时，车辆雷达装置100使用从每个轴上的位置值沿垂直于相应轴的方向绘制的直线来计算与位置值相对应的仰角(S940)。

当执行步骤S940时，车辆雷达装置100通过获得与各个位置值相对应的仰角的平均值来确定最终的仰角(S950)。

如上所述，根据本公开的实施例的车辆安全装置和控制该车辆安全装置的方法可以估计目标的在接收阵列天线操作的N个接收信道中的每个非偏移接收信道相对于其偏移接收信道的方位角倾斜的对角线方向上的仰角，并因此计算仰角以及方位角，而无需单独的通道和接收器用于计算仰角。因此，可以在不增加车辆雷达装置的尺寸的情况下估计方位角和仰角。

尽管已经出于说明性目的公开了本公开的优选实施例，但是本领域技术人员将理解，在不脱离如所附权利要求书所限定的本公开的范围和精神的情况下，可以进行各种修改、添加和替换。因此，本公开的真实技术范围应由所附权利要求书限定。